Je prokázáno, že buňky eukaryotických organismů jsou reprezentovány systémem membrán, které tvoří organely protein-fosfolipidového složení. Z tohoto pravidla však existuje důležitá výjimka. Dvě organely (buněčné centrum a ribozom), stejně jako pohybové organely (bičíky a řasinky) mají nemembránovou strukturu. Jak se vzdělávají? V této práci se pokusíme najít odpověď na tuto otázku a také studovat strukturu buněčného středu buňky, často nazývaného centrosom.
Obsahují všechny buňky střed buňky
První skutečnost, která vědce zajímá, je volitelná přítomnost tohoto organoidu. Takže v nižších houbách - chytridiomycetech - a ve vyšších rostlinách chybí. Jak se ukázalo, u řas, lidských buněk a většiny zvířat je přítomnost buněčného centra nezbytná pro realizaci procesů mitózy a meiózy. Somatické buňky se dělí prvním způsobem a pohlavní buňky se dělí jiným způsobem. Povinným účastníkem obou procesů jecentrosom. Divergence jejích centriol k pólům dělící se buňky a natažení vláken štěpného vřeténka mezi nimi zajišťuje další divergenci chromozomů připojených k těmto vláknům a k pólům mateřské buňky.
Mikroskopické studie odhalily strukturální rysy buněčného centra. Zahrnuje jedno až několik hustých těles - centrioly, ze kterých se vějířovitě rozbíhají mikrotubuly. Pojďme podrobněji prostudovat vzhled a také strukturu buněčného centra.
Centrosom v interfázové buňce
V životním cyklu buňky lze buněčné centrum vidět během období zvaného interfáze. V blízkosti jaderné membrány jsou obvykle umístěny dva mikroválce. Každá z nich se skládá z proteinových zkumavek, shromážděných ve třech kusech (tripletech). Devět takových struktur tvoří povrch centriolu. Pokud jsou dva (což se stává nejčastěji), pak jsou umístěny v pravém úhlu k sobě. Během období života mezi dvěma děleními je struktura buněčného centra v buňce téměř stejná u všech eukaryot.
Ultrastruktura centrosomu
Pomocí elektronového mikroskopu bylo možné podrobně studovat strukturu buněčného centra. Vědci zjistili, že centrosomové válce mají následující rozměry: jejich délka je 0,3-0,5 mikronu, jejich průměr je 0,2 mikronu. Před začátkem dělení se počet centriolů zdvojnásobí. To je nutné, aby mateřské a dceřiné buňky samy v důsledku dělení přijímalybuněčné centrum, skládající se ze dvou centriol. Strukturální rysy buněčného centra spočívají ve skutečnosti, že centrioly, které je tvoří, nejsou ekvivalentní: jeden z nich, zralý (mateřský), obsahuje další prvky: pericentriolární satelit a jeho přívěsky. Nezralý centriol má specifické místo zvané přemetové kolo.
Chování centrosomu při mitóze
Je dobře známo, že růst organismu, stejně jako jeho rozmnožování, probíhá na úrovni elementární jednotky živé přírody, kterou je buňka. Struktura buňky, lokalizace a funkce buňky, stejně jako její organely, jsou posuzovány cytologií. Navzdory tomu, že vědci provedli mnoho výzkumů, je buněčné centrum stále nedostatečně prozkoumáno, ačkoli jeho role v buněčném dělení je plně objasněna. Při profázi mitózy a při profázi redukčního dělení meiózy se centrioly rozbíhají směrem k pólům mateřské buňky a následně vzniká vlákno štěpného vřetena. Jsou připojeny k centromerám primární konstrikce chromozomů. K čemu to je?
Vřeteno anafáze buněčného dělení
Experimenty G. Boveriho, A. Neila a dalších vědců umožnily prokázat, že struktura buněčného centra a jeho funkce jsou vzájemně propojeny. Přítomnost dvou centriol umístěných bipolární vzhledem k pólům buňky a vřetenových vláken mezi nimi zajišťuje rovnoměrnou distribuci chromozomů spojených s mikrotubuly ke každému z pólů mateřské buňky.
Počet chromozomů bude tedy v dceřiných buňkách v důsledku mitózy stejný nebo poloviční (v meióze) než v původní mateřské buňce. Zvláště zajímavá je skutečnost, že struktura buněčného centra se mění a je v korelaci s fázemi buněčného životního cyklu.
Chemická analýza organel
Pro lepší pochopení funkcí a role centrosomu si pojďme prostudovat, jaké organické sloučeniny jsou obsaženy v jeho složení. Jak by se dalo čekat, vedou proteiny. Stačí si připomenout, že struktura a funkce buněčné membrány závisí také na přítomnosti peptidových molekul v ní. Všimněte si, že proteiny v centrosomu mají kontraktilní schopnost. Jsou součástí mikrotubulů a nazývají se tubuliny. Při studiu vnější a vnitřní struktury buněčného centra jsme zmínili pomocné prvky: pericentriolární satelity a centriolové přívěsky. Zahrnují cenexin a myricitin.
Existují také proteiny, které regulují metabolismus organoidů. Jedná se o kinázu a fosfatázu – speciální peptidy odpovědné za nukleaci mikrotubulů, tedy za tvorbu aktivní molekuly semene, ze které začíná růst a syntéza radiálních mikrofilament.
Buněčné centrum jako organizátor fibrilárních proteinů
V cytologii se konečně prosadila myšlenka centrosomu jako hlavní organely zodpovědné za tvorbu mikrotubulů. Díky zobecňujícím studiím K. Fultona lze tvrdit, že buněčné centrumposkytuje tento proces čtyřmi způsoby. Například: polymerace štěpných vřetenových filamentů, tvorba centriol, vytvoření radiálního systému mikrotubulů v mezifázové buňce a nakonec syntéza prvků v primárním ciliu. Jedná se o speciální útvar charakteristický pro mateřskou centriolu. Studiem struktury a funkcí buněčné membrány ji vědci detekují pod elektronovým mikroskopem v buněčném centru po mitotickém buněčném dělení nebo v době začátku mitózy. Ve stadiu G2 interfáze, stejně jako v raných fázích profáze, řasinky mizí. Podle chemického složení se skládá z molekul tubulinu a je to značka, podle které lze identifikovat zralou mateřskou centriolu. Jak tedy probíhá zrání centrosomů? Zvažte všechny nuance tohoto procesu.
Fáze tvorby centriolu
Cytologové zjistili, že dceřiné a mateřské centrioly, které tvoří diplozom, nemají stejnou strukturu. Zralá struktura je tedy ohraničena vrstvou pericentriolární substance - mitotického halo. Úplné zrání dceřiného centriolu trvá déle než jeden životní cyklus buňky. Na konci fáze G1 druhého buněčného cyklu již nová centriola působí jako organizátor mikrotubulů a je schopna tvořit filamenta štěpných vřeten a také vytvářet speciální pohybové organely. Mohou to být řasinky a bičíky, které se nacházejí v jednobuněčných prvokech (například zelené euglena, nálevníky), stejně jako v mnoha řasách, jako jsou chlamydomonas. Bičíky vzniklé díky mikrotubulům buněčného centra jsou zásobeny mnohaspory v řasách, stejně jako zárodečné buňky zvířat a lidí.
Role centrosomu v životě buňky
Viděli jsme, že jedna z nejmenších buněčných organel (zabírá méně než 1 % objemu buňky) hraje vedoucí roli v regulaci metabolismu rostlinných i živočišných buněk. Porušení tvorby vřetena dělení má za následek tvorbu geneticky defektních dceřiných buněk. Jejich sady chromozomů se liší od normálního počtu, což vede k chromozomálním aberacím. Výsledkem je vývoj abnormálních jedinců nebo jejich smrt. V medicíně se prokázala skutečnost vztahu mezi počtem centriolů a rizikem vzniku rakoviny. Pokud například normální kožní buňky obsahují 2 centrioly, pak tkáňová biopsie v případě rakoviny kůže odhalí zvýšení jejich počtu na 4-6. Tyto výsledky poskytují důkaz o klíčové roli centrosomu v řízení buněčného dělení. Nedávná experimentální data poukazují na důležitou roli této organely v procesech intracelulárního transportu. Jedinečná struktura buněčného středu mu umožňuje regulovat jak tvar buňky, tak její změnu. V normálně se vyvíjející jednotce se centrosom nachází vedle Golgiho aparátu, v blízkosti jádra, a spolu s nimi zajišťuje integrační a signalizační funkce při realizaci mitózy, meiózy, ale i programované buněčné smrti – apoptózy. Proto moderní cytologové považují centrosom za důležitou sjednocující organelu buňky, zodpovědnou jak za její dělení, tak za celýcelkový metabolismus.
