Что такое хроматофор кратко

Обновлено: 05.07.2024

Хроматофором называется внутриклеточное образование различной формы у водорослей, в котором находится хлорофилл и другие пигменты.
По функции хроматофор водорослей аналогичен хромопластам высших растений.

Как написать хороший ответ? Как написать хороший ответ?

Написать правильный и достоверный ответ;
Отвечать подробно и ясно, чтобы ответ принес наибольшую пользу;
Писать грамотно, поскольку ответы без грамматических, орфографических и пунктуационных ошибок лучше воспринимаются.

Мореплаватель — имя существительное, употребляется в мужском роде. К нему может быть несколько синонимов.
1. Моряк. Старый моряк смотрел вдаль, думая о предстоящем опасном путешествии;
2. Аргонавт. На аргонавте были старые потертые штаны, а его рубашка пропиталась запахом моря и соли;
3. Мореход. Опытный мореход знал, что на этом месте погибло уже много кораблей, ведь под водой скрывались острые скалы;
4. Морской волк. Старый морской волк был рад, ведь ему предстояло отчалить в долгое плавание.

В отличие от холоднокровных животных, млекопитающие и птицы имеют только один класс клеток похожих на хроматофоры: меланоциты. Их эквивалент у холоднокровных - меланофоры, изучаются учёными, чтобы понять человеческие заболевания и используются в качестве инструмента при разработке лекарственных средств.

Хроматофоры содержатся в тканях растений и придают им окраску. Клетка, в состав которой входит пигмент. У человека такие клетки, богатые гранулами меланина, обнаруживаются в коже, в волосах, а также в радужке и сетчатке глаза. 1) у животных и человека — то же, что пигментные клетки. 2) У растений — органеллы бурых и зелёных водорослей, имеющие ленточную (например, у Spirogira) и звездчатую форму. Отделены, подобно хлоропластам высших растений, от цитоплазмы клетки двуслойной белково-липидной мембраной. Содержат хлорофиллы, каротиноиды и др. компоненты; в них осуществляется фотосинтез. 3) У микроорганизмов — органеллы фотосинтезирующих бактерий, не отделённые, как правило, от цитоплазмы оболочкой. Содержат бактерио-хлорофиллы, каротиноиды и ряд переносчиков электронов, а также ферменты, участвующие в синтезе пигментов; в них осуществляется фотосинтез.

Хроматофор - (chromatophore) - клетка, в состав которой входит пигмент. У человека такие клетки, богатые гранулами меланина, обнаруживаются в коже, в волосах, а также в радужке и сетчатке глаза. ;

Биология - увлекательная наука о природе. Узнавая новые факты о клетках и организмах, удивляешься мудрому и сложному устройству живых существ. Рассмотрим одну из тайн их строения, касающуюся окраски и её изменения.

Что такое хроматофоры в биологии

В клетках живых существ содержатся различные органоиды (органеллы), имеющие разные функции. Хроматофоры – это органоиды клетки, расположенные в цитоплазме и придающие ей окраску. Можно называть так все органеллы клетки, имеющие цвет, но закрепился этот термин за окрашенными телами в клетках водорослей. Аналогичные образования у высших растений называются хлорофильными зёрнами и хлоропластами.

Иногда хроматофоры называют хлоропластами водорослей. Но нужно заметить, что клетки рыб, содержащие цветовой пигмент, тоже часто называют хроматофором, хотя они к растениям никакого отношения не имеют. Также он встречается у некоторых других животных и фотосинтезирующих бактерий.

Можно по-другому объяснить, что собой представляет хроматофор. По своему строению хроматофоры - это пластиды. Как известно, пластидами именуются органоиды растительных клеток, которые имеют гладкую мембрану снаружи и мембрану внутри, образующую выросты. Лейкопласты, хромопласты и хлоропласты относятся к пластидам. В свою очередь, хроматофор как образование, аналогичное хлоропласту, также относится к пластидам.

Функции хроматофор

У водорослей хроматофоры участвуют в фотосинтезе, а у рыб и животных только придают и изменяют окраску.

Внутри плазматического тела хроматофора (эндоплазмы) происходит перемещение киноплазмы (внутреннего слоя органоида), содержащей цветовой пигмент.

Форма хроматофоров

Их форма бывает разной, но чаще всего встречается звездчатая, дисковидная, ветвистая и подобные им. Однако эти формы характерны лишь для клетки в состоянии активности, расширения, называемого экспансией.

У растений эти органоиды обычно зеленые, хотя могут встречаться и иные цвета. У животных цвет может быть любым.

Общие сведения о водорослях

Водоросли бывают одноклеточные и многоклеточные, также существуют колониальные формы. У одних в клетке отсутствует оболочка, а есть лишь уплотненный слой протоплазмы. Это позволяет водоросли менять форму. У других водорослей оболочка плотная, с большим содержанием целлюлозы, а у некоторых она даже пропитана минеральными веществами – известью, кремнезёмом.

Клетки водорослей могут иметь как одно, так и несколько ядер, а могут и вообще не иметь оформленного ядра. Тогда протопласт имеет заметную окраску, а его центр не окрашен.

У некоторых представителей водорослей красящий пигмент содержится в хроматофорах, в которых обычно находятся пиреноиды (плотные тельца с большим содержанием белков), а вокруг пиреноидов откладываются запасы крахмала. Тип питания большей части водорослей автотрофный (за счет энергии света, проникающего сквозь толщу воды).

Каковы особенности хроматофоров у спирогиры и некоторых других водорослей

У водорослей обычно хроматофор участвует в питании, так как является участником процесса фотосинтеза и соответственно образования питательных веществ. Какую форму имеет хроматофор водорослей?

Спирогира имеет хроматофор в виде ленты, которая спиралью извивается у клеточных стенок.
Улотрикс, как и спирогира, являющийся нитчатой многоклеточной водорослью, содержит хроматофор в виде кольца.
Хроматофоры зигнемы - в форме звездчатых телец.
Найденные у диатомовых водорослей хроматофоры имеют вид зернышек, пластинок и так далее, и содержат пигменты бурого цвета, что придает водорослям желтоватую, желтовато-бурую или коричневую окраску.
У сине-зелёных водорослей хроматофоров как таковых нет. Цветовые пигменты у них равномерно распределяются в протоплазме, минуя только центральную часть. Нужно заметить, что сине-зеленые водоросли на самом деле – колонии цианобактерий.
У одноклеточных представителей протококковых водорослей хроматофор имеет один пиреноид. У более развитых колониальных форм, таких как водяная сеточка, клетки имеют рассеченные хроматофоры, находящиеся у стенок и много пиреноидов в них.

У эвглены зеленой хроматофор выполняет функцию фотосинтеза, участвуя в процессе питания, как и у многих других водорослей.

Когда нет света, это удивительное существо способно питаться и как животное, перерабатывая растворенную в воде органику. Если же эвглена живет в темноте долго, то из её хроматофоров пропадает хлорофилл, делающий её способной к фотосинтезу и придающий окраску. В таком случае она теряет цвет.

Хроматофоры у животных

У животных хроматофоры - это меланофоры (не путать с меланоцитами человека, это совсем другие клетки). Употребляют оба названия.

Они участвуют в изменении окраски под воздействием внешних факторов. Эктоплазма хроматофора, определяющая его форму, крепится твердыми образованиями – фибриллами; она участвует в регуляции обменных процессов, а также может контактировать с нервной системой, в результате поступления из которой сигналов хроматофор начинает функционировать по-другому. Из всех хроматофоров только меланофоры имеют нервные окончания.

Так, известны многие виды животных, способных к мимикрии – изменению окраса в зависимости от фона и окружающих предметов. Медленные изменения цвета характерны для гусениц некоторых бабочек и ряда паукообразных. У головоногих моллюсков, амфибий, рептилий и ракообразных встречается быстрая перемена окраса, осуществляемая посредством перемещения пигментных зерен в хроматофорах. Спектр расцветок при этом может быть разнообразным. Например, одна из африканских лягушек может менять цвет на белый, желтый, оранжевый, коричневый, серый, красный, розовый и другие. Такой же механизм смены цвета и у всем известных хамелеонов.

Хроматофоры у рыб

В отличие от прочих животных, изменение окраски рыб обусловлено изменением числа хроматофоров. Это происходит не только под воздействием нервных сигналов, но и при участии гормонов. Скорее всего, это зависит от конкретной ситуации, и при разных условиях происходит либо нервная, либо гормональная регуляция.

Гормональное же действие заметно во время нереста – периода, когда рыбы готовы к размножению. Половозрелые самцы под воздействием гормонов приобретают привлекательную для самок окраску. Она становится ярче, когда самка появляется в поле зрения. Здесь проявляется смешанное действие гормональной и нервной системы: когда самец видит женскую особь, сигнал поступает через зрительные нервы в нервную систему, а потом уже к хроматофорам, которые, расширяясь, делают цвет ярче.

Нужно отметить, что, помимо меланофоров, у рыб существуют и другие хроматофоры – гуанофоры. Впрочем, их можно причислять к хроматофорам формально, потому что вместо пигментных зерён они содержат кристаллическое вещество гуанин, из-за которого у рыбы появляется блестящий серебристый окрас. Из меланофоров иногда ещё выделяют ксантофоры и эритрофоры.

В хроматофорах являются клеточными пигментами , которые отражают свет в покровах некоторых животных . Они в значительной степени ответственны за цвет из кожи и глаз от холоднокровных животных и создаются нервным гребнем во время эмбрионального развития . Они расположены на поверхности покровов некоторых земноводных , рыб , рептилий , ракообразных и головоногих моллюсков . Резкие изменения цвета покровов, видимые у некоторых видов, происходят из-за различий в размере хроматофоров, миграции пигментов или переориентации отражающих пластинок под гормональным , нервным или смешанным контролем. Эти изменения цвета часто используются как средство маскировки с помощью загадочной окраски , но также могут быть вызваны изменениями настроения, температуры, характера окружающей среды или стрессом.

В отличие от хладнокровных животных, млекопитающие и птицы имеют свои собственные клетки, меланоциты , которые являются эквивалентом меланофоров. Они изучаются учеными, чтобы понять аномалии пигментации человека, и используются для открытия лекарств.

Этот термин может также относиться к окрашенным везикулам, связанным с мембраной определенных форм фототрофных бактерий .

Резюме

Классификация

Шлем хамелеон , Chamaeleo calyptratus . Зеленый и синий цвета на его теле созданы слоистым слоем хроматофоров, которые фильтруют и отражают свет.

Пигментные клетки беспозвоночных были впервые описаны как хромофоры в итальянском научном журнале в 1819 году . Термин хроматофор позже был принят как название пигментных клеток, происходящих из нервного гребня хладнокровных позвоночных и головоногих моллюсков. Само слово происходит от греческого khrōma (χρωμα) - цвет и phoros (φορος) - носить. С другой стороны, слово chromatocyte (от греческого цита или κυτε был выбран, клетки) для клеток , ответственных за цвет птиц и млекопитающих. У этих животных был идентифицирован только один тип клеток - меланоциты.

Лишь в 1960-х годах структура и окраска хроматофоров были достаточно известны, чтобы можно было создать подклассы на основе их внешнего вида. Эта классификация существует и сегодня, хотя более поздние исследования показали, что некоторые биохимические аспекты пигментов могут быть более полезными для понимания того, как эти клетки функционируют.

Биохромы и схемохромы

Производство цвета можно разделить на две категории, в зависимости от хроматофоров, которые его выполняют: окрашивание биохромами и окрашивание схемохромами .

Примечание.
Хотя все хроматофоры содержат пигменты или отражающие структуры (если они не имеют генетической мутации, вызывающей аномалию, например, альбинизм ), не все клетки с пигментами являются хроматофорами. Гема , например, является biochrome отвечает за красный внешний вид крови. Он в основном присутствует в красных кровяных тельцах (эритроцитах), которые продуцируются в костном мозге на протяжении всей жизни и не образуются во время эмбрионального развития. Следовательно, эритроциты не относятся к хроматофорам.

Липофоры (ксантофоры и эритрофоры)

Иридофоры и лейкофоры

Иридофоры, или гуанофоры, представляют собой пигментные клетки, которые отражают свет посредством кристаллоидных листов схемохромов, образованных из кристаллизованного гуанина , остатка катаболизма аминокислот . При свете они создают переливающиеся цвета из-за дифракции света на стопке пластин. Ориентация схемы определяет характер наблюдаемого цвета. Используя биохромы в качестве цветовых фильтров, иридофоры создают оптический эффект, известный как эффект Тиндаля или рассеяние Рэлея , создавая яркие синие и зеленые цвета.
Что касается лейкофоров, то они присутствуют у нескольких видов рыб. Как иридофоры, они используют кристаллизованный пурин для отражения света, что дает яркий белый цвет, который можно увидеть у некоторых рыб. Как и в случае с ксантофорами и эритрофорами, разница между иридофорами и лейкофорами у рыб не всегда очевидна, но обычно считается, что иридофоры создают радужный или металлический цвет, в то время как лейкофоры дают светоотражающий цвет в белых тонах. Однако следует отметить, что иридофоры и лейкофоры - это не разные хроматофоры, а очень специфические механизмы.

Меланофоры

Мутант данио личинка (внизу) неспособна синтезировать эумеланин в его меланофорах, ниже не-мутант дикого типа личинки.

Меланофоры содержат меланин , эумеланин , который выглядит черным или темно- коричневым из-за своих свойств поглощения света. Это сложная молекула, содержащая группы дигидроксииндола и дигидроксииндол-2- карбоновой кислоты с несколькими кольцами пиррольного типа . Он содержится в пузырьках, меланосомах и распределяется по клетке. Эумеланин производится из тирозина в результате ряда химических реакций, катализируемых ферментами. Ключевым ферментом, участвующим в синтезе меланина, является тирозиназа . При дефиците этого белка не может образовываться меланин, что вызывает некоторые типы альбинизма .

У некоторых видов земноводных наряду с эумеланином содержатся и другие пигменты. Например, новый темно-красный пигмент был обнаружен в меланофорах лягушек семейства Phyllomedusinaes . Позже он был идентифицирован как ptérorhodine, в димер из птеридина , который накапливается вокруг эумеланина. Хотя возможно, что менее изученные виды имеют сложные пигменты в своих меланофорах, тем не менее верно, что большинство изученных до сих пор меланофоров содержат только эумеланин.

У людей есть только один вид пигментных клеток, эквивалентный меланофорам млекопитающих, который определяет цвет кожи, волос и глаз: меланоциты . По этой причине, а также из-за их большого количества и контрастности цветов, которые часто делают эти клетки легко идентифицируемыми, меланофоры, безусловно, являются наиболее изученными хроматофорами. Однако есть различия между биологией меланофора и меланоцита. В дополнение к эумеланину меланоциты могут производить желтый / красный пигмент, называемый феомеланин .

Цианофоры

Лягушка Dendrobates pumilio . Некоторые ярко окрашенные виды имеют необычные хроматофоры неизвестного пигментного состава.

В 1995 году было показано, что яркие синие цвета некоторых видов мандариновых рыб созданы не схемохромами, а голубым биохромом неизвестной химической природы. Этот пигмент, обнаруженный в клеточных пузырьках по крайней мере двух видов рыб семейства Callionymidae , очень редко встречается в животном мире, поскольку все остальные синие пятна, изученные до сих пор, производятся схемохромами. Поэтому был предложен новый тип хроматофора - цианофор. Хотя цианофоры (как и другие необычные хроматофоры) встречаются нечасто в таксономии , их можно найти у других видов рыб и земноводных. Например, яркие хроматофоры с неопределенными пигментами наблюдались в семействах Dendrobatidae и Centrolenidae .

Транслокация пигмента

Многие виды обладают способностью перемещать пигмент внутри хроматофоров, вызывая изменение цвета. Этот процесс в основном изучается у меланофоров, поскольку меланин - самый темный и наиболее заметный пигмент. У большинства видов с относительно тонкой дермой кожные меланофоры имеют тенденцию быть плоскими и покрывать большую площадь. Однако у животных с относительно толстым слоем дермы, таких как взрослые рептилии, кожные меланофоры часто образуют трехмерные структуры с другими хроматофорами.
Эти структуры (или DCU для Dermal Chromatophore Units ) состоят из верхнего слоя ксантофоров и / или эритрофоров, затем слоя иридофоров и, наконец, слоя меланофоров в форме корзины с расширениями цитоплазмы, покрывающими иридофоры.

В обоих типах расположения кожные меланофоры играют важную роль в физиологическом изменении цвета.
Плоские кожные меланофоры часто покрывают другие хроматофоры, поэтому, когда пигмент распространяется по клетке, кожа становится темной. Когда пигмент скапливается в центре клетки, пигменты других хроматофоров подвергаются воздействию света, и кожа приобретает свой оттенок.
Точно так же после накопления меланина в DCU кожа становится зеленой из-за фильтрации ксантофором (желтым) света, рассеянного слоем иридофоров. Когда меланин рассеивается, свет больше не разрушается; он поглощается меланином, и кожа становится темной.
Поскольку другие биохроматические хроматофоры также способны достигать этой миграции пигмента, кожа животных с несколькими видами хроматофоров может таким образом генерировать широкий диапазон цветов.

Контроль и механизмы перемещения пигмента хорошо изучены у ряда видов, особенно среди земноводных и костистых рыб . Было показано, что процесс может находиться под гормональным, нейрональным или и тем и другим контролем. Нейрохимические вещества, участвующие в перемещении пигмента, включают норадреналин , рецепторы которого находятся на поверхности меланофоров. Основными гормонами, участвующими в регуляции транслокации, являются меланокортин , мелатонин и меланоконцентрирующий гормон (MCH), вырабатываемые в основном гипофизом , шишковидной железой и гипоталамусом соответственно. Эти гормоны также могут вырабатываться паракринными клетками кожи. На поверхности меланофора гормоны активируют рецепторы, связанные со специфическими G-белками, которые, в свою очередь, передают сигнал клетке. Меланокортин заставляет пигменты рассеиваться, а мелатонин и MCH вызывают их агрегацию.

Многочисленные рецепторы мелакортина, MCH и мелатонина были идентифицированы у рыб и лягушек, включая гомолог MC1R , рецептора мелакортина, который, как известно, регулирует цвет кожи и волос человека. Внутри клетки циклический аденозинмонофосфат (цАМФ) является важным вторичным посредником транслокации пигмента. По еще недостаточно расшифрованному механизму цАМФ влияет на другие белки, такие как протеинкиназа А , чтобы активировать белковый двигатель, который транспортирует везикулы, содержащие пигменты, по микротрубочкам и микрофиламентам .

Приспособление

Большинство рыб, рептилий и земноводных меняют цвет в ответ на изменения в окружающей их среде. Этот тип камуфляжа, или гомохромия , обычно проявляется в легком потемнении или осветлении кожи, примерно имитирующем окружающую среду. Было показано, что этот процесс зависит от зрения (животное должно видеть окружающую среду, чтобы адаптироваться к ней), и что перемещение меланина в меланофоры является основным фактором, ответственным за изменение цвета. Такие животные, как хамелеоны , головоногие моллюски и ящерицы-анолы, обладают высокоразвитой адаптивной реакцией, способной очень быстро генерировать различные цвета. Они адаптировали свою способность изменять цвет в ответ на изменения температуры, настроения, стресса и социальных взаимодействий, а не просто имитировать свое окружение.

Разработка

Поперечный разрез ствола развивающегося позвоночного, показывающий дорсолатеральный (красный) и мидовентральный (синий) пути, взятые во время миграции хроматобластов.

Во время эмбрионального развития позвоночных хроматофоры являются одним из типов клеток, образующихся в нервном гребне, который представляет собой группу клеток, появляющуюся на краях нервной трубки . Эти клетки обладают способностью мигрировать на большие расстояния, позволяя хроматофорам заселять многие органы тела, включая кожу, глаза, ухо и мозг. Покидая нервный гребень последовательными волнами, хроматофоры проходят либо дорсолатеральным путем через дерму, проникая в эктодерму через небольшие пространства, расположенные в базальной пластинке , либо медиовентральным путем между сомитами и нервной трубкой. Исключение составляют меланофоры пигментированного эпителия сетчатки глаза. Они возникают не из нервного гребня, а из дивертикула нервной трубки, который образует глазной бокал, который, в свою очередь, формирует сетчатку .

Когда и как мультипотентные хроматофорные клетки- предшественники, называемые хроматобластами, дифференцируются в разные типы хроматофоров, изучается. Мы знаем, что в эмбрионе рыбок данио, например, через три дня после оплодотворения , каждый из типов хроматофоров, обнаруженных у взрослых особей (меланофоры, ксантофоры и иридофоры), уже присутствует. Исследования с использованием мутантных рыб показали, что факторы транскрипции , такие как kit , sox10 и фактор транскрипции, связанный с микрофтальмией ( mitf ), играют важную роль в дифференцировке хроматофоров. Если эти белки недостаточны, хроматофоры могут быть локально или полностью отсутствовать, что приводит к проблеме лейцизма .

Практическое применение

В дополнение к фундаментальным исследованиям для лучшего понимания функционирования хроматофоров клетки также используются в прикладных исследованиях . Например, личинка рыбок данио изучается, чтобы понять, как хроматофоры организуются и взаимодействуют, образуя регулярные горизонтальные полосы, наблюдаемые у взрослых особей. Эти личинки считаются полезной моделью для лучшего понимания эволюции эмбрионального развития.
Биология хроматофора также используется для моделирования определенных состояний человека, таких как меланома или альбинизм . Недавно было обнаружено, что ген, отвечающий за специфичность меланофоров у золотистой разновидности рыбок данио , Slc24a5 , имеет человеческий эквивалент, который показывает сильную корреляцию с цветом кожи.

Хроматофоры также используются в качестве биомаркера от слепоты в холоднокровных видах, потому что животные с определенными типами нарушения зрения не в состоянии достигнуть homochromy . Считается, что человеческие гомологи рецепторов, участвующих в транслокации пигментов меланофоров, участвуют в подавлении аппетита и загорании , что делает их привлекательными мишенями для фармацевтических исследований. Поэтому фармацевтические компании разработали биологические тесты для быстрого выявления потенциальных биологически активных соединений с использованием меланофоров африканской жабы ( Xenopus laevis ). Другие ученые разработали методы использования меланофоров в качестве биосенсоров и быстрого обнаружения коклюша (на основании открытия, что токсин коклюша блокирует агрегацию пигментов в меланофорах рыб). Были предложены потенциальные военные применения для изменения цвета хроматофоров, в первую очередь как тип активного камуфляжа .

Случай головоногих моллюсков

В головоногом подклассе Coleoidea имеет органный сложные многоклеточные они используют для изменения цвета быстро. Особенно это заметно у ярко окрашенных кальмаров , каракатиц и осьминогов . Каждая единица хроматофоров состоит из одной пигментной клетки и множества мышечных , нервных и глиальных клеток (включая шванновские клетки ). Внутри клетки хроматофора гранулы пигмента заключены в эластичный мешок, цитоэластический саккулюс. Чтобы изменить цвет, животное деформирует саккулус так, что он меняет форму или размер за счет сокращения мышц, тем самым изменяя его транслюминесценцию , отражательную способность или непрозрачность . Этот механизм отличается от механизма, встречающегося у рыб, земноводных и рептилий, поскольку он включает не перемещение пигментных пузырьков внутри клетки, а изменение формы саккулюса. Однако эффект тот же.

В осьминоге управлять их хроматофорами волн, получая сложное хроматическое выражение и быстрые изменения цвета. Считается, что нервы, контролирующие хроматофоры, расположены в головном мозге в положении, аналогичном положению хроматофоров, которые они контролируют. Это означает, что порядок, в котором происходит изменение цвета, соответствует порядку, в котором происходит активация нейронов . Это могло бы объяснить, почему изменение цвета происходит волнообразно, потому что нейроны активируются один за другим. Как и хамелеон, головоногие моллюски используют изменение цвета в своих социальных взаимодействиях. Они также являются одними из самых опытных в гомохромии, обладая способностью с удивительной точностью адаптировать свой цвет и текстуру к местной среде.

Бактерия

Хроматофоры также можно найти в мембранах фототрофных бактерий . Используется в основном для фотосинтеза , они содержат бактериальные хлорофиллы пигментов (хлорофилл а и г) и каротиноиды. У пурпурных бактерий, например Rhodospirillum rubrum , собирающие антенны являются неотъемлемой частью хроматофорных мембран. Однако у бактерий Chlorobiaceae они устроены в виде специализированных собирающих антенн - хлоросом .

Читайте также: