Микроворсинки – пальцевидные выросты цитоплазмы клетки диаметром
0.1 мкм и длиной 1 мкм, основу которых образуют актиновые микрофиламенты. Микроворсинки обеспечивают многократное увеличение площади поверхности клетки. На апикальной поверхности некоторых клеток, активно участвующих в процессах расщепления и всасывания веществ, имеется до несколько тысяч микроворсинок, образующих в совокупности
щёточную каемку (эпителий тонкой кишки и почечных канальцев).
Основа каждой микроворсинки – пучок, содержащий около 40 микрофиламентов, расположенный вдоль её длинной оси. Микрофиламенты имеют поперечные сшивки из белков, и прикреплены к плазмолемме особыми белковыми мостиками. У основания микроворсинки микрофиламенты пучка вплетаются в терминальную сеть.
Стереоцилии – длинные, иногда ветвящиеся микроворсинки, имеющие каркас из микрофиламентов. Они встречаются довольно редко (например, в эпителии протока придатка семенника).
Промежуточные филаменты – прочные и устойчивые белковые нити толщиной около 10 нм (что является промежуточным значением между толщиной микротрубочек и микрофиламентов). Промежуточные филаменты располагаются в виде трехмерных сетей в различных участках цитоплазмы, окружают ядро, участвуют в образовании межклеточных контактов
(десмосом) и поддерживают форму отростков. Главная функция промежуточных филаментов – поддерживающая и опорная.
Промежуточные филаменты в клетках различных типов различаются по своей химической природе и молекулярному весу. Выделяются 6 основных классов промежуточных филаментов.
Цитокератины – промежуточные филаменты, характерные для клеток эпителия. Этот класс включает около 20 близких полипептидов. Кератиновые филаменты входят в состав десмосом и полудесмосом, участвуют в образовании рогового вещества в эпителии кожи и являются главным компонентом волос и ногтей.
Десмины – промежуточные филаменты мышечных тканей (за исключением миоцитов сосудов). Десмины играют важную роль в организации миофибрилл в мышечной ткани и обеспечении сократительной функции.
Виментины – филаменты, характерные для различных клеток мезенхимного происхождения (фибробласты, макрофаги, остеобласты, эндотелий и гладкие миоциты сосудов).
Нейрофиламенты – промежуточные филаменты нейронов, которые играют важную роль в поддержании формы отростков нервных клеток.
Глиальные филаменты содержат глиальный фибриллярный кислый белок и встречаются только в клетках глии (астроциты, олигодендроциты).
Ламины– промежуточные филаменты ядер различных типов клеток, образующие кариоскелет.
Идентификация классов промежуточных филаментов (методами иммуноцитохимии с антителами к данному типу промежуточных филаментов) имеет большое значение в диагностике опухолей, и, следовательно, в прогнозе и выборе противоопухолевого лечения. Так, выявление различных форм кератинов свидетельствует о недифференцированных опухолях эпителиального происхождения, карциномах, аденокарциномах. Десмин является маркёром
опухолей мышечного происхождения, а глиальный фибриллярный кислый белок – маркёр опухолей глиального происхождения.
Включения Включения цитоплазмы – непостоянные компоненты клетки, возникающие и исчезающие в зависимости от метаболического состояния клеток.
Включения подразделяются на:
•
трофические; •
секреторные; •
экскреторные; •
пигментные.
Трофические включения разделяются в зависимости от природы накапливаемого вещества на липидные, углеводные и белковые.
Липидные включения – это капли нейтрального жира различного диаметра, которые накапливаются в цитоплазме и служат резервом энергетических субстратов, используемых клеткой. Из
углеводных включений наиболее распространены гранулы гликогена (полимер глюкозы), эти включения также используются в качестве источника энергии. Примером
белковых включений могут служить запасы белка вителлина в яйцеклетках животных. Они являются источником питания на ранних стадиях развития зародыша.
Секреторные включения имеют вид пузырьков, окруженные мембраной и содержащие биологически активные вещества, которые синтезируются в самой клетке, а затем выделяются (секретируются) во внешнюю среду. К таким включениям относятся секреторные гранулы, содержащие пищеварительные проферменты (зимогеновые гранулы), гормоны, медиаторы и др.
Экскреторные включения по своему строению сходны с секреторными, но в отличие от них, содержат вредные продукты метаболизма, подлежащие удалению из цитоплазмы клеток.
Пигментные включения представляют собой скопления эндогенных
(синтезированных клеткой), или экзогенных (захваченных клеткой извне) окрашенных веществ - пигментов. Наиболее распространенными эндогенными пигментами являются гемоглобин, гемосидерин, билирубин, меланин, липофусцин; к экзогенным пигментам относят каротин, различные красители, пылевые частицы и др. Меланин – тёмно-коричневый пигмент,
встречающийся в норме в коже, волосах, пигментной оболочке сетчатки в виде меланосом - гранул, окруженных мембраной. Липофусцин – гранулы жёлто- коричневого пигмента из продуктов лизосомного переваривания – накапливается в долгоживущих клетках (нейроны, кардиомиоциты), и поэтому его рассматривают как «пигмент старения».
ЛЕКЦИЯ 2: ЯДРО. КЛЕТОЧНЫЙ ЦИКЛ. ДЕЛЕНИЕ КЛЕТОК. ГИБЕЛЬ КЛЕТОК. МЕЖКЛЕТОЧНЫЕ КОНТАКТЫ. НЕКЛЕТОЧНЫЕ СТРУКТУРЫ Ядро – важнейший компонент клетки, содержащий её генетический аппарат.
Функции ядра:
• хранение генетической информации (в молекулах ДНК, находящихся в хромосомах);
• реализация генетической информации, контролирующей различные процессы в клетке: транскрипция информационных, рибосомальных, транспортных РНК → синтетическая активность; апоптоз и т.д.);
• воспроизведение и передача генетической информации при делении клетки.
Обычно в клетке есть только одно ядро, однако встречаются многоядерные клетки.
Форма ядер в разных клетках различна: чаще форма ядра – сферическая
(особенно в клетках округлой или кубической формы), но встречаются клетки с бобовидным, палочковидным, сегментированным ядром. Чаще всего форма ядра соответствует форме клетки.
Величина ядра обычно варьирует от 5 до 10 мкм в диаметре.
В ядре неделящейся (интерфазной) клетки выявляются следующие компоненты:
•
ядерная оболочка; •
хроматин; •
ядрышко; •
кариоплазма. Ядерная оболочка (синонимы:
кариолемма, нуклеолемма) состоит из двух мембран
– наружной и внутренней мембран, разделенных полостью – перинуклеарной цистерной
. Наружная мембрана составляет единое целое с мембранами гранулярной
ЭПС: на её поверхности имеются рибосомы, а перинуклеарная цистерна сообщается с цистерной грЭПС.
Внутренняя мембрана – гладкая, её интегральные белки связаны со слоем, состоящим из сети промежуточных филаментов (ламинов), - так называемой
ламиной, или ядерной пластинкой. Ламина играет большую роль в поддержании формы ядра, укладке хроматина и структурной организации поровых комплексов.
В определенных точках наружная и внутренняя мембрана смыкаются, образуя ядерные поры.
Ядерная пора образована двумя параллельными кольцами диаметром 80 нм, содержащих по 8 белковых гранул, от
которых к центру поры тянутся фибриллы, формирующие диафрагму толщиной около 5 нм. Совокупность компонентов, входящих в состав ядерной поры, называется
комплексом ядерной поры. Ядерная оболочка клетки содержит 2000-4000 поровых комплексов. Число поровых комплексов возрастает с увеличением функциональной активности: в клетках с высокой синтетической активностью ядерные поры занимают до 35% поверхности кариолеммы.
Комплекс ядерной поры обеспечивает избирательный транспорт веществ между цитоплазмой и ядром. По каналу, образованному поровым комплексом, движутся мелкие водорастворимые молекулы и ионы; активно переносятся в ядро белки, синтезируемые в цитоплазме; из ядра в цитоплазму переносятся субъединицы рибосом.
Хроматин в интерфазной (неделящейся) клетке соответствует хромосомам и состоит из комплекса ДНК и белка. Выраженность спирализации каждой из хромосом неодинакова по длине. Соответственно, различают два вида хроматина:
эухроматин и
гетерохроматин.
Эухроматин соответствует участкам хромосом, которые деспирализованы и открыты для транскрипции. Эти участки не окрашиваются и не видны в световой микроскоп.
Гетерохроматин соответствует конденсированным сегментам хромосом, что делает их недоступными для транскрипции. Гетерохроматин интенсивно окрашивается основными красителями, и в световом микроскопе имеет вид мелких гранул и глыбок.
Таким образом, по соотношению эу- и гетерохроматина в ядре можно оценить активность процессов транскрипции, и, следовательно, синтетической функции клетки. При её повышении это соотношение изменяется в пользу эухроматина, при снижении – нарастает содержание гетерохроматина.
Соотношение эухроматин-гетерохроматин может, например, служить основой для дифференциальной диагностики доброкачественных и злокачественных опухолевых клеток. При полном подавлении функции ядра в поврежденных и гибнущих клетках, оно уменьшается в размерах и содержит только гетерохроматин. Такое явление называется
кариопикнозом.
Половой хроматин (тельце Барра) – скопление гетерохроматина,
соответствующее одной из пары Х-хромосом, которая в интерфазе плотно скручена и неактивна. Выявление полового хроматина используется как диагностический тест для определения генетического женского пола, что существенно при изучении генетических аномалий и, особенно, в спортивной медицине. Обычно анализируют эпителиальные клетки слизистой оболочки полости рта, где, как и в большинстве других клеток, половой хроматин выявляется как крупная глыбка гетерохроматина, лежащая рядом с ядерной оболочки. В нейтрофильных лейкоцитах крови половой хроматин имеет вид маленькой добавочной дольки ядра («барабанной палочки»).
Упаковка хроматина в ядре. В деконденсированном состоянии длина одной молекулы (двойной спирали) ДНК, образующей одну хромосому, составляет около 5 см, а общая длина молекул ДНК в ядре – более 2 м. Такие длинные нити ДНК компактно и упорядоченно упакованы в ядре диаметром всего 5-10 мкм. Компактная упаковка молекул ДНК осуществляется благодаря связи ДНК со специальными основными белками –
гистонами.
Начальный уровень упаковки хроматина –
нуклеосома с диаметром 11 нм.
Нуклеосома состоит из блока, образованного комплексом из 8 молекул гистонов, на который намотана двойная нить ДНК (цепочка из 166 пар нуклеотидов). Нуклеосомы разделены короткими участками свободной ДНК.
Нуклеосомная нить имеет вид «нитки с бусинами», где каждая «бусина» – нуклеосома. Второй уровень упаковки также обусловлен гистонами и приводит к скручиванию нуклеосомной нити (виток из 6 нуклеосом) с формированием
хроматиновой фибриллы диаметром 30 нм. Хроматиновые фибриллы образуют
петли диаметром 300 нм. При делении клетки в результате еще более компактной укладки и сверхспирализации ДНК появляются
хромосомы (диаметр 700 нм), видимые под световым микроскопом. Компактная упаковка ДНК в ядре обеспечивает упорядоченное расположение очень длинных молекул ДНК в небольшом объеме ядра, а также функциональный контроль активности генов.
Кроме гистоновых белков ДНК связана с негистоновымибелками, которые регулируют активность генов
Ядрышко выявляется в интерфазном ядре на светооптическом уровне как мелкая ( 1 мкм в диаметре), плотная сферическая структура, интенсивно окрашивающееся основными красителями.
Ядрышко образовано специализированными участками хромосом – ядрышковыми организаторами, на которых происходит синтез рибосомальной РНК, а также её сборка в предшественники рибосомальных субъединиц. В электронном микроскопе можно различить три компонента, их которых состоит ядрышко:
•
аморфный компонент,
слабо окрашиваемый, представляет собой участки расположения ядрышковых организаторов: крупные петли
ДНК, активно участвующих в транскрипции рибосомальной
РНК; •
фибриллярный компонент состоит из множества нитей диаметром 5-8 нм, преимущественно во внутренней части ядрышка, и представляет собой длинные молекулы рРНК (первичные транскрипты);
•
гранулярный компонентобразован скоплением плотных мелких гранулярных частиц, представляющие собой зреющие субъединицы рибосом. Рибосомальные субъединицы образуется из рРНК, синтезированной в ядрышке, и белков, синтезированных в цитоплазме.
Затем субъединицы рибосом транспортируются через ядерные поры в цитоплазму.
Фибриллярный и гранулярный компоненты ядрышка образуют ядрышковую нить –
нуклеолонему, которая образует петлистую сеть, выделяющуюся большой плотностью на фоне менее плотного ядерного матрикса. Обычно ядрышко окружено гетерохроматином (перинуклеолярным хроматином).
Размеры и объем ядрышек увеличиваются при повышении функциональной активности клетки. Особенно крупные ядрышки характерны для эмбриональных и активно синтезирующих белки клеток, а также клеток быстрорастущих злокачественных опухолей.
Ядрышко исчезает в профазе митоза, в результате инактивации рибосомных генов при конденсации соответствующих хромосом, и вновь формируется в поздней телофазе.
Ядерный матрикс – компонент ядра, в котором располагаются хроматин и ядрышко. Ядерный матрикс образован
кариоплазмой и
кариоскелетом.
Кариоплазма – жидкий компонент ядра, содержащий РНК, ионы, ферменты, метаболиты, растворенные в воде. Кариоскелет состоит из ламины и других фибриллярных белков.
КЛЕТОЧНЫЙ ЦИКЛ Клеточный цикл – совокупность процессов, происходящих в клетке между двумя последовательными делениями или между её образованием и гибелью. Клеточный цикл включает в себя собственно
митотическое деление и
интерфазу – промежуток между делениями клетки.
Интерфаза занимает около 90% всего времени клеточного цикла и подразделяется на три периода:
•
пресинтетический или постмитотический – G1 (от англ. gap – промежуток);
•
синтетический – S; •
постсинтетический или премитотический - G2.Пресинтетический период – G1– характеризуется активным ростом клетки,
синтезом белка и РНК, благодаря чему клетка восстанавливает необходимый набор органелл и достигает нормальных размеров. G
1 период длится от нескольких часов до нескольких дней. В течение этого периода синтезируются особые «запускающие» белки – активаторы S периода. Они обеспечивают достижение клеткой точки R (точки ограничения), после которого она вступает в S-период. Если клетка не достигает точки R, она выходит из цикла и вступает в
период репродуктивного покоя (G0).Клетки некоторых тканей под влиянием определенных факторов способны возвращаться из периода G
0
в клеточный цикл, клетки других тканей утрачивают эту способность по мере дифференцировки. Абсолютное большинство дифференцированных клеток организма, выполняющих свои специфические функции, не делятся.
Синтетический период – S - характеризуется репликацией (удвоением содержания) ДНК, синтезом гистонов и других белков. В результате происходит удвоение числа хромосом. Одновременно удваивается число центриолей. Длительность S-периода в большинстве клеток - 8-12 часов.
Постсинтетический период – G2 - длится 2-4 часа и продолжается вплоть до митоза. В течение этого периода запасается энергия, и синтезируются белки, в частности тубулины, необходимые для процесса деления.
МИТОЗ Митоз (кариокинез) является универсальных механизмом деления соматических клеток. Во время митоза родительская клетка делится, и каждая из дочерних клеток получает набор хромосом идентичный родительскому, и, таким образом, происходит равномерное распределение генетического материала. Продолжительность митоза – 1-3 часа.
Митоз включает 4 основные фазы:
профазу, метафазу, анафазу и телофазу.
Профаза начинается с конденсации хромосом, которые становятся видимыми в световой микроскоп как нитевидные структуры. Каждая хромосома состоит из двух параллельно лежащих сестринских хроматид, связанных в области центромеры. Ядерная оболочка распадается на мембранные пузырьки и исчезает к концу профазы, так же как и ядрышко.
Кариоплазма смешивается с цитоплазмой. Пары центриолей расходятся к противоположным полюсам клетки и дают начало микротрубочкам митотического (ахроматинового) веретена.
В
метафазе хромосомы выстраиваются в области экватора митотического веретена (в равной удаленности от центриолей противоположных полюсов), и образуют картину экваториальной (метафазной) пластинки (вид сбоку) или материнской звезды (вид со сторону полюсов). Сестринские хроматиды к концу этой фазы разделяются щелью, однако удерживаются в области центромеры.
Анафаза начинается с синхронного расщепления всех хромосом на сестринские хроматиды (в области центромеры) и движения дочерних хромосом к противоположным полюсам клеток, происходящего вдоль микротрубочек. Анафаза завершается скоплением на полюсах клетки двух идентичных наборов хромосом, которые образуют картину звезд (стадия дочерних звезд). В конце анафазы начинает образовываться клеточная
перетяжка, благодаря сокращению актиновых микрофиламентов, которые концентрируются по окружности клетки.
Телофаза характеризуется реконструкцией ядер дочерних клеток и завершением их разделения. Ядерная оболочка восстанавливается,
хромосомы постепенно деспирализуются, замещаясь картиной хроматина интерфазного ядра, а в конце телофазы вновь появляется ядрышко. Углубление клеточной перетяжки завершается полной цитотомией с формированием двух дочерних клеток. При этом происходит распределение органелл между дочерними клетками.
При повреждении митотического аппарата могут возникнуть
Скачать 0.51 Mb.