Тема 3 Цитология Клетка как структурно-функциональная единица ткани

Тема 3: Цитология. Клетка как структурно-функциональная единица ткани. Общий план строения клетки. Цитоплазма. Строение органелл и включений. 2

Органеллы эукариотической клетки двумембранные митохондрии одномембранные немембранные ЭПС рибосомы комплекс Гольджи микротрубочки лизосомы микрофиламенты пероксисомы клеточный центр реснички и жгутики миофибриллы

Клетки – это структурные единицы организмов. Впервые этот термин употре-бил Роберт Гук в 1665 году. Маттиас Шлейден Теодор Шванн К XIX веку усилиями многих учёных (особенно Маттиаса Шлейдена и Теодора Шванна) сложилась клеточная теория. Её основными положениями были следующие утверждения: • клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов; • клетки всех организмов сходны по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности; • каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки (omnia cellula e cellule); • в многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани. Из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены системам регуляции. 5

Основные положения современной клеточной теории Клетка является наименьшей единицей живого. Клетки разных организмов имеют схожее строение. Размножение клеток происходит путем деления материнской. Многоклеточные организмы состоят из сложных ансамблей клеток и их производных. 6

7

Клеточная оболочка Биологические мембраны – это липопротеидные мембраны образования, которые ограничивают клетку снаружи и формируют некоторые органеллы, а так же оболочку ядра. Химические компоненты мембраны Липиды (40 %) Белки (50 %) Углеводы (10 %) В 1972 году американские ученые С. Синджер и Г. Николсон предложили жидко-мозаичную модель строения биомембраны, согласно которой в липидном «море» «плавают айсберги» белков. 8

Жидко-мозаичную модель строения мембраны гидрофильная липидная головка гидрофобный липидный хвост олигосахариды Гликокаликс интегральный белок поверхностный белок полуинтегральный белок Липидный бислой 9

Виды движения липидов

Циторецепторы • 1. 2. 3. 4. • Поверхностные Каталитические Рецепторы, связанные с ионными каналами Рецепторы, связанные с G-белками Рецепторы, связывающие молекулы внеклеточного матрикса с цитоскелетом Внутриклеточные: 1. Цитоплазматичесие 2. Ядерные

Каталитические рецепторы при активации лигандом начинают работать как ферменты. Большинство известных каталитических рецепторов - трансмембранные белки с цитоплазматическим доменом, обладающим тирозин-специфической протеинкиназной активностью.

Рецепторы, связанные с ионными каналами • Каналообразующие рецепторы - это регулируемые медиаторами ионные каналы, участвующие главным образом в быстрой синаптической передаче сигналов между электрически возбудимыми клетками. Для управления такого рода каналами используется небольшое число нейромедиаторов, которые на короткое время открывают или закрывают образуемый рецепторами канал, изменяя таким образом ионную проницаемость плазматической мембраны, а тем самым и возбудимость постсинаптической клетки. Изучение последовательностей ДНК, кодирующих эти рецепторы, показало, что они относятся к одному семейству гомологичных белков, насквозь пронизывающих мембрану.

Рецепторы, связанные с ионными каналами

Рецепторы, сопряженные с G-белками • Рецепторы, сопряженные с G-белками, опосредованно активируют или ингибируют определенные ферменты или ионные каналы, связанные с плазматической мембраной. Взаимодействие между рецептором и ферментом или ионным каналом происходит через третий белок, который называют GTP-связывающим регуляторным белком (или G-белком). Рецепторы, связанные с G-белком, обычно запускают целую цепь событий, изменяющих концентрацию одного или нескольких малых внутриклеточных сигнальных молекул, часто называемых внутриклеточными посредниками или внутриклеточными медиаторами. Эти молекулы в свою очередь действуют, изменяя поведение других белковмишеней в клетке. Два наиболее важных посредника-это циклический AMP (c. AMP) и Са 2+. Передаваемые ими сигналы генерируются разными путями (те и другие с участием Gбелков) и используются во всех животных клетках

Рецепторы, сопряженные с G-белками

Рецепторы, связывающие молекулы внеклеточного матрикса с цитоскелетом Рецепторы, связывающие молекулы внеклеточного матрикса с цитоскелетом – в основном, представляют собой интегрины.

Ядерные рецепторы Модель белка-рецептора для стероидного гормона. Как полагают, в неактивном состоянии он связан с ингибиторным белком, который блокирует ДНКсвязывающий домен рецептора. Связывание гормона рецептором приводит к отделению белкаингибитора, и в результате рецептор активируется. Прообразом для этой модели послужил рецептор кортизола (глюкокортикоида), но сходную структуру имеют также рецепторы для эстрогенов, тестостерона, прогестерона, альдостерона, тиреоидного гормона, ретиноевой кислоты и витамина D; вместе все эти белки образуют надсемейство рецепторов стероидных гормонов. В случае рецепторов кортизола и эстрогенов белкомингибитором служит «белок теплового шока» hsp 90 с мол. массой около 90000.

Гликокаликс Основной функцией гликокаликса, вероятно, является рецепторная функция и участие в процессах межклеточного узнавания. Именно различия в структуре олигосахаридных групп гликопротеина мембраны эритроцитов гликофорина определяют различия групп крови у людей. Другими функциями гликокаликса являются: 1. Межклеточные (адгезивные) контакты и взаимодействия 2. Ориентация белков в мембране 3. Участие в транспорте веществ

Цитоплазма представляет собой водянистое вещество – цитозоль (90 % воды), в котором располагаются различные органеллы, а также питательные вещества (в виде истинных и коллоидных растворов) и нерастворимые отходы метаболи-ческих процессов. Цитоплазма является динамической структурой. Органеллы движутся, а иногда заметен и циклоз – активное движение, в которое вовлекается вся протоплазма. Цитоплазма может находиться в 2 -х агрегатных состояниях: гель (плотное) и золь (жидкое). 10

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) – К. Портер это сеть мембран, пронизывающих цитоплазму эукариотических клеток. Функции: • разделение цитоплазмы на компартменты; • биосинтез жиров и углеводов; • образование пероксисом; • биосинтез стероидных гормонов; • депонирование ионов кальция и т. д. Гладкая ЭПС имеет вид трубочек, стенки которых представляют собой мембраны, сходные по своей структуре с плазматической мембраной. На мембранах каналов и полостей гранулярной ЭПС расположено множество рибосом; данный тип сети участвует в синтезе белка. ЭПС была открыта в 1945 году К. Портером. 11

Эндоплазматическая сеть: гладкая и гранулярная структуры. Рядом фотография с увеличением в 10 000 раз 12

Пластинчатый комплекс Гольджи – Камилло Гольджи представляет собой стопку мембранных мешочков (цистерн) и связанную с ними систему пузырьков. Функции: • накопление, созревание и конденсация продуктов биосинтеза белка; • синтез полисахаридов и превращение простых белков в гликопротеины; • образование липопротеинов; • формирование секреторных включений и выделение их из клетки; • образование первичных лизосом; • формирование клеточных мембран; • образование акросомы. Эта мембранная органелла впервые описана в 1898 г. Камилло Гольджи. 13

Электронная микрофотография аппарата Гольджи 1 2 2 1 На наружной, вогнутой стороне стопки из пузырьков (отпочковывающихся, по-видимому, от гладкой эндоплазматической сети) постоянно образуются новые цистерны (1), на внутренней стороне цистерны превращаются обратно в пузырьки (2). 14

Объемная реконструкция Комплекса Гольджи

Сканирующая электронная микроскопия Комплекса Гольджи

Связь эндоплазматической сети и аппарата Гольджи

Митохондрии – Фото митохондрии. Люминесцентный микроскоп. это спиральные, округлые, вытянутые или разветвлённые органеллы, длина которых изменяется в пределах 1, 5– 10 мкм, а ширина – 0, 25– 1 мкм. Митохондрии могут изменять свою форму и перемещаться в те области клетки, где потребность в них наиболее высока. В клетке содержится до тысячи митохондрий, причём это количество зависит от активности клетки. Функции: • обеспечение клетки энергией в виде АТФ; • участие в биосинтезе стероидных гормонов; • депонирование кальция; • участие в синтезе нуклеиновых кислот. Митохондрии были открыты в 1890 г. Р. Альтманом 15

5 4 1 2 5 3 4 1 - наружная мембрана, 2 - внутрен-няя мембрана, 3 - кристы, 4 - матрикс, 5 межмембранное пространство. Каждая митохондрия окружена двумя мембранами. Внутри нее содержатся РНК, белки и митохондриальная ДНК, участвующая в синтезе белка наряду с ядерной ДНК. В результате мутаций митохондриальной ДНК возникают митохондриальные болезни. Внутренняя мембрана сложена в складки - кристы. 16

Лизосомы - лизосома представляют собой мембранные мешочки, наполненные пищеварительными ферментами. Особенно много лизосом в животных клетках, здесь их размер составляет от 0, 2 до 0, 5 мкм. Функции: • внутриклеточное пищеварение; • участие в фагоцитозе; • участие во внутриклеточной регенерации; • участие в аутолизе; • участие в митозе (разрушение ядерной оболочки). Лизосомы были открыты в 1955 году К. де Дювом. 17

Типы лизосом: 1) первичные; 2) вторичные (фагосомы); 3) остаточные тельца; 4) аутофагосомы; 5) мультивезикулярные тельца. 1 - первичные и вторичные лизосомы, 2 - митохондрии. Вторичная лизосома 18

Пероксисомы - Пероксисома клетки это органеллы, округлой формы, содержащие ферменты, необходимые для синтеза и разрушения эндогенных перекисей – пероксидазу, каталазу и др. Их размер не превышает 1, 5 мкм. Функции: • органеллы утилизации кислорода; • расщепление избытка перекиси; • расщепление токсических экзогенных веществ; • участие в метаболизме клетки. 19

Строение пероксисомы 20

Рибосомы – это мелкие (15– 20 нм в диаметре) органеллы, состоящие из р-РНК и полипептидов, участвующие в биосинтезе белка. Их количество в клетке весьма велико: тысячи и десятки тысяч. Рибосомы могут быть связаны с ЭПС или находиться в свободном состоянии. Множество рибосом, объединённых в цепи, называются полисомами. Функция: • осуществляют биосинтез белка как для нужд клетки, так и на «экспорт» . Полисома 21

Виды РНК и(м)-РНК т-РНК р-РНК По мере движения рибосомы по м-РНК производится считывание генетического кода (сплайсинг). Расположение рибосомных белков, а также р-РНК в ее 30 S-субчастице Указано: положение м-РНК в А-, Р- и Еучастках рибосомы, белка L 1 и "выступа" (stalk) 50 S субчастицы. 22

Схема синтеза рибосом в клетках эукариот 23

Микротрубочки – это полые цилиндрические органеллы диаметром около 25 нм. В длину они могут достигать нескольких микрометров. Стенки микротрубочек сложены из белка тубулина. Микротрубочки представляют собой достаточно жёсткие структуры и поддерживают форму клетки. Функции: • играют роль цитоскетета; • участвуют во внутриклеточном транспорте; • участвуют в образовании веретена деления в митозе; • входят в состав центриолей, ресничек, жгутиков. 24

тубулин 25

Микрофиламенты – это тонкие белковые нити диаметром 5– 7 нм. Функции: • обеспечивают двигательную активность гиалоплазмы; • участвуют в эндоцитозе; • участвуют в образовании перетяжки при митозе; • обеспечивают амебоидное движение клеток. 26

ВИДЫ МИКРОФИЛАМЕНТОВ АКТИНОВЫЕ ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ нить актина 27

Клеточный центр – Строение клеточного центра в разрезе это видимая в световом микроскопе органелла, состоящая из двух центриолей. 2 центриоли лежат под углом 90° и образуют диплосому. Отсутствуют центральные микротрубочки. Формула центриолей равна: (9× 3)+0. Функции: • является центром организации микротрубочек веретена деления; • участвует в образовании ресничек и жгутиков; • обеспечение внутриклеточного передвижения органелл. 28

Центриоли динеиновые «ручки» 29

актиновый филамент микротрубочка промежуточный филамент 30

ЦИТОСКЕЛЕТ КЛЕТКИ ядро клеточная мембрана Микрофиламенты окрашены в синий, синий микротрубочки – в зеленый, зеленый промежуточные волокна – в красный цвет 31

Реснички и жгутики – это специальные органеллы движения. Сперматозоид человека Они имеются в сперматозоидах, эпителиоцитах трахеи и бронхов, семявыносящих путях мужчины и т. д. Формула ресничек и жгутиков: (9× 2)+2. Функции: • передвижение (сперматозоиды); • транспорт частиц и жидкостей (эпителиоциты трахеи и бронхов). 32

33

34

Реснички и жгутики в организме человека жгутик реснички сперматозоиды человека Реснички трахеи человека многослойный ресничный эпителий 35

Включения – это непостоянные компоненты клетки, не имеющие строго постоянной структуры. Классификация включений 2 Пигментные Трофические 1 Секреторные Экскреторные Специальные 1 - Эргостерольные кристаллоидные включения (тельца Воронина); 2 - гранулы гликогена темные мелкие 36

Включения эукариотической клетки Зерна и глыбки гликогена темно-синего цвета. Включения гликогена красного цвета в клетках печени Пигментные включения в эпителиальных клетках сетчатки глаза 37

Межклеточные взаимодействия и контакты 38

Адгезионные контакты 39

Десмосомы соединяющие две эпителиальные клетки 40

Плотные контакты плотный контакт Этот вид контактов не только связывает клетки друг с другом, но и препятствует прохождению между ними молекул. 41

Плотные контакты

Проводящие контакты КОННЕКСОН СИНАПС 42

СИНАПС (электронная фотография) 43

Транспорт веществ в клетку и из нее Транспорт веществ Эндоцитоз Экзоцитоз Рецепторно опосредованный Рецепторно неопосредованный 44

Рецепторно неопосредованный Эндоцитоз – это процесс поступления к клетку макромолекул веществ из внеклеточного пространства. Фагоцитоз фагоцитарный пузырек 45

Рецепторно опосредованный фагоцитоз раковой клетки 46

Экзоцитоз – это выделение клеткой продуктов секреции или конечного обмена. экзоцитоз продуктов метаболизма секреция посредством экзоцитоза 47

Экзоцитоз 48