Материал: Меледина Т.В., Давыденко С.Г. Дрожжи Saccharomyces cerevisiae. Морфология, химический состав, метаболизм

Периплазма выполняет роль:

–барьера проницаемости;

–контроля транспорта растворенных веществ внутрь клетки

ииз нее;

–гидролиза некоторых компонентов среды (углеводов, белков

илипидов) до структур, которые затем транспортируются через цитоплазматическую мембрану (ЦПМ) ферментами, связанными с этой мембраной. Так, в ППП находятся гидролазы, гидролизующие углеводы, белки и липиды. Например, инвертаза (β-фруктофуранозидаза), которая расщепляет сахарозу до глюкозы и фруктозы; мелибиаза, гидролизующая дисахарид мелибиозу до галактозы и глюкозы; кислая фосфатаза, катализирующая отщепление двух остатков фосфорной кислоты от аденозинтрифосфата (АТФ); транслоказы; нуклеозиддифосфатазы;

–регулятора биосинтеза клеточной стенки у дрожжей. В частности, с участием полимераз происходит синтез олигосахаридов, которые затем используются в биосинтезе полисахаридов клеточной стенки маннана и глюкана.

В ППП происходит расщепление удаленных из клетки продуктов обмена. В этом пространстве с помощью электронного микроскопа даже можно увидеть остатки органоидов.

Объем периплазматического пространства зависит от фазы развития клетки и условий культивирования; он может увеличиваться при содержании в среде трудноусвояемых компонентов или повышении проницаемости клеточной стенки. Увеличение ширины ППП

происходит также при увеличении концентрации субстрата, например мальтозы, которую клетка не успевает транспортировать посредством ферментов транспорта пермеаз в цитоплазму. Увеличение ППП

наблюдается при регидратации сухих дрожжей. В этом случае в клетки активно входит вода, а из цитоплазмы удаляются поврежденные при дегидратации (обевоживании) органоиды и их части.

3.3. ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ МЕМБРАНА

Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ), или плазмалемма, следует за ППП.

ЦПМ выполняет следующие функции:

– отделяет клеточную стенку и периплазматическое пространство от содержимого клетки (протопласта);

16

– создает осмотический барьер для поступления веществ

вклетку и выхода из нее;

–участвует в транспорте веществ, энергии и информации внутрь клетки и из нее;

–регулирует биосинтез клеточной стенки, в частности, участвует в синтезе полисахаридов КС;

–содержит ферменты, расположенные с внешней поверхности мембраны, которые участвуют в усвоении сахаров, аминокислот и т.д.

ЦПМ клетки представляет собой типичную трехслойную структуру (см. рис. 3.2), состоящую из липопротеидов. Внутренние слои

дов, расположенные на поверхности мембран, соединены с белками электростатическими связями. Толщина мембраны обычно составляет около 8 нм.

В зависимости от возраста и физиологического состояния дрожжей ЦПМ может быть гладкой или складчатой, в последнем случае она образует инвагинации, обращенные внутрь цитоплазмы. Складчатость (фистончатость) мембраны увеличивается при дегидратации дрожжей, а также при внесении их в плотные среды с высокой осмоляльностью питательных компонентов. Размер клетки уменьшается (плазмолиз). Складчатость увеличивается также и при старении клеток.

Цитоплазматическая мембрана дрожжей может осуществлять пиноцитоз, фагоцитоз и экзоцитоз. Пиноцитоз заключается в способности захватывать из среды капли белковых растворов, растворов липидов и углеводов. Фагоцитоз – захват твердых частиц, экзоцитоз – удаление шлаков из клетки в периплазматическое пространство.

Цитоплазматическая мембрана содержит от 5,4 до 6,4 % фосфолипидов и 26 % эргостерола от общего количества липидов. Для сравнения мембраны вакуолей содержат до 40 % фосфолипидов

итолько 6 % эргостерола от общего количества липидов в дрожжах. Соотношение между белками и липидами в вакуолярной мембране составляет 0,66.

Имеются данные, что при увеличении содержания стеролов

инепредельных жирных кислот в дрожжах возрастают барьерные

17

функции ЦПМ. Это, например, может повысить устойчивость дрожжевых клеток к повышенным концентрациям этанола.

3.4. ЯДРО

Содержимое клетки (протоплазм) включает ядро и цитоплазму. Ядро является основным, но не единственным носителем наследственности, и контролирует все обменные реакции организма. Оно представляет собой довольно округлую структуру, покрытую мембраной. Это двойная мембрана, усеянная порами, что можно видеть только под электронным микроскопом. С ядерной мембраной ассоциирована структура, называемая бляшкой (plaque). Характерный компонент бляшки — это многослойный диск, из которого в ядро и цитоплазму протянуты микротрубочки. Эти бляшки представляют собой составную часть веретена дрожжевого ядра, и по их поведению можно следить за различными этапами деления ядра, т.е. этапами клеточного цикла.

Морфология ядра меняется в зависимости от условий культивирования. Дрожжевая клетка в условиях анаэробиоза имеет ядро больших размеров с фестончатыми краями, тогда как в аэробных клетках этого не наблюдается.

Генетическая информация, содержащаяся в ядре, распределена между хромосомами – нитевидными структурами, состоящими из ДНК, основными белками – гистонами и некоторым количеством негистоновых белков. У S.cerevisiae 17 хромосом. Для сравнения:

убактерий – 1, у человека 46 хромосом. Размер каждой хромосомы

удрожжей приблизительно в два раза меньше бактериальной

ив 100 раз меньше, чем у человека.

Вядре содержится ядрышко – органелла, богатая РНК. В нем синтезируется высокомолекулярная РНК, из которой потом образуются основные типы РНК, входящие в состав рибосом – рибосомальные РНК (р-РНК). Эти РНК и синтезируемые в других участках хромосом матричные РНК (м-РНК) выходят через ядерные поры в цитоплазму, где происходит сборка рибосом, и синтезируется основная масса клеточных белков. Поэтому у активно размножающихся клеток поры широко открыты.

У дрожжей три типа РНК:

1)самые большие молекулы РНК – в рибосомах;

18

2)матричная РНК (м-РНК) отвечает за перенос закодированной

вДНК генетической информации в цитоплазму, где она служит матрицей для синтеза белка (м-РНК образуется в ядре);

3)транспортная РНК (т-РНК). В клетке много различных т-РНК, каждая обладает специфичностью по отношению к одной из двадцати аминокислот.

Ядро дрожжевой клетки отличается по химическому составу от цитоплазмы: 60 % сухого вещества ядра составляют нуклеиновые кислоты (НК), главным образом ДНК, 35 % – белки и 5 % – другие вещества, в том числе жиры, минеральные соединения и углеводы.

3.5. ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ

Цитоплазма, заполняющая клетку, представляет собой сложную коллоидную систему. Матрикс (цитозоль) цитоплазмы состоит из белков и РНК (коллоидная часть), а также аминокислот, жирных кислот, сахаров, органических и неорганических веществ, нуклеотидов, которые образуют истинные растворы. Ионный состав этих соединений определяет буферные и осмотические свойства матрикса. В цитоплазме протекают различные биохимические процессы: гликолиз, синтез жирных кислот, нуклеотидов, некоторых аминокислот и т.д. В матриксе располагаются все органоиды, которые связаны в единую систему.

Рибосомы – самые маленькие по размеру структуры (диаметр до 20 нм), содержат до 50 % РНК клетки. Некоторая их часть связана с поверхностью мембран эндоплазматического ретикулума. Функция рибосом состоит в биосинтезе белка.

Рибосомы состоят из белка (50 %) и РНК (42–50 %). На их долю приходится около 15 % сухой массы цитоплазмы.

Митохондрия (М) – полуавтономная клеточная структура, окруженная двойной трехслойной липопротеидной мембраной толщиной 6–10 нм каждая. Между ними находится перимитохондриальное пространство, приближающееся к 10 нм. Внутренняя мембрана образует складки – кристы. Внутри митохондрии находится матрикс, в котором сосредоточены ферменты ЦТК (рис. 3.4).

Чем более интенсивно протекают биосинтетические процессы в митохондрии, тем больше крист, за счет которых увеличивается ак-

19

тивная поверхность М, на которой локализуются дыхательные ферменты, поэтому митохондрии называют «легкими» клетки.

Рис. 3.4. Схематическое изображение строения митохондрии

В анаэробных условиях митохондрии деградируют, при этом уменьшается число этих структур, увеличивается их размер, но снижается количество крист. Эти деградирующие митохондрии называют промитохондриями. Однако при внесении дрожжей в среду с растворенным в ней кислородом происходит активное деление промитохондрий – изменение их структуры, т.е. увеличение числа крист. При этом важно, что скорость деления митохондрий превышает скорость деления ядра. Это объясняется тем, что данная структура обладает собственным генетическим аппаратом.

ДНК дрожжевых митохондрий, которая составляют 15–23 % всей ДНК клетки, представляет собой кольцевую молекулу с молекулярной массой (ММ), в 5 раз большей, чем ММ ДНК в митохондриях высших животных. Своей кольцевой формой митохондриальные хромосомы напоминают хромосому бактерий, причем размножаются митохондрии подобно бактериям. Однако М – не обособленная от клетки структура: в митохондриях синтезируется толь-

20