Кафедра гистологии цитологии и эмбриологии СГМУ ЦИТОЛОГИЯ

Кафедра гистологии, цитологии и эмбриологии СГМУ

ЦИТОЛОГИЯ Тема лекции: «Строение клетки. Цитоплазма» .

Цель лекции: n ознакомить студентов с содержанием предмета, местом гистологии, цитологии и эмбриологии в системе подготовки врача; с задачами цитологии и ее значением в системе биологических наук.

Общая характеристика дисциплины. Основные разделы курса гистологии. Современные положения клеточной теории. Определение клетки. Структурные компоненты цитоплазмы животной клетки: плазмолемма, гиалоплазма, включения, органеллы, их строение, классификация и функции. Межклеточные контакты.

Гистология – наука о микроскопическом строении, развитии и жизнедеятельности клеток и тканей животных организмов. n Гистология включает 4 раздела: n 1. Цитология – раздел о строении и функции клеток и их производных, способах воспроизведения и взаимодействии. 2. Эмбриология – учение, рассматривающее закономерности ранних этапов развития зародыша. 3. Общая гистология – раздел об особенностях строения и функциях различных видов тканей. 4. Частная гистология – наука о микроскопическом строении органов в составе систем организма. n n n

Основные положения клеточной теории n n 1. Клетка - наименьшая единица живого. а) Имеется в виду, что отдельные компоненты клетки (ядро, митохондрии и т. д. ) не могут полноценно существовать в изолированном состоянии: в них быстро развиваются процессы аутолиза и дегенерации. б) В отличие от этого, многие клетки удаётся длительно культивировать в подходящей питательной среде с сохранением их жизнедеятельности.

2. Клетки сходны по общему плану строения (имеют 3 основных компонента): а) плазматическую мембрану, которая отделяет содержимое клетки от внеклеточной среды, б) ядро, содержащее наследственный материал (ДНК), связанный с ядерными белками, в) цитоплазму - внеядерную часть клетки, включающую гомогенную гиалоплазму и многочисленные цитоплазматические структуры. Исключение составляют эритроциты, которые у млекопитающих лишены ядра.

3. Клетки размножаются только путём деления ("каждая клетка - из клетки"). а) Не все клетки способны к делению: многие клетки, выполняющие сложные функции, в процессе своего созревания утратили эту способность. б) Но появление новых клеток происходит только путём деления таких клеток, которые способны делиться. (Этим утверждением исключается возможность образования клеток из неклеточного материала. )

4. В организме клетки функционируют не изолированно, а в тесной связи друг с другом, образуя единое целое (ткани, органы, системы органов). а) Поэтому клетки весьма различны: одни настроены на выполнение одного круга функций, другие - другого. б) Отсюда - различия структуры клеток и образуемого ими межклеточного вещества. Имея общий план строения (плазматическая мембрана, ядро, цитоплазма), клетки разных видов в большей или меньшей степени отличаются друг от друга.

Клетка n Клетка — главный гистологический элемент. Эукариотическая клетка состоит из трёх основных компартментов (структурных элементов): плазматическая мембрана, ядро и цитоплазма со структурированными клеточными единицами (органеллы, включения). Важное значение для организации клеток имеют состоящие из непрерывного слоя молекул биологические мембраны, входящие в состав каждого клеточного компартмента и многих органелл. Мембраны клеток имеют принципиально сходную молекулярную организацию. Любую клетку снаружи ограничивает плазматическая мембрана.

Общий принцип строения клетки

Строение животной и растительной клеток

Строение плазмолеммы n n Схема строения мембран. 1. В основе биологической мембраны - двойной слой амфифильных липидов (1). а) Молекулы таких липидов (2) имеют 2 части гидрофобную (2 а) (два углеводородных "хвоста" жирных кислот) и гидрофильную (2, б) (остатки спирта, азотистого основания, углевода). б) В водной среде эти молекулы самопроизвольно образуют бислой, в котором гидрофобные части молекул обращены друг к другу, а гидрофильные - к водной фазе.

Строение поверхности клетки

Ультрамикроскопическое строение агранулярной и гранулярной эндоплазматической сети (Портер, 1945 г. ) n n n n n Функции гладкой ЭПС: 1. синтез белков, 2. транспортная, 3. синтез мембран. Функции гранулярной ЭПС: 1. синтез липидов, углеводов, 2. транспортная, 3. дезинтоксикация, 4. депо ионов кальция (в мышечной ткани)

n Эндоплазматическая сеть В эндоплазматической сети вырабатывается, процессируется и транспортируется множество веществ, которые используются клеткой или выделяются из неё. Различают гранулярную (зернистую, шероховатую) и гладкую эндоплазматическую сеть (ретикулум). Цистерны гранулярной и гладкой эндоплазматической сети не сообщаются. Клетки, специализированные на выработку белка, имеют более развитую гранулярную эндоплазматическую сеть. Клетки, продуцирующие липиды и стероидные гормоны, содержат выраженную гладкую эндоплазматическую сеть. Функции эндоплазматической сети: n Ú поставка липидов другим органеллам (гладкая); n Ú гомеостаз Ca 2+ (гладкая); n Ú биогенез органелл (гранулярная); n Ú формирование пространственной (трёхмерной) структуры (укладки) белков (гранулярная); n Ú посттрансляционный контроль качества белка (гранулярная). Гранулярная эндоплазматическая сеть — система плоских мембранных цистерн с находящимися на их наружной поверхности рибосомами (рис. 2 -22). Рибосомы связываются с мембранами сети при помощи рибофоринов. В шероховатой эндоплазматической сети происходит синтез белков для плазматической мембраны, лизосом, пероксисом, а также синтез белков на экспорт, т. е. предназначенных для экзоцитоза. Механизм поступления синтезированных на рибосомах полипептидов внутрь цистерн эндоплазматической сети объясняет сигнальная гипотеза (рис. 2 -33). Мембраны гранулярной эндоплазматической сети связаны с наружной мембраной оболочки ядра и перинуклеарной цистерной.

Схема образования рибосом в гранулярной ЭПС

Гладкая эндоплазматическая сеть Гладкий ретикулум (гладкий ЭР) — система анастомозирующих мембранных каналов, пузырьков и трубочек — не содержит рибофоринов и по этой причине не связан с рибосомами. Функции гладкой эндоплазматической сети многообразны: синтез липидов и стероидных гормонов, детоксикация (например, фенобарбитала при помощи оксидаз в гепатоцитах), депонирование ионов кальция. Большое количество цистерн гладкого ЭР присутствует в гепатоцитах. Здесь с наружной поверхностью мембран гладкого ЭР связаны многочисленные гранулы гликогена, из которого образуется глюкоза. n

Ультрамикроскопическое строение комплекса Гольджи (1898 г. ) n n n Функции: 1. транспортная, 2. модификация мембран, 3. синтез гликолипидов и гликопротеидов, 4. обмен углеводов, 5. образование лизосом

Комплекс Гольджи n n Комплекс Гольджи расположен около ядра и часто вблизи центриоли, образован стопкой из 3– 10 уплощённых и слегка изогнутых цистерн с расширенными концами (рис. 2 -43). Эта органелла процессирует белки, синтезированные в гранулярной эндоплазматической сети. Выходящие из цистерн комплекса Гольджи белки находятся внутри транспортных пузырьков. Они переносят интегральные мембранные белки, растворимые белки, ожидающие вступление в процессинг и процессируемые ферменты. Продукты комплекса Гольджи разделяются на три потока, которые направляются в плазматическую мембрану (интегральные мембранные белки), лизосомы или выделяются из клетки (например, пищеварительные ферменты).

Принцип функционирования комплекса Гольджи.

Комплекс Гольджи не является статической органеллой. При митозе комплекс Гольджи распадается на отдельные кластеры пузырьков и трубочек, распределённых по всей цитоплазме делящейся клетки. К стадии телофазы из этого материала собираются комплексы Гольджи, по одному для каждой дочерней клетки.

Фрагментация комплекса Гольджи при митозе. n В ходе метафазы комплекс Гольджи распадается на фрагменты числом более 100 и реконструируется в дочерних клетках на стадии телофазы. .

Митохондрии Митохондрии — преобразователи энергии и её поставщики для обеспечения клеточных функций — занимают значительную часть цитоплазмы клеток и сосредоточены в местах высокого потребления АТФ (например, в эпителии канальцев почки они располагаются вблизи плазматической мембраны [обеспечение реабсорбции], а в нейронах — в синапсах [обеспечение электрогенеза и секреции]). Количество митохондрий в клетке измеряется сотнями. Митохондрии имеют собственный геном и (в дополнение к энергообеспечению клетки) выполняют множество функций.

Схема строения митохондрии (Бенда, 1897 г. ) n Функции: n 1. синтез АТФ (энергообеспечение), 2. синтез белка, 3. образование митохондриальных рибосом n n

Ультрамикроскопическое строение митохондрии. n n n 1. Наружняя мембрана, 2. внутренняя мембрана, 3. кристы, 4. матрикс, 5. митохондриальные рибосомы

n n n Лизосомы — окружённые мембраной округлые пузырьки, содержащие лизосомные ферменты (кислые гидролазы). В широком смысле функция лизосом заключается в утилизации «внутриклеточного мусора» . Размеры и электронная плотность лизосом значительно варьируют от типа лизосом. Образование лизосом Лизосомы образуются путём слияния поздних эндосом, содержащих лизосомные гидролазы и лизосомные мембранные белки, с везикулами, подлежащим деградации (ранней эндосомой, фагосомой, или аутофагоцитозной вакуолью). · Перинуклеарные (поздние) эндосомы образуются при слиянии везикул, содержащих лизосомные гидролазы после их синтеза в гранулярной эндоплазматической сети и процессинга в комплексе Гольджи, и везикул, в мембрану которых встроены специфические лизосомные белки. Лизосомные мембранные белки. В мембрану лизосом встроены специфические белки, в том числе H+, K+‑ATФаза, белки семейства LAMP (LAMP 1, LAMP 2, CD 63/LAMP 3). H+, K+‑ATФаза закисляет среду в эндосоме (4, 6– 5, 0), что необходимо для активации лизосомных ферментов. Молекула LAMP 2 (Lysosomal-Associated Membrane Protein 2) защищает мембрану лизосомы от самопереваривания и поддерживает в матриксе органеллы кислую среду. · Опосредствованная рецепторами сортировка лизосомных гидролаз. В цис-компартменте Гольджи к N–связанным олигосахаридам лизосомных гидролаз присоединяется маннозо-6 фосфат. Маннозофосфатные рецепторы, встроенные в мембрану транс-сети Гольджи, специфически связывают ферменты. Комплексы лиганд-рецептор концентрируются в окаймлённых клатрином ямках, отделяясь, таким образом, от всех остальных белков, присутствующих в комплексе Гольджи. Нагруженные ферментами окаймленные транспортные пузырьки быстро теряют клатриновую оболочку, а рецепторы маннозо-6 фосфата, отделившись от лизосомных ферментов, транспортируются обратно в мембрану транс-сети Гольджи.

Макрофаг в регенерирующей скелетной мышце (электронная микрофотография). х 6000 .

Строение клеточного центра (Бовери, 1895 г. ) n n n 1. Материнская центриоль, 2. центросфера, 3. дочерняя центриоль. Основная функция – участие в образовании веретена деления

Включения n n n n Включения – непостоянные компоненты клетки, которые возникают и исчезают в процессе жизнедеятельности в зависимости метаболического состояния клетки. Виды включений: 1. трофические (гликоген, липиды), 2. пигментные (меланин, гемоглобин), 3. секреторные (зимоген в эндокриноцитах), 4. экскреторные (продукты метаболизма, подлежащие удалению), 5. случайные (уголь, красители после в/в).

Жировые включения в клетках печени (микрофото х 400 и рисунок).

Пигментные включения (зерна меланина) в пигментных клетках

Включения гликогена в клетках печени (микрофото. х 400 и рисунок)

Виды межклеточных контактов. 1. Простое межклеточное соединение Это просто сближение плазмолеммы соседних клеток на расстояние 15 -20 нм без образования специальных структур. 2. Интердигитация (пальцевидное соединение) Плазмолемма двух клеток, сопровождая друга, инвагинирует в цитоплазму вначале одной, а затем - соседней клетки. 3. Щелевидное соединение (нексус) а) В области нексуса (длиной 0, 5 – 3 мкм) плазмолеммы сближаются на расстояние 2 нм и пронизываются многочисленными белковыми каналами (коннексонами), связывающими содержимое соседних клеток. б) Через эти каналы (диаметром 2 нм) могут диффундировать ионы и небольшие молекулы.

n 4. Плотное соединение n а) Здесь плазмолеммы настолько плотно прилегают друг к другу, n что местами они как бы сливаются в единую мембрану. б) Такие участки обеспечивают надёжное отграничение двух сред, находящихся по разные стороны от пласта клеток. n 5. Десмосомы n а) В области десмосомы плазмолеммы утолщены с внутренней (цитоплазматической) стороны. б) От утолщённых участков плазмолеммы в цитоплазму отходят в виде пучка тонкие нити (промежуточные филаменты цитоскелета; ). в) Пространство между плазмолеммами заполнено утолщённым гликокаликсом, который пронизан межмембранными филаментами. n n n 6. Синапсы - это области передачи сигнала от одной нервной клетки другой. В синапсе различают: А. пресинаптическую мембрану (принадлежащую одной клетке), Б. синаптическую щель и В. постсинаптическую мембрану (часть плазмолеммы другой клетки). Обычно сигнал передаётся химическим веществом - медиатором, воздействующим на специфические рецепторы.

Схема строения различных видов клеточных контактов.

БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ !