Карпов С.А. Строение клетки протистов

Подождите немного. Документ загружается.

281

4.6. ДРУГИЕ ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКИЕ ОРГАНЕЛЛЫ

Чаще всего аппарат Гольджи расположен по соседству с яд-

ром и представлен одной или несколькими стопками плоских

цистерн – диктиосомами, – окруженных мелкими пузырьками

(рис. 4.90). Однако аппарат Гольджи не всегда встречается в

виде диктиосом. У некоторых протистов он представлен оди-

ночными цистернами. Отсутствие диктиосом обычно трактует-

ся как примитивный признак. Вероятно, это вполне справед-

ливо, т.к. стопки цистерн аппарата Гольджи работают

эффективнее, чем одиночные цистерны. Однако отсутствие дик-

тиосом у современных протистов не может однозначно свиде-

тельствовать о примитивности этих организмов, т.к. диктиосо-

мы – весьма лабильные образования, а их формирование и

разборка в значительной степени зависит от внешних воздей-

ствий на клетку (например, снижение концентрации кислоро-

да в среде) или от физиологических перестроек самого протис-

та (переход к инцистированию).

Рис. 4.90. Схема строения типичного аппарата Гольджи. (По:

Заварзин и др., 1992.)

1 – цис-, 2 – средняя и 3 – транс-части диктиосомы, 4 –

цистерны, 5 – транспортные и 6 – секреторные пузырьки, 7 –

распределительный отдел транс-части диктиосомы.

282

ГЛАВА 4. СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ ПРОТИСТОВ

4.6.4. Лизосомы и другие органеллы и

включения

В клетках протистов, как и в клетках многоклеточных жи-

вотных, присутствуют лизосомы. Эти цитоплазматические

тельца в форме мелких пузырьков (первичные лизосомы)

образуются в аппарате Гольджи. В них локализованы пищева-

рительные гидролитические ферменты. На электронограммах

первичные лизосомы выглядят как тельца округлой формы с

гомогенным внутренним содержимым, диаметром меньше

1 мкм. Они расположены во всех участках клетки. Вторичные

лизосомы, или пищеварительные вакуоли, хорошо выражены

только у гетеротрофных протистов, питающихся путем фаго-

цитоза.

В эндоплазме разных протистов в большем или меньшем ко-

личестве присутствуют резервные питательные вещества, ис-

пользуемые в процессах метаболизма. Чаще всего это различные

полисахариды, нередко – липиды и иные жировые включения.

Для некоторых групп протистов характерны специфические за-

пасные вещества. Например, эвгленовые запасают парамилон,

который не встречается у других протистов, а красные водорос-

ли – багрянковый крахмал. Количество резервных веществ за-

висит от физиологического состояния простейшего, характера

и количества пищи, от стадии жизненного цикла и поэтому варь-

ирует в широких пределах.

Аппарат проникновения в клетку

Паразитические протисты обладают различными структура-

ми для проникновения в клетку хозяина. Одной из широко рас-

пространенных структур такого рода является апикальный ком-

плекс. Он характерен прежде всего для споровиков (рис. 4.91)

и хищных жгутиконосцев из отряда Colpodellida

(=Spiromonadida). Ранее его считали уникальным признаком

типа Apicomplexa. В его состав входит коноид, апикальные

кольца и полярное кольцо с отходящими от него микротрубоч-

ками (рис. 4.91). Внутри апикального комплекса обычно обна-

руживаются роптрии и микронемы (рис. 2.36 А). Роптрии –

крупные мешковидные образования железистого типа, откры-

283

4.6. ДРУГИЕ ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКИЕ ОРГАНЕЛЛЫ

вающиеся на переднем конце клетки. Они выделяют специаль-

ные белки (секрет проникновения), которые, по-видимому,

участвуют в разрушении покровов клетки хозяина или жерт-

вы. Микронемы представлены многочисленными мелкими из-

витыми канальцами, выполняющими, вероятно, аналогичную

функцию.

Менее сложный апикальный комплекс обнаружен также у

хищного бесцветного жгутиконосца Katablepharis, имеющего

на апикальном конце клетки коноидальное кольцо, от которо-

го отходят микротрубочки. Внутри конуса микротрубочек об-

наружены и подобные микронемам структуры.

Апикальный комплекс колподеллид и катаблефариса служит

для питания, а у споровиков – для проникновения в клетку,

но, по-видимому, основная его функция – разрушение покро-

вов клетки.

По-иному устроен аппарат проникновения в клетку у дру-

гих внутриклеточных паразитов. У микроспоридий и плазмо-

Рис. 4.91. Строение коноида Toxoplasma gondii. (По: Nichols,

Chiappino, 1987.)

вмк – внутренний мембранный комплекс, вмт – внутренние

микротрубочки, зпк – заднее преконоидальное кольцо, кп –

комплекс полярного кольца, мт – 22 микротрубочки, пл –

плазмалемма, ппк – переднее преконоидальное кольцо, ск –

субъединицы коноида.

284

ГЛАВА 4. СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ ПРОТИСТОВ

диофорид существует для этой цели специальный аппарат эк-

струзии (рис. 4.92). Принцип его действия у представителей обе-

их групп один и тот же. Внутри споры находится небольшая

вакуоль, которая в начале процесса экструзии быстро набухает

и выталкивает из споры свернутую трубку. У плазмодиофорид

эта трубка сравнительно короткая и имеет на конце специаль-

ный стилет, пробивающий клеточную стенку растений. У мик-

роспоридий она может достигать значительной длины, не несет

на конце какого-либо вооружения, поскольку пробивает менее

прочные покровы (плазмалемму) клеток многоклеточных. За-

родышевая плазма с ядром передвигается по этой трубке из спо-

ры паразита и попадает в клетку хозяина. Поскольку микро-

Рис. 4.92. Схема проникновения плазмодиофориды в клетку

растения. (По: Dylewski, 1990.)

А – интактная спора на поверхности клетки, Б – прикрепление

споры к клеточной стенке растения, В – пробивание клеточной

стенки специальным наконечником, Г – переход спороплазмы

из споры в клетку растения, который вызывается набуханием

вакуоли (в) на этапах Б–Г. кс – клеточная стенка, на –

наконечник, сп – спора, я – ядро спороплазмы.

285

4.6. ДРУГИЕ ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКИЕ ОРГАНЕЛЛЫ

споридии и плазмодиофориды не связаны между собой фило-

генетически, можно предполагать, что такой аппарат проник-

новения в клетку возник в этих двух группах независимо.

Аппарат питания

Аппарат питания безусловно и неразрывно связан с функ-

цией питания, поэтому его следовало бы рассматривать в гла-

вах, посвященных физиологии клетки. Однако его строение у

некоторых протистов составляет существенную часть цитоске-

лета. Кроме того, при сравнении его с другими структурами

клетки возникают аналогии с особенностями строения аппара-

та проникновения в клетку.

Принято выделять два основных способа поглощения пищи

у гетеротрофов: пиноцитоз и фагоцитоз. Пиноцитоз представ-

ляет собой по сути дела заглатывание растворенных органичес-

ких веществ или мелких частиц, посредством образования мел-

ких пузырьков с обкладкой из белковой клатриновой сеточки

(окаймленные пузырьки). В клеточной биологии для описания

этого процесса принято использовать термин «рецепторный

эндоцитоз». Он характерен, по-видимому, для всех протистов

независимо от наличия других способов питания. Его распрос-

транение лимитируется лишь образованием жестких покров-

ных структур вроде пелликулы или клеточной стенки. Так на-

зываемое «всасывание всей поверхностью клетки» как раз и

представляет собой пиноцитоз.

При фагоцитозе, или голозойном питании, происходит заг-

латывание крупных объектов. Разнообразие способов заглаты-

вания пищи довольно велико. Здесь мы остановимся только на

тех, которые требуют специальных сложных систем заглатыва-

ния пищи.

Еще один способ гетеротрофного питания – мизоцитоз – ха-

рактерен для хищных протистов и представляет собой высасы-

вание цитоплазмы жертвы после разрушения ее покровов.

По способу заглатывания пищевых объектов протистов мож-

но разделить по меньшей мере на 3 группы:

1) одни заглатывают как мелкие, так и крупные объекты при

помощи псевдоподий (амебы, воротничковые жгутиконосцы,

солнечники, церкомонады, хризомонады и другие);

286

ГЛАВА 4. СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ ПРОТИСТОВ

2) другие (инфузории, многие жгутиконосцы), так называ-

емые фильтраторы, или седиментаторы, постоянно подгоняют

жгутиками или ресничками мелкие пищевые объекты (преиму-

щественно бактерий) в ротовое отверстие;

3) третьи захватывают и заглатывают крупные пищевые

объекты, а также высасывают жертву (мизоцитоз) при помо-

щи специальных органелл цитостома и цитофаринкса (инфу-

зории, жгутиконосцы).

При захвате пищи при помощи псевдоподий постоянные ро-

товые структуры отсутствуют, а сам процесс хорошо известен и

обеспечивается микрофиламентами цитоскелета. Иногда ему

предшествует иммобилизация пищевого объекта при помощи

слизи или экструсом. Надо заметить, что такой тип захвата пищи

характерен не только для амебоидных организмов. Им широко

пользуются протисты с другой организацией тела – жгутико-

носцы, солнечники, радиолярии.

Рис. 4.93. Схема

расположения

кинетосом и

связанных с ними

фибрилл в

цитостомальной

зоне инфузории

Tetrahymena. (По:

Sleigh, 1989.)

пф –

посторальные

фибриллы, ск –

соматические

кинетосомы, ум –

кинетосомы

«ундулирующей

мембраны», 1–3 –

кинетосомы

соответствующих

мембранелл.

287

4.6. ДРУГИЕ ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКИЕ ОРГАНЕЛЛЫ

У фильтрующих организмов имеется постоянное ротовое от-

верстие и глоточный аппарат. Наиболее характерен этот способ

заглатывания пищи для инфузорий, которые часто имеют вы-

соко дифференцированную ротовую (оральную) цилиатуру

(рис. 4.93). Многие прикрепленные жгутиконосцы также яв-

ляются фильтраторами, часто с постоянным местом захвата

пищи, но цитостом/цитофарингальные структуры формируют-

ся не всегда, а захват пищи идет при помощи псевдоподий.

Наиболее сложные ротоглоточные образования характерны

для хищников. Процесс заглатывания пищи предполагает сна-

чала обездвиживание жертвы при помощи парализующих ее

экструсом, а затем заглатывание целиком или высасывание ци-

топлазмы. Интересно, что в обоих случаях, будь то ротоглоточ-

ный аппарат хищной инфузории или щупальце суктории, ис-

пользуется одинаковая конструкция – цитофарингальная

корзинка (рис. 4.94–4.96). Непосредственно под плазмалеммой

глотки проходят одиночные микротрубочки с отходящими от

Рис. 4.94. Схемати-

ческое изображе-

ние ротового

аппарата хищных

эвгленовых на

поперечном срезе.

(По: Margulis et al.,

1993.)

1 – плазмалемма

глоточного канала,

2 – микротрубочки,

3 – фибриллярные

пластинки.

288

ГЛАВА 4. СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ ПРОТИСТОВ

них фибриллярными пластинками, или ленты микротрубочек.

Глубже в цитоплазме скелет глотки составляют пучки связан-

ных между собой микротрубочек (немадесмы), часто в виде тре-

угольных призм (рис. 4.94). При прохождении крупного объек-

та глотка растягивается, а немадесмы служат опорными

структурами. Так, в сложно устроенной глотке Nassula проис-

ходит последовательное пространственное преобразование ске-

летных элементов глотки, что позволяет этой инфузории перед

заглатыванием складывать длинную нить водоросли пополам

(рис. 4.95).

Рис. 4.95. Схема строения и функционирования глоточного

аппарата у инфузории Nassula. (По: Tucker, 1968.)

А – общий вид и строение глоточного аппарата, Б – состояние

корзинки у непитающейся особи, В–Д – последовательные

изменения конфигурации корзинки при захвате и заглатывании

нитчатой водоросли (нв). в – воротничок на апикальном конце

глоточного аппарата, к – корзинка глотки, образованная

палочками (п), которые состоят из микротрубочек, о – общая

оболочка корзинки, пк – плотное кольцо, связывающее палочко-

вый аппарат, сс – серповидная складка, фк – фибриллярное

кольцо. Масштабная линейка: 5 мкм.

289

4.6. ДРУГИЕ ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКИЕ ОРГАНЕЛЛЫ

Транспортировка же пищи обеспечивается ламеллами, кото-

рые связаны с микрофиламентами. В области ламелл обнару-

живается АТФ-азная активность, а среди белков найден актин.

По-видимому, транспорт пищевого объекта осуществляется за

счет известного механизма скольжения вдоль микротрубочек

при помощи филаментов. При этом филаменты прикрепляют-

ся к наружной поверхности мембраны, окружающей жертву.

Этот механизм осуществляется, по-видимому, и при всасыва-

нии цитоплазмы жертвы сосущими инфузориями (рис. 4.96).

Принципиально так же устроена глоточная система у кине-

топластид, хищных бесцветных жгутиконосцев и в щупальце

фаготрофных динофитовых. Хорошо развитая ротоглоточная

система свободноживущих кинетопластид и эвгленовых явля-

ется существенной частью цитоскелета клетки, обеспечивая сво-

еобразие формы клетки этих протистов.

4.6.5. Фоторецептор

Фоторецепторный аппарат характерен для водорослей и

обычно состоит из глазного пятна (глазка, или стигмы) и той

или иной части жгутикового аппарата (рис. 4.74, 4.97). Чув-

ствительность к свету, однако, выражена не только у водорос-

лей, но и у многих гетеротрофных протистов, хотя они и не име-

ют специальных структур для фоторецепции.

Принцип работы фоторецептора тот же, что и у животных.

Глобулы глазка поглощают свет, который отражается от лежа-

щих за ними мембран или фибриллярных уплотнений и фоку-

сируется на определенном участке жгутика, в котором обычно

расположен собственно рецепторный аппарат.

Строение фоторецепторов среди водорослей весьма различ-

но, но всех их объединяет наличие следующих необходимых для

фоторецепции элементов: 1) богатые каротиноидами липидные

глобулы (собственно стигма, или глазок), расположение кото-

рых варьирует от беспорядочного до высокоупорядоченных гек-

сагональных структур; 2) расположение глазка (обычно оди-

ночного) на периферии клетки, которое четко определено по

отношению к жгутику или плоскости его биения; 3) связь стиг-

290

ГЛАВА 4. СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ ПРОТИСТОВ

мы с микротрубочками цитоскелета, что, по-видимому, опре-

деляет местоположение глазка.

Все же многие группы водорослей характеризуются весьма

своеобразным строением глазков, поэтому обычно выделяется

5 основных типов фоторецепторного аппарата (Dodge, 1973,

Kawai, Kreimer, 2000).

Хлорофитный тип (рис. 4.97 А). Глазок непосредственно не

связан со жгутиком. Он состоит из 1 или нескольких обычно

высокоупорядоченных слоев липидных глобул внутри хлороп-

ласта. Снаружи глазок покрыт специализированными участ-

ками мембран оболочки хлоропласта и плазмалеммы, которые

обогащены в этой области внутримембранными частицами.

Мембраны самого глазка часто прилегают друг к другу и свя-

зываются при помощи фибриллярного материала. Средний ди-

аметр глобул 80–130 мкм, они обогащены специфическими ка-

ротиноидами. Расстояние между слоями, независимо от их

количества, всегда постоянно. Форма глазка варьирует у раз-

ных видов от наиболее широко распространенной яйцевидной

до напоминающей запятую. Глазок располагается под покро-

вами чаще всего в средней части клетки, но может находиться

Рис. 4.96. Схема процесса питания суктории. (По: Sleigh, 1989.)

А – дистальный конец щупальца суктории с головкой, усеянной

гаптоцистами (га), Б – момент контакта жертвы (ж) с головкой,

В – всасывание цитоплазмы жертвы (цж) через канал,

образованный лентами микротрубочек (мт). пе – пелликула.