Тема 11

ОПОРНО-РУХОВА СИСТЕМА КЛІТИНИ

МЕТА ЗАНЯТТЯ: Вивчити в еволюційному аспекті елементарні цитологічні структури, відповідальні за внутрішньоклітинні і позаклітинні форми рухів.

Питання для самопідготовкИ:

1. Основні елементи цитоскелета і класифікація їх похідних.

2. Будова скелетних м’язових фібрил хребетних.

3. Механізм скорочення поперечносмугастих м’язів.

4. Актинові філаменти не м’язових клітин.

5. Центри організатори мікротрубочок і їх похідні.

6. Будова джгутиків, веретена поділу. Механізм їх рухів.

7. Проміжні філаменти: різноманітність білкового складу, функції в клітині.

НАВЧАЛЬНІ ЗАВДАННЯ

ЗАВДАННЯ 1. ЦОМТи центріолей та кінетохорів хромосом.

Центри організації мікротрубочок (ЦОМТи) – ділянки клітини, де утворюються мікротрубочки за рахунок полімеризації тубулінів. В якості ЦОМТів у клітинах тварин приймають участь, головним чином, клітинні центри або центросоми.

Клітинний центр – це сукупність дрібних щільних тілець (центріолей), зазвичай у парі (диплосома) та зона більш світлої цитоплазми, від якої радіально відходять тонкі фібрили (центросфера). Окрім цього в якості ЦОМТів може виступати навколо ядерна зона.

Кінетохор – складний білковий комплекс, який розташовується в основному в зонах центромер хромосом. У кінетохорах розрізняють три шари: 1) внутрішній щільний шар, який прилягає до тіла хромосоми; 2) середній пухкий шар; 3) зовнішній щільний шар. На кожну хроматиду (хромосому) зазвичай припадає по одному кінетохору. До кінетохору підходять мікротрубочки (кінетохорні мікротрубочки), які ростуть від полюсів. На препараті № 45 практикуму по цитології розгляньте ультраструктуру кінетохору хромосом. На електронних мікрофотографіях у ділянці згину хромосом роздивіться прикріплення мікротрубочок до кінетохору.

ЗАВДАННЯ 2. Повздовжній та поперечний розріз війки (електронно-мікроскопічна схема).

На повздовжньому розрізі війка або джгутик – складне мікротубулярне утворення, яке являє собою тонкий циліндричний виріст цитоплазми з постійним діаметром 300 нм. Цей виріст від основи до самої верхівки покритий плазматичною мембраною. В середині виросту розташована аксонема – складна структура, яка складається в основному з мікротрубочок. Нижня, проксимальна частина війки, базальне тільце (структура типу (9х3)+0), занурена в цитоплазму. Діаметри аксонеми та базального тільця однакові (близько 200 нм).

Роздивіться і замалюйте електронно-мікроскопічну схему поперечного розрізу через війку епітеліальної клітини. На поперечному розрізі війки видно структуру аксонеми типу (9х2)+2). По периферії розташовуються 9 дуплетів мікротрубочок (одна повна, інша, яка примикає до неї, неповна), що починаються від базального тільця. У центрі аксонеми розташовуються дві повні мікротрубочки, що не доходять до базального тільця. Крім тубулінових мікротрубочок аксонема має інші допоміжні білки: 1) динеїн – білок, що утворює пару коротких білкових виступів («ручки»), які відходять від кожного дуплету мікротрубочок зовнішнього кільця в напрямку до сусіднього дуплету, динеїнові ручки забезпечують обпирання і ковзання дуплетів один вздовж одного при рухах; 2) нексин – утворює між сусідніми дуплетами поперечні низки, що стягують аксонему по колу; 3) білки радіальних «спиць» відходять від кожного периферичного дуплету всередину до білків центральної капсули; 4) білки центральної капсули аксонеми оточують центральний дуплет.

У висновку відзначте участь допоміжних білків при рухах війки і причини її звивистих рухів.

ЗАВДАННЯ 3. Центріолярний тип веретена поділу.

Мітотичне веретено – це сукупність хромосом, полюсів та волокон. Волокна веретена являють собою поодинокі мікротрубочки або пучки. Починаються мікротрубочки від полюсів веретена, а частина їх спрямована до кінетохорів хромосом (кінетохорні мікротрубочки), друга частина проходить далі у напрямку до протилежного полюсу, але до нього не доходить – це «між полюсні» мікротрубочки. Окрім того, від полюсів відходить група радіальних мікротрубочок, утворюючи біля них якби «променисте сяйво», – це астральні мікротрубочки. По морфології мітотичної фігури їх поділяють на астральні та анастральні.

Центріолярний або астральний тип веретена поділу (конвергентний): його полюси представлені невеличкою зоною, в якій сходяться (конвергують) мікротрубочки. В полюсах астральних веретен розташовані центросоми, що містять центріолі. Окрім цього, від полюсів радіально розходяться мікротрубочки, які не входять до складу веретена, а утворюють зірчасті зони – астери.

Анастральний (дивергентний) тип мітотичної фігури не має на полюсах астерів. Полярні ділянки веретена широкі, до їх складу не входять центріолі. Волокна веретена не відходять від однієї точки, а розходяться (дивергують) від всієї зони. Цей тип веретена зустрічається у рослинних клітинах, що діляться, а іноді і у вищих тварин.

Використовуючи матеріал підручника, кодограми, замалюйте центріолярний (астральний) тип веретена поділу та зробіть підписи:

1) астер;

2) кінетохорні мікротрубочки;

3) міжполюсні мікротрубочки.

ЗАВДАННЯ 4. Поперечносмугаста скелетна м’язова тканина язика (демонстраційний препарат).

Роздивіться на великому збільшенні скелетне м’язове волокно діаметром до 50 мкм, що представляє собою симпласти – великі утворення з великою кількістю ядер, розташованих по периферії волокна. М’язові волокна мають поперечну посмугованість, що складається з темних анізотропних (А) і світлих ізотропних (I) дисків. Ці диски є складовими елементами міофібрил. Міофібрили добре помітні в поперечно-зрізаних м’язових волокнах і мають вигляд крапок, розташованих у центрі волокна.

ЗАВДАННЯ 5. Будова саркомеру скелетних м’язових волокон за даними електронної мікроскопії (схема).

Розгляньте схематичну реконструкцію скелетного м’яза на кодограмі, таблиці та в практикумі по гістології, цитології та ембріології (мал. 24).

Замалюйте ділянку міофібрили з саркомером. Позначте його елементи: 1) Z смужку (диск); 2) межі саркомеру; 3) А-диск; 4) І -диск; 5) М-диск; 6) Н-полоску; 7) товсті міозинові філаменти; 8) тонкі актинові філаменти. Статичні пальцьові вирости цитоплазми по типу мікроворсинок мають діаметр 0,1 мкм і довжину 1 мкм. Серцевина мікроворсинок складається з 40 актинових філаментів, що тягнуться паралельно по всій довжині. У самій верхівці мікроворсинки ці філаменти закріплені в згустку аморфної речовини, гомологічної Z-дискам саркомеру, в основі мікроворсинки входять у рясне сплетіння, утворене актиновими філаментами в асоціації з не м’язовими міозиновими фібрилами, що мають у складі 10-20 молекул міозину.

ЗАВДАННЯ 6. Нейрофібрили нервових клітин (мікропрепарат).

Для нейронів характерна наявність нейрофібрил (проміжних філаментів), які виявляються солями срібла в цитоплазмі нейронів у вигляді тонких ниток, які утворюють густу сітку у тілі нейрону, у відростках, розташованих паралельно один до одного. Нейрофібрили підтримують структуру та форму відростків нейрона.

Розгляньте на препараті нейрофібрили в нейронах передніх рогів спинного мозку. Солі срібла фарбують ядерце і нейрофібрили в коричневий і чорний колір. Ядро прозоре, пухирцеподібне. При малому збільшенні мікроскопа знайти великий нейрон у передніх рогах спинного мозку. При великому збільшенні вивчити світле ядро з добре помітним ядерцем і нейрофібрили в цитоплазмі.

Замалювати і позначити нейрон і в ньому: 1) тіло; 2) відростки; 3) ядерце; 4) нейрофібрили.

ЗАВДАННЯ 7. Статичні і динамічні структури, утворені актин-міозиновим комплексом у не м’язових клітинах.

Роздивіться на великому збільшенні облямований епітелій тонкого кишечнику. Зверніть увагу на щіткову облямівку в апікальній частині всмоктувальних клітин, утворену мікроворсинками.

За допомогою малюнка на кодограмі складіть реконструкцію (схему) мікроворсинки, позначте:

1) плазматичну мембрану;

2) аморфну речовину (гомолог Z-диска),

3) актинові філаменти;

4) міозинові філаменти.

Мікроворсинки збільшують площу плазматичної мембрани в апікальній частині всмоктувальних клітин кишечника, що разом із рухами ворсинок сприяє посиленню ефективності пристінного травлення й всмоктування.

Роздивіться на кодограмі малюнки динамічних актин-міозинових структур: скорочувального кільця, оперізуючу десмосому та напружені нитки. Скорочувальне кільце з актину і міозину формується в клітині, що ділиться, під самою плазматичною мембраною. Скорочення цього кільця призводить до утворення в телофазі перетяжки в середині клітини і до поділу її на дві дочірні клітини. Після розподілу скорочувальне кільце розпадається.

Оперізуючі десмосоми – це довгострокові скорочувальні структури. Вони розташовуються в апікальній поверхні епітеліальних клітин. Окрім скріплення клітин вони виконують формоутворюючу функцію: утворення складок в епітелії; згортання епітеліального шару в трубочку.

Напружені нитки – тимчасові динамічні скорочувальні структури, характерні для клітин, спроможних до рухів: фібробластів, фагоцитів. Вони мають товщину 0,5 мкм і довжину до 5 мкм. Їх кінці закріплені в різних ділянках плазматичної мембрани, які мають назву пластинки прикріплення, або одним кінцем до плазматичної мембрани, іншим – до органоїдів цитоплазми. Скорочення напружених ниток по типу ковзання призводить до зміни форми клітини, пересування органел цитоплазми; ними створюється потік цитоплазми, вони також беруть участь у рухах усієї клітини, входять до складу ламелоподій і псевдоподій.

Намалюйте схематично актин-міозинові скорочувальні структури в складі скорочувального кільця клітини, що ділиться, оперізуючої десмосоми, епітеліальної клітини фібробласту, що рухається.

Зробіть підписи: 1) актиновий філамент; 2) міозиновий філамент; 3) пластинка прикріплення; 4) ламелоподії; 5) ядро.

ЗАВДАННЯ 8. Одношаровий багаторядний війчастий епітелій трахеї (демонстраційний препарат).

На малому збільшенні знайти епітелій, що вистилає внутрішню поверхню трахеї. На великому збільшенні в епітелії видно декілька рядів ядер: нижній ряд ядер, що прилягає до базальної мембрани, належить базальним клітинам; ядра, які лежать на більш високому рівні, – це ядра вставних клітин; самий верхній ряд ядер належить війчастим клітинам. На апікальній поверхні війчастих клітин при злегка опущеному конденсорі добре видно війки.

ЗАВДАННЯ 9. Дископодібна десмосома епітеліальних клітин (електронно- мікроскопічна схема).

Роздивіться і замалюйте електронно-мікроскопічну схему дископодібної десмосоми, або власне десмосоми. Вона являє собою диск до 0,5 мкм, що складається з електронно щільної аморфної речовини. Диски десмосом клітин, що контактують, розташовуються один навпроти одного з міжмембранним простором, рівним 20-25 нм. У аморфну речовину з внутрішнього боку (оберненого до цитоплазми) прикріпляються петлі кератинових філаментів (тонофіламентів), що продовжуються в цитоплазму і створюють там мережу. Інші тонофіламенти, що починаються від аморфної речовини десмосоми в примембранній цитоплазмі, проходять у міжмембранний простір від клітини до клітини. Внутрішньо цитоплазматичні і міжклітинні тонофіламенти забезпечують механічне з’єднання клітин і міцність на розривання клітинного пласту.

ЗАВДАННЯ 10. Виявлення цитоскелетних структур імунофлуоресцентним методом.

Виявити цитоскелетні структури навіть на рівні світлового мікроскопу можна за допомогою імунолюмінесцентного методу. Для цього спочатку одержують антитіла проти білків цих структур і мітять їх флуоресціюючими речовинами. При опрацюванні клітин такими антитілами утворюється комплекс антиген-антитіло, що флуоресціює в ультрафіолетовому полі.

Роздивіться мікрофотографії й описи до них, подані в «Практикумі по цитології».

Препарат № 126. Виявлення імунофлуоресцентним методом тубулінів мікротрубочок цитоплазматичного скелета.

Препарат № 127. Виявлення імунофлуоресцентним методом актинових філаментів у цитоплазмі фібробластів.

Препарат № 128. Виявлення імунофлуоресцентним методом проміжних філаментів, що містять віментін.

Питання для самоКОНТРОЛЮ:

1. Методи вивчення цитоскелета.

2. Які структури цитоскелета більш стабільні в онтогенезі клітин?

3. Поясніть механізм дії колхіцину на полімеризацію мікротрубочок.

4. Який хімічний склад ЦОМТ?

5. Яка із структур цитоскелета є ендосимбіонтом?

6. Чим обумовлена поперечносмугаста мікроструктура м’язів?

7. Назвіть актинові філаменти не м’язових клітин.

8. Які філаменти обумовлюють зв’язок клітин, форму нервових клітин?