Метод электронной микроскопии, многообразие его возможностей.

Электронная микроскопия позволяет работать при увеличениях до многих сотен тысяч раз, но только с высушенными, убитыми или нежизнедеятельными объектами. Ее научное значение исключительно велико, применение же в практических, в том числе диагностических, целях возможно, но пока не разработано. Общим как у световой, так и электронной микроскопии остается описание форм по увеличенному изображению объекта и сопоставление форм с различными функциональными, химическими и иными свойствами.

В клеточной биологии особенно успешно используются два метода, основанные на получении механических реплик. Один из них - метод электронной микроскопии "замораживание-скалывание" - дает возможность изучать внутреннее строение клеточных мембран. Клетки замораживают при температуре жидкого азота (-196'С). Замороженный блок затем раскалывают лезвием ножа. Скол часто проходит через гидрофобную середину двойного слоя липидов, обнажая внутреннюю поверхность клеточных мембран. Образующуюся поверхность скола оттеняют платиной, органический материал удаляют и изучают полученные реплики в электронном микроскопе.

Метод "замораживания - травления" используется для изучения внешней поверхности клеток и мембран. В данном случае клетки замораживают при очень низкой температуре и замороженный блок раскалывают лезвием ножа. Содержание льда вокруг клеток (и в меньшей степени внутри клеток) понижают возгонкой воды в вакууме при повышении температуры (процесс называют вакуумной сушкой). Участки клетки, подвергнутые такому травлению, затем оттеняют для приготовления платиновой реплики.

Плазматическая мембрана отделяет содержимое клетки от окружающей среды. Все содержимое клетки за исключением ядра получило название цитоплазма. Строение мембраны: а) ранние работы по изучению проницаемости мембран показали, что органические растворители (спирт, эфир) проникают через мембрану быстрее, чем вода. Значит в мембране есть неполярная часть т.е. липиды, б) в 1935г. ученые предположили что в мембране имеется липидный бислой, заключен-ный между 2 слоями белка, в) 1959г. Роберстсон выдвинул гипотезу о строении элементарной мембраны. Он установил, что толщина мембраны 7,5 нм.В электронном микроскопе все мембраны представлены трехслойными. Трехслойность – это расположение белков и полярных липидов, г) методом замораживания-скалывания мембраны разделяются и легко изучается их структура. Благодаря этому методу были выявлены белки погруженные в липидный бислой, д) 1972г. Сингер и Николсон предложили жидко-мозаичную модель биологической мембраны. Белковые молекулы плавают в липидном бислое образуя своеобразную мозайку. Ф-ции: 1. Отделяет клеточное содержимое от внешней среды. 2) Регулирует обмен между клеткой и средой. 3) Делит клетку на отсеки. 3) Некоторые химические реакции проходят в мембранах (окислительное фосфорелирование). 5) Поддер-живает постоянную форму клетки. 6) Находятся рецепторные участки. Клеточные мембраны обладают избирательной проницательностью, т.е способностью регулировать проникновение в клетку различных веществ в нужных количествах

ПОВЕРХНОСТНЫЙ АППАРАТ КЛЕТКИ. ЕГО ОРГАНИЗАЦИЯ И ОСОБЕННОСТИ У КЛЕТОК ПРОКАРИОТ И РАЗЛИЧНЫХ ЭУКАРИОТ.

Поверхностный аппарат клетки. Поверхностный аппарат клетки – структурно и функционально единое образование. Он состоит из цитоплазматической мембраны, надмембранного и подмембранного комплексов.

Цитоплазматическая мембрана – универсальный компонент всех клеток. Под электронным микроскопом она имеет вид трехслойной структуры. Мембрана состоит из двойного слоя (бислоя) липидов; в него погружены молекулы белков, для которых характерно мозаичное распределение. Некоторые мембранные белки непрочно связаны с поверхностью мембраны и обычно находятся вне липидного бислоя. Другие белки либо частично погружены в липидный бислой, либо пронизывают его насквозь

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ И МОДЕЛИ МЕМБРАН.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МЕМБРАН.

Мембраны состоят из липидных и белковых молекул, относительное количество которых у разных мембран широко колеблется. Углеводы содержатся в форме гликопротеинов, гликолипидов и составляют 0,5%-10% веществ мембраны. Согласно жидкостно-мозаичной модели строения мембраны (Сенджер и Николсон, 1972г.) основу мембраны составляет двойной липидный слой, в формировании которого участвуют фосфолипиды и гликолипиды. Липидный бислой образован двумя рядами липидов, гидрофобные радикалы которых спрятаны внутрь, а гидрофильные группы обращены наружу и контактируют с водной средой. Белковые молекулы как бы растворены в липидном бислое и относительно свободно «плавают в липидном море в виде айсбергов на которых растут деревья гликокаликса».

Липиды мембран.

Мембранные липиды – амфифильные молекулы, т.е. в молекуле есть как гидрофильные группы (полярные головки), так и алифатические радикалы (гидрофобные хвосты), самопроизвольно формирующие бислой, в котором хвосты липидов обращены друг к другу. Толщина одного липидного слоя 2,5 нм, из которых 1 нм приходится на головку и 1,5 нм на хвост. В мембранах присутствуют три основных типа липидов: фосфолипиды, гликолипиды и холестерол. Среднее молярное отношение холестерол/фосфолипиды равно 0,3–0,4, но в плазматической мембране это соотношение гораздо выше (0,8–0,9). Наличие холестерола в мембранах уменьшает подвижность жирных кислот, снижает латеральную диффузию липидов и белков.

Фосфолипиды можно разделить на глицерофосфолипиды и сфингофосфолипиды. Наиболее распространенные глицерофосфолипиды мембран – фосфатидилхолины и фосфатидилэтаноламины. Каждый глицерофосфолипид, например фосфатидилхолин, представлен несколькими десятками фосфатидилхолинов, отличающихся друг от друга строением жирнокислотных остатков.

На долю глицерофосфолипидов приходится 2–8% всех фосфолипидов мембран. Наиболее распространенными являются фосфатидилинозитолы.

Специфические фосфолипиды внутренней мембраны митохондрий – кардиолипины (дифосфатидглицеролы), построенные на основе глицерола и двух остатков фосфатидной кислоты, составляют около 22% от всех фосфолипидов митохондриальных мембран.

В миелиновой оболочке нервных клеток в значительных количествах содержатся сфингомиелины.

Гликолипиды мембран представлены цереброзидами и ганглиозидами, в которых гидрофобная часть представлена церамидом. Гидрофильная группа – углеводный остаток – гликозидной связью присоединен к гидроксильной группе первого углеродного атома церамида. В значительных количествах гликолипиды находятся в мебранах клеток мозга, эпителия и эритроцитов. Ганглиозиды эритроцитов разных индивидуумов различаются строением олигосахаридных цепей и проявляют антигенные свойства.

Холестерол присутствует во всех мембранах животных клеток. Его молекула состоит из жесткого гидрофобного ядра и гибкой углеводородной цепи, единственная гидроксильная группа является полярной головкой.

Функции мембранных липидов.

Фосфо- и гликолипиды мембран, помимо участия в формировании липидного бислоя, выполняют ряд других функций. Липиды мембран формируют среду для функционирования мембранных белков, принимающих в ней нативную конформацию.

Некоторые мембранные липиды – предшественники вторичных посредников при передаче гормональных сигналов. Так фосфатидилинозитолдифосфат под действием фосфолипазы С гидролизируется до диацилглицерола и инозитолтрифосфата, являющихся вторичными посредниками гормонов.

Ряд липидов участвует в фиксации заякоренных белков. Примером заякоренного белка является ацетилхолинэстераза, которая фиксируется на постсинаптической мембране к фосфатитилинозитолу.