Общий принцип строения клетки

Лекция № 2

Раздел ЦИТОЛОГИЯ

Цитология: kytos – ячейка, клетка

- наука о строении, развитии и жизнедеятельности клеток и неклеточных структур, которые являются производными клеток. К неклеточным структурам относятся: симпласты, синцитии и межклеточное вещество, которые в свою очередь являются структурными единицами тканей.

Краткая характеристика:

Клетка является наименьшей единицей живой материи, обладающей самостоятельной жизнедеятельностью и способностью к самовоспроизведению. Клетка – «квант жизни».

По принципу строения гомологичны; Однако зрелые клетки имеют специфическое строение в результате в состав тканей входят более 100 различных типов клеток (из 1 зиготы).

Клетки животных тканей разнообразны по форме и по внутреннему строению, т.е. содержанию тех или иных органелл. Выделена закономерность: форма и строение клетки определяют ее функции. Форма и ультраструктурная организация их зависит от возраста, т.е. от степени дифференцированности клеток.

По форме зрелые клетки бывают:

· круглыми - клетки крови;

· плоскими; кубическими или цилиндрическими - в эпителиальной ткани

· веретенообразным - в гладкой мышечной ткани;

· отростчатыми - нервные клетки и другие.

Неклеточные структуры: симпласты, синтиций, межклеточное вещество. Неклеточные формы, как и клетки являются структурными элементами тканей животного происхождения. Симпласты и синцитии образуются в результате слияния отдельных клеток (симпласты), или в результате неполного деления клеток (синцитий).

1. Симпласты (миосимпласты или мышечные волокна) являются структурной единицей поперечно-полосатой мышечной ткани. Симпласты содержат несколько десятков или даже сотен ядер и превышают размеры клеток в десятки раз. Симпласты - овальной формы (длина от 60 мкм до 12 см при гипертрофии, толщина от 50 мкм до 100 мкм. С поверхности покрыты оболочкой – саркоплазмой, которая ограничивает общую цитоплазму – саркоплазму. В цитоплазме имеются все органеллы общего и специального назначения – миофибриллы. Основную функцию сокращения симпластов обеспечивают миофибриллы.

2. Синцитий - эти структуры имеют сетчатый характер. В расширенных участках цитоплазмы располагаются ядра и другие органеллы общего назначения, из них наиболее развиты лизосомы. Истинных синцитиев в организме млекопитающих нет. Синцитий покрывает ворсины хориона - зародышевой (временной) оболочки, которая имеется лишь в утробный период развития зародыша млекопитающих животных и человека. Основная функция синцития - защитная, она препятствует проникновению в кровь плода вредных веществ, микробов.

3. Межклеточное вещество (МКВ). В свою очередь оно состоит из основного или аморфного и волокон. МКВ образуется за счет деятельности определенных клеток тканей внутренней среды (соединительной, крови, хрящевой, костной). Химический состав его различен у тканей. Этим объясняется и особенность их строения и функций. Главная функция - формообразующая, кроме того, участвует в трофике тканей.

Ультраструктурное строение и функции органелл.

Определение: Органеллы - обязательные микроструктуры цитоплазмы клетки, которые характеризуются определенным строением и призваны выполнять конкретные функции.

Классификация органелл:

1.по строению

2.по назначению.

По строению органеллы делятся на две группы: 1 группа - мембранного строения, 2 группа – немебранного строения.

Строение плазмолеммы – оболочки клетки.

Строение и функции плазмолеммы (цитолеммы)

Плазмолемма - оболочка животной клетки, ограничивающая ее внутреннюю среду и обеспечивающая взаимодействие клетки с внеклеточной средой.

Плазмолемма имеет толщину около 10 нм и более.

Химический состав - состоит из белков 50-55 %, 40 % из липидов, 5-10 % - углеводов (в составе гликокаликса),

Ультраструктура. Плазмолемма состоит из трех слоев, которые четко просматриваются на электроннограммах.

1.наружный (электронноплотный)

2.промежуточный (с низкой электронной плотностью)

3.внутренний (электронноплотный)

Разграничивающая (барьерная);

Антигенная - защитная.

Клеточные рецепторы, а возможно и другие мембранные белки гликопротеиды гликокаликса, благодаря своей химической и пространственной специфичности, придают специфичность данному типу клеток данного организма и составляют трансплантационные антигены или антигены гистосовместимости.

3. Участие в образовании межклеточных контактов.

Слаид. Виды контактов:

Простое - сближение клеток синцитий до 15-20 нм. (происходит взаимодействие гликокаликсов соседних клеток)

Плотное - оболочки максимально сближены, сливаются, обеспечивают механическое сближение, (миокардиоциты)

Десмосомы - небольшая площадка до 0,5 мкм, электронноплотная.

Щелевидное соединение (нексус) - 0,5 - 3 мкм, где между оболочками до 2-3 нм в цитоплазме обоих клеток имеются каналы, состоящие из белковых комплексов (коннексомы).

Транспортная функция.

Помимо барьерной функции, предохраняющей внутреннюю среду клетки, плазмолемма выполняет транспортные функции, обеспечивающие обмен клетки с окружающей средой.

Различают следующие способы транспорта веществ:

· пассивный транспорт - способ диффузии веществ через плазмолемму (ионов, некоторых низкомолекулярных веществ) без затраты энергии;

· активный транспорт веществ с помощью белков-переносчиков с затратой энергии (аминокислот, нуклеотидов и других);

· везикулярный транспорт через посредство везикул (пузырьков), который подразделяется на эндоцитоз - транспорт веществ в клетку, и экзоцитоз - транспорт веществ из клетки.

В свою очередь эндоцитоз подразделяется на:

· фагоцитоз - захват и перемещение в клетку крупных частиц (клеток или фрагментов, бактерий, макромолекул и так далее);

· пиноцитоз - перенос воды и небольших молекул.

Ультраструктура ядра.

Основные структуры ядер.

Ядро состоит из ядерной оболочки, кариоплазмы, хроматина и ядрышек или хромосом.

Ядерная оболочка

Ядерная оболочка состоит из двух ЦПМ - внешней и внутренней.

Внутренняя и наружная мембраны, замыкаясь на себя образуют поры. Поры динамичные структуры. Положение их постоянно меняется в ядерной оболочке. Поры закрыты белковыми комплексами (7 глобулярных молекул белка, соединенных с 8-ой глобулярной молекулой, которая расположена в центре) Таких образований в поре 3 ряда. Белковые комплексы и диаметр пор обеспечивают избирательную проницаемость веществ их цитоплазмы в кариоплазму и наоборот. Наружная мембрана оболочки оказывается прерванной. В этих участках она переходит в мембраны ЭПС. Между наружной и внутренней мембранами оболочки ядра имеется перинуклеарное пространство. Оно заполнено цитоплазмой. На наружной поверхности, обращенной к цитоплазме клетки, расположены рибосомы, синтезирующие белок. С внутренней поверхностью оболочки ядра связан гетерохраматин.

Органеллы

Органеллы - постоянные структурные элементы цитоплазмы клетки, имеющие специфическое строение и выполняющие определенные функции.

Классификация органелл

Органеллы цитоплазмы клеток классифицируют по двум признакам: по 1.строению и 2. назначению (функции).

1. По строению органеллы в свою очередь делятся на:

мембранные органеллы и немембранные.

К группе мембранных органелл относятся:

-оболочка клетки

-оболочка ядра

- митохондрии,

- эндоплазматическая сеть,

- пластинчатый комплекс Гольджи,

- лизосомы,

- пероксисомы;

К группе немембранных органелл:

· рибосомы,

· клеточный центр,

· микротрубочки,

· микрофибриллы,

· микрофиламенты.

Строение митохондрий

Митохондрии - наиболее обособленные структурные элементы цитоплазмы клетки, обладающие в значительной степени самостоятельной жизнедеятельностью. Существует даже точка зрения, что митохондрии в историческом развитии вначале представляли собой самостоятельные организмы, а затем внедрились в цитоплазму клеток, где и ведут сапрофитное существование. Об этом свидетельствует, в частности, тот факт, что в митохондриях имеется самостоятельный генетический аппарат (митохондральная ДНК) и синтетический аппарат (митохондриальные рибосомы). Однако сейчас уже достоверно установлено, что часть митохондриальных белков синтезируется в клетке.

Форма митохондрий может быть овальной, округлой, вытянутой и даже разветвленной, но преобладает овально-вытянутая. Стенка митохондрий образована двумя билипидными мембранами, разделенные пространством в 10-20 нм. При этом внешняя мембрана охватывает по периферии в виде мешка всю митохондрию и отграничивает ее от гиалоплазмы. Внутренняя мембрана отграничивает внутреннюю среду митохондрии, при этом она образует внутрь митохондрии складки - кристы. В некоторых клетках (клетки коркового вещества надпочечника) внутренняя мембрана образует не складки, а везикулы или трубочки - трубчато-везикулярные кристы. Внутренняя среда митохондрии (митохондральный матрикс) имеет тонкозернистое строение и содержит гранулы (митохондриальные ДНК и рибосомы).

 

 

Функции митохондрий

Функции митохондрий - образование энергии в виде АТФ. Источником образования энергии в митохондрии (ее "топливом") является пировиноградная кислота (пируват), которая образуется из углеводов, белков и липидов в гиалоплазме. Окисление пирувата происходит в митохондриальном матриксе в цикле трикарбоновых кислот, а на кристах митохондрий осуществляется перенос электронов, фосфорилирование АДФ и образование АТФ. Образующаяся в митохондриях и, частично, в гиалоплазме АТФ является единственной формой энергии, используемой клеткой для выполнения различных процессов.

Эндоплазматическая сеть

Эндоплазматическая сеть в разных клетках может быть представлена в форме уплощенных цистерн, канальцев или отдельных везикул. Стенка этих образований состоит из билипидной мембраны и включенных в нее некоторых белков и отграничивает внутреннюю среду эндоплазматической сети от гиалоплазмы.

Различают две разновидности эндоплазматической сети:

· зернистая (гранулярная или шероховатая);

· незернистая или гладкая.

На наружной поверхности мембран зернистой эндоплазматической сети содержатся прикрепленные рибосомы. В цитоплазме могут быть обе разновидности эндоплазматической сети, но обычно преобладает одна форма, что и обуславливает функциональную специфичность клетки. Следует помнить, что названные две разновидности являются не самостоятельными формами эндоплазматической сети, так как можно проследить переход зернистой эндоплазматической сети в гладкую и наоборот.

Функции зернистой эндоплазматической сети:

· синтез белков, предназначенных для выведения из клетки ("на экспорт");

· отделение (сегрегация) синтезированного продукта от гиалоплазмы;

· конденсация и модификация синтезированного белка;

· транспорт синтезированных продуктов в цистерны пластинчатого комплекса или непосредственно из клетки;

· синтез билипидных мембран.

Гладкая эндоплазматическая сеть представлена цистернами, более широкими каналами и отдельными везикулами, на внешней поверхности которых отсутствуют рибосомы.

Функции гладкой эндоплазматической сети:

· участие в синтезе гликогена;

· синтез липидов;

· дезинтоксикационная функция - нейтрализация токсических веществ, посредством соединения их с другими веществами.

Пластинчатый комплекс Гольджи (сетчатый аппарат) представлен скоплением уплощенных цистерн и небольших везикул, ограниченных билипидной мембраной. Пластинчатый комплекс подразделяется на субъединицы - диктиосомы. Каждая диктиосома представляет собой стопку уплощенных цистерн, по периферии которых локализуются мелкие пузырьки. При этом, в каждой уплощенной цистерне периферическая часть несколько расширена, а центральная сужена.

В диктиосоме различают два полюса:

· цис-полюс - направлен основанием к ядру;

· транс-полюс - направлен в сторону цитолеммы.

Установлено, что к цис-полюсу подходят транспортные вакуоли, несущие в пластинчатый комплекс продукты, синтезированные в зернистой эндоплазматической сети. От транс-полюса отшнуровываются пузырьки, несущие секрет к плазмолемме для его выведения из клетки. Однако часть мелких пузырьков, заполненных белками-ферментами, остается в цитоплазме и носит название лизосом.

Функции пластинчатого комплекса:

· транспортная - выводит из клетки синтезированные в ней продукты;

· конденсация и модификация веществ, синтезированных в зернистой эндоплазматической сети;

· образование лизосом (совместно с зернистой эндоплазматической сетью);

· участие в обмене углеводов;

· синтез молекул, образующих гликокаликс цитолеммы;

· синтез, накопление и выведение муцина (слизи);

· модификация мембран, синтезированных в эндоплазматической сети и превращение их в мембраны плазмолеммы.

Среди многочисленных функций пластинчатого комплекса на первое место ставят транспортную функцию. Именно поэтому его нередко называют транспортным аппаратом клетки.

Лизосомы н аиболее мелкие органеллы цитоплазмы (0,2-0,4 мкм) и поэтому открытые (де Дюв, 1949 г.) только с использованием электронного микроскопа. Представляют собой тельца, ограниченные липидной мембраной и содержащие электронноплотный матрикс, состоящий из набора гидролитических белков-ферментов (50 гидролаз), способных расщеплять любые полимерные соединения (белки, липиды, углеводы и их комплексы) на мономерные фрагменты. Маркерным ферментом лизосом является кислая фосфатаза.

Функция лизосом - обеспечение внутриклеточного пищеварения, то есть расщепления как экзогенных, так и эндогенных веществ.

Классификация лизосом:

· первичные лизосомы - электронноплотные тельца;

· вторичные лизосомы - фаголизосомы, в том числе аутофаголизосомы;

· третичные лизосомы или остаточные тельца.

Истинными лизосомами являются мелкие электронноплотные тельца, образующиеся в пластинчатом комплексе.

Пищеварительная функция лизосом начинается только после слияния лизосомы с фагосомой, то есть фагоцитированным веществом, окруженным билипидной мембраной. При этом образуется единый пузырек - фаголизосома, в которой смешивается фагоцитированный материал и ферменты лизосомы. После этого начинается расщепление (гидролиз) биополимерных соединений фагоцитированного материала на мономерные молекулы (аминокислоты, моносахара и так далее). Эти молекулы свободно проникают через мембрану фаголизосомы в гиалоплазму и затем утилизируются клеткой, то есть используются или для образования энергии или на построение биополимерных структур. Но не всегда фагоцитированные вещества расщепляются полностью.

Дальнейшая судьба оставшихся веществ может быть различной. Некоторые из них могут быть выведены из клетки посредством экзоцитоза, по механизму, обратному фагоцитозу. Некоторые вещества (прежде всего липидной природы) не расщепляются лизосомальными гидролазами, а накапливаются и уплотняются в фаголизосоме. Такие образования называются третичными лизосомами или остаточными тельцами.

В процессе фагоцитоза и экзоцитоза осуществляется регуляция мембран в клетке:

· в процессе фагоцитоза часть плазмолеммы отшнуровывается и образует оболочку фагосомы;

· в процессе экзоцитоза эта оболочка снова встраивается в плазмолемму.

Установлено, что некоторые клетки в течение часа полностью обновляют плазмолемму.

Кроме рассмотренного механизма внутриклеточного расщепления фагоцитированных экзогенных веществ, таким же способом разрушаются эндогенные биополимеры - поврежденные или устаревшие собственные структурные элементы цитоплазмы. Вначале такие органеллы или целые участки цитоплазмы окружаются билипидной мембраной и образуется вакуоль аутофаголизосома, в которой осуществляется гидролитическое расщепление биополимерных веществ, как и в фаголизосоме.

Следует отметить, что все клетки содержат в цитоплазме лизосомы, но в различном количестве. Имеются специализированные клетки (макрофаги), в цитоплазме которых содержится очень много первичных и вторичных лизосом. Такие клетки выполняют защитные функции в тканях и называются клетками-чистильщиками, так как они специализированы на поглощение большого числа экзогенных частиц (бактерий, вирусов), а также распавшихся собственных тканей.

Пероксисомы - микротельца цитоплазмы (0,1-1,5 мкм), сходные по строению с лизосомами, однако отличаются от них тем, что в их матриксе содержатся кристаллоподобные структуры, а среди белков-ферментов содержится каталаза, разрушающая перекись водорода, образующуюся при окислении амин.

 

Жизненный цикл клетки

Понятия клеточного и жизненного цикла не четко разграничены. Жизненный цикл и клеточный цикл чаще воспринимаются как синонимы.

Жизненный цикл у часто делящихся клеток - это время их существования от начала деления до следующего деления. Жизненный цикл таких клеток нередко называют митотическим или клеточным циклом. Такой клеточный цикл подразделяется на два основных периода: 1.митоз, 2. интерфаза. В каждом из них выделяются стадии (см. учеб. гистологии и биологии).

Биологическое значение митоза (деления соматической клетки):

- сохранение генотипа клеток, характерного для определенного вида животных, человека.

поддержание популяции клеток данной ткани,

обеспечение физиологической и репаративной регенерации клеток ткани.

Интерфаза - промежуток жизни клетки между двумя делениями. В этот период клетка готовится к новому митозу.

Биологическое значение интерфазы: Происходит рост клетки (пресинтетическая стадия), но в процесс дифференцировки не вступает. В синтетический период происходит удвоение ДНК. В постсинтетический период накапливается энергия клетки, происходит синтез Т- РНК.

Лекция № 2

Раздел ЦИТОЛОГИЯ

Цитология: kytos – ячейка, клетка

- наука о строении, развитии и жизнедеятельности клеток и неклеточных структур, которые являются производными клеток. К неклеточным структурам относятся: симпласты, синцитии и межклеточное вещество, которые в свою очередь являются структурными единицами тканей.

Краткая характеристика:

Клетка является наименьшей единицей живой материи, обладающей самостоятельной жизнедеятельностью и способностью к самовоспроизведению. Клетка – «квант жизни».

По принципу строения гомологичны; Однако зрелые клетки имеют специфическое строение в результате в состав тканей входят более 100 различных типов клеток (из 1 зиготы).

Клетки животных тканей разнообразны по форме и по внутреннему строению, т.е. содержанию тех или иных органелл. Выделена закономерность: форма и строение клетки определяют ее функции. Форма и ультраструктурная организация их зависит от возраста, т.е. от степени дифференцированности клеток.

По форме зрелые клетки бывают:

· круглыми - клетки крови;

· плоскими; кубическими или цилиндрическими - в эпителиальной ткани

· веретенообразным - в гладкой мышечной ткани;

· отростчатыми - нервные клетки и другие.

Неклеточные структуры: симпласты, синтиций, межклеточное вещество. Неклеточные формы, как и клетки являются структурными элементами тканей животного происхождения. Симпласты и синцитии образуются в результате слияния отдельных клеток (симпласты), или в результате неполного деления клеток (синцитий).

1. Симпласты (миосимпласты или мышечные волокна) являются структурной единицей поперечно-полосатой мышечной ткани. Симпласты содержат несколько десятков или даже сотен ядер и превышают размеры клеток в десятки раз. Симпласты - овальной формы (длина от 60 мкм до 12 см при гипертрофии, толщина от 50 мкм до 100 мкм. С поверхности покрыты оболочкой – саркоплазмой, которая ограничивает общую цитоплазму – саркоплазму. В цитоплазме имеются все органеллы общего и специального назначения – миофибриллы. Основную функцию сокращения симпластов обеспечивают миофибриллы.

2. Синцитий - эти структуры имеют сетчатый характер. В расширенных участках цитоплазмы располагаются ядра и другие органеллы общего назначения, из них наиболее развиты лизосомы. Истинных синцитиев в организме млекопитающих нет. Синцитий покрывает ворсины хориона - зародышевой (временной) оболочки, которая имеется лишь в утробный период развития зародыша млекопитающих животных и человека. Основная функция синцития - защитная, она препятствует проникновению в кровь плода вредных веществ, микробов.

3. Межклеточное вещество (МКВ). В свою очередь оно состоит из основного или аморфного и волокон. МКВ образуется за счет деятельности определенных клеток тканей внутренней среды (соединительной, крови, хрящевой, костной). Химический состав его различен у тканей. Этим объясняется и особенность их строения и функций. Главная функция - формообразующая, кроме того, участвует в трофике тканей.

Общий принцип строения клетки

Основные компоненты клетки или субклеточные образования:

1.. оболочка (плазмолемма). Плазмолемма, окружает цитоплазму. Нередко ее рассматривают как одну из органелл цитоплазмы

2. ядро

3. цитоплазма.

Субклеточные образования хотя и являются живыми структурами, но не обладают самостоятельной жизнедеятельностью.

Оболочка (плазмолемма). Плазмолемма, окружает цитоплазму. Нередко ее рассматривают как одну из органелл цитоплазмы.

Большинство клеток содержат одно ядро, однако могут быть в одной клетке 2, 3 (гепатоциты) и более ядер (многоядерные клетки макрофаги- остеокласты).

По соотношению ядра и цитоплазмы (ядерно-цитоплазматическое отношение) клетки подразделяются на:

- клетки ядерного типа (объем ядра преобладает над объемом цитоплазмы);

- клетки цитоплазматического типа (цитоплазма преобладает над ядром).

Ядерно-цитоплазматические отношения меняются в процессе жизненного цикла клеток.

Цитоплазма состоит из гиалоплазмы и органеллы.

Гиалоплазма или матрикс цитоплазмы составляет внутреннюю среду клетки. Химический состав. Гиалоплазма состоит из воды (90 %) и различных биополимеров (7 %) белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов, из которых основную часть составляют белки различной химической и функциональной специфичности. В гиалоплазме содержатся также аминокислоты, моносахара, нуклеотиды и другие низкомолекулярные вещества. Физические свойства. Биополимерные соединения образуют с водой коллоидную систему, которая в зависимости от условий может быть более плотной (в форме геля) или более жидкой (в форме золя) как во всей цитоплазме, так и в отдельных ее участках. В гиалоплазме локализуются и взаимодействуют между собой и средой гиалоплазмы различные органеллы и включения. При этом расположение их чаще всего специфично для определенных типов клеток. Через оболочку (билипидную мембрану) гиалоплазма взаимодействует с внеклеточной средой. Следовательно, гиалоплазма является весьма динамичной средой и играет важную роль в функционировании отдельных органелл и жизнедеятельности клетки в целом.

Биологические свойства цитоплазмы (физиологические отправления) клеток. Эти признаки характерны только для живого. Главный признак (свойство) –

1.обмен веществ, 2.чувствительность, 3.раздражимость, 4.возбудимость, движение, 5. адаптация, 6.размножение.