Лекция 3 Основы общей цитологии Строение и функции

Лекция 3. Основы общей цитологии. Строение и функции мембран

Со времен Кёлликера и Лейдига (50 -е годы XIX века) ткани организма человека принято делить на несколько типов. Структурно-функциональные единицы, образующие ткани, гистологические элементы. Клетка – главная тканеобразующая единица и главный гистологический элемент.

Гистологические элементы – это структурно-функциональные единицы, образующие ткани, органы и организм в целом (своего рода разные строительные кирпичики, из которых и конструируется организм человека). НО: Ткань, орган, система органов, организм – не механическая сумма гистологических элементов.

Гистологические элементы подразделяют на две основные категории Гистологические элементы клеточные (клетка, симпласт, синцитий) неклеточные (компоненты межклеточного вещества)

Производные клетки Симпласт - многоядерная структура, образованная при слиянии однотипных клеток. Примеры симпластов: поперечнополосатое мышечное волокно скелетной мускулатуры, остеокласт, гигантские клетки инородных тел.

Производные клетки Синцитий - структура, состоящая из клеток, соединенных цитоплазматическими мостиками. Синтиотрофобласт – высокоплоидная многоядерная структура, образующаяся из клеток цитотрофобласта. Синцитий в сперматогенном эпителии формируют предшественники сперматозоидов, связанные между собой цитоплазматическими мостиками. Функциональный синцитий. Этот термин применяют по отношению к клетками (например, рабочим кардиомиоцитам), связанным щелевыми контактами, это позволяет всей совокупности клеток функционировать как единое целое.

Производные клетки Тканевый матрикс (межклеточное вещество) состоит из основного вещества и содержащихся в нем волокон (коллагеновые, эластические и ретикулиновые). Структуры тканевого матрикса построены из молекул, вырабатываемых и секретируемых клетками. В свою очередь компоненты внеклеточного матрикса влияют на клетки (например, контролируют их пролиферацию и дифференцировку).

Клетка (cellula) – это ограниченная активной мембраной, упорядоченная структурированная система биополимеров, образующих ядро и цитоплазму, участвующих в единой совокупности метаболических и энергетических процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы в целом

Многообразие клеток

Многообразие формы клеток Шаровидные Клетки бактерий (стафилококк) Яйцеклетка Кубические Клетки эпидермиса Каменистые клетки Изодиаметрические Клетки паренхимы

Многообразие формы клеток Многоугольные Веретеновидные Запасающие клетки Ассимилирующие клетки Клетки гладкой мускулатуры

Многообразие размеров клеток Сперматозоид человека 5 мкм – головка 60 мкм - жгутик Жгутиковая водоросль хламидомонада 20 мкм Эвглена зеленая От 60 мкм до 500 мкм Яйцеклетка человека 150 мкм

Многообразие размеров клеток Паренхимальные клетки бузины 200 мкм Трахеиды сосны 2000 мкм Нервные клетки до 1 м

Клетка Оболочка Протоплазма Цитоплазма Ядро Гиалоплазма Органоиды Цитоскелет Включения Мембранные Немембранные - Микротрубочки; Одномембранные: - Клеточный центр ; - Микрофиламенты; - Эндоплазматический - Рибосомы - Промежуточные филаменты. ретикулум; -Аппарат Гольджи; -Лизосомы; - Пероксисомы; -Вакуоли Двумембранные: - Митохондрии - Пластиды

Жизнь клетки

Мембраны биологические (лат. membrana - оболочка, перепонка) — функционально активные поверхностные структуры толщиной в несколько молекулярных слоев, ограничивающие цитоплазму и большинство органелл клетки, а также образующие единую внутриклеточную систему канальцев, складок, замкнутых областей.

Химический состав и строение биологических мембран Состав мембран зависит от типа и функций Основные составляющие: - Липиды; - Белки; - Углеводы (небольшая, но чрезвычайно важная часть); - Вода (более 20% общего веса)

Липиды: фосфолипиды, гликолипиды и стероиды

Липиды: фосфолипиды, гликолипиды и стероиды Основную структурную роль в биологических мембранах играют фосфолипиды , т. к. обладают выраженной способностью формировать двухслойные структуры (бислои) при смешивании с водой

Липиды: фосфолипиды, гликолипиды и стероиды Химическая структура: - Гидрофильная часть — «головка» (остаток фосфорной кислоты и присоединенная к нему полярная группа, например холин); - Гидрофобная часть — «хвост» (как правило, две жирно-кислотные цепи).

Если полярные липиды смешать с водой, то образуется эмульсия, состоящая из мицелл. При этом незаряженные (гидрофобные) хвосты будут стремиться образовывать однородную фазу в центре мицеллы, а заряженные (гидрофильные) головки будут торчать в водную фазу. Холестерин сам по себе мицелл не образует, но легко включается в мицеллы полярных липидов, в результате чего образуются мицеллы смешанного типа.

Гликолипиды 1. Цереброзиды имеют в своём составе моносахариды: галактозу (галактоцереброзид), реже - глюкозу (глюкоцереброзид) и необычные жирные кислоты 2. Сульфатиды. Около 25% цереброзидов мозга представляют собой сульфатированные производные. Сульфатиды в значительных количествах находят в белом веществе мозга. 3. Ганглиозиды - наиболее сложные по составу липиды. Содержат несколько углеводных остатков, среди которых присутствует Nацетилнейраминовая кислота.

Стероиды. Холестерин Играет роль модификатора бислоя, придавая ему определенную жесткость за счет увеличения плотности «упаковки» молекул фосфолипидов.

Белки. Их функции в клетке Белки или протеины (что в переводе с греческого означает "первые" или "важнейшие «) количественно преобладают над всеми другими макромолекулами, присутствующими в живой клетке, и составляют более половины сухого веса большинства организмов.

Функции белков в клетке 1) Каталитическая Самый многообразный и наиболее высокоспециализированный класс белков, выполняющий важнейшую биологическую функцию – создание точно и гибко координированной системы целенаправленных взаимозависимых химических реакций, в результате совместного протекания которых возникает "жизнь" – это ФЕРМЕНТЫ, функцией которых является управляемый катализ большого числа химических реакций, в которых участвуют как низко- , так и высокомолекулярные субстраты. Схема работы фермента

Каталитическая (ферментативная) функция мембранных белков

Функции белков в клетке 2) Транспортная Транспортные белки – это белки , которые выполняют функцию транспорта специфически связывают и переносят те или другие молекулы и ионы через мембраны клеток (как внутрь клетки, так и во вне), а также от одного органа организма к другому.

Функции белков в клетке 3) Пищевая и запасающая Пищевые и запасные белки - белки, которые выполняют функцию обеспечения питанием зародышей растений и животных на первых стадиях их развития. Наиболее известными примерами таких белков служат белки семян пшеницы, кукурузы и риса. К пищевым белкам относится яичный альбумин - основной компонент яичного белка, и казеин - главный белок молока. В ферритине, встречающимся в животных тканях, запасено железо.

Функции белков в клетке 4) Двигательная Сократительные и двигательные белки - белки, которые обеспечивают клетку или организм двигательной функцией, способностью сокращаться , изменять форму и передвигаться. Тубулин

Функции белков в клетке 5) Структурная Структурные белки - белки образующие волокна, навитые друг на друга или уложенные плоским слоем, выполняют опорную или защитную функцию, скрепляют между собой биологические структуры организмов и придают им прочность. Коллаген Эластин Кератин Фиброин

Функции белков в клетке 6) Регуляторная Регуляторные белки имеют функцию регуляции клеточной или физиологической активности. К регуляторным белкам относятся многие гормоны, такие как инсулин, регулирующий обмен глюкозы, гормон роста, синтезируемый в гипофизе, паратиреоидный гормон, регулирующий транспорт ионов кальция и фосфатов и др. Регуляторные белки, называемые репрессорами, функционируют как регуляторы биосинтеза ферментов в бактериальных клетках. Инсулин Соматотропин Паратиреоидный гормон

Функции белков в клетке 7) Защитная Защитные белки выполняют функцию защиты организма от вторжения других организмов или предохранения его от повреждений. Например, фибриноген и тромбин - белки, участвующие в процессе свертывания крови. Белки змеиного яда, бактериальные токсины и токсичные белки растений, например, рицин , также можно отнести к белкам, выполняющим защитную функцию. Фибриноген Тромбин

Белки биологических мембран Молекулярная масса их в большинстве своем составляет 25 000 — 230 000.

Белки мембраны - периферические (поверхностные); - полуинтегральные; -интегральные

Белки биологических мембран Белки могут взаимодействовать с липидным бислоем за счет электростатических и (или) межмолекулярных сил.

Углеводы: гликопротеины и гликолипиды Углеводные цепи гликопротеинов представляют собой олигоили полисахаридные структуры, в состав которых входят глюкоза, галактоза, нейраминовая кислота, фукоза и манноза. Гликолипиды широко представлены в тканях, особенно в нервной ткани, в частности в ткани мозга.

Углеводы: гликопротеины и гликолипиды Функции: - контроль за межклеточным взаимодействием; - поддержание иммунного статуса клетки; - обеспечение стабильности белковых молекул в мембране.

Углеводы: гликопротеины и гликолипиды Углеводные компоненты мембраны открываются в основном во внеклеточную среду, образуя на поверхности клеточных мембран множество ветвистых образований, являющихся фрагментами гликолипидов или гликопротеидов.

Свойства биологических мембран Замкнутость Текучесть Ассиметричность Избирательная проницаемость

Замкнутость Плазматическая мембрана является внешней границей клетки, а также внутренних клеточных компартментов.

Текучесть зависит от: 1. Количества липидов на единицу площади 2. Соотношения насыщенных и ненасыщенных кислот 3. Длины жирных кислот 4. Температуры 5. Концентрации холестерина

Текучесть Липиды, белки и другие составляющие плазматической мембраны движутся в пределах слоя. Переходы между слоями называются flip-flop, происходят реже чем в пределах слоя, что обеспечивает наличие свойства асимметричности. Переходы между слоями осуществляют ферменты транслокаторы фосфолипидов

Ассиметричность Внешняя и внутренняя поверхности мембраны различаются по составу липидов белков и наличием гликокаликса на внешней поверхности мембраны. Гликокаликс – мукополисахаридный наружный слой 3 -10 нм в толщину, состоящий из остатков олигосахаридов, имеет отрицательный заряд и составляет ~10% от массы мембраны. Гликокаликс гидратирован, представляя собой желеподобную структуру.

Избирательная проницаемость Мембраны активно регулируют процесс поступления веществ в клетку и из клетки — одни вещества пропускают, а другие нет. Через мембраны медленно диффундируют глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты, глицерол и ионы.