МИКРОБИОЛОГИЯ Учебное пособие - 2012

ГЛАВА 5. ГРИБЫ

5.5. СТРОЕНИЕ ДРОЖЖЕВОЙ КЛЕТКИ

Дрожжевая клетка имеет все основные структуры, присущие любой эукариотической клетке: клеточную стенку, плазматическую мембрану, цитоплазму, ядро, митохондрии, рибосомы, лизосомы, вакуоли, запасные питательные вещества, мембранные структуры (рис. 16).

Рис. 16. Строение дрожжевой клетки (Шлегель, 1987):

КСт — клеточная стенка; ПМ — плазматическая мембрана; Цпл — цитоплазма, содержащая рибосомы; Яш — ядрышко; Мит — митохондрия; ЭР — эндоплазматический ретикулум; Д —диктиосома; П — гранулы полифосфатов; Ж — жировая капелька; Руб — рубец (шрам почкования)

Клеточная стенка — прочная эластичная структура толщиной от 40 до 250 нм, состоящая, как правило, из трех слоев. Наружный слой — липопротеиновый; к нему примыкает маннанопротеиновый слой, и третий, прилегающий к цитоплазматической мембране, — β-глюкановый. Он играет основную роль в поддержании постоянной формы клетки. В клеточной стенке дрожжей обнаружен также хитин — полимер, состоящий из остатков N-ацетилглюкозамина. Он образует кольцо вокруг дочерних шрамов материнской клетки. В глюкановых слоях концентрируются ферменты класса гидролаз и оксидаз, катализирующие реакции расщепления и окисления питательных веществ субстрата.

Клеточная стенка выполняет важные функции: придает клетке определенную форму, поддерживает внутриклеточное давление, обладает избирательной проницаемостью — через нее в клетку проникают только низкомолекулярные соединения.

Цитоплазматическая мембрана или плазмолемма (ЦПМ) — структура толщиной 6...8 нм, плотно прилегающая к внутренней стороне клеточной стенки. Она состоит из двойного слоя фосфолипидов, в которые погружены молекулы белка. На внутренней и внешней стороне мембраны находятся периферически белки. У Saccharomyces cerevisiae основными фосфолипидами являются фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин и фосфатидилсерин, на долю которых приходится до 90 % всех липидов мембраны. Кроме фосфолипидов в состав ЦПМ входят также липиды стероидной природы, главным образом эргостерол. Построение клеточной мембраны из молекул фосфолипидов обусловливает два взаимно противоположных свойства структуры: в то время как глицериновый остов с фосфором притягивает воду (является гидрофильным), хвосты жирно-кислотных остатков отталкивают воду (являются гидрофобными). В результате образуется непроницаемый двойной слой без наличия связей между фосфолипидными молекулами.

Функции ЦПМ: регуляция биосинтеза клеточной стенки, транспорт в клетку питательных веществ, ионов К⁺ и Na⁺, удаление продуктов метаболизма. Мембранные компоненты играют роль ионообменника, регулируя прохождение заряженных ионов через мембрану.

Цитоплазма дрожжевой клетки (цитозол) занимает более 50 % объема клетки и представляет собой сложную коллоидную систему, имеющую в зависимости от возраста различную степень вязкости. В молодой клетке наблюдается интенсивный циклоз — круговые движения цитоплазмы, обеспечивающие интенсивный транспорт продуктов обмена от одной органеллы к другой. В цитоплазме располагаются все структуры клеток и гранулы запасных питательных веществ. По данным электронно-микроскопических исследований основой цитоплазмы является гомогенная сеть тонких нитевидных и глобулярных молекул.

Ядро играет главную роль в клетке. Основная функция ядра — хранение генетической информации. Оно контролирует синтез белка и нуклеиновых кислот, процесс размножения клетки, образование новых клеточных структур. Ядро у дрожжей представляет собой округлое образование диаметром 1—2 мкм, отделенное от цитоплазмы двойной пористой мембраной. Обладая уникальной структурой, ядерная мембрана непосредственно участвует в репликации ДНК и может сообщаться с цитоплазмой. Главным компонентом ядра является хроматин, состоящий из ДНК и гистонов. Хроматин может находиться в диффузном состоянии в интерфазе. Перед размножением весь хроматин концентрируется в хромосомы, при делении которых передаются наследственные свойства организма. Число хромосом в ядрах разных видов дрожжей может быть различным, оно колеблется от 2 (у Candida utilis) до 16 (у Saccharomyces cerevisiae). Внутри ядра имеется нуклеоплазма с ядрышком, которое синтезирует высокомолекулярную РНК для рибосом.

Митохондрии — обязательные структуры эукариотической клетки. В зависимости от условий культивирования дрожжей митохондрии могут иметь сферическую, палочковидную или нитевидную форму. Митохондрии окружены двойной мембраной: внешней — гладкой и внутренней — образующей множество складок или трубочек, называемых кристами. Внутреннее содержимое митохондрий называется матриксом. В состав митохондрий входит 30—40 % липидов и 70—60 % белка.

В матриксе митохондрий локализованы ферменты цикла трикарбоновых кислот, а во внутренней мембране находятся ферменты дыхательной цепи. В митохондриях локализована также митохондриальная ДНК (мДНК), которая кодирует некоторые ферменты матрикса. Число митохондрий в одной клетке изменяется в пределах от 1 до 20 в зависимости от периода роста и условий культивирования дрожжей. Важнейшей функцией митохондрий является синтез АТФ (аденозинтрифосфата) в процессе дыхания.

Эндоплазматический ретикулум (ЭР) — представляет собой систему двойных мембран (канальцев, пузырьков или цистерн), тесно контактирующую с ЦПМ, ядерной мембраной (нуклеолеммой), митохондриями и другими структурами. ЭР пронизывает всю цитоплазму, к его поверхности прикреплены рибосомы. Основная функция ЭР заключается в обеспечении упорядоченной доставки различных веществ к местам их использования. Большая активная поверхность мембран способствует локализации на ней разного рода ферментных систем. На эндоплазматической цепи располагаются цепочки рибосом.

Диктиосомы (в переводе означает «сетчатое тело»: от греческих слов диктион — сеть и сома — тело) представляют собой плотно уложенные стопки из 3—5 плоских мешочков, называемых также цистернами Гольджи. По периферии мешочки расширяются в виде валика и окружены пузырьками — везикулами. Они выполняют экскреторные и секреторные функции, участвуют в образовании новых мембран и формировании стенок растущих клеток. Аппарат Гольджи — источник формирования особых структур — лизосом.

Лизосомы — электронно-плотные гранулы, ограниченные липопротеидной мембраной. В лизосомах находятся активные ферменты из класса гидролаз, которые освобождают клетки от чужеродных и собственных необратимо поврежденных субклеточных компонентов.

Рибосомы — нуклеопротеидные частицы диаметром около 20 нм, содержащие 40—45 % PH К и 60—55 % белка. Они находятся в цитоплазме либо в свободном виде, либо связаны с мембранами эндоплазматического ретикулума. Рибосомы состоят из двух субъединиц — большой и малой, каждая из которых построена из молекулы рибосомальнои РНК и определенного набора белков. Основной функцией рибосом является синтез белка.

Вакуоли — органеллы, отделенные от цитоплазмы вакуолярной мембраной. Вакуоль играет важную роль в обмене веществ клетки. В ней сосредоточены соли натрия, калия, кальция, магния, а также различные ферменты, полифосфаты, углеводы, белки. Эти вещества используются клеткой по мере надобности. Размеры вакуоли зависят от возраста и физиологического состояния дрожжевой клетки: в молодых клетках вакуоли мелкие, в старых — занимают большую часть клетки.

Гликоген — запасное питательное вещество, представляющее собой полисахарид, структурной единицей которого является а-глюкоза. Гранулы гликогена появляются в клетках дрожжей в начале брожения при избытке в среде углеводов. Содержание гликогена может возрасти более чем на 30 % от содержания СВ дрожжей. К концу брожения содержание гликогена в клетках уменьшается. Наряду с другими резервными веществами в дрожжевой клетке откладывается дисахарид трегалоза. Он заключен в мелкие везикулы, окруженные мембраной. В дрожжах, выращенных в анаэробных условиях, преобладает гликоген, в аэробных условиях — трегалоза.

Метахроматин (волютин) — резервное вещество клетки, состоящее из липопротеидов, полифосфатов, магния и РНК. Он скапливается в вакуолях или в цитоплазме в виде гранул. У дрожжей, размножающихся в среде, обедненной фосфором, метахроматин не обнаруживается.

Липиды накапливаются в цитоплазме и выполняют роль резервного вещества. Они представляет собой смесь триглицеридов с фосфолипидами и эргостеролом. В старых клетках капельки жира хорошо различимы благодаря преломлению света.

Шрам почкования появляется на поверхности материнской клетки после отделения от нее дочерней клетки при бесполом способе размножения дрожжей — почковании. По числу шрамов можно узнать возраст клетки.