Размещено на http://www.allbest.ru/

Статья по теме:

Характеристика микроводоросли Chlorella Vulgaris

Родин Роман Васильевич Магистр Тамбовского государственного технического университета Россия, г. Тамбов

Аннотация

В статье рассматривается подробное строение клетки микроводоросли Chlorellavulgaris. Приведен анализ строения клеточной стенки. Рассмотрено строение основных мембран клетки. Приведено строение мембранных белков и липидов.

Ключевые слова: зеленые водоросли, микроводоросль Chlorellcivulgaris, клеточная стенка, мембранные белки и липиды.

Abstract

ThearticlediscussesthedetailedstructureofthecellofthemicroalgaeChlorellavulgaris. The analysis of the structure of the cellwallisgiven. The structure of the main cellmembranesisconsidered. Thestructureofmembraneproteinsandlipidsisgiven.

Keywords: greenalgae, microalgaeChlorellavulgaris, cellwall, membraneproteinsandlipids.

Водоросли - сборная группа низших, преимущественно водных, растений, тело которых не расчленено на вегетативные органы (корень, стебель, лист), а представлено талломом, или слоевищем. По этой причине их называют талломными, или слоевищными, растениями [1].

Зеленые водоросли - Chlorophyta. Этот тип, представители которого имеют хроматофоры зеленого цвета (содержащие, как и у высших растений и приблизительно в такой же пропорции, хлорофилл, каротин и ксантофилл), отличается большим разнообразием. Здесь встречаются формы одноклеточные, колониальные, многоклеточные и неклеточные - весьма различного облика и строения. Клетки в большинстве случаев одеты оболочкой, в составе которой чаще преобладает целлюлоза. Хроматофоры часто с пиреноидами. Продукт ассимиляции - главным образом, крахмал, иногда - липиды. Зооспоры со жгутиками равной длины, обычно в числе 2 - 4. Среди одноклеточных и колониальных форм есть, наряду с неподвижными, подвижные в вегетативном состоянии, обладающие жгутиками. Среди многоклеточных преобладает структура неветвящейся или ветвящейся нити. Половой процесс широко распространен и разнообразен, но у части видов отсутствует. Некоторые зеленые водоросли имеют правильную смену половой и бесполой форм развития [1].

Рассмотрим клетку Chlorellavulgaris (рисунок 1). Chlorellavulgaris относится: к отделу - зеленые водоросли (Chlorophyta), классу - зеленые или равножгутиковые водоросли (Clorophyceae, Isocontae), порядок - лорококковые или протококковые (Chlorococcophyceae, Protococcophyceae), семейство - ооцистовые (Oocystaceae), род - хлорелла (Chlorella). Chlorellavulgaris не требовательна к условиям обитания и способна весьма интенсивно размножаться, поэтому очень широко распространена и встречается практически повсеместно. Клетки хлореллы одиночные, имеют шаровидную или эллипсоидальную форму, диаметр не превышает 12 мкм. Этот неподвижный микроорганизм имеет тонкую гладкую целлюлозную оболочку. В клетке находится одно ядро и только один хлоропласт, расположенный пристеночно. В цитоплазме запасаются такие продукты, как жиры и крахмал. Хлорелла, как и другие зеленые водоросли, способна синтезировать органические вещества в процессе фотосинтеза. Также у водорослей данной группы есть потребность в небольшом количестве минералов для размножения. Единственный способ размножения хлореллы - бесполое размножение при помощи неподвижных спор (апланоспор), которые напоминают уменьшенную копию материнской клетки. Половой процесс не известен. Хлорелла, также как и хламидомонада, является модельным объектом в самых разных исследованиях [2].

Рисунок 1 - Строение клетки микроводоросли Chlorellavulgaris: 1- Клеточная оболочка, А - Микрофибриллы, В - Пектиноподобные вещества (гемицеллюлоза, белки), 2 - Фосфолипидныйбислой, 3 - Цельные трансмембранные белки, 4 - Периферические белки, 5 - Цельные белки, 6 - Цельные трансмембранные белки (ионный канал), 7 - Липидная капля, 8 - Рибосомы, 9 - Белково-липидные комплексы, 10 - Хлоропласт, 11 - Ядро, 12- Ядрышко, 13 - аппарат Гольджи, 14 - Лизосомы, 15 - Митохондрии, 16 - Гладкий эндоплазматическийретикулум, 17 - Шероховатый эндоплазматический ретикулум, 18 - Вакуоль, 19 - Цитоплазма

Клетка существенно не отличается от типичных клеток высших растений, однако есть свои особенности. Клетки водоросли имеют клеточную оболочку, состоящую из целлюлозы и пектиновых веществ. У многих из них в состав клеточной стенки входят добавочные компоненты: известь, железо, альгиновая кислота и др. (таблица 1)

Таблица 1 - Состав клеточной стенки микроводорослей Chlorellavulgaris

У микроводорослей стенка дочерних клеток образуется уже во время деления родительской. Впоследствии она называется первичной. У многих клеток позже образуется вторичная оболочка. Первичная клеточная оболочка состоит из микрофибрилл целлюлозы, погруженных в матрикс из других полисахаридов. Отличительной особенностью волокон целлюлозы является их прочность. Молекула целлюлозы представляет собой длинную полисахаридную цепь. Отдельные молекулы соединяются друг с другом водородными связями в пучок, который называется микрофибриллой. Такие фибриллы образуют каркас клеточной стенки [4].

Матрикс клеточной стенки составляют полисахариды пектины и гемицеллюлозы, а также ряд других веществ (например, белков). Пектиновые вещества представляют собой группу кислых полисахаридов, их молекулы могут быть не только линейными, но и разветвленными. Гемицеллюлозы также смешанная группа полисахаридов. Длина их линейных молекул короче, чем у целлюлозы. Оболочки соседних клеток растений соединены между собой срединной пластинкой, состоящих из пектатов магния и кальция, для которых характерна клейкость (рисунок 2) [4].

Рисунок 2 - Строение клеточной стенки микроводоросли Chlorellavulgaris

В состав стенок растений входит вода (составляет более половины массы), обуславливая ряд физических и химических свойств полисахаридов.

Оболочки разных клеток совместно обеспечивают всему растению и его отдельным частям механическую прочность и опору. Это функция клеточной стенки аналогична одной из функций скелета животных. Однако она не единственная [4].

Жесткость стенок препятствует растяжению клеток и их разрыву. В результате по физическим законам в клетки может путем осмоса поступать вода (таблица 2).

Таблица 2 - Состав плазматической мембраны микроводоросли Chlorella vulgaris [3]

Все биомембраны построены одинаково; они состоят из двух слоев липидных молекул толщиной около 6 нм, в которые встроены белки. Некоторые мембраны содержат, кроме того, углеводы, связанные с липидами и белками. Соотношение липиды: белки: углеводы является характерным для клетки или мембраны и существенно варьирует в зависимости от типа клеток или мембран [4].

Компоненты мембран удерживаются нековалентными связями, вследствие чего они обладают лишь относительной подвижностью, т. е. могут диффундировать в пределах липидного бислоя. Текучесть мембран зависит от липидного состава и температуры окружающей среды. С увеличением содержания ненасыщенных жирных кислот текучесть возрастает, так как наличие двойных связей способствует нарушению полукристаллической мембранной структуры. Подвижными являются и мембранные белки. Если белки не закреплены в мембране, они «плавают» в липидномбислое как в жидкости. Поэтому говорят, что биомембраны имеют жидкостно-мозаичную структуру [4].

В то время как «дрейф» в плоскости мембраны происходит достаточно легко, переход белков с внешней стороны мембраны на внутреннюю («флип- флоп») невозможен, а переход липидов происходит крайне редко. Для «перескока» липидов необходимы специальные белки транслокаторы. Исключение составляет холестерин, который может легко переходить с одной стороны мембраны.

Рисунок 3 - Структура плазматической мембраны

Внутри

На рисунке 3 схематически изображена биомембрана. В мембранах содержатся липиды трех классов: фосфолипиды, холестерин и гликолипиды. Наиболее важная группа, фосфолипиды, включает фосфатидилхолин (лецитин), фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин, фосфатидилинозит и сфингомиелин. Холестерин присутствует во внутриклеточных мембранах животных клеток (за исключением внутренней мембраны митохондрий). Гликолипиды входят в состав многих мембран (например, во внешний слой плазматических мембран). В состав гликолипидов входят углеводные функциональные группы, которые ориентируются в водную фазу.

Липиды мембран представляют собой амфифильные молекулы с полярной гидрофильной головкой (голубого цвета) и неполярным липофильным хвостом (желтого цвета). В водной среде они агрегируют за счет гидрофобных взаимодействий и вандерваальсовых сил (рисунок 4) [4].

Рисунок 4 - Мембранные липиды

К мембранным белкам относятся белки, которые встроены в клеточную мембрану или мембрану клеточной органеллы или ассоциированы с таковой. Около 25 % всех белков являются мембранными. Мембранные белки могут быть классифицированы по топологическому или биохимическому принципу. Топологическая классификация основана на том, сколько раз белок пересекает липидный бислой. В соответствии с этим критерием белки подразделяются на монотопические, битопические и политопические:

монотопические белки взаимодействуют с одной поверхностью мембраны и не пересекают её;

битопические пронизывают мембрану насквозь и взаимодействуют с обеими её поверхностями;

политопические пронизывают мембрану несколько раз (многократное взаимодействие с липидами).

Понятно, что первые относятся к периферическим белкам, а вторые и третьи к интегральным (рисунок 5).

Рисунок 5 - Мембранные белки

Различные категории политопических белков. Связывание с мембраной за счёт (1) единичной трансмембранной альфа-спирали, (2) множественных трансмембранных альфа-спиралей, (3) бета-складчатой структуры

По отношению к мембране мембранные белки делятся на поли - и монотопические. Политопические, или трансмембранные, белки полностью пронизывают мембрану и, таким образом, взаимодействуют с обеими сторонами липидногобислоя. Как правило, трансмембранный фрагмент белка является альфа-спиралью, состоящей из гидрофобных аминокислот (возможно от 1 до 20 таких фрагментов). Только у бактерий, а также в митохондриях и хлоропластах трансмембранные фрагменты могут быть организованы как бета-складчатая структура (от 8 до 22 поворотов полипептидной цепи). Интегральные монотопические белки постоянно встроены в липидный бислой, но соединены с мембраной только на одной стороне, не проникая на противоположную сторону (рисунок 6).

Рисунок 6 - Различные категории интегральных монотопических белков

Данные белки связаны с мембраной за счёт (1) амфипатической альфа - спирали, параллельной плоскости мембраны, (2) гидрофобной петли, (3) ковалентно соединённого жирнокислотного остатка, (4) электростатического взаимодействия (прямого или кальций-опосредованного).

По биохимической классификации мембранные белки делятся на интегральные и периферические. Интегральные мембранные белки прочно встроены в мембрану и могут быть извлечены из липидного окружения только с помощью детергентов или неполярных растворителей. По отношению к липидному бислою интегральные белки могут быть трансмембранными политопическими или интегральными монотопическими. Периферические мембранные белки являются монотопическими белками. Они либо связаны слабыми связями с липидной мембраной, либо ассоциируют с интегральными белками за счёт гидрофобных, электростатических или других нековалентных сил. Таким образом, в отличие от интегральных белков они диссоциируют от мембраны при обработке соответствующим водным раствором (например, с низким или высоким pH, с высокой концентрацией соли или под действием хаотропного агента). Эта диссоциация не требует разрушения мембраны[4].

Цитоплазма у большинства водорослей расположена тонким слоем вдоль клеточной стенки и окружает большую центральную вакуоль. В цитоплазме хорошо различимы эндоплазматический ретикулум (При участии эндоплазматического ретикулума происходит трансляция и транспорт белков, синтез и транспорт липидов и стероидов. Для ЭПР характерно также накопление продуктов синтеза. Эндоплазматический ретикулум принимает участие в том числе и в создании новой ядерной оболочки), митохондрии (играют роль энергетических станций клеток, в них протекают процессы окислительного фосфорилирования, ферментативного окисления различных веществ с последующим накоплением энергии в виде молекул аденозинтрифосфата - АТФ; хранят наследственный материал в виде митохондриальной ДНК, митохондрии для своей работы нуждаются в белках, закодированных в генах ядерной ДНК, так как собственная митохондриальная ДНК может обеспечить митохондрии лишь несколькими белками), аппарат Гольджи (накопление белков, липидов, углеводов, модификация поступивших органических веществ, «упаковка» в мембранные пузырьки белков, липидов, углеводов, секреция белков, липидов, углеводов, синтез углеводов и липидов), рибосомы, одно или несколько ядер [5].

В клетках водорослей из органелл особенно заметны хроматофоры (хлоропласты), которые в отличие от хлоропластов высших растений более разнообразны по форме, размерам, числу, строению, местоположению и набору пигментов. Они могут быть чашевидными, лентовидными, пластинчатыми, звездчатыми, дисковидными и др.

В хроматофорах сосредоточены фотосинтезирующие пигменты: хлорофиллы а, b, с, d, каротиноиды (каротины и ксантофиллы), фикобилины (фикоцианин, фикоэритрин).

Кроме того, в матриксе хроматофора находятся рибосомы, ДНК, липидные гранулы и особые включения - пиреноиды. Пиреноиды присущи почти всем водорослям и небольшой группе мхов. Они являются не только местом скопления запасных питательных веществ, но и зоной их синтеза [5].

Веществами запаса у водорослей служат крахмал, липиды, гликоген, волютин, водорастворимый полисахарид ламинарии и др. [5]

Применение Chlorellavulgaris основано на высоком содержании в ней биологически ценных веществ. На долю витаминов в биомассе Chlorellavulgaris приходятся витамины групп В, С, РР, Е, каротин. В диких штаммах в нативном виде содержатся микроэлементы - йод, бром,мышьяк, кобальт, калий, фосфор, железо, магний и тому подобные и антибиотики [5].

Использованные источники

белок клетка микроводоросль vulgaris

1. Volimo.ru. - Строение клетки водорослей. - [Электронный ресурс].- Режим доступа: http://volimo.ru/books/item/f00/s00/z0000021/st004.shtml (дата обращения 23.02.2021)

2. Volimo.ru. - Водоросли. Справочник. - [Электронный ресурс].- Режим доступа: http://volimo.ru/books/item/f00/s00/z0000018/index.shtml (дата обращения 23.02.2021)

3. Темнов, М.С. Кинетика и аппаратурно-технологическое оформление процессов получения эфиров жирных кислот [Текст]: дис. канд. биотех. наук: 05.17.08 / М.С. Темнов. - М., 2017. - 223 с.

4. Biology.su. - Клеточная стенка - [Электронный ресурс].- Режим доступа: https://biology.su/cytology/cell-wall (дата обращения 23.02.2021).

5. Sbio.info.- Общая характеристика водорослей.- [Электронный ресурс].- Режим доступа: http://sbio.info/materials/orgbiol/orgrastnizsh/orgvodorosl/76 (дата обращения 23.02.2021).

Размещено на Allbest.ru