Общий принцип строения клетки

Лекция № 2

Раздел ЦИТОЛОГИЯ

Понятие «цитология»

Цитология - 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.

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.

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.

А. цитоплазматические:

1. миофибриллы (будут рассмотрены при изучении мышечной ткани.

2. нейрофибриллы (фибриллярные сократительные белки – цитоскелет нейронов, участвуют в движении цитоплазмы, а значит в передаче нервного импульса)

3. тонофибриллы (фибриллярные сократительные белки – цитоскелет эпителиальных клеток, участвуют в процессах выведения веществ из клетки, обеспечивают перемещение органел в цитоплазме клетки).

В основе строения миофибрилл, нейрофибрилл и тонофибрилл лежат фибриллярные белки, различные по химическому составу.

4. базальные тельца ресничек (видоизмененный клеточный центр – аксонема, обеспечивает колебание ресничек).

5. жгутик (видоизмененный клеточный центр – аксонема, расположен в хвостовом отделе сперматозоида, обеспечивает движение)

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. 

Митоз подразделяется на 4 фазы:

· профаза;

· метафаза;

·  анафаза;

· телофаза.

В каждой фазе происходят определенные структурные преобразования.

Профаза характеризуется морфологическими изменениями ядра и цитоплазмы. В ядре происходит: конденсация хроматина и образование хромосом, состоящих из двух хроматид, исчезновение ядрышка, распад кариолеммы на отдельные пузырьки. В цитоплазме отмечается редупликация (удвоение) центриолей и расхождение их к противоположным полюсам клетки, формирование из микротрубочек веретена деления, репродукция зернистой эндоплазматической сети, а также уменьшение числа свободных и прикрепленных рибосом.

В метафазе происходит образование метафазной пластинки, или материнской звезды, неполное обособление сестринских хроматид друг от друга.

Анафаза характеризуется полным обособлением (расхождением) хроматид и образованием двух равноценных диплоидных наборов хромосом, расхождением хромосомных наборов к полюсам митотического веретена и расхождением самих полюсов.

Телофаза характеризуется деконденсацией хромосом каждого хромосомного набора, формированием из пузырьков ядерной оболочки, цитотомией - перетяжкой двуядерной клетки на две дочерние самостоятельные клетки, появлением ядрышка в ядрах дочерних клеток.

Интерфаза подразделяется на 3 периода:

· J1, или пресинтетический;

· S, или синтетический;

· J2, или постсинтетический.

Таким образом, условно разграничим понятия клеточного и жизненного циклов.

Репродукция клеток.

Различают два основных способа размножения клеток:

- Митоз (кариокенез) - непрямое деление клеток, которое присуще в основном соматическим клеткам стволовым, малодифференцированным клеткам.

- Прямое деление – амитоз. В литературе нередко описывают третий способ деления клеток - амитоз или прямое деление клеток, которое осуществляется посредством перетяжки ядра и цитоплазмы, с образованием двух дочерних клеток или одной двуядерной. Однако в настоящее время принято считать, что прямой способ деления характерен только для старых и дегенерирующих клеток и является отражением патологии клетки.

 - Мейоз или редукционное деление - характерно только для половых клеток.

Внутриклеточная регенерация (эндорепродукция) - тип репродукции клеток характерен для дифференцированных, функционально активных клеток. Внутриклеточная регенерация – это способность клеток восстанавливать органеллы клеток, разрушенные в результате функционирования или в под действием вредных факторов внешней и внутренней среды на организм. Кроме того, ряд ученых к эндорепродукции относят полиплоидию и компенсаторную гипертрофию. Компенсаторная гипертрофия представляет увеличение объема клетки. Полиплоидию - увеличение количества ДНК в хромосомах. В ряде клеток (гепатоциты) плоидные ядра подвергаются кариотомии. В результате образуются двуядерные клетки, что значительно увеличивает их функциональную значимость. Эндорепродукция не приводит к увеличению клеток, а лишь повышается функциональная активность клеток.

Изменения в ядре:

· набухание ядра и сдвиг его на периферию клетки;

· расширение перинуклеарного пространства;

· образование инвагинаций кариолеммы (впячивание внутрь ядра его оболочки);

· конденсация хроматина.

К патологическим изменениям ядра относят:

· пикноз - сморщивание ядра и коагуляция (уплотнение) хроматина;

· кариорексис - распад ядра на фрагменты;

· кариолизис - растворение ядра.

Изменения в цитоплазме:

· уплотнение, а затем набухание митохондрий;

· дегрануляция зернистой эндоплазматической сети (слущивание рибосом), а затем и фрагментация канальцев на отдельные вакуоли;

· расширение цистерн, а затем распад на вакуоли пластинчатого комплекса Гольджи;

· набухание лизосом и активация их гидролаз;

· увеличение числа аутофагосом;

· в процессе митоза - распад веретена деления и развитие патологических митозов.

Изменения цитоплазмы могут быть обусловлены структурными изменениями плазмолеммы, что приводит к усилению ее проницаемости и гидратации гиалоплазмы, нарушением обмена веществ, что сопровождается снижением содержания АТФ, снижением расщепления или увеличением синтеза включений (гликогена, липидов) и их избыточном накоплении.

Пограничное состояние между жизнью и смертью клетки называется паранекроз (Насонов). После устранения неблагоприятных воздействий на организм реактивные (адаптивные) изменения структур исчезают и морфология клетки восстанавливается. При развитии патологических (дезадаптивных) изменений даже после устранения неблагоприятных воздействий структурные изменения нарастают и клетка погибает.

Апоптоз – запрограммированная смерь клеток (подготовьте реферат).

 

Лекция № 2

Раздел ЦИТОЛОГИЯ

Понятие «цитология»

Цитология - 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.

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.