Гистология клетки. гистология клетки. Основные положения клеточной теории Шванна и Шлейдена

• Название: Основные положения клеточной теории Шванна и Шлейдена
• Анкор: Гистология клетки
• Дата: 26.01.2021
• Размер: 165.25 Kb.
• Имя файла: гистология клетки.docx
• Тип: Документы; #171515

1. В середине XIX века была сформирована клеточная теория Шванна и Шлейдена. Немецкие биологи доказали, что клетка является основой живого организма, а вне клетки жизнь существовать не может. Автором клеточной теории считается Шванн. Под влиянием работ Шлейдена (поэтому он считается соавтором) сформулировал основные положения клеточной теории, которые справедливы до сих пор. К концу XIX века были открыты митоз и мейоз, а клеточная теория, получившая научное признание, была дополнена.

Основные положения клеточной теории Шванна и Шлейдена

Большой вклад в развитие клеточной теории на этом этапе был сделан немецкими учеными Т. Шванном и М. Шлейденом, которые в частности сформулировали основные постулаты клеточной теории, вот они:

• 
  Все без исключения организмы состоят из маленьких одинаковых частей – клеток, которые растут и развиваются по одним и тем же законам.
  
• 
  Общий принцип развития элементарных частей организма – клеткообразование.
  
• 
  Каждая клетка представляет собой сложный биологический механизм и является своего рода отдельным индивидом. Совокупность же клеток образует ткани.
  
• 
  В клетках происходят разные процессы, такие как возникновение новых клеток, увеличение клеток в размерах, утолщение их стенок и так далее.
  

современная клеточная теория:

• 
  клетка – морфологическая и функциональная единица строения организмов (исключение – вирусы);
  
• 
  все клетки сходны (гомологичны) по строению и химическому составу;
  
• 
  клетки способны к метаболизму и саморегуляции за счёт работы органоидов;
  
• 
  клетки делятся исключительно делением;
  
• 
  клетки многоклеточных организмов специализированы по выполняемым функциям и объединены в ткани и органы.
  

Клетка — это основная единица живого (биологической активности), ограниченная полупроницаемой мембраной и способная к самовоспроизведению в среде, не содержащей живых систем. Жизнь начинается с клетки. Вне клеток нет жизни.

Содержимое клетки отделено от окружающей среды плазматической мембраной, или плазмалеммой. Внутри клетка заполнена цитоплазмой, в которой расположены различные органеллы и клеточные включения, а также генетический материал в виде молекулы ДНК. Каждая из органелл клетки выполняет свою особую функцию, а в совокупности все они определяют жизнедеятельность клетки в целом.

Классификация органоидов по наличию мембраны:

•  мембранные (ядро, митохондрии, пластиды, эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы)

•  немембранные (рибосомы, клеточный центр, элементы цитоскелета (микротрубочки, микрофиламенты, промежуточные филаменты), жгутики и реснички)

Классификация органоидов по функциональной специализации:

• органеллы общего назначения (гладкая и шероховатая эндоплазматиче- ская сеть, митохондрии, рибосомы и полисомы, пластинчатый комплекс, пероксисомы, микрофибриллы и микротрубочки, центриоли клеточного центра, пластиды)

специфические (микроворсинки кишечника, реснички эпителия трахеи и бронхов, жгутики, миофибриллы)

Формы организации живой материи:
I. Доклеточная:
1) вирусы: а. ДНК-содержащие б. РНК-содержащие
2) бактериофаги.
II. Клеточная форма:
1) Прокариоты :
а) бактерии - одноклеточные организмы
б) сине-зеленые водоросли - сходны с бактериями.
2) Эукариоты
III. Неклеточная форма

 2. Цитоплазма-часть растительной клетки ,за исключением ядра. У молодых растений цитоплазма занимает всю клетку ,у старых-постенно.

Слои цитоплазмы:

1)плазмолемма-под клеточной стенкой. Мембранное строение,избирательная проницательность.

2)мезоплазма(гиалоплазма)-вязко –упругий , тиксотронный гель .вязкоупругость обусловлена наличием трехмерной сетки белка.

3)тонопласт-клеточно-мембранное строение и способен к сокращению.

клеточная мембрана состоит из белков, липидов и углеводов. Липиды располагаются в два ряда. Наружный-гидрофильный. Гидрофобные липиды удерживаются ионными связями. Белки –транспортная и ферментативная ф-ии. Бывают: периферические, интегральные-могут пронизывать мембрану до середины или насквозь, либо располагаются свободно, удерживаются гидрофобным взаимодействием. Ионы металлов - обеспечивают полупроницаемость цитоплазмы.

По всей поверхности цитоплазмы имеются поры, через них проходят вещества ,которые не расходуются клеткой

МЕХАНИЗМЫ МЕМБРАННОГО ТРАНСПОРТА

Транспорт веществ через мембрану клетки осуществляется диффузией через липидный бислой или посредством двух классов мембранных белков — переносчиков или каналов.

Пассивный транспорт

Пассивный транспорт может происходить непосредственно через фосфолипидный слой, через белки- переносчики или через белковые каналы.

Движущая сила может обеспечиваться:

• 
  разностью концентрации транспортируемого вещества (диффузия) или осмотического давления (осмос) на разных сторонах мембраны.
  
• 
  транспорт воды обеспечивается разностью осмотического давления с помощью белков-аквапоринов.
  
• 
  разностью электрического потенциала на мембране (если транспортируемое вещество несет заряд);
  

Простая диффузия — перенос веществ через мембрану по градиенту концентрации (из области высокой концентрации в область низкой концентрации) без затрат энергии.

Путём простой диффузии в клетку проникают гидрофобные вещества (кислород, азот, бензол) и полярные маленькие молекулы (вода, углекислый газ, мочевина). Не проникают полярные относительно крупные молекулы (аминокислоты, моносахариды), заряженные частицы (ионы) и макромолекулы (ДНК, белки).

Осмос — односторонняя диффузия растворителя (воды) через полупроницаемую мембрану в более концентрированный раствор.

Из-за того, что более концентрированный раствор содержит меньшую концентрацию молекул растворителя, в него путем диффузии просачивается растворитель из менее концентрированного раствора и разбавляет его до тех пор, пока концентрация не станет равной по обе стороны мембраны.

В случае, когда мембрана плохо проницаема, либо непроницаема для данного вещества, она подвергается действию осмотических сил. При более низкой концентрации вещества в клетке вода из нее выходит, и клетка сжимается, при более высокой концентрации — впускает внутрь воду, и клетка увеличивается в объеме.

Облегченная диффузия — процесс трансмембранного переноса веществ по градиенту концентрации с участием мембранных белков-переносчиков без затраты энергии.

Активный транспорт — процесс трансмембранного переноса веществ против их градиента концентрации с затратами энергии.

Активный транспорт всегда происходит посредством белков-носителей, называемых транспортерами.

Унипорт — перенос через мембрану отдельного растворенного вещества.

Более сложная функция переносчиков-транспортировать два растворенных вещества совместно, так что перенос одного зависит от одновременного переноса другого в том же самом направлении (симпорт) или в противоположном направлении (антипорт).

  эндоцитоз

Транспорт макромолекул, их комплексов и крупных частиц внутрь клетки происходит совершенно иным путем — посредством эндоцитоза. Выведение тех же грузов из клетки называется экзоцитозом.

При эндоцитозе (эндо — внутрь) определенный участок плазмалеммы захватывает и как бы обволакивает внеклеточный материал, заключая его в мембранную вакуоль, возникшую вследствие впя-чивания мембраны. В дальнейшем такая вакуоль соединяется с лизосомой, ферменты которой расщепляют макромолекулы до мономеров.

Экзоцитоз (экзо — наружу) — процесс, обратный эндоцитозу. Благодаря ему клетка выводит внутриклеточные продукты или непереваренные остатки, заключенные в вакуоли или пузырьки. Пузырек подходит к цитоплазматической мембране, сливается с ней, а его содержимое выделяется в окружающую среду. Так выводятся пищеварительные ферменты, гормоны, гемицеллюлоза и др.

3. ЭПС – мембранная органелла, состоящая из плоских мембранных мешочков – цистерн, каналов и трубочек. Благодаря такому строению эндоплазматическая сеть значительно увеличивает площадь внутренней поверхности клетки и делит клетку на секции. Внутри она заполнена матриксом (умеренно плотный рыхлый материал (продукт синтеза)). Содержание различных химических веществ в секциях неодинаково, потому в клетке как одновременно, так и в определённой последовательности могут происходить различные химические реакции в незначительном объёме клетки. Эндоплазматическая сеть открывается в перинуклеарное пространство (полость между двумя мембранами кариолемы).
Мембрана эндоплазматической сети состоит из белков и липидов (в основном фосфолипидов), а так же ферментов: аденозинтрифосфатазы и ферментов синтеза мембранных липидов.
Различают два вида эндоплазматической сети:

• 
  Гладкую (агранулярную, аЭПС), представленную трубочками, которые анастамозируют между собой и не имеют на поверхности рибосом;
  
• 
  Шероховатую (гранулярную, грЭПС), состоящую так же из соединённых между собой цистерн, но они покрыты рибосомами.
  

Гранулярная ЭС свойственна всем клеткам (кроме сперматозоидов), но степень её развития разная и зависит от специализации клетки. Сильно развита грЭПС эпителиальных железистых клеток (поджелудочной железы, вырабатывающих пищеварительные ферменты, печени – синтезирующих альбумины сыворотки крови), фибробластов (клеток соединительной ткани, продуцирующих белок коллаген), плазматических клеток (продуцирование иммуноглобулинов).

Агранулярная ЭПС преобладает в клетках надпочечников (синтез стероидных гормонов), в клетках мышц (обмен кальция), в клетках фундальных желез желудка (выделение ионов хлора). Другим видом мембран ЭПС являются разветвлённые мембранные трубочки, содержащие внутри большое количество специфических ферментов, и везикулы – маленькие, окружённые мембраной пузырьки, в основном находящиеся рядом с трубочками и цистернами. Они обеспечивают перенесение тех веществ, которые синтезируются.

Функции ЭПС
Функции гладкой (агранулярной) эндоплазматической сети Агранулярная эндоплазматическая сеть, кроме названных функций, общих для обоих видов ЭС, выполняет ещё и свойственные только для неё функции:

• 
  депо кальция
  
• 
  ; детоксикационная функция – обезвреживание єкзогенных и эндогенных токсинов;
  
• 
  ферменты органеллы берут участие в синтезе гликогена (в клетках печени).
  
  
  

Функции шероховатой (гранулярной) эндоплазматической сети

Для гранулярной эндоплазматической сети, кроме перечисленных общих функций, свойственны ещё и специальные:

• 
  синтез белков ЭС. Гранулярная эндоплазматическая сеть синтезирует: все белки клеточной мембраны (кроме некоторых гидрофобных белков, белков внутренних мембран митохондрий и хлоропластов), специфические белки внутренней фазы мембранных органелл, а так же секреторные белки, которые транспортируются по клетке и поступают во внеклеточное пространство. пострансляционная модификация белков: гидроксилирование, сульфатирование, фосфориллирование.
  
• 
  Важным процессом является гликозилирование, которое происходит под действием связанного с мембраной фермента гликозилтранферазы. Гликозилирование происходит перед секрецией или транспортом веществ к некоторым участкам клетки ( комплексу Гольджи, лизосомам или плазмолемме).
  
• 
  транспорт веществ по внутримембранной части сети.
  
• 
  Синтезированные белки по промежуткам ЭС перемещаются к комплексу Гольджи, который выводит вещества из клетки. благодаря участию гранулярной эндоплазматической сети образуется комплекс Гольджи.
  
  
  

Аппарат Гольджи – одномембранная, микроскопическая органелла эукариотической клетки, которая предназначена для завершения процессов синтеза клетки и обеспечивает вывод образовавшихся веществ.

Строение комплекса Гольджи

В пластинчатом комплексе (аппарат Гольджи) имеется три части:

• 
  Цис-цистерна — находится вблизи ядра, постоянно взаимодействует с гранулярной эндоплазматической сетью;
  
• 
  медиал-цистерна или промежуточная часть;
  
• 
  транс-цистерна — отдаленная от ядра, дает трубчатые разветвления, формируя транс-сеть Гольджи.
  

Функции

• 
  Протеолиз белковых веществ, что приводит к активации белков, так проинсулин переходит в инсулин.
  
• 
  Обеспечивает транспорт из клетки продуктов синтеза ЭПС.
  
• 
  Самой важной функцией комплекса Гольджи считают выведение из клетки продуктов синтеза, поэтому его еще называют транспортным аппаратом клетки.
  
• 
  Синтез полисахаридов, таких как пектин, гемицеллюлоза, которые входят в состав мембран растительных клеток, образование гликозаминогликанов, одного из составляющих межклеточной жидкости.
  
• 
  В цистернах пластинчатого комплекса идет созревание белковых веществ, необходимых для секреции, трансмембранных протеинов клеточной мембраны, ферментов лизосом и др. В процессе созревания белки постепенно перемещаются по отделам органоида, в которых завершается их формирование и происходит гликозилирование и фосфорилирование.
  
• 
  Формирование липоптротеидных веществ. Синтез и накопление слизистых веществ (муцина). Образование гликолипидов, которые входят в состав мембранного гликокаликса.
  
• 
  Передает белки в трех направлениях: к лизосомам (перенос контролируется ферментом – маннозой- 6-фосфат), к мембранам или внутриклеточной среде, и к межклеточному пространству.
  
• 
  Вместе с зернистой ЭПС образует лизосомы, путем слияния отпочковавшихся везикул с автолитическими ферментами.
  
• 
  Экзоцитозный перенос – везикула, подойдя к мембране, встраивается в нее и оставляет свое содержимое с наружной стороны клетки.
  

4. Митохондрии — это микроскопические мембранные органоиды, которые обеспечивают клетку энергией. Поэтому их называют энергетическими станциями (аккумулятором) клеток.

Особенности строения

Митохондрии относятся к двухмембранным органеллам, имеют внешнюю и внутреннюю оболочки, межмембранное пространство между ними и матрикс.

Внешняя мембрана. Она гладкая, не имеет складок, отграничивает внутреннее содержимое от цитоплазмы. Ширина ее равна 7нм, в составе находятся липиды и белки. Важную роль выполняет порин — белок, образующий каналы во внешней мембране. Они обеспечивают ионный и молекулярный обмен.

Межмембранное пространство. Величина межмембранного пространства около 20нм. Вещество, заполняющее его по составу сходно с цитоплазмой, за исключением крупных молекул, которые могут сюда проникнуть только путем активного транспорта.

Внутренняя мембрана. Построена в основном из белка, только треть отводится на липидные вещества. Большое количество белков являются транспортными, так как внутренняя мембрана лишена свободно проходимых пор. Она формирует много выростов – крист, которые выглядят, как приплюснутые гребни. Окисление органических соединений до CO2 в митохондриях происходит на мембранах крист. Этот процесс кислородзависимый и осуществляется под действием АТФ-синтетазы. Высвобожденная энергия сохраняется в виде молекул АТФ и используется по мере необходимости.

Матрикс – внутренняя среда митохондрий, имеет зернистую однородную структуру. В электронном микроскопе можно увидеть гранулы и нити в клубках, которые свободно лежат между кристами. В матриксе находится полуавтономная система синтеза белка – здесь расположены ДНК, все виды РНК, рибосомы. Но все же большая часть белков поставляется с ядра, поэтому митохондрии называют полуавтономными органеллами.

Функции в клетке

• 
  Основная функция митохондрий – образование молекул АТФ.
  
• 
  Депонирование ионов Кальция.
  
• 
  Участие в обмене воды.
  
• 
  Синтез предшественников стероидных гормонов.
  

Деление. Митохондрии способны к самостоятельному размножению, имея собственный геном. Органеллы делятся с помощью перетяжки или перегородок. Формирование новых митохондрий в разных клетках отличается периодичностью, например, в печеночной ткани они сменяются каждые 10 дней.

Лизосомы (от гр. lysis – «разложение, растворение, распад» и soma – «тело») – это пузырьки диаметром 200–400 мкм. (обычно). Имеют одномембранную оболочку, которая снаружи иногда бывает покрыта волокнистым белковым слоем. Содержат набор ферментов (кислых гидролаз), которые осуществляют при низких значениях рН гидролитическое (в присутствии воды) расщепление веществ (нуклеиновых кислот, белков, жиров, углеводов). Основная функция – внутриклеточное переваривание различных химических соединений и клеточных структур.

Выделяют первичные (неактивные) и вторичные лизосомы (в них протекает процесс переваривания). Вторичные лизосомы образуются из первичных. Они подразделяются на гетеролизосомы и аутолизосомы.

В гетеролизосомах (или фаголизосомах) протекает процесс переваривания материала, который поступает в клетку извне путем активного транспорта (пиноцитоза и фагоцитоза).

В аутолизосомах (или цитолизосомах) подвергаются разрушению собственные клеточные структуры, которые завершили свою жизнь.

Вторичные лизосомы, которые уже перестали переваривать материал, называются остаточными тельцами. В них нет гидро-лаз, содержится непереваренный материал.

При нарушении целостности мембраны лизосом или при заболевании клетки гидролазы поступают внутрь клетки из лизосом и осуществляют ее самопереваривание (автолиз). Этот же процесс лежит в основе процесса естественной гибели всех клеток (апоптоза).

Пероксисомы представляют собой небольшие органеллы, присутствующие в эукариотических клетках.
Пероксисомы окружены одной мембраной и содержат ферменты, которые продуцируют перекись водорода в качестве побочного продукта. Ферменты разлагают органические молекулы через реакции окисления, производя в процессе перекись водорода.
Функция пероксисом

В дополнение к участию в окислении и разложении органических молекул пероксисомы также участвуют в синтезе важных молекул. В клетках животных пероксисомы синтезируют холестерин и желчные кислоты (продуцируемые в печени). Определенные ферменты в пероксисомах необходимы для синтеза специфического типа фосфолипида, который необходим для построения тканей сердца и головного мозга. Пероксисомальная дисфункция может привести к развитию расстройств, влияющих на центральную нервную систему, поскольку периоксомы участвуют в производстве липидного покрытия (миелиновой оболочки) нервных волокон. Большинство нарушений пероксисом являются результатом мутаций генов, которые наследуются как аутосомно-рецессивные заболевания. Это означает, что люди наследуют две копии аномального гена, по одному от каждого родителя. В растительных клетках пероксисомы превращают жирные кислоты в углеводы для метаболизма в прорастающих семенах. Они также участвуют в фотодыхании, которое происходит, когда уровни углекислого газа в листьях растений становятся слишком низкими. Фотореспирация сохраняет углекислый газ за счет ограничения количества CO2, доступного для использования при фотосинтезе.

5. Цитоскелет - это совокупность нитевидных белковых структур находящихся в цитоплазме живой клетки и образующих клеточный скелет или каркас. В 2001 году было установлено, что цитоскелет есть и в эукариотичских и прокариотических клетках. До 2001 года считалось то, что прокариотические клетки не имеют цитоскелета. Выделяют несколько основных систем цитослекелета клетки, которые делятся по основным белкам, входящим в состав (кератины, тубулин-динеиновая система или актин-миозиновая система) или по основным структурным элементам, заметным при электронно-микроскопических исследованиях (микрофиламенты, микротрубочки или промежуточные филаменты).

Функции цитоскелета

Цитоскелет выполняет следующие функции:
1. Из названия цитоскелет можно понять его главную функцию. Он является скелетом или каркасом клетки;
2. Он придаёт клетке определённую форму и обеспечивает внутри клетки перемещение и взаимодействие органелл;
3. Цитоскелет может изменяться при изменении внешних условий и состояния клетки;
4. За счёт измененеия структуры обеспечивает движение цитоплазмы, изменение формы клеток в процессе роста.

Микротрубочки

Микротрубочки представляют собой полые цилиндры порядка 25 нм диаметром, стенки которых составлены из 13 протофиламентов, каждый из которых представляет линейный полимер из димера белка тубулина. Димер состоит из двух субъединиц — альфа- и бета- формы тубулина. Растут микротрубочки с одного конца путем добавления тубулиновых субъединиц. Рост может начаться лишь при наличии матрицы.

Функции:Микротрубочки принимают участие в различных внутриклеточных процессах;регулируют расхождение хроматид или хромосом(осуществляется это за счет скольжения миротрубочек),участвуют в перемещении различных клеточных органелл(пример:в перемещении пузырьков Гольджи к формирующейся клеточной пластинке).

Микрофиламенты

Порядка 7 нм в диаметре, микрофиламенты представляют собой две цепочки из мономеров актина, закрученные спиралью. В основном они сконцентрированы у внешней мембраны клетки.

Функции:Отвечают за форму клетки и способны образовывать выступы на поверхности клетки (псевдоподии и микроворсинки). Также они участвуют в межклеточном взаимодействии (образовании адгезивных контактов), передаче сигналов и, вместе с миозином — в мышечном сокращении. С помощью цитоплазматических миозинов по микрофиламентам может осуществляться везикулярный транспорт.

Промежуточные филаменты

Промежуточные филаменты напоминают канат, имеющий толщину около 8-10 нм, состоящий из фибриллярных мономеров. Они локализуются главным образом в околоядерной зоне и в пучках фибрилл, отходящих к периферии клеток и располагающихся под плазматической мембраной. Встречаются во всех типах клеток животных, но особенно обильны в тех, которые подвержены механическим воздействиям: клетки эпидермиса, нервные отростки, гладкие и исчерченные мышечные клетки.

Функции: Они служат истинно опорной системой в клетках подвергающихся значительным физическим нагрузкам.

6. Реснички и жгутики – органоиды специального назначения, выполняющие двигательную функцию и выступающие из клетки. Различий в ультрамикроскопическом строении ресничек и жгутиков нет. Жгутики отличаются от ресничек лишь длиной. Длина ресничек составляет 5-10 мкм, а длина жгутиков может достигать 150 мкм. Диаметр их составляет около 0,2 мкм

КЛЕТОЧНЫЙ ЦЕНТР Клеточный центр играет ключевую роль в организации цитоскелета: многочисленные цитоплазматические микротрубочки расходятся во все стороны именно из этой области. Они определяют геометрию клетки, ориентируя перемещение различных органелл. в середине клеточного центра находятся центриоли - цилиндры , длиной 0, 3 мкм и диаметром 0, 1 мкм, по окружности которых располагается 9 триплетов микротрубочек. Центриолей нет у высших растений. Перед делением клетки возле каждой центриоли возникает дочерняя центриоль. От центриолей, расходящихся к полюсам клетки, протягиваются микротрубочки. Они образуют митотическое веретено, обеспечивающее распределение хромосом между дочерними клетками.

Микроворсинки. Микроворсинки – пальцевидные выросты цитоплазмы клетки. Микроворсинки обеспечивают многократное увеличение площади поверхности клетки