ЦИТОЛОГИЯ КЛЕТКА Клетка элементарная структурная

ЦИТОЛОГИЯ

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 § цитоплазма отделена от внешней среды плазматической мембраной

Цитоплазма § Цитоплазма отделена от внешней среды плазматической мембраной и содержит органеллы и 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 (плазмалемма, цитолемма, внешняя клеточная мембрана) § Все клетки эукариотических организмов имеют пограничную мембрану – плазмалемму. § Плазмалемма 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 ПЛАЗМАЛЕММЫ § Молекулярное строение плазмолеммы описывается жидкостномозаичной моделью, согласно которой она состоит из липидного бислоя, в который погружены молекулы белков. Толщина плазмалеммы варьирует от 7, 5 до 10 нм.

ЛИПИДНЫЙ БИСЛОЙ § 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. § Белки обеспечивают специфические свойства мембраны и играют различную биологическую роль: § структурных молекул § ферментов § переносчиков § рецепторов.

Мембранные белки § § § 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.

Мембранные белки § 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

§ 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.

Механизмы мембранного транспорта Пассивный транспорт: § пассивная диффузия; § облегченная диффузия; Активный транспорт Эндоцитоз

Эндоцитоз § § § § 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 фагоцитоз

Пиноцитоз § – 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.

Фагоцитоз § – 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.

Экзоцитоз 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.

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.

Органеллы § Органеллы – постоянно присутствующие в цитоплазме структуры, имеющие определенное строение и специализированные на выполнении определенных функций в клетке. § Они подразделяются на органеллы общего значения и специальные органеллы.

Органеллы общего значения § 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 § 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

Органеллы § 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. § Мембраны различных органелл существенно различаются по своим функциональным свойствам, благодаря присутствию разных структурных белков, формирующих трансмембранные каналы или насосы, ферментов, рецепторов, а также липидов

Компартментализация § Благодаря мембранам внутри клетки выделяются отделы – компартменты – со своей особой биохимической средой, что позволяет обособить протекание несовместимых процессов

§ 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 § Рибосомы – мелкие, плотные немембранные органеллы, диаметром 1530 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.

Рибосомы § 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 § 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.

гр. ЭПС § Гранулярная ЭПС образована мембранными трубочками и уплощенными цистернами, на наружной (обращенной в сторону гиалоплазмы) поверхности которых расположены рибосомы.

гр. ЭПС § Основная функция гр. ЭПС: сегрегация (отделение) вновь синтезированных белковых молекул от гиалоплазмы. § Таким образом, гр. ЭПС обеспечивает: § 1) биосинтез белков, предназначенных для экспорта из клетки; § 2) биосинтез ферментов лизосом § 2) 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 § § § 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.

Агранулярная ЭПС § агр. ЭПС представляет собой трехмерную сеть мембранных трубочек, канальцев, пузырьков, на поверхности которых рибосомы отсутствуют.

Функции а. ЭПС § 1) участие в синтезе липидов, в том числе мембранных; § 2) синтез холестерина и стероидов; § 3) синтез гликогена § 4) нейтрализация и детоксикация эндогенных и экзогенных токсичных веществ; § 5) накопление ионов Са (особенно в специализированной виде а. ЭПС – саркоплазматической сети мышечных клеток).

агр. ЭПС § а. ЭПС хорошо развиты в клетках, активно продуцирующих стероидные гормоны – клетки коркового вещества надпочечников, интерстициальные гландулоциты яичка, клетки желтого тела яичника. § Хорошо развита а. ЭПС и 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: § 1) скопления уплощенных цистерн; § 2) мелкие пузырьки; § 3) 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, 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 § Комплекс Гольджи обладает полярностью: § в каждой диктиосоме выделяют две поверхности: формирующуюся (незрелую, или цис-поверхность) и зрелую (транс-поверхность). 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 транс-поверхности.

Функции комплекса Гольджи § § § синтез полисахаридов и гликопротеинов (гликокаликса, слизи); модификация белковых молекул (терминальное гликозилирование – включение углеводных компонентов; фосфорилирование – добавление фосфатных групп; ацилирование – добавление жирных кислот; сульфатирование – добавление сульфатных остатков и т. д. ; конденсация секреторного продукта (в конденсирующих вакуолях) и образование секреторных гранул; сортировка белков на трансповерхности; упаковка секреторных продуктов в мембранные структуры

Комплекс Гольджи § 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 высоко-энергетических фосфатных связей АТФ; § участие в биосинтезе стероидов; § участие в окислении жирных кислот.

Митохондрии § 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.

§ 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 и цилиндрической ножки. Именно на них происходит сопряжение процессов окисления и фосфорилирования (АДФ → АТФ).

Митохондрии § Чаще всего кристы располагаются перпендикулярно длинной оси митохондрий и имеют пластинчатую (ламеллярную) форму.

Митохондрии § В клетках, синтезирующих стероидные гормоны, кристы имеют вид трубочек или пузырьков - тубулярновезикулярные кристы. В этих клетках ферменты стероидного синтеза частично локализуются на внутренней мембране митохондрий

Митохондрии § 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 § 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 § Митохондриальные гранулы – частицы высокой электронной плотности диаметром 20 -50 нм, содержащие ионы Са и Мg.

Митохондриальная ДНК § Митохондриальная ДНК имеет кольцевую форму и включает 37 генов. § Генетическая информация митохондриальной ДНК обеспечивает синтез около 5 -6% белков митохондрий (ферменты электронтранспортной системы). Синтез других митохондриальных белков контролируется ДНК ядра. § Наследование митохондриальной ДНК происходит только по материнской линии.

ЛИЗОСОМЫ § Лизосомы – мембранные органеллы, которые обеспечивают внутриклеточное переваривание (расщепление) макромолекул внеклеточного и внутриклеточного происхождения, и обновление компонентов клетки.

Лизосомы § 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

Лизосомы § 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 § 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 § 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.

§ 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.

Аутофаголизосомы § 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 § 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» .

ПЕРОКСИСОМЫ § Пероксисомы – сферические мембранные органеллы диаметром 0. 05 – 1. 5 мкм, с умеренно плотным гомогенным или мелкозернистым матриксом. § Матрикс пероксисом содержит до 15 различных ферментов, важнейшие из которых: каталаза (маркёр пероксисом), пероксидаза, оксидазы аминокислот, уратоксидаза.

Пероксисомы § 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. ).

ЦИТОСКЕЛЕТ § Цитоскелет – сложная трехмерная сеть немембранных органелл: § микротрубочек § микрофиламентов § промежуточных филаментов.

Цитоскелет § Основная функция цитоскелета – опорно-двигательная: § поддержание и изменение формы клеток; § перемещение компонентов внутри клетки; § транспорт веществ внутрь клетки и из клетки; § обеспечение подвижности клетки

Микротрубочки § Микротрубочки – наиболее крупные компоненты цитоскелета. § Микротрубочки – полые цилиндрические образования различной длины, с диаметром 24 -25 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 § Микротрубочки представляют собой лабильную систему, в которой сохраняется равновесие между их постоянной сборкой и диссоциацией.

Клеточный центр § Клеточный центр образован двумя полыми цилиндрическими структурами центриолями, которые расположены под прямым углом друг к другу, и окружающим перицентриолярным материалом.

Центриоли § 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 § § § 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 АТФазной активностью, что необходимо для скольжения соседних дублетов в аксонеме, вызывающих движение (биение) ресничек и жгутиков

Базальное тельце § 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

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).

Микроворсинка § 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 § Стереоцилии – длинные, иногда ветвящиеся микроворсинки, имеющие каркас из микрофиламентов. Они встречаются редко (в главных клетках эпителия протока придатка семенника).

Промежуточные филаменты § § § 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

Цитокератины § 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 § Десмины – промежуточные филаменты мышечных тканей (за исключением миоцитов сосудов). Десмины играют важную роль в организации миофибрилл в мышечной ткани и обеспечении сократительной функции.

Виментины § Виментины – филаменты, характерные для различных клеток мезенхимного происхождения (фибробласты, макрофаги, остеобласты, эндотелий и гладкие миоциты сосудов).

Промежуточные филаменты § 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).

Промежуточные филаменты в диагностике § § 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.

ЯДРО § Ядро – важнейший компонент клетки, содержащий её генетический аппарат. § Функции ядра: § хранение генетической информации (в молекулах ДНК, находящихся в хромосомах); § реализация генетической информации, контролирующей различные процессы в клетке: транскрипция информационных, рибосомальных, транспортных РНК → синтетическая активность; апоптоз и т. д. ); § воспроизведение и передача генетической информации при делении клетки.

КОМПОНЕНТЫ ЯДРА § В ядре неделящейся (интерфазной) клетки выявляются следующие компоненты: § ядерная оболочка (кариолемма) § хроматин § ядрышко § кариоплазма

Ядерная оболочка § Ядерная оболочка (кариолемма, нуклеолемма) на светооптическом уровне практически не определяется. Под электронном микроскопом обнаруживается, что она состоит из двух мембран – наружной и внутренней мембран, разделенных полостью шириной 15 -40 нм – перинуклеарной цистерной. § Наружная мембрана составляет единое целое с мембранами гр. ЭПС: на её поверхности имеются рибосомы, а перинуклеарная цистерна сообщается с цистерной гр. ЭПС

Ядерные поры § § § В определенных точках наружная и внутренняя мембрана смыкаются, образуя ядерные поры. Ядерная пора образована двумя параллельными кольцами диаметром 80 нм, содержащих по 8 белковых гранул, от которых к центру поры тянутся фибриллы, формирующие диафрагму толщиной около 5 нм. Белковые гранулы ядерной поры структурно связаны с белками ядерной ламины. Совокупность компонентов, входящих в состав ядерной поры, называется комплексом ядерной поры. Ядерная оболочка клетки содержит 2000 -4000 поровых комплексов. Число поровых комплексов возрастает с увеличением функциональной активности: в клетках с высокой синтетической активностью ядерные поры занимают до 35% поверхности кариолеммы.

ХРОМАТИН § § § Хроматин в интерфазной (неделящейся) клетке соответствует хромосомам и состоит из комплекса ДНК и белка. Выраженность спирализации каждой из хромосом неодинакова по длине. Соответственно, различают два вида хроматина: эухроматин и гетерохроматин. Эухроматин соответствует участкам хромосом, которые деспирализованы и открыты для транскрипции. Эти участки не окрашиваются и не видны в световой микроскоп. Гетерохроматин соответствует конденсированным сегментам хромосом, что делает их недоступными для транскрипции. Гетерохроматин интенсивно окрашивается основными красителями, и в световом микроскопе имеет вид мелких гранул и глыбок.

Половой хроматин § Половой хроматин (тельце Барра) – скопление гетерохроматина, соответствующее одной из пары Х-хромосом, которая в интерфазе плотно скручена и неактивна. § § § Выявление полового хроматина используется как диагностический тест для определения генетического женского пола, что существенно при изучении генетических аномалий и, особенно, в спортивной медицине. Обычно анализируют эпителиальные клетки слизистой оболочки полости рта, где, как и в большинстве других клеток, половой хроматин выявляется как крупная глыбка гетерохроматина, лежащая рядом с ядерной оболочки. В нейтрофильных лейкоцитах крови половой хроматин имеет вид маленькой добавочной дольки ядра ( «барабанной палочки» ).

Упаковка хроматина в ядре § В деконденсированном состоянии длина одной молекулы (двойной спирали) ДНК, образующей одну хромосому, составляет около 5 см, а общая длина молекул ДНК в ядре – более 2 м. Такие длинные нити ДНК компактно и упорядоченно упакованы в ядре диаметром всего 5 -10 мкм. § Компактная упаковка молекул ДНК осуществляется благодаря связи ДНК со специальными основными белками – гистонами.

Упаковка хроматина § § § Начальный уровень упаковки хроматина – нуклеосома с диаметром 11 нм. Нуклеосома состоит из блока, образованного комплексом из 8 молекул гистонов, на который намотана двойная нить ДНК (цепочка из 166 пар нуклеотидов). Нуклеосомы разделены короткими участками свободной ДНК (48 пар оснований). Нуклеосомная нить имеет вид нитки с бусинами, где каждая бусина – нуклеосома. Второй уровень упаковки также обусловлен гистонами и приводит к скручиванию нуклеосомной нити (виток из 6 нуклеосом) с формированием хроматиновой фибриллы диаметром 30 нм. Хроматиновые фибриллы образуют петли диаметром 300 нм. При делении клетки в результате еще более компактной укладки и сверхспирализации ДНК появляются хромосомы (диаметр 700 нм), видимые под световым микроскопом. Компактная упаковка ДНК в ядре обеспечивает упорядоченное расположение очень длинных молекул ДНК в небольшом объеме ядра, а также функциональный контроль активности генов.

Ядрышко § Ядрышко выявляется в интерфазном ядре на светооптическом уровне как мелкая (~ 1 мкм в диаметре), плотная сферическая структура, интенсивно окрашивающееся основными красителями § Ядрышко образовано специализированными участками хромосом – ядрышковыми организаторами, на которых происходит синтез рибосомальной РНК, а также её сборка в предшественники рибосомальных субъединиц.

Компоненты ядрышка § § Аморфный компонент, слабо окрашиваемый, компонент, представляет собой участки расположения ядрышковых организаторов: крупные петли ДНК, активно участвующих в транскрипции рибосомальной РНК; Фибриллярный компонент состоит из множества нитей диаметром 5 -8 нм, преимущественно во внутренней части ядрышка, и представляет собой длинные молекулы р. РНК (первичные транскрипты); Гранулярный компонент образован скоплением плотных мелких гранулярных частиц, представляющие собой зреющие субъединицы рибосом. Рибосомальные субъединицы образуется из р. РНК, синтезированной в ядрышке, и белков, синтезированных в цитоплазме. Затем субъединицы рибосом транспортируются через ядерные поры в цитоплазму. Фибриллярный и гранулярный компоненты ядрышка образуют ядрышковую нить – нуклеолонему, которая образует петлистую нуклеолонему, сеть, выделяющуюся большой плотностью на фоне менее плотного ядерного матрикса

Ядрышко § Размеры и объем ядрышек увеличиваются при повышении функциональной активности клетки. Особенно крупные ядрышки характерны для эмбриональных и активно синтезирующих белки клеток, а также клеток быстрорастущих злокачественных опухолей. § Ядрышко исчезает в профазе митоза, в результате инактивации рибосомных генов при конденсации соответствующих хромосом, и вновь формируется в поздней телофазе.

Ядерный матрикс § Ядерный матрикс – компонент ядра, в котором располагаются хроматин и ядрышко. Ядерный матрикс образован кариоплазмой и кариоскелетом. § Кариоплазма – жидкий компонент ядра, содержащий РНК, ионы, ферменты, метаболиты, растворенные в воде. § Кариоскелет состоит из ламины и других фибриллярных белков.

Клеточный цикл § § § Клеточный цикл – совокупность процессов, происходящих в клетке между двумя последовательными делениями или между её образованием и гибелью. Клеточный цикл включает в себя собственно митотическое деление и интерфазу – промежуток между делениями. Интерфаза занимает около 90% всего времени клеточного цикла и подразделяется на три периода: пресинтетический или постмитотический – G 1 (от англ. gap – промежуток); синтетический – S; постсинтетический или премитотический - G 2.

§ Пресинтетический период – G 1 – характеризуется активным ростом клетки, синтезом белка и РНК, благодаря чему клетка восстанавливает необходимый набор органелл и достигает нормальных размеров. G 1 период длится от нескольких часов до нескольких дней. § Синтетический период –S- характеризуется репликацией (удвоением содержания) ДНК, синтезом гистонов и других белков. В результате происходит удвоение числа хромосом. Одновременно удваивается число центриолей. § Постсинтетический период – G 2 - длится 2 -4 часа и продолжается вплоть до митоза. § В течение этого периода запасается энергия, и синтезируются белки, в частности тубулины, необходимые для процесса деления.

Митоз § Митоз (кариокинез) является универсальных механизмом деления соматических клеток. § Во время митоза родительская клетка делится, и каждая из дочерних клеток получает набор хромосом идентичный родительскому, и, таким образом, происходит равномерное распределение генетического материала. Продолжительность митоза – 1 -3 часа.

Митоз § Митоз включает 4 основные фазы: § профазу § метафазу, § анафазу и § телофазу.

клеточные популяции § По уровню обновления ткани организма подразделяются на три группы – три типа клеточных популяций: § (1) Обновляющиеся клеточные популяции характеризуются постоянным обновлением. Естественная убыль дифференцированных клеток, специализированных к выполнению определенных функций и неспособных к делению уравновешена образованием новых клеток в результате деления малодифференцированных камбиальных клеток и последующей дифференцировки (физиологическая регенерация). § К таким популяциям относят клетки костного мозга и крови, эпителий кишки, эпидермис кожи.

клеточные популяции § (2) Растущие клеточные популяции способны к увеличению массы ткани за счет нарастания числа клеток и их полиплоидизации. § Их долгоживущие клетки выполняют специализированные функции, но сохраняют способность при стимуляции, под действием некоторых факторов вновь вступать в клеточный цикл, чтобы восстановить свою нормальную численность. § К растущим популяциям относят эпителий почек, различных желез, печени.

Клеточные популяции § (3) Стабильные клеточные популяции состоят из высокоспециализированных клеток с полной потерей способности к делению. К таким популяциям относятся нейроны, кардиомиоциты.

КЛЕТОЧНАЯ ГИБЕЛЬ § Число клеток в организме, органах и тканях регулируется гомеостатическими механизмами и динамическим равновесием между образованием клеток и их гибелью. § Гибель клеток, наряду с их размножением и дифференцировкой, является одним из ключевых процессов в обеспечении нормальной жизнедеятельности различных тканей

Гибель клеток § При гибели клеток могут наблюдаться два вида морфологических изменений, которые соответствуют различным механизмам её развития: § некроз и § апоптоз

Некроз § Возникает под действием резко выраженных повреждающих факторов – § перегревания (гипертермии) § переохлаждения (гипотермии) § недостатка кислорода (гипоксии) § нарушения кровоснабжения (ишемии) § метаболических ядов § механической травмы и др. § Некроз – «смерть в результате несчастного случая»

АПОПТОЗ § Физиологическая (запрограммированная) гибель клеток – «смерть клетки в результате самоубийства (самоуничтожения)» - активный, генетически контролируемый процесс, регулируемый внутренней программой, которая запускается внешними факторами (воздействие разнообразных повреждающих физических и химических факторов, умеренные по интенсивности; некоторые инфекции (вирусные); воздействие физиологических активаторов (индукторов) апоптоза; дефицит стимулирующих факторов, потеря контакта с другими клетками и др.

Гибель клеток § Поздние явления при некрозе включают § разрыв ядерной оболочки, плазмолеммы и мембран органелл, § разрушение и растворение ядра (кариолизис) § исчезновение клеточных границ и распад клетки § § Развитие апоптоза индуцируется особыми генами (киллерными генами – р53 и др. ) Это энергоёмкий процесс и сопровождается активацией сигнальных систем в клетке. проявляется уплотнением ядра (кариопикноз и кариорексис без разрушения кариолеммы), конденсацией цитоплазмы, которая уплотняется, сморщивается и уменьшается в размерах, органеллы при этом сохраняют свою целостность. При прогрессировании апоптоза изменяется форма клетки – образуются многочисленные крупные вздутия и выросты на поверхности – и происходит распад клетки на фрагменты – апоптозные тела

Т киллер индуцирует апоптоз раковой клетки