Уровни структурной организации живого

  • Вопрос 1. Введение. Предмет и задачи цитологии и гистологии

Гистология изучает строение и функции тканей.

Этот курс включает также цитологию и эмбриологию. Цитология – наука о биологии  клеток. Эмбриология – это наука, которая изучает развитие клеток, тканей и органов до момента рождения.

 

Вопрос 2. Методы гистологических и цитологических исследований.

Объекты, которые изучают эти науки, очень малы. Они измеряются в микрометрах и нанометрах. Поэтому основным методом является микроскопирование. Есть световые и электронные микроскопы.

В световых используют поток света. Он проходит через тонкий срез ткани и затем изображение   увеличивается системой линз. 1-2 тысячи раз. Можно использовать ультрафиолетовую часть спектра. Это в два раза увеличивает разрешающую способность микроскопа. В люминесцентной микроскопии объект обрабатывают  веществами, которые светятся при воздействии коротковолновых лучей.

На основе разделения световых потоков основано несколько разных методов: интерференционная, поляризационная и фазово-контрастная микроскопия. Они позволяют изучать живые неокрашенные клетки.

Электронная микроскопия использует вместо пучка света поток электронов, который фокусируется электромагнитными линзами. Увеличение – десятки тысяч раз. Две основных разновидности – просвечивающая (исследуют срез образца) и сканирующая (исследуют объект целиком).

Цитология.

Основные положения клеточной теории:

  1. Клетка – это элементарная структурная, функциональная и генетическая единица живых организмов.
  2. Все клетки, имеют сходный план строения.
  3. Новые клетки образуются путем деления.
  4. В многоклеточных организмах клетки объединены в ткани.

 

Все клетки построены из биологических мембран.

Вопрос 3 Молекулярная организация биологической мембраны.

Описывается жидкостно-мозаичной моделью. Мембрана состоит из двойного слоя фосфолипидов, в который погружены различные белки (интегральные, полуинтегральные, поверхностные). Набор белков специфичен у разных клеток, у разных мембран и в разных мембранных участках.

Вопрос 4. Свойства и функции биологических мембран.

По функциям можно выделять структурные белки, белки-ферменты, рецепторные белки, белки, участвующие в трансмембранном транспорте веществ (белки-переносчики, ионные каналы и помпы), белки, обеспечивающие межклеточные контакты. АТФ-синтетаза, специфичная для внутренней мембраны митохондрий, является и ферментом и помпой.

Наружная мембрана называется плазмолемма, внутриклеточные  – цитомембраны.

Важнейшее свойство биологических мембран – это избирательная проницаемость. Мембраны регулируют поступление веществ внутрь клетки и из нее.

Цитомембраны разделяют клетку на участки (компартменты), различные по биохимическому составу. Так образуются мембранные органеллы клетки, которые выполняют разные функции (выработка энергии, синтез белков, расщепление макромолекул и т.д.).

Вопрос 5. Структурные компоненты клетки. Поверхностный аппарат клетки.

Выделяют три основных структурных компонента клетки:

1. Поверхностный аппарат клетки.

2. Ядро

3. Цитоплазма

Поверхностный аппарат отграничивает клетку от внешней среды. Состоит из трех компонентов.

  1. 1.  Плазмолемма (плазматическая мембрана) – наружная мембрана клетка. Самая толстая из клеточных мембран.
  2. 2. Надмембранный комплекс – гликокаликс составлен из выступающих над поверхностью клетки углеводных цепей, которые связаны с белковыми или липидными молекулами.

Функции гликокаликса:

  1. Рецепторы для распознавании соседних клеток и межклеточного вещества.
  2.  Адгезия (прикрепление клеток).
  3.  Трансмембранный транспорт аминокислот, дипептидов, жирных кислот и т.п.
  4. Гликокаликс эпителия тонкой кишки содержит ферменты пристеночного пищеварения.

3. Подмембранный комплекс – тонкий слой цитоплазмы под плазмолеммой. Здесь сосредоточены элементы цитоскелета.  Цитоскелет поддерживает форму клетки или наоборот, изменяет ее, позволяя клетки перемещаться.

Вопрос 6. Таким образом, основные функции поверхностного аппарата клетки:

  1. Отграничивает клетку от внешней среды, сохраняя клеточный гомеостаз.
  2. Транспорт веществ в цитоплазму и наружу.

Известно несколько механизмов  транспорта веществ внутрь клетки:

Пассивный транспорт :

А) для мелких молекул  и ионов в виде  простой диффузии  по градиенту концентрации (вода, газы)

Б) Облегченной диффузии, которую обеспечивают белки-переносчики (перенос глюкозы, аминокислот) или белки-каналы (ионные канала – натриевые, калиевые, кальциевые, хлорные; водные каналы –аквапорины), которые могут быть управляемыми (потенциалзависимые, механочувствительные, рецептор-зависимые, G-белок-зависимые, Са-зависимые)

Активный транспорт идет против градиента и требует энергетических затрат. Он регулирует осмотическое давление и поддерживает мембранный потенциал.

Активный транспорт ионов  осуществляется АТФ-азами (например, Nа+ –K+ – АТФаза в натриево-калиевом насосе, Са-АТФаза).

Активный транспорт макромолекул –   эндоцитоз и экзоцитоз. При эндоцитозе  частица охватывается плазмолеммой, втягивается внутрь  и оказывается внутри мембранного пузырька – эндосомы. Поглощение крупных частиц называют фагоцитоз, а капель раствора – пиноцитоз.

Особую разновидность представляет эндоцитоз, опосредуемый рецепторами. В этом случае частицы связываются со специфическими рецепторами плазмолеммы и процесс эндоцитоза идет  активнее в сотни раз. Такие мембранные рецепторы могут концентрироваться в определенных участках мембраны. Образуется впячивание, окруженное со стороны цитоплазмы оболочкой из белка клатрина – окаймленная ямка, которая затем превращается  в окаймленный пузырек. Пока он окружен клатриновой оболочкой, он не сливается с другими мембранами и может транспортироваться внутри клетки.

  1. Распознавание других клеток и межклеточного вещества и контакты с ними.
  2. Рецепция, т.е. взаимодействие с внешними сигналами. Сигналами могут быть молекулы (гормоны, медиаторы, цитокины и др.) или виды энергии. Сигналы принимаются специфическими мембранными рецепторами.

После этого в клетке развивается ответная реакция: изменяется обмен веществ, происходит сокращение, усиливается экзоцитоз, меняется электрический потенциал и т.п.

Вопрос 7. Поверхностные мембранные рецепторы обычно являются интегральными гликопротеинами, которые могут специфически связываться с сигнальной молекулой – лигандом или изменяться  под действие  специфического вида энергии.

Их функции:

  1. регулируют проницаемость плазмолеммы, а следовательно, – транспорт веществ.
  2. 2.  Принимают внеклеточные сигналы и превращают их во
    внутриклеточные, изменяя клеточный метаболизм.
  3. связывают молекулы межклеточного вещества с цитоскелетом клетки. Эти рецепторы называются интегрины . Они играют важную роль в формировании контактов между клетками.

 

Мембранные рецепторы состоят из надмембранной части, которая и связывается с молекулой-лигандом, трансмембранной части и цитоплазматической части.

Классификация рецепторов:

Каталитические рецепторыИх цитоплазматическая часть функциони­рует как фермент, инициируя различные реакции внутри клетки (пример – рецепторы для гормона инсулина и факторов роста).

Рецепторы, связанные с каналамивзаимодействуют с сигнальной молекулой (например, нейромедиатором нервной клетки), которая временно открывает или закры­вает ионный канал в рецепторном комплексе.

Рецепторы, связанные с G-белками. Цитоплазматическая часть представлена G-белком, который передает сигнал на подмембраной фермент (аденилат циклазу) или ионный канал. В результате в цитоплазме изменяется концентрация вторичного посредника – (цАМФ) или Са2+. Около 80% всех гормо­нов и нейромедиаторов действуют через такие рецепторы.

Рецепторы клеточной адгезии. Обеспечивают связь клеток друг с другом или с межклеточным веществом. Например, в составе плазмолеммы находятся интегрины, – трансмембранные белки, служащие для связи клеток с межклеточным веществом. К этой группе относятся селектины и кадгерины.

Иммуноглобулиновое семейство. Обеспечивают межклеточные взаимодействия при иммунном ответе.

 

Вопрос 8

 Цитоплазма

включает три основных компонента:  гиалоплазму, органеллы и включения.

 Гиалоплазма (цитозоль, клеточный матрикс) – важнейшая часть клетки, ее истинная внутренняя среда. Это коллоидная система, которая может быть жидкой или вязкой. Она содержит  ферменты для синтеза белков и других веществ, здесь протекает гликолиз.  Важным элементом гиалоплазмы является цитоскелет.

Вопрос 9.

Цитоскелет – это сеть белковых нитей, которая заполняет всю клетку. Цитоскелет определяет форму клетку, ее передвижение, а также перемещение внутри клетки органелл и крупных молекул. Нити цитоскелета разделяют на три типа: микротрубочки, микрофиламенты и промежуточные филаменты.

Микротрубочки – это полые трубочки, стенка которых построена из молекул белка тубулина. Длина микротрубочек быстро меняется. Они могут  распадаться на отдельные молекулы и вновь собираться.  Микротрубочки образуют нити веретена деления и ряд органелл – клеточный центр, реснички и жгутики.

Микрофиламенты – тонкие нити, построенные из белка актина. Они образуют рыхлую сеть  или пучки (в мышечных клетках, внутри микроворсинок).

Промежуточные филаменты наиболее стабильные структуры цитоскелета. Они вдвое толще микрофиламентов. По составу белков они специфичны для разных типов клеток, поэтому их используют в качестве маркеров при диагностике опухолей.