Лекция 1- гистология.ppt
- Количество слайдов: 113
ЦИТОЛОГИЯ-1 ПЛАЗМОЛЕММА ЦИТОПЛАЗМА
КЛЕТКА Клетка – элементарная структурная, функциональная и генетическая единица в составе всех живых организмов.
ФОРМА КЛЕТОК
КЛЕТОЧНАЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВКА • морфологическая характеристика клетки варьирует в зависимости от её функции • процесс, в ходе которого клетки приобретают свои структурные и функциональные свойства и особенности (специализация) клеточная дифференцировка.
Компоненты клетки • клетки всех типов характеризуются сходством общей организации и строения важнейших компонентов. • каждая клетка эукариот состоит из двух основных компонентов – ядра и цитоплазмы, ограниченных клеточной мембраной (плазмолеммой)
Цитоплазма отделена от внешней среды плазматической мембраной и содержит: • органеллы • включения, погруженные в • клеточный матрикс (цитозоль, гиалоплазма).
Органеллы – постоянные компоненты цитоплазмы, имеющие характерную структуру и специализированные на выполнении определенных функций в клетке. Включения – непостоянные компоненты цитоплазмы, образованные в результате накопления продуктов метаболизма клеток.
Плазматическая мембрана (плазмолемма, цитолемма, внешняя клеточная мембрана) • Все клетки эукариотических организмов имеют пограничную мембрану – плазмолемму. Плазмолемма играет роль полупроницаемого селективного барьера, и • с одной стороны, отделяет цитоплазму от окружающей клетку среды, • а с другой – обеспечивает её связь с этой средой.
Функции плазмалеммы • поддержание формы клетки; • регуляция переноса веществ и частиц в цитоплазму и из неё; • распознавание данной клеткой других клеток и межклеточного вещества, прикрепление к ним; • установление межклеточных контактов и передача информации от одной клетки к другой; • взаимодействие с сигнальными молекулами (гормоны, медиаторы, цитокины) в связи с наличием на поверхности плазмалеммы специфических рецепторов к ним; • осуществление движения клетки благодаря связи плазмалеммы с сократимыми элементами цитоскелета.
СТРУКТУРА ПЛАЗМОЛЕММЫ Молекулярное строение плазмолеммы: жидкостномозаичная модель липидный бислой, в который погружены молекулы белков. Толщина плазмолеммы варьирует от 7, 5 до 10 нм.
Липидный бислой представлен преимущественно молекулами фосфолипидов состоящими из двух длинных неполярных (гидрофобных) цепей жирных кислот и полярной (гидрофильной) головки. • В мембране гидрофобные цепи обращены внутрь бислоя, а гидрофильные головки – кнаружи.
Химический состав плазмолеммы: липиды: • фосфолипиды • сфинголипиды • холестерин белки олигосахариды, ковалентно связанные с некоторыми из этих липидов и белков (гликопротеины и гликолипиды)
Белки мембран Мембранные белки составляют более 50% массы мембран. Они удерживаются в липидном бислое за счет гидрофобных взаимодействий с молекулами липидов. Белки обеспечивают специфические свойства мембраны и играют различную биологическую роль: • структурных молекул • ферментов • переносчиков • рецепторов.
Мембранные белки подразделяются на 2 группы: интегральные и периферические. • Периферические белки обычно находятся вне липидного бислоя и непрочно связаны с поверхностью мембраны. • Интегральные белки представляют собой белки, либо полностью (собственно интегральные белки), либо частично (полуинтегральные белки) погруженные в липидный бислой. • Часть белков целиком пронизывает всю мембрану (трансмембранные белки); они обеспечивают каналы, через которые транспортируется мелкие водорастворимые молекулы и ионы по обе стороны мембраны.
• Белки распределены в пределах клеточной мембраны мозаично. • Липиды и белки мембран обладают латеральной подвижностью: белки могут перемещаться в плоскости мембран, как бы «плавая» в толще липидного бислоя
Углеводные участки Цепочки олигосахаридов, связанные с белковыми частицами (гликопротеины) или с липидами (гликолипиды), могут выступать за пределы наружной поверхности плазмолеммы, и образуют основу гликокаликса, надмембранного слоя, который выявляется под электронным микроскопом в виде рыхлого слоя умеренной электронной плотности.
• Углеводные участки придают клетке отрицательный заряд и являются важным компонентом специфических молекул – рецепторов. • Рецепторы обеспечивают такие важные процессы в жизнедеятельности клеток, как распознавание других клеток и межклеточного вещества, адгезивные взаимодействия, ответ на действие белковых гормонов, иммунный ответ и. т. д. Рецепторы
Гликокаликс является также местом концентрации многих ферментов, часть которых может образовываться не самой клеткой, а лишь адсорбироваться в слое гликокаликса
Мембранный транспорт Плазмолемма – место обмена материала между клеткой и окружающей клетку средой: мембранный транспорт Механизмы мембранного транспорта: • пассивная диффузия; • облегченная диффузия; • активный транспорт; • эндоцитоз (пиноцитоз; фагоцитоз; рецепторноопосредованный эндоцитоз);
Пассивный транспорт – это процесс, который не требует затрат энергии, так как перенос мелких водорастворимых молекул (кислород, углекислый газ, вода) и части ионов осуществляется путем диффузии Такой процесс малоспецифичен, и зависит от градиента концентрации транспортируемой молекулы.
Облегченный транспорт также зависит от градиента концентрации и обеспечивает перенос более крупных гидрофильных молекул, таких как молекулы глюкозы и аминокислот. Этот процесс пассивный, но требует присутствия белковпереносчиков, обладающих специфичностью в отношении транспортируемых молекул.
• - процесс, при котором перенос молекул осуществляется с помощью белков-переносчиков против электрохимического градиента. • Для осуществления этого процесса необходимы затраты энергии, которая высвобождается за счет расщепления АТФ. • Примером активного транспорта служит натриево -калиевый насос: посредством белкапереносчика Na+-K+-АТФазы ионы Na+ выводятся из цитоплазмы, а ионы К+ одновременно переносятся в неё. Активный транспорт
– процесс транспорта макромолекул из внеклеточного пространства в клетку. • При этом внеклеточный материал захватывается в области впячивания (инвагинации) плазмалеммы, края впячивания затем смыкаются, и таким образом формируется эндоцитозный пузырек (эндосома), окруженный мембраной. Разновидностями эндоцитоза являются: • пиноцитоз, • фагоцитоз, • рецепторно-опосредованный эндоцитоз • Эндоцитоз
– захват и поглощение клеткой жидкости вместе с растворимыми в ней веществами. В цитоплазме клетки пиноцитозные пузырьки обычно сливаются с первичными лизосомами, и их содержимое подвергается внутриклеточной обработке. Пиноцитоз
• – захват и поглощение клеткой плотных частиц (бактерии, простейшие, грибки, поврежденные клетки, некоторые внеклеточные компоненты). • Фагоцитоз обычно сопровождается образованием выпячиваний цитоплазмы (псевдоподии, филоподии), которые охватывают плотный материал. • Края цитоплазматических отростков смыкаются, и образуются фагосомы. • Фагосомы сливаются с лизосомами, образуя фаголизосомы, где ферменты лизосом переваривают биополимеры до мономеров. Фагоцитоз
Рецепторно-опосредованный эндоцитоз Рецепторы ко многим веществам, расположены на клеточной поверхности. Эти рецепторы связываются с лигандами (молекулами поглощаемого вещества с высоким сродством к рецептору). • Рецепторы, перемещаясь, могут скапливаться в особых областях, называемых окаймленными ямками. Вокруг таких ямок и образующихся из них окаймленных пузырьков образуется сетевидная оболочка, состоящая из нескольких полипептидов, главный из которых белок клатрин. • Окаймленные эндоцитозные пузырьки переносят комплекс рецептор-лиганд внутрь клетки. В дальнейшем, после поглощения веществ, комплекс рецептор-лиганд расщепляется, и рецепторы возвращаются в плазмолемму. • С помощью окаймленных пузырьков транспортируются иммуноглобулины, факторы роста, липопротеины низкой плотности (ЛНП). •
• – процесс обратный эндоцитозу. • При этом мембранные экзоцитозные пузырьки, содержащие продукты собственного синтеза или непереваренные, вредные вещества, приближаются к плазмалемме и сливаются с ней своей мембраной, которая встраивается в плазмалемму - содержимое экзоцитозного пузырька выделяется во внеклеточное пространство. Экзоцитоз
Трансцитоз – процесс, объединяющий эндоцитоз и экзоцитоз. • На одной поверхности клетки формируется эндоцитозный пузырёк, который переносится к противоположной поверхности клетки и, становясь экзоцитозным пузырьком, выделяет свое содержимое во внеклеточное пространство. • Такой процесс характерен для клеток, выстилающих кровеносные сосуды, эндотелиоцитов, особенно в капиллярах. •
Во время эндоцитоза часть плазмолеммы становится эндоцитозным пузырьком; во время экзоцитоза, напротив, мембрана встраивается в плазмолемму. Это явление называется мембранным конвейером.
Органеллы – постоянно присутствующие в цитоплазме структуры, имеющие определенное строение и специализированные на выполнении определенных функций в клетке. Они подразделяются на • органеллы общего значения • специальные органеллы.
Органеллы общего значения имеются во всех клетках и необходимы для обеспечения их жизнедеятельности. К ним относятся: • митохондрии, • рибосомы • эндоплазматическая сеть (ЭПС), • комплекс Гольджи • лизосомы • пероксисомы, • клеточный центр • компоненты цитоскелета.
• Специальные органеллы содержатся лишь в некоторых специализированных клетках, где они обеспечивают выполнение специальных функций. • К специальным органеллам относят реснички, жгутики, миофибриллы, акросома. • Все специальные органеллы образуются при развитии клетки как производные органелл общего значения, так, например, акросома спермия является производным комплекса Гольджи, реснички и жгутики – микротрубочек цитоскелета и т. д
В состав многих органелл входит элементарная биологическая мембрана, поэтому органеллы подразделяются также на • мембранные и • немембранные. Мембранные органеллы: митохондрии, ЭПС, комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы; Немембранные органеллы: рибосомы, клеточный центр, компоненты цитоскелета, микроворсинки, реснички, жгутики
Внутриклеточные мембраны • Элементарная биологическая мембрана, входящая в состав клеточных органелл, по своему строению представляет собой бислой липидов со встроенными белками и сходна со строением плазмолеммы, но не идентична ей. • Толщина мембран внутриклеточных органелл несколько меньше (6 -7, 5 нм). • Мембраны различных органелл существенно различаются по своим функциональным свойствам, благодаря присутствию разных структурных белков; белков, формирующих трансмембранные каналы или насосы, ферментов, рецепторов, а также липидов
Благодаря мембранам внутри клетки выделяются отделы – компартменты – со своей особой биохимической средой, что позволяет обособить протекание несовместимых процессов
СИНТЕТИЧЕСКИЙ АППАРАТ КЛЕТКИ Синтетический аппарат клеток включает органеллы, участвующие в синтезе различных веществ. К таким органеллам относятся • рибосомы, • эндоплазматическая сеть и • комплекс Гольджи. Деятельность синтетического аппарата клетки контролируется активностью генов, локализованных в ядре.
• Рибосомы – мелкие, плотные немембранные органеллы, диаметром 15 -30 нм. • Функция рибосом – синтез белка путем соединения аминокислот в полипептидные цепочки • Каждая рибосома состоит из двух субъединиц: большой и малой. • Субъединицы образованы рибосомальными РНК (р. РНК) и особыми белками (около 80 видов). Соотношение р. РНК и белков равно 1: 1.
Субъединицы рибосом собираются в ядре из р. РНК, которая образуется в ядрышке, и белков, которые синтезируются в цитоплазме и поступают в ядро. Затем субъединицы рибосом через ядерные поры перемещаются в цитоплазму, где они участвуют в синтезе белка.
• Рибосомы могут встречаться в цитоплазме как отдельные гранулы (функционально неактивные, не транслирующие рибосомы), так и в форме скоплений – полирибосом (полисом) – активные рибосомы. Отдельные рибосомы полисом удерживаются вместе нитью информационной РНК. • Информация, переносимая и. РНК, кодирует последовательность аминокислот в белке соответствующей последовательностью нуклеотидов. Рибосомы транслируют эту генетическую информацию в последовательность аминокислот в ходе белкового синтеза.
• Полисомы могут свободно располагаться в гиалоплазме, или быть прикрепленными к мембранам эндоплазматической сети (ЭПС). • При этом белки, которые синтезируются на свободных полисомах, остаются в гиалоплазме и далее используются самой клеткой. • Полисомы, которые своими большими субъединицами прикреплены к мембранам ЭПС, синтезируют белки, накапливающиеся в просвете цистерн ЭПС. • В дальнейшем эти белки либо выводятся из клетки (например, пищеварительные ферменты, гормоны), либо остаются в клетке в структурах, ограниченных мембраной (например, лизосомы с набором лизосомальных ферментов)
Рибосомы, в связи с наличием р. РНК, интенсивно окрашиваются основными красителями (гематоксилин, метиленовый синий). Присутствие значительного числа рибосом в цитоплазме клеток, активно синтезирующих белок, придает ей базофилию на светооптическом уровне.
ЭНДОПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ СЕТЬ (ЭПС) • ЭПС – система уплощенных, трубчатых, везикулярных структур, ограниченных мембраной. Название обусловлено тем, что её многочисленные элементы (цистерны, трубочки, пузырьки) образуют единую, непрерывную трехмерную сеть. • Степень развития ЭПС варьирует в различных клетках, и даже в разных участках одной и той же клетки, и зависит от функциональной активности клеток. • Различают две разновидности ЭПС: • гранулярную ЭПС (гр. ЭПС) и • гладкую, или агранулярную ЭПС (а. ЭПС), которые связаны между собой в переходной области.
• Гранулярная ЭПС образована мембранными трубочками и уплощенными цистернами, на наружной (обращенной в сторону гиалоплазмы) поверхности которых расположены рибосомы. • Прикрепление рибосом происходит благодаря интегральным рецепторным белкам мембран гр. ЭПС – рибофоринам. Эти же белки формируют гидрофобные каналы в мембране гр. ЭПС для проникновения синтезированной белковой цепочки в просвет цистерн.
гр. ЭПС Основная функция гр. ЭПС: сегрегация (отделение) вновь синтезированных белковых молекул от гиалоплазмы. Таким образом, гр. ЭПС обеспечивает: • биосинтез белков, предназначенных для экспорта из клетки; • биосинтез ферментов лизосом • биосинтез мембранных белков. Белковые молекулы накапливаются внутри просвета цистерн, приобретают вторичную и третичную структуру, а также подвергаются начальным посттрансляционным изменениям – гидроксилированию, сульфатированию, фосфорилированию и гликозилированию (присоединение к белкам олигосахаридов с образованием гликопротеинов).
Гр. ЭПС присутствует во всех клетках, но наиболее развита в клетках, специализирующихся на белковом синтезе: • в эпителиальных клетках поджелудочной железы, вырабатывающих пищеварительные ферменты; • в фибробластах соединительной ткани, синтезирующих коллаген; • в плазматических клетках, продуцирующих иммуноглобулины. • В этих клетках элементы гр. ЭПС образуют параллельные скопления цистерн; при этом просвет цистерн часто расширен. • Для всех этих клеток характерна выраженная базофилия цитоплазмы в области расположения элементов гр. ЭПС.
фибробласт плазматическая клетка
Агранулярная ЭПС агр. ЭПС представляет собой трехмерную сеть мембранных трубочек, канальцев, пузырьков, на поверхности которых рибосомы отсутствуют.
Функции а. ЭПС • участие в синтезе липидов, в том числе мембранных, холестерина и стероидов; • метаболизм гликогена • нейтрализация и детоксикация эндогенных и экзогенных токсичных веществ; • накопление ионов Са (особенно в специализированной виде а. ЭПС – саркоплазматической сети мышечных клеток).
Агр. ЭПС хорошо развита: • в клетках, активно продуцирующих стероидные гормоны – клетки коркового вещества надпочечников, интерстициальные гландулоциты яичка, клетки желтого тела яичника. • в клетках печени, где её ферменты участвуют в метаболизме гликогена, а также в процессах, которые обеспечивают нейтрализацию и детоксикацию эндогенных биологически активных веществ (гормонов) и экзогенных вредных веществ (алкоголя, лекарственных веществ и др. )
КОМПЛЕКС ГОЛЬДЖИ Комплекс Гольджи – мембранная органелла, образованная тремя основными элементами: • скопления уплощенных цистерн; • мелкие пузырьки; • конденсирующие вакуоли. Комплекс этих элементов называется диктиосомой.
Комплекс Гольджи • Цистерны имеют вид изогнутых дисков с несколько расширенными периферическими отделами. Цистерны образуют группу в виде стопки из 3 -30 элементов. Выпуклая сторона этой группы обращена обычно к ядру, вогнутая – к плазмолемме. От периферических расширений цистерн отщепляются пузырьки и вакуоли. • Пузырьки – мелкие (диаметр 40 -80 нм), окруженные мембраной сферические элементы с содержимым умеренной электронной плотности. • Вакуоли – крупные (диаметр 0. 1 -1. 0 мкм), сферические образования, отделяющиеся от зрелой поверхности комплекса Гольджи в некоторых железистых клетках. Вакуоли содержат секреторный продукт, находящийся в процессе конденсации.
• Комплекс Гольджи обладает полярностью: • в каждой диктиосоме выделяют две поверхности: • формирующаяся (незрелая, или цисповерхность) и • зрелая (трансповерхность).
Комплекс Гольджи • Цис-поверхность выпуклой формы обращена в сторону ЭПС и связана с ней системой мелких транспортных пузырьков, отщепляющих от ЭПС. • Таким образом, белки в транспортных пузырьках проникают через цисповерхность.
Комплекс Гольджи • Каждая группа медиальных цистерн внутри стопки отличается особым составом ферментов, и для каждой группы характерны свои реакции обработки белков. • Обработанные вещества выходят в вакуолях с вогнутой трансповерхности.
Функции комплекса Гольджи • синтез полисахаридов и гликопротеинов (гликокаликса, слизи); • обработка белковых молекул (терминальное гликозилирование – включение углеводных компонентов; фосфорилирование – добавление фосфатных групп; ацилирование – добавление жирных кислот; сульфатирование – добавление сульфатных остатков и т. д. ; • сортировка белков на трансповерхности; • упаковка секреторных продуктов в мембранные структуры
Секреторные продукты, обработанные в комплексе Гольджи, оказываются далее в • секреторных гранулах, которые : выделяются путем экзоцитоза или остаются в клетке в виде: • в первичных лизосомах • в окаймленных пузырьках, в которых интегральные белки транспортируются в плазмолемму. • специфических гранул зернистых лейкоцитов
МИТОХОНДРИИ Митохондрии – мембранные органеллы, присутствующих во всех эукариотических клетках, и представляющие собой энергетический аппарат клетки.
Функции митохондрий: • основная – обеспечение клетки легко доступной энергией, которая образуется благодаря окислению метаболитов, и запасается частично в виде высокоэнергетических фосфатных связей АТФ; • участие в биосинтезе стероидов; • участие в окислении жирных кислот.
• Митохондрии могут иметь эллиптическую, палочковидную или нитевидную форму. Их размеры составляют 0. 2 -2 мкм в ширину и до 10 мкм в длину. • Число митохондрий в разных клетках и их распределение в пределах клетки варьирует.
• Много митохондрий встречается в клетках с активным метаболизмом, требующим высоких энергетических затрат: кардиомиоцитах, клетках почечных канальцев, париетальных клетках желез дна желудка и т. д. • В цитоплазме митохондрии могут распределяться диффузно, но имеют тенденцию аккумулироваться в участках максимального потребления энергии, например в апикальной части реснитчатых клеток, в связующем отделе сперматозоидов, или вблизи ионных насосов (зона базальной исчерченности в проксимальных канальцах почек, в исчерченных протоках слюнных желез и др. ).
• Под электронным микроскопом митохондрии имеют характерную структуру. • Каждая митохондрия состоит из наружной и внутренней мембран, между которыми находится межмембранное пространство. • Внутренняя мембрана образует складки - кристы, обращенные внутрь митохондрии. Пространство, ограниченное внутренней мембраной, заполнено митохондриальным матриксом, - мелкозернистым материалом различной электронной плотности.
Наружная мембрана митохондрий содержит много молекул специализированных транспортных белков (например, порин), что обеспечивает её высокую проницаемость, а также белки-рецепторы, распознающие белки, которые переносятся через обе мембраны митохондрий в особых точках их контакта – зонах слипания.
• Внутренняя мембрана митохондрий образует складки – кристы, благодаря чему значительно увеличивается внутренняя поверхность митохондрий. • В состав внутренней мембраны входят транспортные белки; ферменты дыхательной цепи и сукцинатдегидрогеназа; комплекс АТФ-синтетазы. • На кристах имеются элементарные частицы (оксисомы, или F 1 -частицы), состоящие из округлой головки (9 нм) и цилиндрической ножки. Именно на них происходит сопряжение процессов окисления и фосфорилирования (АДФ → АТФ).
Чаще всего кристы располагаются перпендикулярно длинной оси митохондрий и имеют пластинчатую (ламеллярную) форму.
В клетках, синтезирующих стероидные гормоны, кристы имеют вид трубочек или пузырьков тубулярно-везикулярные кристы. В этих клетках ферменты стероидного синтеза частично локализуются на внутренней мембране митохондрий
Число и площадь крист отражает функциональную активность клеток: наибольшая площадь крист характерна, например, для митохондрий клеток сердечной мышцы, где потребность в энергии постоянно очень велика.
• Митохондриальный матрикс – мелкозернистое вещество, заполняющее полость митохондрии. • Матрикс содержит несколько сотен ферментов: ферменты цикла Кребса, окисления жирных кислот, белкового синтеза. • Здесь иногда встречаются митохондриальные гранулы, а также локализуются митохондриальные ДНК, и. РНК, т. РНК, р. РНК и митохондриальные рибосомы.
Митохондриальные гранулы – частицы высокой электронной плотности диаметром 20 -50 нм, содержащие ионы Са и Мg.
• Митохондриальная ДНК имеет кольцевую форму и включает 37 генов. • Генетическая информация митохондриальной ДНК обеспечивает синтез около 56% белков митохондрий (ферменты электронтранспортной системы). Синтез других митохондриальных белков контролируется ДНК ядра. • Наследование митохондриальной ДНК происходит только по материнской линии.
Митохондриальные цитопатологии Повреждения митохондриальной ДНК в результате мутаций могут привести к развитию ряда патологий митохондриальных цитопатий (синдромы Барта, Патерсона, МERRF (красных разорванных волокон) и др.
ЛИЗОСОМЫ Лизосомы – мембранные органеллы, которые обеспечивают внутриклеточное переваривание (расщепление) макромолекул внеклеточного и внутриклеточного происхождения, и обновление компонентов клетки.
Морфологически лизосомы представляют собой округлые пузырьки, ограниченные мембраной и содержащие большое количество различных гидролаз (более 60 ферментов).
• Наиболее характерными ферментами лизосом являются: кислая фосфатаза (маркёр лизосом), протеазы, нуклеазы, сульфатазы, липазы, гликозидазы. • Все литические ферменты лизосом представляют собой кислые гидролазы, т. е. оптимум их активности проявляется при р. Н≈5
• Мембрана лизосом (около 6 нм толщиной) обладает протонным насосом, вызывающим закисление среды внутри органелл, обеспечивает диффузию низкомолекулярных продуктов переваривания макромолекул в гиалоплазму и препятствует утечке литических ферментов в гиалоплазму. • Повреждение мембраны приводит к разрушению клетки вследствие самопереваривания.
Лизосомы присутствуют во всех клетках. Особенно много лизосом в тех клетках, где активно протекают процессы фагоцитоза с последующим перевариванием захваченного материала (например, в нейтрофильных гранулоцитах, макрофагах, остеокластах).
Первичные лизосомы • Лизосомы подразделяются на первичные (неактивные) и вторичные (активные). • Первичные лизосомы (гидролазные пузырьки) – округлые пузырьки небольшого размера (обычно около 50 нм диаметром), с мелкозернистым, гомогенным, плотным матриксом. • Надежная идентификация первичных лизосом возможна только при гистохимическом выявлении характерных ферментов (кислая фосфатаза). • Первичные лизосомы – неактивные структуры, еще не вступившие в процессы расщепления субстратов.
• Вторичные лизосомы – органеллы, активно участвующие в процессах внутриклеточного переваривания. Диаметр вторичных лизосом обычно составляет 0. 5 -2 мкм, их форма и структура могут существенно варьировать в зависимости от перевариваемого субстрата, но обычно содержимое вторичных лизосом гетерогенно. • Вторичная лизосома – результат слияния первичной лизосомы с фагосомой или аутофагосомой.
Фаголизосомы • Фаголизосома формируется путем слияния первичной лизосомы с фагосомой мембранным пузырьком, содержащим материал, захваченный клеткой извне. Процесс разрушения этого материала называется гетерофагией. • Гетерофагия играет важную роль в функции всех клеток. Особое значение гетерофагия имеет для клеток, осуществляющих защитную функцию, таких как макрофаги и нейтрофильные лейкоциты, которые захватывают и переваривают болезнетворные микроорганизмы.
• Аутофаголизосома образуется при слиянии первичной лизосомы с аутофагосомой мембранным пузырьком, содержащим собственные компоненты клетки, которые подлежат разрушению. • Процесс переваривания внутриклеточного материала называется аутофагией. • Аутофагия обеспечивает постоянное обновление клеточных структур благодаря перевариванию митохондрий, полисом, фрагментов мембран.
• Остаточные тельца – лизосомы, содержащие непереваренный материал, которые могут находиться в цитоплазме длительное время. • В некоторых долгоживущих клетках (нейроны, кардиомиоциты, гепатоциты) в остаточных тельцах накапливается коричневый эндогенный пигмент липофусцин – «пигмент старения» .
Лизосомные болезни Дефицит лизосомальных ферментов может приводить к развитию ряда заболеваний (болезни накопления), вызванных накоплением в клетках непереваренных веществ, которые нарушают функцию клеток. • Примерами могут служить: • болезнь Хюрлера, при которой из-за отсутствия α-L-идуронидазы фибробласты и остеобласты накапливают дерматан сульфат, а у больных отмечаются множественные дефекты хондро- и остеогенеза и умственное отставание, • болезнь Тэя-Сакса (из-за недостаточности гексозаминидазы А происходит накопление гликолипидов в нервных клетках и поражается нервная система), • болезнь Гоше (вследствие наследственного дефекта глюкоцереброзидазы гликолипиды накапливаются в макрофагах и поражаются печень и селезенка) и другие.
ПЕРОКСИСОМЫ Пероксисомы – сферические мембранные органеллы диаметром 0. 05 – 1. 5 мкм, с умеренно плотным гомогенным или мелкозернистым матриксом. • Мелкие пероксисомы встречаются во всех клетках, а крупные пероксисомы – в гепатоцитах, макрофагах, в клетках канальцев почки. Матрикс пероксисом содержит до 50 различных ферментов, важнейшие из которых: каталаза (маркёр пероксисом), пероксидаза, оксидазы аминокислот, уратоксидаза.
• У некоторых видов животных в пероксисомах выявляется более плотная кристаллическая сердцевина – нуклеоид, состоящая из уратоксидазы. • В пероксисомах клеток человека нуклеотида нет, поскольку отсутствует способность метаболизировать ураты.
Функции пероксисом: • окисление аминокислот и других субстратов; • защита клетки от действия перекиси водорода, сильного окислителя, образующегося в результате окисления органических соединений, и оказывающего повреждающий эффект на клетку. При этом каталаза пероксисом разлагает перекись водорода на воду и кислород. • участие в расщеплении жирных кислот; • участие в обезвреживании ряда веществ (спирт и др. ).
Нарушения активности пероксисом вызывает ряд наследственных заболеваний – пероксисомных болезней с тяжелыми нарушениями нервной системы (синдром Целльвегера и др. )
ЦИТОСКЕЛЕТ Цитоскелет – сложная трехмерная сеть немембранных органелл: • микротрубочек • микрофиламентов • промежуточных филаментов.
Основная функция цитоскелета – опорнодвигательная: • поддержание и изменение формы клеток; • перемещение компонентов внутри клетки; • транспорт веществ внутрь клетки и из клетки; • обеспечение подвижности клетки
Микротрубочки – наиболее крупные компоненты цитоскелета. Микротрубочки – полые цилиндрические образования различной длины, с диаметром 2425 нм, с толщиной стенки 5 нм.
• Стенка микротрубочки состоит из спирально расположенных нитей – протофиламентов, образованных димерами из глобулярных белковых молекул – α- и β-тубулина. • Стенка микротрубочки образована 13 субъединицамипротофиламентами.
Микротрубочки могут располагаться в цитоплазме в виде отдельных элементов, в виде пучков, где они связаны тонкими поперечными мостиками, или могут частично сливаться друг с другом, образуя дуплеты (в аксонеме ресничек и жгутиков) и триплеты (в базальном тельце и центриолях
Микротрубочки представляют собой лабильную систему, в которой сохраняется равновесие между их постоянной сборкой и диссоциацией.
Центрами организации микротрубочек (ЦОМТ) являются сателлиты – глобулярные белковые структуры, содержащиеся в базальных тельцах ресничек и клеточном центре, а также центромеры хромосом.
Функции микротрубочек – поддержание стабильной формы клеток, и порядка распределения её компонентов; – обеспечение внутриклеточного транспорта, в том числе органелл, пузырьков, секреторных гранул (благодаря некоторым белкам, ассоциированным с микротрубочками); – образование основы центриолей и ахроматинового веретена деления и обеспечение движения хромосом в процессе митоза; – образование основы ресничек и жгутиков, а также обеспечение их движения.
Угнетение самосборки микротрубочек при действии на клетку блокаторов (колхицин и др. ) вызывает гибель быстроделящихся клеток вследствие отсутствия митотического веретена деления, нарушения транспортных процессов в клетке (аксонный транспорт в нейронах, секреция), изменения форм клетки, дезорганизацию органелл в клетке (в частности, цистерн ЭПС)
Клеточный центр образован двумя полыми цилиндрическими структурами центриолями, которые расположены под прямым углом друг к другу.
• Каждая центриоль представляет собой короткий цилиндр длиной ~ 0, 5 мкм и диаметром ~ 0, 2 мкм, состоящий из 9 триплетов частично слившихся трубочек (А, В и С), связанных поперечными белковыми мостиками. • Формула строения центриоли описывается как (9 × 3) + 0, так как в центральной части микротрубочки отсутствуют. Каждый триплет центриоли связан с глобулярными белковыми тельцами – сателлитами, от которых отходят микротрубочки, образующие центросферу.
Центриоли • В неделящейся клетке выявляется одна пара центриолей – диплосома, которая располагается обычно вблизи ядра. • Перед делением клетки в Sпериоде интерфазы происходит дупликация центриолей: под прямым углом к каждой зрелой (материнской) центриоли пары образуется новая (дочерняя) центриоль. В ранней профазе митоза пары центриолей расходятся к полюсам клетки и служат центрами образования микротрубочек ахроматинового веретена деления.
Реснички и жгутики • Реснички и жгутики являются выростами цитоплазмы, обладающие подвижностью. Основу ресничек и жгутиков составляет каркас из микротрубочек, называемый аксонемой. • Длина ресничек равна 2 -10 мкм, а их количество на поверхности одной клетки может составлять до нескольких сотен. • В организме человека жгутик есть только в одном типе клеток – сперматозоидах. При этом один сперматозоид имеет один жгутик длиной 50 -70 мкм.
Аксонема образована 9 периферическими парами микротрубочек (микротрубочки А и В) и одной центрально расположенной парой; • такое строение описывается формулой (9 × 2) + 2. • Центральная пара микротрубочек окружена центральной оболочкой, от которой к периферическим дуплетам расходятся радиальные спицы. • Периферические дублеты связаны друг с другом мостиками белка нексина, а от микротрубочки А к микротрубочке В соседнего дублета отходят “ручки” из белка динеина, который обладает АТФ-азной активностью, что необходимо для скольжения соседних дублетов в аксонеме, вызывающих движение (биение) ресничек и жгутиков
• Мутации, вызывающих изменения белков ресничек и жгутиков, ведут к различным нарушениям функций клеток. • Так, при отсутствии динеиновых ручек (синдром неподвижных ресничек, или синдром Картагенера), больные страдают хроническими заболеваниями дыхательной системы и бесплодием (вследствие неподвижности спермиев и нарушений продвижения яйцеклеток по яйцеводу).
• В основании каждой реснички или жгутика лежит базальное тельце, сходное по строению с центриолью. • На уровне апикального конца базального тельца микротрубочка С триплета заканчивается, тогда как микротрубочки А и В продолжаются в соответствующие микротрубочки аксонемы реснички. • При развитии ресничек или жгутика базальное тельце играет роль матрицы, на которой происходит сборка компонентов аксонемы
Микрофиламенты • Микрофиламенты – тонкие белковые нити диаметром 5 -7 нм, расположенные в цитоплазме поодиночке, в виде сетей или упорядоченными пучками (в скелетной и сердечной мышцах). • Основной белок микрофиламентов – актин – встречается в клетках как в мономерной форме (глобулярный G-актин), так и в виде полимерного фибриллярного F-актина
Функции микрофиламентов • в мышечных волокнах и клетках актиновые микрофиламенты образуют упорядоченные пучки и при взаимодействии с миозиновыми филаментами обеспечивают их сокращение. • в немышечных клетках микрофиламенты образуют кортикальную (терминальную) сеть, в которой микрофиламенты сшиты с помощью особых белков (филамин и др. ). Кортикальная сеть, с одной стороны, обеспечивает поддержание формы клетки, а с другой - способствует изменениям формы плазмолеммы, обеспечивая, таким образом, функции эндо- и экзоцитоза, миграции клеток, образования псевдоподий. • микрофиламенты тесно связаны с органеллами, транспортными пузырьками, секреторными гранулами и играют важную роль в их перемещении внутри цитоплазмы. • микрофиламенты формируют сократимую перетяжку (срединное тельце) при цитотомии, завершающей клеточное деление. • микрофиламенты участвуют в организации структуры межклеточных соединений (zonula adherens – поясок сцепления). • микрофиламенты являются основой специальных выростов цитоплазмы – микроворсинок и стереоцилий.
Микроворсинки • Микроворсинки – пальцевидные выросты цитоплазмы клетки диаметром 0. 1 мкм и длиной 1 мкм, основу которых образуют актиновые микрофиламенты. • Микроворсинки обеспечивают многократное увеличение площади поверхности клетки. На апикальной поверхности некоторых клеток, активно участвующих в процессах расщепления и всасывания веществ, имеется до несколько тысяч микроворсинок, образующих в совокупности щёточную каемку (эпителий тонкой кишки и почечных канальцев).
• Основа каждой микроворсинки – пучок, содержащий около 40 микрофиламентов, расположенных вдоль её длинной оси. Микрофиламенты имеют поперечные сшивки из белков (фимбрин, виллин), и прикреплены к плазмолемме особыми белковыми мостиками (минимиозин). • У основания микроворсинки микрофиламенты пучка вплетаются в терминальную сеть
Стереоцилии – длинные, иногда ветвящиеся микроворсинки, имеющие каркас из микрофиламентов. Они встречаются редко (в главных клетках эпителия протока придатка семенника).
• Промежуточные филаменты – прочные и устойчивые белковые нити толщиной около 10 нм (что является промежуточным значением между толщиной микротрубочек и микрофиламентов). • Промежуточные филаменты располагаются в виде трехмерных сетей в различных участках цитоплазмы, окружают ядро, участвуют в образовании межклеточных контактов (десмосом) и поддерживают форму отростков. • Главная функция промежуточных филаментов – поддерживающая и опорная
• Промежуточные филаменты в клетках различных типов различаются по своей химической природе и молекулярному весу. • Выделяются 6 основных классов промежуточных филаментов
• Цитокератины – промежуточные филаменты, характерные для клеток эпителия • Этот класс включает около 20 близких полипептидов (тонофиламентов). Кератиновые филаменты входят в состав десмосом и полудесмосом, участвуют в образовании рогового вещества в эпителии кожи и являются главным компонентом волос и ногтей.
Десмины – промежуточные филаменты мышечных тканей (за исключением миоцитов сосудов). Десмины играют важную роль в организации миофибрилл в мышечной ткани и обеспечении сократительной функции.
Виментины – филаменты, характерные для различных клеток мезенхимного происхождения (фибробласты, макрофаги, остеобласты, эндотелий и гладкие миоциты сосудов).
• Нейрофиламенты – промежуточные филаменты нейронов, которые играют важную роль в поддержании формы отростков нервных клеток. • Глиальные клетки содержат глиальный фибриллярный кислый белок и встречаются только в клетках глии (астроциты, олигодендроциты).
• Идентификация классов промежуточных филаментов (методами иммуноцитохимии с антителами к данному типу промежуточных филаментов) имеет большое значение в диагностике опухолей, и, следовательно, в прогнозе и выборе противоопухолевого лечения. • Так, выявление различных форм кератинов свидетельствует о недифференцированных опухолях эпителиального происхождения, карциномах, аденокарциномах. Десмин является маркёром опухолей мышечного происхождения, а глиальный фибриллярный кислый белок – маркёр опухолей глиального происхождения.


