Підручник з Біології і екології (профільний рівень). 11 клас. Задорожний - Нова програма

§ 14. Рухи клітин

Поміркуйте

  • Чим зумовлене різноманіття механізмів руху одноклітинних організмів?

Згадайте

  • Бактерії, археї, протисти
  • Мікротрубочки, мікрофіламенти

Поняття про амебоїдний та миготливий рух

У світі одноклітинних організмів переважають рухи, зумовлені активністю моторних білків: амебоїдний, миготливий, ковзний, метаболічний, стрибаючий, гвинтоподібний (мал. 14.1). Найбільш поширеними серед них є перші два типи.

Амебоїдний рух здійснюється за рахунок тимчасових випинів поверхні клітини — псевдоподій. Утворення та рух псевдоподій забезпечується взаємодією моторних білків — актину і міозину. Актинові мікрофіламенти формують чохол у поверхневому шарі цитоплазми. Коли цей чохол стискається за допомогою молекул міозину, цитоплазма спрямовується в ділянку, де його товщина є найменшою. Протистів, здатних до амебоїдного руху, називають амебами, або корененіжками. Подібні форми відомі у складі майже кожної великої групи еукаріотів, але найбільш поширені серед амебозоїв, до яких належать звичайна та дизентерійна амеби. Амебоїдний рух не втратив свого значення і в багатоклітинних організмів: завдяки йому лейкоцити людини пересуваються у тканинах та фагоцитують чужорідні частки.

Мал. 14.1. Рухи одноклітинних організмів: амебоїдний (а), миготливий (б), ковзний (в), метаболічний (г), стрибаючий (д), гвинтоподібний (є)

Миготливий рух зумовлений ритмічним коливанням циліндричних випинів, які, на відміну від псевдоподій, мають постійну форму та розташування на поверхні клітини. Серед структур, що забезпечують миготливий рух, найважливішими є аксоподії та джгутики. Перші мають жорсткий внутрішній скелет і здатні лише коливатися з одного боку в інший. Джгутики, на відміну від них, здатні вигинатися, а у прокаріотів — навіть обертатися навколо своєї осі.

Будова і функціонування джгутиків та війок

Джгутик бактерій є порожнистою білковою ниткою, утвореною з молекул білка флагеліну. Біля своєї основи вона переходить у порожнистий гак, що з'єднується із системою білкових дисків, пов'язаних із мембраною та клітинною стінкою. Один із дисків має вигляд зубчастого колеса. До кожного з його зубців прилягає комплекс моторних білків. Білки кожного такого комплексу здійснюють ритмічні рухи, змушуючи колесо обертатися. Енергію для їхніх рухів забезпечує потік протонів. Завдяки роботі цього механізму джгутик обертається навколо своєї осі й рухає клітини вперед так само, як гребний гвинт рухає корабель (мал. 14.2, а).

Мал. 14.2. Будова джгутика бактерій (а), архей (б), еукаріотів (в)

Мал. 14.3. Будова аксонеми джгутика еукаріотів. Мікротрубочки розташовані за схемою (9 • 2) + 2: дев'ять периферичних пар та одна центральна пара.

Джгутик архей являє собою суцільну білкову нитку, утворену молекулами трьох різних типів флагеліну. Він обертається навколо своєї осі, використовуючи для цього енергію молекул АТФ (мал. 14.2, б).

Джгутик еукаріотів (мал. 14.2, в) складається з 20 паралельних білкових трубок, що є типовими мікротрубочками, утвореними з мономерів білка тубуліну. Вони розташовані вздовж осі джгутика за схемою (9 • 2) + 2. Уздовж кожної пари мікротрубочок тягнуться ручки, утворені з білка динеїну. Ручка може приєднатися до сусідньої мікротрубочки і зсунути її з місця (мал. 14.3). Узгоджені рухи динеїнових ручок призводять до того, що пари мікротрубочок ковзають уздовж одна одної. Завдяки цьому джгутик змієподібно коливається, рухаючи клітину.

Мал. 14.4. Комірцевий джгутиконосець (а) і його структури в організмі людини: клітина епітелію кишечника (б), клітина епітелію бронхів (в), сперматозоїд (г), волоскова клітина (д)

Війки. Клітини деяких еукаріотів мають сотні й навіть тисячі джгутиків. Такі численні джгутики можуть рухатися незалежно (у гіпермастигін, опалін) або коливатись узгоджено (в інфузорій), утворюючи «хвилі», як уболівальники на стадіонах. В останньому випадку їх традиційно називають війками.

Поширення і значення клітин з миготливими структурами в організмі людини

Предками багатоклітинних тварин були комірчасті джгутиконосці, клітина яких має джгутик, оточений комірцем, — ловчим апаратом, утвореним із мікроворсинок, форма яких підтримується молекулами актину. З переходом до багатоклітинності більшість клітин тваринного організму втратили джгутики та комірці, однак подекуди ці структури збереглися (мал. 14.4). Так, мікроворсинки, що колись утворювали комірець, формують щіточкову облямівку клітин епітелію тонкого кишечника. Одиночні джгутики властиві сперматозоїдам людини. Численні джгутики вкривають клітини війчастого епітелію, який вистилає дихальні шляхи, маткові труби тощо. А волоскові клітини слухової системи та органа рівноваги зберегли як джгутик, так і мікроворсинки.

Ключова ідея

Рух одноклітинних організмів найчастіше забезпечується джгутиками і псевдоподіями. Псевдоподії є виростами, керованими зсередини взаємодією молекул актину і міозину. Джгутики бактерій — це трубки з білка флагеліну, що обертаються навколо своєї осі. Джгутики еукаріотів складаються з (9 • 2) + 2 тубулінових мікротрубочок, які ковзають уздовж одна одної завдяки взаємодії з молекулами динеїну.

Запитання та завдання

1. Як ви гадаєте, чому в одноклітинному світі не набули поширення гігроскопічні, осмотичні, ростові рухи? 2. У літературі ХХ ст. аксоподії часто розглядалися як різновид псевдоподій. Спробуйте підтвердити або спростувати цю точку зору. 3. Чи міг еукаріотичний джгутик утворитися зі джгутика давньої бактерії або археї?