вторник, 5 сентября 2017 г.

5.2. Глазки одноклеточных

Урок: 5.2. Глазки одноклеточных

Транскрибация урока: [МУЗЫКА] [МУЗЫКА] Несмотря на относительно простое устройство, одноклеточные организмы обладают фоточувствительными структурами. У жгутиковых простейших их называют стигматами, и они выглядят, как простые цветные пятнышки. У других, ну например у динофлагеллят, глазки крупнее и устроены более сложно. Вот, например, хламидомонада Рейнгардта. Это планктонная одноклеточная водоросль, большую часть внутриклеточного пространства которой занимает хлоропласт. Стигма располагается на самом краю хлоропласта и представляет собой несколько слоёв глобул, разделённых мембранами. Как работает такой глазок? В качестве пигмента стигмат содержит родопсин, то есть ретиналь, соединённый с опсином. С одной стороны родопсин экранирован гранулами с каротиноидами, поэтому глазок чувствителен к направлению падающего света, и поглощение фотонов вызывает изменение конформации белка и приводит к открытию кальциевых каналов. В результате развивается деполяризация мембраны, и открываются ещё одни кальциевые каналы — потенциал‐чувствительные, которые находятся в мембране неподалёку от жгутиков. Биение жгутиков продвигает клетку вперёд. И хламидомонада плывёт, вращаясь вокруг своей оси с частотой около 2 Гц. Луч света, попадающий на глазок, прерывается дважды в секунду, то есть раз в полсекунды направление движения можно корректировать. И поэтому водоросль меняет движение своих жгутиков то тех пор, пока не устанавливается направление на источник света. Ну если интенсивность падающего света слишком высокая, то она может уплыть и прочь. Надо сказать, что у микроорганизмов, которые обладают глазками, эти органы устроены по‐разному, что свидетельствует о том, что в процессе эволюции стигматы развивались у одноклеточных эукариот много раз и независимо друг от друга. Вот у хламидомонады на свет реагирует условно часть хлоропласта, а у эвглен фоточувствительные белки встроены в специальные плотные стопки мембран у основания жгутиков и к хлоропластам уже никакого отношения не имеют. И активирующиеся на свет биохимические системы у них разные. Эвглены используют светочувствительную аденилатциклазу. Хламидомонада, опять же, обладает первичными хлоропластами из бывшей симбиотической бактерии. А динофлагелляты и криптофитовые водоросли обладают вторичными хлоропластами, которые произошли уже от симбиотической красной водоросли. Динофлагелляты — это вообще очень интересная группа для изучения светочувствительности. Эти одноклеточные водоросли населяют несолёные воды, и около половины представителей — фотосинтезирующие организмы, однако известны и бесцветные гетеротрофы и даже паразиты. Некоторые виды динофлагеллят являются симбионтами коралловых полипов или двустворчатых моллюсков. Но большинство изученных динофлагеллят проявляет максимальный фототаксис в ответ на свет с длиной волны около 450 нанометров, то есть в фиолетовой области. Стигмы динофлагеллят достаточно разнообразны: есть глобулы, локализованные в хлоропластах, есть сильно преобразованные хлоропласты, есть образования, напоминающие по устройству даже глаз многоклеточных. Там светочувствительный слой — это бывший хлоропласт, который давно утратил способность к фотосинтезу, но сохранил свою чувствительность к свету. И в нём даже обнаружена экспрессия гена родопсина, который напоминает бактериальный. У динофлагеллят развивается очень сложно устроенный глазок — оцеллоид — довольно крупного размера. Там, внутри клетки из мембран эндоплазматической сети развивается линза, фокусирующая свет на светочувствительном слое. Линза эта значительно улучшает резкость изображения и способна менять свою форму под действием света. У глазка имеется ещё и оболочка, этакая роговица, состоящая из множества связанных в единую систему митохондрий. То есть получается, что в создании сложного глаза этого микроорганизма задействованы и оба типа эндосимбионтов — и хлоропласты, и митохондрии, и его собственные мембраны — эндоплазматическая сеть. И те динофлагелляты, которые обладают оцеллоидами, — это хищники, они питаются другими представителями планктона. Возможно, что оцеллоид помогает им следить за движениями своих жертв, особенно если учесть, что некоторые из планктонных организмов ещё и флуоресцируют. Внутреннее устройство оцеллоида с множеством параллельно ориентированных мембран может позволить различать даже поляризованный свет, но вот это пока ещё не установлено. Архебактерии, например археи галофилы, населяющие Мёртвое море, в своей мембране имеют участки немножко разных оттенков — пурпурного и красно‐оранжевого цветов. В пурпурной части основную массу составляет белок бактериородопсин — семидоменный трансмембранный белок, соединённый с ретиналем. И функция бактериородопсина — это участие в фотосинтезе. В составе бактериородопсина ретиналь находится в типичной для безъядерных организмов транс‐конфигурации. И под действием света эта транс‐конфигурация изменяется на цис‐форму, при этом ретиналь переносит ион водорода через мембрану. Возникает электрохимический потенциал, и он используется клеткой для синтеза АТФ. Но для фоторецепции эти молекулы неважны. Дело в том, что в мембране архебактерий имеются совсем другие светочувствительные белки — сенсорные родопсины — там, где участки мембраны как раз окрашены в красно‐оранжевые цвета. Вот они‐то и обеспечивают положительный или отрицательный фототаксис. При поглощении фотона, а лучше всего поглощаются фотоны из синей области спектра, сигнал передаётся на околомембранный белок. Этот сенсорный родопсин — семидоменный белок, но он взаимодействует не с G‐белком, как мы уже привыкли. G‐белок способен расщеплять гуанинтрифосфат и активировать другие белки. А здесь сенсорный родопсин взаимодействует с совсем другим по структуре белком, и точный механизм передачи сигнала на жгутик пока неизвестен. [БЕЗ_ЗВУКА]

Часть: 5.2. Глазки одноклеточных

Модуль: Фоточувствительность. Часть 1

Описание модуля:  В этом модуле мы рассмотрим фоторецепцию – восприятие солнечного света. Возможность чувствовать солнечный свет обеспечивают молекулы с сопряженными двойными связями, а от особенностей строения рецепторной молекулы зависит воспринимаемая клетками – и организмами – широта светового спектра. В первом разделе мы познакомимся с особенностями строения разнообразных глазков одноклеточных организмов, с устройством простых и сложных (фасеточных) глаз беспозвоночных; рассмотрим организацию камерного глаза головоногих.

Курс: Биосенсоры

Описание курса: Чем больше информации об окружающей среде получает организм, тем выше его шансы на выживание. Все живое так или иначе реагирует на изменения вокруг себя. Улавливать эти изменения и сигнализировать о них центральной нервной системе – задача сенсоров клеточных мембран, чувствительных к той или иной форме энергии.

На этом курсе вы узнаете об устройстве различных сенсорных систем на молекулярном уровне и познакомитесь с некоторыми деталями работы нервной системы. Мы выясним, как реагирует простейшая сенсорная система на уровне одноклеточных организмов, как они определяют погодные условия вокруг себя и какие глаза бывают у одноклеточных.

Вместе с эволюцией организма происходит эволюция его сенсоров. Поэтому в ходе курса вам придется столкнуться с самыми разнообразными сенсорными системами многоклеточных животных: механо- и термочувствительной, хемо- и фоточувствительной, а также узнать о редких и недоступных людям способах ощущения мира – электро- и магниторецепции.

Программа:

Неделя 1

Молекулярные основы сенсорных систем

В первой части мы с вами познакомимся с молекулярными основами сенсорных систем. Структуры, воспринимающие сигналы из окружающей среды – рецепторы – могут оказаться и целыми клетками, и отдельными молекулами. Вы узнаете, какие существуют варианты рецепторов и что служит для них адекватным стимулом, что такое рецептивное поле и зачем нужна конвергенция. Мы разберем, как устроена мембрана клеток, на которой начинается обработка сигнала; как появляется нервный импульс и как он передается; как специализирована кора головного мозга, обрабатывающая полученную информацию.

Видео: Промо-ролик курса
Видео: Приветствие слушателям курса
Видео: 1.1. Общие черты строения сенсорных систем
Видео: 1.2. Строение мембраны
Видео: 1.3. Рецепторные белки
Видео: 1.4. Мембранный потенциал и нервный импульс
Видео: 1.5. Регуляция динамических свойств мембран

Неделя 2

В этом модуле мы знакомимся с особенностями восприятия механических стимулов. Молекулярные основы механорецепции – далеко не полностью изученная область, но мембранные каналы, изменяющие свою пропускную способность в ответ на растяжение или давление, функционируют в самых разных клетках, обеспечивая организмам разнообразные способы ориентации. Первый раздел – о механорецепторах позвоночных и беспозвоночных, позволяющих ощущать прикосновения, оценивать свойства поверхности и положение частей тела в пространстве.

Видео: 2.1. Механорецепторы мембраны
Видео: 2.2. Ракообразные, насекомые, паукообразные
Видео: 2.3. Осязание позвоночных
Видео: 2.4. Кинестезия у млекопитающих
Видео: 2.5. Анализ тактильной информации у млекопитающих

Неделя 3

Механочувствительность. Часть 2

Механочувствительность обеспечивает восприятие весьма разнообразных характеристик внешнего мира. В этом модуле мы рассмотрим развитие внутреннего уха у позвоночных. Этот орган обеспечивает и чувство равновесия, и слух, и способность к эхолокации – и все это базируется на работе механорецепторов.

Видео: 3.1. Внутреннее ухо: слух
Видео: 3.2. Внутреннее ухо: равновесие
Видео: 3.3. Эволюция уха
Видео: 3.4. Эхолокация

Неделя 4

Хемочувствительность

В этой части курса речь пойдет о хеморецепции – способности клеток и организмов воспринимать химические стимулы из окружающей среды и реагировать на них. Взаимодействие рецептора и лиганда обеспечивает направленное движение одноклеточных организмов, служит основой обоняния и вкуса и позволяет многоклеточным организмам регулировать параметры внутренней среды. Мы узнаем, что такое метилируемые белки хемотаксиса, как работают чувствительные щетинки членистоногих, отвечающие за восприятие запаха и вкуса, чем отличаются вкусовые почки и рецепторные клетки обонятельного эпителия позвоночных, а также о том, как осуществляется восприятие разных типов вкусовых веществ и почему незначительные изменения в структуре молекул могут принципиально изменить их запах.

Видео: 4.1. Прокариоты
Видео: 4.2. Хеморецепция многоклеточных: общие сведения
Видео: 4.3. Обоняние и вкус у насекомых
Видео: 4.4. Вкус у позвоночных
Видео: 4.5. Обоняние у позвоночных

Неделя 5

Фоточувствительность. Часть 1

В этом модуле мы рассмотрим фоторецепцию – восприятие солнечного света. Возможность чувствовать солнечный свет обеспечивают молекулы с сопряженными двойными связями, а от особенностей строения рецепторной молекулы зависит воспринимаемая клетками – и организмами – широта светового спектра. В первом разделе мы познакомимся с особенностями строения разнообразных глазков одноклеточных организмов, с устройством простых и сложных (фасеточных) глаз беспозвоночных; рассмотрим организацию камерного глаза головоногих.

Видео: Обращение к слушателям
Видео: 5.1. Светочувствительность: общие сведения
Видео: 5.2. Глазки одноклеточных
Видео: 5.3. Сложноустроенные "простые глаза"
Видео: 5.4. А как у моллюсков?
Видео: 5.5. Сложные глаза беспозвоночных

Неделя 6

Фоточувствительность. Часть 2

Этот раздел познакомит нас с устройством глаз позвоночных животных и с особенностями работы их сетчатки. Разные животные воспринимают разные области солнечного спектра, и это приносит им огромную пользу, хотя далеко не все животные видят мир таким многоцветным, как люди.

Видео: 6.1. Глаза позвоночных животных
Видео: 6.2. Функционирование сетчатки
Видео: 6.3. Что за сетчаткой?
Видео: 6.4. Варианты зрения позвоночных

Неделя 7

Редкие чувства

В этой части речь пойдет о самых редких, удивительных и даже невообразимых чувствах. Мы познакомимся с особенностями теменного глаза, который работает и как воспринимающая свет структура, и как эндокринная железа. Относительно простая и обычная термочувствительность тесно связана с инфракрасной чувствительностью, которой обладают насекомые и змеи. Мы познакомимся с электрорецепцией, возможность появления которой обеспечила боковая линия рыб, и с магниторецепцией, четко проявляющейся у некоторых бактерий и вызывающей много вопросов применительно к птицам. Кроме того, мы узнаем кто может видеть мир в поляризованном свете, какие особенности строения глаз дарят такую возможность, и какая от этого может быть польза.

Видео: 7.1. Третий глаз – кому он нужен?
Видео: 7.2. Термочувствительность
Видео: 7.3. Инфракрасная чувствительность
Видео: 7.4. Электрорецепция
Видео: 7.5. Магниторецепция
Видео: 7.6. Мир в поляризованном свете

Описание преподавателя: Анна Юшкова, Кандидат биологических наук, доцент, Кафедра естественнонаучных дисциплин ВКИ НГУ
Категория: Медико-биологические науки

Описание категории: Специализации и курсы по медико-биологическим наукам посвящены свойствам организмов и живых экосистем; сюда относится биология, диетология, зоология и медицина. Курсы в данной области улучшат ваше понимание растительной и животной жизни и умение анализировать способы взаимодействия и реагирования на изменения комплексных систем.

Тематика: Биология

Материал:



Ресурсы http://r.ournet.biz/2gSmbFA