Карагандинский Государственный Медицинский Университет Кафедра молекулярной биологии и

Карагандинский Государственный Медицинский Университет Кафедра молекулярной биологии и медицинской генетики Лекция Тема: «Структура и функция внутриклеточных органелл» Специальность: - «Общая медицина» Курс: 1 Время: 50 мин. Лектор: Бритько В.В.

Тема: «Структура и функция внутриклеточных органелл» Цель: изучение особенностей строения внутриклеточных органелл специального и общего назначения. План лекции: 1.Цитоплазма, ее химический состав. 2.Морфология и строение ядра. 3.Строение клеточного центра. 4.Особенностистроения митохондрий. 5.Компонентыкональцевой и вакуолярной системы. 6.Немембранные органоиды клетки. 7.Лизосомы, их морфологическая гетерогенность. План лекции: 1.Основные функции и роль ядра в клетке. 2.Основные и побочные функции митохондрий. 3. Роль канальцевой и вакуолярной системы в процессах жизнедеятельности клетки. 4.Функции аппарата Гольджи. 5.Роль первичных и вторичных лизосом. 6.Поисхождение и функции пероксисом

Структура и функции внутриклеточных органелл Клетка – это элементарная, структурная, функциональная единица живого. Клетка – основа строения и одноклеточных и многоклеточных организмов.

История изучения клетки Р. Гук в 1665 изучая срезы растительных тканей увидел ячеистые образования, которые назвал клетки. Антоний Ван Левенгук впервые увидел простейших, рассматривая прудовую воду (инфузорию -туфельку, бактерии в зубном налете, сперматозоиды, эритроциты.

Создание клеточной теории В 1838 -1839 г. Теодор Шванн и Маттиас Шлейден обобщили весь накопленный материал и сформулировали основные положения клеточной теории. В современном изложении клеточная теория включает 3 главных положения:

1. Положение соотносит клетку с живой природой. Жизнь, какие бы сложные или простые формы она ни принимала, в ее структурном, функциональном и генетическом отношении обеспечивается только клеткой. 2. Единственным способом возникновения новых клеток является деление предшествующих клеток (этот вывод принадлежит немецкому патологу Р. Вирхову).

3. Соотносит клетку с многоклеточными организмами, для которых характерен принцип целостности и системной организации. Структурными, функциональными единицами многоклеточных существ являются клетки. Это положение показывает проблему соотношения части и целого.

Типы клеточной организации 1. Прокариотический 2. Эукариотический 1. Для прокариот характерно: Малые размеры клеток (0,5-3 мкм) Отсутствие обособленного ядра Генетический аппарат представлен единственной кольцевой хромосомой.

4. Нет гистонов (ядерных белков) 5. Отсутствует развитая система мембран. 6. Имеется цитоплазма, мембрана, рибосомы, включения, гликоген и липиды. 7. Цитоплазма не способна к движению.

Типы клеток Прокариотические – доядерные клетки Эукариотические – ядерные клетки

Эукариотический тип представлен двумя подтипами: 1. Подтип простейших. 2. Подтип многоклеточных. У простейших клетка выполняет функцию целостного организма и в ней имеются образования, выполняющие функции органов (цитостом, цитофарингс, порошица, сократительные вакуоли) которые называются органоиды.

У многоклеточных клетки растений и животных имеют сходное строение, но у растений есть пластиды, вакуоли, клеточная стенка. Размеры клеток не зависят от размеров организма. Но существует зависимость между функцией клеток, размерами и формой (яйцеклетки, нервные клетки, мышечные, эритроциты).

Клетка – это объект в котором выделяют мембрану, ядро, цитоплазму.Внутреннее пространство разделено на отсеки или компартменты. Выделяют 7 компартментов клетки: 1. Цитоплазма 2. Ядро 3. ЭПС 4. Комплекс Гольджи

5. Митохондрии 6. Лизосомы 7. Хлоропласты В клетке есть и немембранные компоненты клетки: рибосомы, клеточный центр, ядрышко.

СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ Ядро Цитоплазма Митохондрия Оболочка Комплекс Гольджи Рибосома ЭПС Клеточный центр Лизосомы

Цитоплазма Митохондрия Ядрышко Цитоплазма Отграниченная от внешней среды клетки полужидкая среда, представляющая собой коллоидный раствор различных солей и органических веществ Система белковых нитей, пронизывающих цитоплазму, называется цитоскелетом. Функция Она объединяет в одно целое ядро и все органоиды, обеспечивает их взаимодействие.

Цитоплазма Состоит из основного вещества – цитозоля, органелл и включений. Цитозоль на 90% состоит из воды, в которой находятся биомолекулы (сахара, аминокислоты, белки, минеральные вещества). Внешний слой цитоплазмы вязкий (гель) называется эктоплазмой (кортикальный слой).

Центральная часть ближе к золям и называется эндоплазмой. Функции цитозоля: 1. Хранение биомолекул 2. Место протекания различных метаболических процессов (гликолиз). Цитоплазма способна к вязкому течению – циклозу.

Ядро Оболочка Ядерный сок Ядрышко Хромосомы

Двухслойная пористая мембрана, образующая комплекс с остальными мембранами клетки. - На оболочке находится множество пор, через которые поступают и выделяются белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, вода, ионы... Оболочка ядра Оболочка ядра

Ядро Форма – чаще округлая Размеры – зависят от размеров клетки ( от 2 – 100 мкм). Ядра присутствуют во всех эукариотических клетках, за исключением зрелых эритроцитов и тромбоцитов. В клетке чаще 1 ядро, но есть и двуядерные клетки ( макронуклеус и микронуклеус) у инфузорий.

Функции ядра Хранение информации т.к. в ядре располагаются хромосомы. Передача информации в ряду поколений. Определение специфики клетки, путем регуляции дифференциальной активности генов. Трофический центр клетки.

СТРОЕНИЕ ЯДРА Ядро отделено от цитоплазмы ядерной оболочкой, состоящей из двух мембран. Пространство между двумя ядерными мембранами называется перинуклеарным. Внутреннее содержимое ядра называется нуклеоплазма или ядерный сок.

На наружной ядерной мембране могут находиться рибосомы. Ядерная оболочка пронизана порами, которые образуются при смыкании наружной и внутренней мембран. К внутренней мембране примыкает сетеподобная волокнистая структура белковой природы – ламина.

Ядрышко Органоид ядра клетки, размером от 1 до 10 мкм. По форме он круглый. В состав ядрышка входят РНК и белки. Функция В ядрышке происходит синтез РНК и формирование рибосом. *На картинке ядрышко изображено зелёным цветом. Ядрышко

Функция ламины 1. Поддержание определенной формы ядра. 2.Участвует в растворении и ресинтезе ядерной мембраны

Ядерно-поровый комплекс В ядерной оболочке содержится 3000-4000 ядерно-поровых комплексов. С диаметром 9 нм. черезных происходит обмен между ядром и цитоплазмой. Из ядра уходят м – РНК и рибосомы, в ядро проникают белки, макроэрги. В нуклеоплазме содержится ядрышко, оно имеет сложную структуру и не имеет мембраны. Оно содержит 3 зоны:

Зона – содержит скопления генов рРНК и называется ядрышковый организатор. Зона – содержит зрелые субъединицы рибосом. Зона – в ней проходит транскрипция генов рибосомальной РНК. Основная функция ядрышка синтез р - РНК и сборка рибосом.

Органоиды общего назначения 1.Элементы канальцевой и вакуолярной системы (ЭПС) 2.Митохондрии 3.Рибосомы 4.Лизосомы 5.Пероксисомы 6.Клеточный центр и элементы цитоскелета 7.Пластиды (в раст.клетке)

1.Канальцевая и вакуолярная система образована трубчатыми и уплощенными мембранными образованиями в виде цистерн, которые пронизывают всю клетку. Различают 2 вида ЭПС: 1.Шероховатая – мембраны и связаны с рибосомами 2.Гладкая

Функции шероховатой ЭПС Участие в синтезе белка 2) Образование белков и липидов плазматической мембраны. 3) Упаковка, транспорт и хранение белков.

Эндоплазматическая сеть Различают шероховатую (на её мембранах есть рибосомы) и гладкую ЭПС

Функции гладкого ЭПР Синтез липидов и стероидов, которые транспортируются в комплекс Гольджи. 2. Депонирование ионов Са 3. Синтез углеводов. 4. Участие в процессах детоксикации в клетках печении.

Клеточный центр

Клеточный центр Состоит из 2х центриолей и центросомы. Центросомы – это полые цилиндрические структуры, содержащие. РНК, белки, полисахариды. Центриоли состоят из 9 триплетов микротрубочек и лежат они в центросом центре скопления микротрубочек.

Основные функции клеточного центра. Участие в делении клетки Поддержание цитоскелета

Митохондрия Функция В митохондриях синтезируется АТФ. Не редко их называют "Силовые станции клетки". *внутренняя мембрана имеет складчатую структуру, внешняя прочная и гладкая.

Митохондрии Содержатся во всех аэробных эукариотических клетках в количестве от 50 до 5000. Форма – цилиндрическая. Митохондрии двигаются по цитозолю с помощью микротрубочек. Локализуется в местах активного потребления энергии (сперматозоиды).

Митохондрии окружены двумя мембранами. Наружная мембрана содержит белок – порин, который образует каналы или поры. Между мембранами находится межмембранное пространство, по химическому составу идентично цитозолю.

Рабочая поверхность митохондрий – это внутренняя мембрана, образующая выросты листовидной формы-кристы, или трубчатой тубулы. Внутреннее пространство митохондрий – матрикс, в нем находятся ДНК,РНК, рибосомы, ферменты. ДНК митохондрий кольцевой формы, в ней есть гены,

Кодирующие синтез митохондриальных р-РНК, т-РНК, белков. Основная функция митохондрий синтез АТФ. Дополнительная – синтез стероидных гормонов и глутаминовой кислоты.

Рибосомы Есть у прокариот и эукариот. Мелкие органеллы размером до 20 нм. Состоит из 2-х субъединиц, которые отличаются числом молекул р-РНК и белка. Основная функция – синтез белка.

Рибосома Функция: В рибосомах синтезируются все необходимые клетке белки. *

Встречаются 2 популяции рибосом: 1.Свободные – синтезируют белки для своей клетки. 2.Связанные с ЭПС – сиинтезируют белки, которые секретируются из клетки.

Комплекс Гольджи Функция К нему транспортируются продукты синтетической деятельности: клетки, жиры, углеводы и в нём накапливаются, а уже потом либо поступают в цитоплазму, либо наружу из клетки

Комплекс Гольджи Был открыт в 1898 г. Камилло Гольджи. Содержится во всех эукариотических клетках, представляет собой стопку уплощенных мембранных цистерн и связанных с ними систему пузырьков – пузырьки Гольджи. Комплекс Гольджи располагается возле ядра.

Цистерны напоминают стопку тарелок и называются стопкой Гольджи или диктиосомой (часть в стопке находится 6 цистерн). Много стопок Гольджи в секреторных клетках. На одном конце стопки образуются новые цистерны, за счет слияния пузырьков. Это выпуклая сторона или цис - сторона.

Затем происходит созревание цистерн и распад на пузырьки. Это происходит на внутренней вогнутой стороне (транс-сторона). Функция аппарата Гольджи 1.Сортировка, химическая модификация биомолекул. 2.Транспорт веществ, участие в экзоцитозе 3.Образование лизосом.

Лизосомы

ЛИЗОСОМЫ Открыты в 1949 г, представляют собой округлые мембранные мешочки, наполненные гидролитическими ферментами. Различают 2 класса лизосом: 1. Первичные, содержат только ферменты. 2. Вторичные – содержат субстрат и набор гидролаз.

Возникают путем слияния первичных лизосом с субстратом, окруженным мембраной. Первичные лизосомы отделяются от комплекса Гольджи. Гидролазы синтезируются в ЭПС, в комплексе Гольджи они подвергаются процессингу или модификациям. Лизосомы принимают участие в эндоцитозе, экзоцитозе, автофагии, автолизе.

Функция лизосом – внутриклеточное расщепление молекул. Автофагия – это разрушение старых ненужных структур клетки, которые сливаются с лизосомами и данная структура переваривается. Автолиз – саморазрушение клетки в результате высвобождения содержимого лизосом.

Иногда автолиз – это нормальное явление (метаморфоз головастики – удаление хвоста). Пероксисомы или микротельца. Это небольшие круглые органеллы диаметром 0,3-1,5 мкм. Пероксисомы ведут свое происхождение от эндоплазматического ретикулума.

Пероксисомы играют важную роль во внутриклеточном метаболизме: а) обезвреживая достаточно сильный окислитель пероксид водорода с помощью каталазы; б) являясь центром утилизации кислорода (до 10%); в) окисляя этанол до ацетальдегида; г) катализируя распад жирных кислот.

Клеточные включения: жировые капли, гликоген, в клетках поджелудочной железы – зимоген. Между собой клетки могут быть связаны посредством образования специальных структур – межклеточных контактов.

Контакты подразделяются на 3 вида: Запирающие или плотные соединения. Прикрепительные контакты. Коммуникационные контакты.

Запирающие соединения характерны для клеток эпителиальной ткани. Их основная функция – барьерная. Прикрепительные контакты встречаются во многих тканях, но больше всего их в тканях, подверженных высоким механическим нагрузкам, например, сердечная мышца, шейка матки и т.д.

Прикрепительные контакты образуются путем скрепления элементов цитоскелета соседних клеток между собой. Коммуникационные или щелевые контакты наблюдаются в большинстве тканей. Щелевые контакты образуется с помощью трансмембранных белков, формирующих единый канал, соединяющий цитозоль соседних клеток.

Структурная организация и функции цитоскелета Эукариотические клетки способныизменять свою форму, не перемещаться, передвигать органеллы, разделять хромосомы во время деления клеток, благодаря набору белков, составляющих цитоскелет.

Цитоскелет состоит из 3-х элементов (структур): 1. микротрубочек 2. актиновых филаментов (микрофиламенты) 3. промежуточных филаментов Химический состав и расположение этих структур различны. Они выполняют ряд важных функций; в том числе опорную.

Микротрубочки Длинные трубочки, диаметром 24-25нм, стенки состоят из спирально закрученного белка тубулина. Микротрубочки – тонкие, полые органеллы, растут с одного конца (плюс конец) путем добавления молекул тубулина. Другой конец закреплен в центросоме (минус конец).

Центросома – называется центром организации микротрубочек (ЦОМ), локализована в центре клетки рядом с ядром. Микротрубочки – динамические структуры – способны расти, укорачиваться, а также у них высокая скорость сборки и разборки (например митотическое веретено).

Функции микротрубочек: участие в самом акте движения, т.к. они являются структурными элементами (это внутриклеточный транспорт, например: перемещение синаптических пузырьков); участие в деление клетки; образование системы волокон, по которым перемещаются везикулы, органеллы ( движение веществ из комплекса Гольджи в ЭПС).

Связь микротрубочек с клиникой Медикаментозная терапия онкологических больных заключается в разрушении митотического веретена веществами, нарушающими полимеризацию (колхицин, винбластин). Данные препараты связываются с микротрубочками и ингибируют образование митотического веретена,

предотвращают расхождение хромосом и таким образом уничтожаются быстро делящиеся раковые клетки. Для лечения рака молочной железы применяется препарат таксол –действующий на аппарат микротрубочек, останавливая быстрое деление клеток.

Микрофиламенты (актиновые филаменты) Состоят из белка актина. Актин содержится во многих эукариотических клетках, составляя до 5% от общего белка клетки. В большинстве клеток содержится густая сеть из актиновых филаментов. Это тонкие белковые нити диаметром -5-7 нм, образуют клеточный кортекс, придающий механическую прочность поверхности клетки, позволяет ей менять свою форму.

Промежуточные филаменты Встречаются в цитоплазме эукариотических клеток. Это жесткие, прочные белковые волокна, устойчивые к растяжению полипептиды, образуют характерную «корзинку» возле ядра, оттуда по кривым траекториям движутся по периферии. Толщина 8-10нм, т.е. промежуточный между диаметром микротрубочек и актиновых филаментов.

Функции промежуточных филаментов – это противостояние механическому давлению в эпителиальных клетках, они участвуют в формировании ядерной ламины. Т.е. кроме механической, защитной, образование трансклеточной сети, для противодействия внешним нагрузкам.

Промежуточные филаменты образуют несколько белков: Кератины – только в эпителиальных клетках встречаются 20 различных кератинов, 8-тяжелых кератинов –специфичны для волос и ногтей; Виментин и родственные белки – распространен в фибробластах и эндотелиальных клетках;

Промежуточные филаменты обеспечивают устойчивость к механическим воздействиям, но некоторые мутации в кератиновых генах изменяют организацию кератиновых филаментов, которые находятся в базальном слое эпителия. Такие генетические изменения увеличивают чувствительность кожи к механическим повреждениям. Примером являются

обыкновенная и буллезная пузырчатка – на коже появляются пузырки (особенно на ладонях, подошвах, вокруг рта, туловище, шее, формируются рубцы, отслойка ногтей).

Нейрофиламенты – цитоскелет в нервных клетках образуется из 3-х видов белков: низкомолекулярные белки (NF-Z) с низкой молекулярной массой; средние белки нейрофиламентов (NF-M) со средней молекулярной массой; высокомолекулярные белки нейрофиламентов (NF-H) с высокой молекулярной массой.

Нейрофиламенты расположены вдоль нейрона, придают эластичность длинным отросткам нейронов (рис. 7-2, ст 148, гл.7) Функция промежуточных филаментов – участие в формировании клеточных контактов – десмосом- (которые соединяют соседние эпителиальные клетки) и полудесмосом - прикрепляющих эпителиальные клетки к мембране, на которой они расположены.

Ядерная ламина – или волокнистая ламина – это сеть промежуточных филаментов, расположенных на внутренней поверхности ядерной мембраны и связанных с ядерными порами. В отличии от других промежуточных филаментов, ламины разрушаются во время митоза при фрагментации ядра и ядерной мембраны и восстанавливаются в конце митоза.

Контрольные вопросы: 1. Строение ядерно-порового комплекса. 2. Строение центриолей. 3. Особенности структурной организации комплекса Гольджи. 4. Происхождение пероксисом. 5. Значение автолиза и автофагии для клетки. 6. Функции шероховатой ЭПС. 7. Функции гладкой ЭПС. 8. Функции ядрышка.