Строение грибной клетки: органеллы и их функции

Клетка гриба — обычная эукариотическая клетка: с ядром, митохондриями, эндоплазматической сетью, аппаратом Гольджи, рибосомами и цитоскелетом. Но перестроена она под необычную задачу — расти в длину, не двигаясь с места, всасывать растворённую пищу и при этом прокладывать себе путь сквозь почву, древесину и ткани хозяина. Поэтому у неё есть органеллы, которых нет больше ни у кого: шпиценкёрпер на верхушке гифы, полярное тельце веретена вместо центросомы, тельца Воронина у пор между клетками, трубчатые вакуоли, тянущиеся через весь мицелий. А на самых простых грибных клетках, дрожжах, человечество узнало, как работает клеточный цикл, секреция и аутофагия — три Нобелевские премии за полвека.

В статье разобраны:

• клеточная стенка и плазматическая мембрана: хитин, глюканы, эргостерол и мишени лекарств;
• верхушка гифы: шпиценкёрпер, пузырьки, цитоскелет и как клетка растёт в длину;
• ядро, закрытый митоз, полярные тельца веретена, многоядерность и движение ядер;
• митохондрии и их судьба у разных грибов: гидрогеносомы и митосомы;
• эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, рибосомы, пероксисомы и тельца Воронина;
• вакуоль: лизосома, склад и транспортная сеть; липидные капли и гликоген;
• клетки без гиф: дрожжи и зооспоры;
• дрожжевая клетка как модель и что на ней открыли.

В конце — что нужно знать к ЕГЭ, раздел для олимпиадников и 16 заданий с разбором. О признаках и границах царства — в статье «Что объединяет грибы», о родстве с животными — в статье «Грибы среди эукариот», о строении и жизни грибов в целом — в статье «Царство грибы», о спорах — в статье «Бесполое размножение грибов».

• Как изучали грибную клетку
• Общий план
• Клеточная стенка
• Плазматическая мембрана
• Верхушка гифы и шпиценкёрпер
• Цитоскелет
• Ядро и его деление
• Митохондрии
• ЭПС, аппарат Гольджи и рибосомы
• Пероксисомы и тельца Воронина
• Вакуоль
• Запасные вещества
• Перегородки и цитокинез
• Дрожжи и зооспоры: клетки без гиф
• Дрожжевая клетка как модель
• Что нужно знать к ЕГЭ
• Для олимпиад
• Задания с разбором
• Литература

Как изучали грибную клетку

Гифа гриба — удобный объект для микроскопа: прозрачная трубка, в которой видно движение содержимого. Поэтому многие органеллы грибной клетки описали в XIX веке: в 1864 году Михаил Воронин заметил плотные тельца у перегородок гиф сумчатых грибов, а в 1924 году Ганс Брунсвик — тёмное пятно на самой верхушке растущей гифы, которое Манфред Гирбардт в 1957 году назвал шпиценкёрпером, «верхушечным тельцем» [1, 2]. Электронная микроскопия 1960–1970-х годов показала, что это скопление пузырьков, а подсчёты Коллинджа и Тринчи на нейроспоре — что к верхушке подходят десятки тысяч пузырьков в минуту [3].

Вторая линия истории — дрожжи. На них Лиланд Хартвелл в 1970-х годах нашёл гены клеточного цикла и септины, Рэнди Шекман в 1980-м — гены секреторного пути, Ёсинори Осуми в 1992-м — аутофагию; в 1996 году дрожжи стали первым эукариотом с прочитанным геномом [4, 5, 6, 7]. Третья линия — органеллы, которых у грибов «не должно быть»: гидрогеносомы грибов рубца (1986), митосомы микроспоридий (2002), холестерол вместо эргостерола у зооспоровых грибов (2010) [8, 9, 10].

Общий план

У грибов два основных типа клеток: гифа — трубка, растущая верхушкой, обычно многоядерная, и дрожжевая клетка — округлая одноядерная, размножающаяся почкованием или делением. У зооспоровых грибов есть ещё подвижная зооспора со жгутиком. Внутреннее устройство у всех одно: стенка, мембрана, ядро, митохондрии, система мембран, вакуоль, цитоскелет. Различия — в пропорциях и в том, как эти части организованы в пространстве.

Масштаб. Клетка пекарских дрожжей — шар диаметром 5–10 мкм и объёмом около 40–60 фемтолитров (кубических микрометров), в 20–30 раз меньше клетки печени человека. В ней одно ядро, одна крупная вакуоль, несколько десятков митохондрий, объединённых в сеть, и около 200 тысяч рибосом [11]. Гифа — трубка диаметром 2–10 мкм неограниченной длины: один участок гифы нейроспоры длиной в миллиметр содержит сотни ядер.

Клеточная стенка

Стенка — внешний слой клетки, составляющий 20–40 % её сухой массы. Внутри — микрофибриллы хитина, ковалентно сшитые с β-1,3-глюканом; снаружи — β-1,6-глюкан, маннопротеины, у многих — меланин и гидрофобины [12]. Стенка держит тургор (0,5–1 МПа у обычной гифы), задаёт форму клетки, защищает от высыхания и ферментов, а белки её наружного слоя служат «визитной карточкой» для других организмов. Подробно о составе стенки — в статье «Что объединяет грибы»; здесь — о том, как стенка строится и работает.

Как стенка строится. Хитин и глюканы синтезируют ферменты, встроенные в плазматическую мембрану: хитинсинтазы и глюкансинтазы выдавливают растущие цепи наружу, где те кристаллизуются в микрофибриллы. Хитинсинтазы доставляются к мембране в особых пузырьках — хитосомах, открытых Бартники-Гарсией в 1978 году [13]. Сшивки между хитином и глюканами, а также маннопротеины добавляют ферменты, выделенные в стенку. Стенка — не мёртвая оболочка: она постоянно перестраивается, а при повреждении клетка запускает «аварийный» синтез хитина.

Меланин и гидрофобины. Меланин — тёмный полимер, который многие грибы откладывают в стенку: он защищает от ультрафиолета, окислителей и ферментов, а у возбудителя пирикуляриоза риса делает стенку аппрессория непроницаемой для глицерина, чтобы создать давление в 8 МПа [14, 15]. Гидрофобины — мелкие белки, самособирающиеся в водоотталкивающую плёнку на поверхности воздушных гиф и спор: благодаря им гифы выходят из воды в воздух, а споры не смачиваются и разносятся ветром [16].

Плазматическая мембрана

Мембрана гриба устроена как у всех эукариот — бислой фосфолипидов с белками, — но стерол в ней свой: эргостерол, а не холестерол. Эргостерол отличается двумя дополнительными двойными связями и метильной группой, делает мембрану более жёсткой и упорядоченной. Эта разница — главная мишень противогрибковых лекарств: азолы блокируют синтез эргостерола, полиены (амфотерицин, нистатин) связывают его и продырявливают мембрану [17]. У самых древних ветвей — зооспоровых грибов — основной стерол не эргостерол, а холестерол, как у животных, так что эргостерол — приобретение более поздних ветвей [10].

В мембране работают сотни белков-переносчиков: для сахаров, аминокислот, фосфата, ионов. Движущая сила — градиент протонов, который создаёт протонная АТФаза мембраны, перекачивающая H⁺ наружу: среда вокруг гриба подкисляется, а внутрь вещества входят вместе с протонами. Это главное отличие от животной клетки, где транспорт движет градиент натрия. Как у растений, грибная мембрана прижата тургором к стенке, и при плазмолизе отходит от неё.

Верхушка гифы и шпиценкёрпер

Гифа растёт только верхушкой, и именно там сосредоточена самая специфичная часть грибной клетки.

Шпиценкёрпер — скопление сотен секреторных пузырьков, лежащее у самого кончика гифы. Пузырьки приходят к нему по микротрубочкам из тела гифы, а от шпиценкёрпера по коротким актиновым нитям расходятся к мембране верхушки и сливаются с ней, выбрасывая наружу ферменты и материал стенки и встраивая в мембрану новые участки с хитинсинтазами. Куда смещается шпиценкёрпер — туда поворачивает гифа; если он исчезает, рост останавливается. По сути это распределительный центр, который превращает поток пузырьков в рост в одном направлении [2, 18].

Поток огромен. У нейроспоры гифа удлиняется на 40 мкм в минуту, и, чтобы обеспечить мембраной и стенкой такую скорость, к верхушке должно подходить около 40 тысяч пузырьков в минуту [3]. Позади верхушки, на расстоянии нескольких микрометров, лежит кольцо актиновых пятен — эндоцитозный воротничок: здесь лишняя мембрана и часть белков возвращаются внутрь клетки эндоцитозом и снова направляются к верхушке. Так клетка одновременно и наращивает поверхность, и перерабатывает её [2].

Давление для роста создаёт тургор: вода входит в клетку по осмотическому градиенту, который поддерживают вакуоль и накопленные растворённые вещества, и давит на стенку. Растяжима только тонкая верхушка; старая стенка затвердевает сшивками. Поэтому гифа — как тюбик, который выдавливается с одного конца [19].

Цитоскелет

Цитоскелет гриба состоит из тех же трёх систем, что у животных: микротрубочек, актиновых нитей и септинов.

• Микротрубочки тянутся вдоль гифы и служат рельсами: по ним моторные белки кинезины везут пузырьки к верхушке, а динеины — обратно и перемещают ядра. Мутанты аспергилла с дефектным динеином не могут распределять ядра по гифе — так в 1994 году нашли роль динеина в движении ядер [20].
• Актиновые нити образуют пятна в эндоцитозном воротничке, кабели для короткого транспорта у верхушки и сократимое кольцо при образовании септы. У дрожжей актиновые кабели ведут пузырьки в растущую почку.
• Септины — белки, собирающиеся в кольца и нити; открыты Хартвеллом в 1971 году среди генов, нужных для отделения почки дрожжей [21]. У гиф септины размечают место будущей септы и точки ветвления, у дрожжей образуют кольцо на шейке почки, у возбудителя пирикуляриоза — кольцо в аппрессории, через которое прорастает проникающий отросток [22].

В гифах цитоплазма течёт — иногда со скоростью микрометров в секунду — от старых участков к растущим; вместе с ней перемещаются ядра и органеллы, а у нейроспоры даже перемешиваются ядра разных участков колонии [23].

Ядро и его деление

Ядро гриба обычно мелкое, 1–3 мкм, с оболочкой и порами, как у всех эукариот. Гаплоидный геном дрожжей — 12 млн пар нуклеотидов в 16 хромосомах; у большинства грибов геномы 20–60 млн, с короткими интронами и малым числом повторов [7, 24].

Митоз у большинства грибов закрытый: ядерная оболочка не распадается, веретено собирается внутри ядра, хромосомы расходятся к полюсам, и ядро перешнуровывается надвое. Центр организации веретена — не центросома с центриолями, а полярное тельце веретена: многослойная белковая пластинка, встроенная в ядерную оболочку. Оно удваивается раз в цикл, а его слои обращены одной стороной в нуклеоплазму (туда растут микротрубочки веретена), другой — в цитоплазму (туда — микротрубочки, по которым движется само ядро) [25, 26]. Хромосомы грибов во время митоза не конденсируются так сильно, как у животных, и под световым микроскопом деление ядра часто почти незаметно.

Многоядерность. В гифе без перегородок или с пористыми септами ядра делятся синхронно или волнами и перемещаются по микротрубочкам. У аскомицетов и базидиомицетов в клетке может лежать два генетически разных ядра — дикарион, — и при делении клетки оба ядра делятся одновременно, а у базидиомицетов особая боковая выпячка, пряжка, следит, чтобы каждая дочерняя клетка получила по одному ядру каждого типа. Это уникальный грибной способ держать два генома в одной клетке, не сливая их [27, 23].

Митохондрии

Митохондрии грибов — типичные эукариотические: две мембраны, плоские кристы, собственная ДНК (кольцевая или линейная, от 20 до 100 тысяч пар нуклеотидов) и рибосомы бактериального типа. В гифах они вытянуты вдоль оси и перемещаются по микротрубочкам, у дрожжей образуют разветвлённую сеть под мембраной, которая сливается и делится в зависимости от условий [28].

Три особенности. Во-первых, наследование: у большинства грибов митохондрии передаются от одного из партнёров, а у дрожжей — от обоих, и потом в почках случайно закрепляется один тип. Во-вторых, пекарские дрожжи могут жить без дыхания: мутанты без функциональной митохондриальной ДНК («мелкие», petite) растут на глюкозе только за счёт брожения — это одна из причин, почему дрожжи так удобны для генетики митохондрий. В-третьих, у части грибов митохондрии изменены до неузнаваемости. У грибов рубца жвачных (неокаллимастиговых), живущих без кислорода, вместо митохондрий — гидрогеносомы: органеллы без ДНК и дыхательной цепи, которые превращают пируват в ацетат, углекислый газ и водород [8]. У микроспоридий — митосомы, крошечные пузырьки без ДНК, сохранившие лишь сборку железо-серных кластеров; энергию микроспоридии воруют у клетки хозяина переносчиками АТФ [9].

ЭПС, аппарат Гольджи и рибосомы

Эндоплазматическая сеть гриба — система цистерн и трубочек, продолжающая ядерную оболочку; на шероховатой ЭПС синтезируются белки, идущие наружу и в мембраны, — в том числе все внеклеточные ферменты, которыми гриб переваривает пищу. Для осмотрофа это главный «цех»: гриб, разлагающий древесину, выделяет наружу граммы белка на литр культуры. На дрожжах Шекман в 1980 году выделил 23 гена секреторного пути (sec), мутации в которых останавливают движение белков на разных этапах, — так был описан путь ЭПС → Гольджи → мембрана, общий для всех эукариот [5].

Аппарат Гольджи у грибов выглядит иначе, чем на школьных рисунках: у пекарских дрожжей и многих гиф это не стопка цистерн, а отдельные разбросанные цистерны и трубчатые сети, которые созревают одна в другую. Именно на дрожжах с их «рассыпанным» Гольджи было прямо показано созревание цистерн: одна и та же цистерна за минуты меняет набор ферментов от ранних к поздним. Функции те же, что у всех: гликозилирование белков (у грибов — преимущественно маннозой, отсюда маннопротеины стенки), сортировка в вакуоль и к мембране, упаковка пузырьков, идущих к шпиценкёрперу [2].

Рибосомы — эукариотические, 80S; в клетке дрожжей их около 200 тысяч, и при быстром росте синтез рибосом — главная статья расходов клетки. Часть ферментов, нужных грибу, синтезируется на свободных рибосомах в цитоплазме, часть — на ЭПС для выделения наружу [11].

Пероксисомы и тельца Воронина

Пероксисомы — пузырьки с ферментами окисления жирных кислот и каталазой; у грибов, растущих на жирах и спиртах (например, у дрожжей, живущих на метаноле), они занимают большую часть клетки. У грибов пероксисомы делают и то, чего нет у животных: в них проходят стадии синтеза пенициллина и части других вторичных метаболитов.

Тельца Воронина — особые пероксисомы пецизомицетов (большинства плодосумчатых и плесневых аскомицетов). Белок Hex-1 самособирается в них в плотный гексагональный кристалл; тельца сидят по сторонам поры в септе и при разрыве гифы за миллисекунды затыкают пору, не давая цитоплазме вытечь из соседних клеток [29]. Мутанты без Hex-1 при повреждении теряют содержимое целых участков мицелия. У сахаромицетов и у базидиомицетов телец Воронина нет: у первых нет и пор в септах, у вторых роль затычки выполняют другие структуры.

Вакуоль

Вакуоль — самая крупная органелла грибной клетки и самая многозадачная. Это одновременно лизосома, склад и транспортная система [30].

Как лизосома, вакуоль содержит протеазы, нуклеазы, липазы и фосфатазы при pH около 5; сюда направляются на разборку изношенные белки и органеллы. Именно в вакуоли дрожжей Осуми в 1992 году увидел скопление непереваренных «аутофагических телец» у мутантов без протеаз и за несколько лет нашёл гены аутофагии — ATG, общие для всех эукариот [6]. Как склад, вакуоль хранит полифосфат, аминокислоты (прежде всего аргинин), ионы кальция, цинка, меди и обезвреживает тяжёлые металлы и токсины; как осморегулятор — набирает и отдаёт воду, поддерживая тургор.

В гифах вакуоль устроена не как единый пузырь, а как подвижная сеть трубок, тянущихся через клетки и септы и непрерывно перестраивающихся. По этой сети вещества переносятся на большие расстояния в обе стороны: у микоризных грибов полифосфат, собранный мицелием в почве, идёт по трубчатым вакуолям к корню растения [31]. Так мицелий решает задачу, которую у животных решает кровь: доставку на сантиметры и метры, где диффузия бесполезна.

Запасные вещества

Запасные вещества грибов — гликоген (гранулы в цитоплазме, как у животных), липиды в липидных каплях (у многих грибов — десятки процентов сухой массы; мортиереллы и мукоровые используют для промышленного получения полиненасыщенных жирных кислот), трегалоза — дисахарид, защищающий белки и мембраны при высыхании и заморозке, и полифосфат в вакуоли. Глицерин и другие многоатомные спирты накапливаются как осмолиты: ими клетка повышает внутреннее давление, не отравляя себя солью [32, 19].

Перегородки и цитокинез

У аскомицетов и базидиомицетов гифа разделена септами, которые врастают от стенки к центру, как закрывающаяся диафрагма, и оставляют пору. Место септы размечает кольцо септинов, затем сократимое актомиозиновое кольцо втягивает мембрану, а хитинсинтазы достраивают перегородку. У дрожжей тот же механизм отделяет почку: на шейке между материнской клеткой и почкой собирается септиновое кольцо, затем перегородка из хитина, и после разделения на материнской клетке остаётся хитиновый рубец — по числу рубцов можно сосчитать, сколько раз клетка почковалась [22, 21]. У мукоромицетов и зооспоровых грибов вегетативные гифы септ почти не образуют: ядра делятся, а клетка — нет, и получается ценоцит с сотнями ядер.

Дрожжи и зооспоры: клетки без гиф

Дрожжевая клетка — гриб, отказавшийся от гифы. Пекарские дрожжи делятся почкованием: на материнской клетке вырастает почка, в неё по актиновым кабелям переносятся пузырьки, митохондрии и, после закрытого митоза, одно из дочерних ядер; почка всегда меньше матери, и у «старой» клетки накапливаются рубцы. Делящиеся дрожжи (Schizosaccharomyces) растут в длину и делятся перегородкой посередине, как бактерии, — поэтому на них удобно изучать, как клетка измеряет свой размер. Многие патогены переключаются между формами: кандида в ткани человека прорастает гифами, а в крови существует как дрожжи, и это переключение управляет её болезнетворностью [33].

Зооспора хитридиевых и других зооспоровых грибов — единственная грибная клетка без стенки и со жгутиком. Жгутик один, задний, гладкий, с базальным тельцем из центриоли — реликт общего предка с животными. Внутри зооспоры — ядро, одна митохондрия, крупная липидная капля и рибосомы, собранные в плотное «ядерное облако»; у многих хитридиевых есть румпосома — решётчатая мембранная структура, связанная с жгутиком, и микротельце-липидный комплекс. Набор и расположение этих структур различаются по группам настолько закономерно, что в 1980 году Барр перестроил систему хитридиевых по ультраструктуре зооспор — и молекулярные древа это подтвердили [34, 35]. Проплавав часы, зооспора садится на субстрат, втягивает жгутик, одевается стенкой и прорастает.

Дрожжевая клетка как модель

Простая, быстро растущая, гаплоидная и легко изменяемая генетически, дрожжевая клетка стала тем объектом, на котором впервые разобрали основные процессы эукариотической клетки.

Хартвелл по размеру почки отбирал мутантов, у которых цикл останавливался в определённой точке, и так нашёл гены cdc и понятие контрольной точки (Нобелевская премия 2001 года, с Нёрсом и Хантом) [4]. Шекман по накоплению белков внутри клетки выделил мутантов секреторного пути (Нобелевская премия 2013 года, с Ротманом и Зюдхофом) [5]. Осуми в вакуолях дрожжей без протеаз увидел аутофагию и нашёл её гены (Нобелевская премия 2016 года) [6]. Рид Уикнер в 1994 году показал, что некоторые наследуемые признаки дрожжей передаются не генами, а формой белка — это дрожжевые прионы [36]. А в 2015 году почти половину жизненно важных генов дрожжей удалось заменить человеческими — клетка гриба и клетка человека устроены настолько сходно, что их детали взаимозаменяемы [37].

Что нужно знать к ЕГЭ

• клетка гриба эукариотическая: ядро, митохондрии, ЭПС, аппарат Гольджи, рибосомы, вакуоли, цитоскелет; пластид нет;
• клеточная стенка из хитина (у растений — из целлюлозы, у бактерий — из муреина); под ней — плазматическая мембрана;
• запасное вещество — гликоген (как у животных), а также капли жира; крахмала нет;
• клетки гиф у низших грибов (мукор) не разделены перегородками — мицелий неклеточный, многоядерный; у высших — разделены септами с порами; у высших грибов клетки могут содержать два ядра (дикарион);
• дрожжи — одноклеточные грибы, размножаются почкованием; клетка с одним ядром, крупной вакуолью, митохондриями;
• центриолей у большинства грибов нет, митоз идёт без разрушения ядерной оболочки;
• питание — всасывание через стенку и мембрану после выделения ферментов наружу (органеллы секреции — ЭПС и аппарат Гольджи).

Для олимпиад

Пузырьки и рост. Гифа нейроспоры диаметром 10 мкм удлиняется на 40 мкм/мин. Новая мембрана в минуту: π · d · ΔL = 3,14 · 10 · 40 ≈ 1260 мкм². Пузырёк диаметром 100 нм несёт мембрану площадью π · d² ≈ 0,0314 мкм². Значит, нужно 1260 / 0,0314 ≈ 40 000 пузырьков в минуту — что и наблюдали Коллиндж и Тринчи [3]. Избыток мембраны (пузырёк приносит её больше, чем нужно по площади) возвращается эндоцитозным воротничком.

Диффузия против течения. Время диффузии на расстояние x: t ≈ x²/(2D). Для малой молекулы (D ≈ 10⁻⁹ м²/с) на 1 см: t ≈ 10⁻⁴ / (2·10⁻⁹) = 5·10⁴ с ≈ 14 ч; для белка (D ≈ 10⁻¹⁰) — почти 6 суток. Течение цитоплазмы со скоростью 5 мкм/с проходит 1 см за 2000 с ≈ 33 мин. Поэтому мицелий, тянущийся на сантиметры и метры, не может обойтись диффузией и использует ток цитоплазмы, трубчатые вакуоли и транспорт по микротрубочкам.

Полярное тельце веретена дрожжей — многослойная пластинка около 150 нм в диаметре, встроенная в ядерную оболочку; её центральная пластинка закреплена в оболочке, наружная организует цитоплазматические микротрубочки, внутренняя — ядерные. Удваивается в G1, как центросома, но консервативным способом: новое тельце собирается на «полумосте» рядом со старым [25].

Стеролы по ветвям. У зооспоровых грибов основной стерол — холестерол и другие Δ5-стеролы, у мукоромицетов — 24-метилстеролы, у дикарий — эргостерол; гломеромицеты эргостерола почти не содержат, поэтому измерять их биомассу в почве по эргостеролу нельзя [10].

Протонная АТФаза мембраны (Pma1 у дрожжей) — самый массовый белок плазмалеммы, до 20 % её белка; она тратит до четверти всего АТФ клетки, создавая мембранный потенциал около −150 мВ и градиент pH, за счёт которых работают симпортёры сахаров и аминокислот с H⁺.

Гидрогеносомы и митосомы — два независимых исхода редукции митохондрий у анаэробов и внутриклеточных паразитов; оба сохраняют двойную мембрану и импорт белков по митохондриальному типу, а митосомы — сборку железо-серных кластеров, единственную функцию, без которой эукариотическая клетка, по-видимому, не обходится.

Задания с разбором

Задание 1

Перечислите органеллы грибной клетки, общие со всеми эукариотами, и назовите структуры, характерные только для грибов. Чего в грибной клетке нет?

Задание 2

Как строится клеточная стенка гриба? Какую роль в этом играют хитосомы, меланин и гидрофобины?

Задание 3

Чем плазматическая мембрана гриба отличается от мембраны клетки животного и как это используют в медицине? Что движет транспорт веществ через мембрану гриба?

Задание 4

Что такое шпиценкёрпер и как он обеспечивает рост гифы? Что происходит с мембраной позади верхушки?

Задание 5

Как устроен митоз у большинства грибов? Что такое полярное тельце веретена?

Задание 6

Какие три варианта судьбы митохондрий известны у грибов? Почему открытие митосом изменило представления о микроспоридиях?

Задание 7

В чём особенности аппарата Гольджи у грибов и что на дрожжах было показано о его работе?

Задание 8

Что такое тельца Воронина, у каких грибов они есть и что случится с мицелием без них?

Задание 9

Назовите функции вакуоли гриба. Чем вакуоль гифы отличается от вакуоли дрожжей и как это связано с транспортом?

Задание 10

Как образуется септа в гифе и как отделяется почка у дрожжей? Как узнать возраст дрожжевой клетки?

Задание 11

Опишите строение зооспоры хитридиевого гриба. Почему ультраструктуру зооспор используют в систематике?

Задание 12

Какие открытия, сделанные на дрожжевой клетке, отмечены Нобелевскими премиями, и почему дрожжи оказались удобным объектом?

Задание 13

Сравните клетку гриба с клеткой растения и клеткой животного по пяти признакам.

Задание 14

Что такое дикарион и как клетка удерживает два ядра, не давая им слиться и не теряя ни одно при делении?

Задание 15 (олимпиадное)

Гифа диаметром 10 мкм удлиняется на 40 мкм в минуту. Секреторный пузырёк имеет диаметр 100 нм. Сколько пузырьков в минуту должно сливаться с мембраной верхушки, чтобы обеспечить прирост площади мембраны? Сколько — если пузырёк несёт ещё и материал стенки толщиной 0,1 мкм, а объём пузырька целиком идёт на стенку?

Задание 16 (олимпиадное)

Оцените время диффузии малой молекулы (D = 10⁻⁹ м²/с) и белка (D = 10⁻¹⁰ м²/с) на 1 см вдоль гифы по формуле t = x²/(2D). Сравните с переносом током цитоплазмы со скоростью 5 мкм/с. Какой вывод о строении мицелия отсюда следует?

Литература

1. Girbardt M. Der Spitzenkörper von Polystictus versicolor // Planta. 1957. Vol. 50. P. 47–59.
2. Steinberg G., Peñalva M. A., Riquelme M., Wösten H. A., Harris S. D. Cell biology of hyphal growth // Microbiology Spectrum. 2017. Vol. 5. FUNK-0034-2016.
3. Collinge A. J., Trinci A. P. J. Hyphal tips of wild-type and spreading colonial mutants of Neurospora crassa // Archives of Microbiology. 1974. Vol. 99. P. 353–368.
4. Hartwell L. H., Culotti J., Pringle J. R., Reid B. J. Genetic control of the cell division cycle in yeast // Science. 1974. Vol. 183. P. 46–51.
5. Novick P., Field C., Schekman R. Identification of 23 complementation groups required for post-translational events in the yeast secretory pathway // Cell. 1980. Vol. 21. P. 205–215.
6. Takeshige K., Baba M., Tsuboi S., Noda T., Ohsumi Y. Autophagy in yeast demonstrated with proteinase-deficient mutants and conditions for its induction // Journal of Cell Biology. 1992. Vol. 119. P. 301–311.
7. Goffeau A., Barrell B. G., Bussey H. et al. Life with 6000 genes // Science. 1996. Vol. 274. P. 546–567.
8. Yarlett N., Orpin C. G., Munn E. A., Yarlett N. C., Greenwood C. A. Hydrogenosomes in the rumen fungus Neocallimastix patriciarum // Biochemical Journal. 1986. Vol. 236. P. 729–739.
9. Williams B. A. P., Hirt R. P., Lucocq J. M., Embley T. M. A mitochondrial remnant in the microsporidian Trachipleistophora hominis // Nature. 2002. Vol. 418. P. 865–869.
10. Weete J. D., Abril M., Blackwell M. Phylogenetic distribution of fungal sterols // PLoS ONE. 2010. Vol. 5. e10899.
11. Milo R., Phillips R. Cell Biology by the Numbers. New York: Garland Science, 2016.
12. Gow N. A. R., Latge J.-P., Munro C. A. The fungal cell wall: structure, biosynthesis, and function // Microbiology Spectrum. 2017. Vol. 5. FUNK-0035-2016.
13. Bartnicki-Garcia S., Bracker C. E., Reyes E., Ruiz-Herrera J. Isolation of chitosomes from taxonomically diverse fungi and synthesis of chitin microfibrils in vitro // Experimental Mycology. 1978. Vol. 2. P. 173–192.
14. Eisenman H. C., Casadevall A. Synthesis and assembly of fungal melanin // Applied Microbiology and Biotechnology. 2012. Vol. 93. P. 931–940.
15. Howard R. J., Ferrari M. A., Roach D. H., Money N. P. Penetration of hard substrates by a fungus employing enormous turgor pressures // Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 1991. Vol. 88. P. 11281–11284.
16. Wösten H. A. B. Hydrophobins: multipurpose proteins // Annual Review of Microbiology. 2001. Vol. 55. P. 625–646.
17. Odds F. C., Brown A. J. P., Gow N. A. R. Antifungal agents: mechanisms of action // Trends in Microbiology. 2003. Vol. 11. P. 272–279.
18. Riquelme M., Aguirre J., Bartnicki-García S. et al. Fungal morphogenesis, from the polarized growth of hyphae to complex reproduction and infection structures // Microbiology and Molecular Biology Reviews. 2018. Vol. 82. e00068-17.
19. Lew R. R. How does a hypha grow? The biophysics of pressurized growth in fungi // Nature Reviews Microbiology. 2011. Vol. 9. P. 509–518.
20. Xiang X., Beckwith S. M., Morris N. R. Cytoplasmic dynein is involved in nuclear migration in Aspergillus nidulans // Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 1994. Vol. 91. P. 2100–2104.
21. Hartwell L. H. Genetic control of the cell division cycle in yeast. IV. Genes controlling bud emergence and cytokinesis // Experimental Cell Research. 1971. Vol. 69. P. 265–276.
22. Gladfelter A. S. Control of filamentous fungal cell shape by septins and formins // Nature Reviews Microbiology. 2006. Vol. 4. P. 223–229.
23. Roper M., Ellison C., Taylor J. W., Glass N. L. Nuclear and genome dynamics in multinucleate ascomycete fungi // Current Biology. 2011. Vol. 21. P. R786–R793.
24. Naranjo-Ortiz M. A., Gabaldón T. Fungal evolution: cellular, genomic and metabolic complexity // Biological Reviews. 2020. Vol. 95. P. 1198–1232.
25. Jaspersen S. L., Winey M. The budding yeast spindle pole body: structure, duplication, and function // Annual Review of Cell and Developmental Biology. 2004. Vol. 20. P. 1–28.
26. Sazer S., Lynch M., Needleman D. Deciphering the evolutionary history of open and closed mitosis // Current Biology. 2014. Vol. 24. P. R1099–R1103.
27. Webster J., Weber R. W. S. Introduction to Fungi. 3rd ed. Cambridge: Cambridge University Press, 2007.
28. Basse C. W. Mitochondrial inheritance in fungi // Current Opinion in Microbiology. 2010. Vol. 13. P. 712–719.
29. Jedd G., Chua N.-H. A new self-assembled peroxisomal vesicle required for efficient resealing of the plasma membrane // Nature Cell Biology. 2000. Vol. 2. P. 226–231.
30. Klionsky D. J., Herman P. K., Emr S. D. The fungal vacuole: composition, function, and biogenesis // Microbiological Reviews. 1990. Vol. 54. P. 266–292.
31. Ashford A. E., Allaway W. G. The role of the motile tubular vacuole system in mycorrhizal fungi // Plant and Soil. 2002. Vol. 244. P. 177–187.
32. Deacon J. W. Fungal Biology. 4th ed. Malden: Blackwell Publishing, 2006.
33. Sudbery P. E. Growth of Candida albicans hyphae // Nature Reviews Microbiology. 2011. Vol. 9. P. 737–748.
34. Barr D. J. S. An outline for the reclassification of the Chytridiales, and for a new order, the Spizellomycetales // Canadian Journal of Botany. 1980. Vol. 58. P. 2380–2394.
35. Alexopoulos C. J., Mims C. W., Blackwell M. Introductory Mycology. 4th ed. New York: John Wiley & Sons, 1996.
36. Wickner R. B. [URE3] as an altered URE2 protein: evidence for a prion analog in Saccharomyces cerevisiae // Science. 1994. Vol. 264. P. 566–569.
37. Kachroo A. H., Laurent J. M., Yellman C. M. et al. Systematic humanization of yeast genes reveals conserved functions and genetic modularity // Science. 2015. Vol. 348. P. 921–925.