Цитол_Эпителии_Кровь_Соед_тк-4. "учение о клетке (общая цитология)"
 Скачать 0.61 Mb.
|
|
"УЧЕНИЕ О КЛЕТКЕ (ОБЩАЯ ЦИТОЛОГИЯ)" А. Определение понятия "клетка". Сравнительная характеристика прокариотов и эукариотов Б. Методы исследования клетки В. Морфология клетки 1) Общая (описательная) морфология клетки 2) Основные принципы структурной организации клетки а) мембранный принцип (и основные сведения о биологической мембране) б) фибриллярно-трубчатый принцип в) глобулярный принцип 3) Схема структурной организации клетки (и основные сведения о ее структурных компонентах) а) плазматическая мембрана б) цитоплазма в) ядро (и виды деления клетки) г) функциональные аппараты клетки Г. Физиология клетки 1) Общие проявления жизнедеятельности клетки а) метаболизм и его структурное обеспечение 2) Жизненный цикл клетки а) определение б) деление в) рост г) дифференцировка д) активное функционирование е) старение ж) гибель А. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОНЯТИЯ “КЛЕТКА” - Клетка — элементарная единица структуры, функции и развития живой материи, которая характеризуется подразделением на ядро (или нуклеоид), цитоплазму и клеточную мембрану и обладает всем комплексом свойств живого: самовоспроизведением, саморазвитием (ростом), саморегуляцией, обменом веществ и энергии, раздражимостью, подвижностью, адаптацией и способностью противостоять увеличению энтропии. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОКАРИОТ И ЭУКАРИОТ
Обозначения: @ — находящаяся в центре прокариотической клетки структура, имеющая форму ромашки (центральная часть – остов – образован РНК, “лепестки” — 50 петель ДНК); * — участки ДНК, не кодирующие первичную структуру белков, рРНК и тРНК, выполняют регуляторные функции в клетке; ** — за исключением половых клеток и соматических клеток некоторых водорослей, грибов, растений (мхов); *** — прокариотические клетки размножаются простым поперечным делением; в/кл — внутриклеточные. Б. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КЛЕТКИ 1) Методы исследования структурной организации клетки. Световая микроскопия. • Получение четких изображений мелких (недоступных человеческому глазу) биологических объектов (микроорганизмов, клеток и тканей многоклеточных организмов и др.) с помощью микроскопа, в котором объект освещается видимым светом. • Применяется для изучения строения клеток, тканей и органов. Электронная микроскопия. • Получение детальных изображений макромолекул, вирусов, бактерий, клеток и тканей многоклеточных организмов и др. биообъектов при помощи электронных микроскопов, в которых в качестве источника освещения используется поток электронов; • Применяется для изучения ультраструктуры клеток и их различных структурных компонентов — биополимерных молекул, органелл; применяя электронноплотные маркеры (коллоидное золото и др.), можно исследовать и функциональную морфологию клетки — закономерности поступления и трансформации в клетке различных веществ. 2) Методы исследования химической организации клетки. Дифференциальное центрифугирование. • Центрифугирование смеси, полученной в результате разрушения клеток (ткани, органа), в специальных центрифугах при различных скоростях вращения ротора, что позволяет раздельно осаждать частицы с различной массой (ядра, органеллы, макромолекулы). • Получение чистых фракций различных субклеточных структур для последующего биохимического и биофизического исследований. Электрофорез. • Движение заряженных частиц (макромолекул и др.), взвешенных в электролите, при наложении внешнего электрического поля; осуществляется в среде пористого наполнителя (хромато-графическая бумага, гели); в зависимости от величины и знака заряда частиц они перемещаются к катоду или аноду и занимают совершенно определенное место (зону). • Используется для разделения сложных смесей биополимеров — белков, нуклеиновых кислот и др. Рентгеноструктурный анализ. • Основан на изучении дифракции, возникающей при взаимодействии рентгеновского излучения с кристаллическим образцом. • Применяется для исследования атомно-молекулярного строения биологических полимеров — пептидов, полисахаридов, нуклеиновых кислот. 3) Методы исследования жизнедеятельности клетки. Авторадиография. • Изучение распределения радиоактивных компонентов по поверхности гистологического среза основано на регистрации ядерного излучения (чаще всего, бета-частиц) с помощью фотоэмульсии. • Применяется для исследования структурных основ и кинетических характеристик метаболизма различных веществ в клетке (ткани). Культура клеток. • Выращивание изолированных клеток вне организма путем создания условий, благоприятных для их жизнедеятельности (питательная среда, поступление кислорода, оптимальная температура). • Используется для изучения особенностей поведения клеток в отсутствие влияний интегрирующих систем организма (нервной, эндокринной, иммунной); исследование взаимодействия клеток с клетками других типов, вирусами, бактериями. Микрохирургия. • Проведение различных микроманипуляций с клеткой или ее структурными компонентами: удаление или пересадка ядра (яд- рышка), введение микроэлектродов, микроинъекции красителей и т.д. • Используется как методический прием для решения различных научных задач, в частности для изучения роли ядра и цитоплазмы в развитии зародыша. Генная инженерия. В. МОРФОЛОГИЯ КЛЕТКИ 1) Общая (описательная) морфология клетки • Размеры: — клеток эукариот — от 5 —7 мкм (эритроциты млекопитающих) до нескольких сот микрометров и более (яйцеклетки птиц). • Форма — клетки эукариот сферические (яйцеклетка), отрост-чатые (нервная клетка), в виде двояковогнутого диска (эритроцит), веретенообразные (гладкомышечная клетка), плоские (эпи-телиоцит выстилки кровеносных сосудов), кубические (эпители-оцит выстилки канальцев почки), призматические (клетка кишечного эпителия), неопределенные (амеба, зернистый лейкоцит) и др. 2) Основные принципы структурной организации клетки 1. Мембранный принцип. Мембрана является универсальным строительным блоком большинства клеточных структур. а) Химический состав биологических мембран: • Липиды: полярные (фосфолипиды, сфингомиелины — основные структурообразующие липиды; в их молекуле имеются четко разграниченные гидрофильная и гидрофобная области) и неполярные (холестерин — главный регулятор вязкости и, соответственно, текучих свойств мембраны). • Белки: по функции — структурные, ферментные, транспортные, рецепторные; по топографии в мембране — интегральные (крупные белки, пронизывающие толщу мембраны), периферические, поверхностные. • Вода и минеральные элементы (Са2+, Mg2+ и др.). • Углеводы и другие компоненты. б) Молекулярная организация. Под электронным микроскопом биологическая мембрана выглядит как двухконтурная трехслойная (два темных слоя с краев и один светлый слой в середине) структура толщиной около 8 нм. • Основу биологической мембраны составляет двойной слой фосфолипидов, молекулы которых расположены в пространстве таким образом, что их заряженные головки образуют наружный гидрофильный слой, а незаряженные жирнокислотные хвосты, ориентированные внутрь, формируют гидрофобный слой. в) Общие функции и свойства мембран. • Разграничительная — мембраны отграничивают клетку от окружающей микросреды, ядро от цитоплазмы, формируют стенку ряда цитоплазматических органелл и включений, делят внутренний объем цитоплазмы и клетки в целом на отдельные относительно автономные “отсеки” — компартменты, в которых поддерживается неравновесная концентрация веществ. • Транспортная — через мембрану или вдоль нее осуществляется перемещение различных веществ и частиц (механизмы трансмембранного переноса см. в разделе “Клеточная оболочка”). • Метаболическая — на поверхности и во внутреннем объеме мембраны протекают разнообразные биохимические реакции, катализируемые встроенными в нее ферментами. • Рецепторная — в конструкцию мембраны “вмонтированы” особые рецепторные белки, осуществляющие специфическое связывание химических веществ-сигналов, идущих от других структурных компонентов клетки или из внеклеточного окружения. Благодаря им осуществляется регуляция и координация процессов, протекающих в мембранных структурах клетки. • Способность к самосборке и саморазборке — в зависимости от химического состава и физико-химических характеристик микросреды мембраны распадаются на составляющие их химические компоненты или формируют новые мембранные структуры. • Самозамыкаемость — мембраны не имеют свободных краев, способных взаимодействовать с водным окружением, и поэтому замыкаются в везикулярные, цилиндрические и другие образования. • Асимметричность — поверхности плазматической и других мембран клетки существенно различаются по липидному составу и по набору связанных с ними белков. г) Мембранные структурные клетки: — плазмалемма (клеточная мембрана); — ядерная оболочка; — цитоплазматическая сеть; — комплекс Гольджи; — митохондрии; — лизосомы; — пероксисомы; — пластиды. 2. Фибриллярно-трубчатый принцип. Некоторые внутриклеточные структуры имеют нитчатое или трубчатое строение. При электронной микроскопии они выглядят сходным образом, поэтому такие структуры объединены в одну группу. К ним относятся: — хроматиновые структуры ядра (хроматин, хромосомы); — микротрубочки; — микрофиламенты; — промежуточные филаменты; — клеточный центр; — базальное тельце жгутиков и ресничек; — миофибриллы (органеллы специального значения, встречающиеся в структурных элементах мышечных тканей). 3. Глобулярный принцип. Одна из клеточных структур — рибосома — имеет шаровидную форму. 3) Схема структурной организации клетки. КЛЕТКА клеточная цитоплазма ядро оболочка гиалоплазма структу- нуклеоплазма структу- рированная рированная часть часть органеллы включения общего спец. значения значения 1 – 11 12 – 18 ядерная ядрышко скелетные хромати- оболочка структуры новые струк- туры Примечание: А – органеллы общего значения: 1 — агранулярная цитоплазматическая сеть; 2 — гранулярная цитоплазматическая сеть; 3 — пластинчатый аппарат Гольджи; 4— митохондрия; 5— лизосома; 6 — пероксисома; 7— клеточный центр; 8 — микротрубочки; 9— промежуточные филаменты; 10 — микрофиламенты; 11 — рибосома; Б – органеллы специального значения: 12 — миофибриллы; 13 — нейрофибриллы; 14 — синаптические пузырьки; 15— пластиды; 16 — вакуоли (15 и 16 – в растительных клетках); 17 — пищеварительная вакуоль; 18— выделительная вакуоль (17 и 18 — у одноклеточных животных). Плазматическая мембрана (плазмалемма) 1. Характерные черты строения • Большая толщина плазматической мембраны (плазмалеммы) вследствие высокого содержания интегральных белков. • Наличие гликокаликса — надмембранной войлокообразной структуры, образованной углеводными остатками интегральных белков (гликопротеидов). • Наличие подмембранного комплекса, представляющего собой ажурную конструкцию, состоящую из микротрубочек, промежуточных фибрилл, микрофиламентов и других структур (часть цитоскелета). 2. Функции. •Защитная: физическая — за счет вязко-эластических свойств плазмалеммы; химическая — за счет буферных свойств относительно автономного слоя жидкости, “пропитывающего” гликокаликс. • Транспортная: механизмы транспорта с затратой без затраты плазмалеммы плазмалеммы диффузия ультрафильтрация активный перенос фагоцитоз пиноцитоз простая облегченная Обозначения: 1 — захват плотных частиц; 2 — захват капелек жидкости [1 и 2 — соответственно эндоцитоз (если в клетку) и экзоцитоз (если из клетки]; 3 — транспорт веществ по градиенту концентрации; 4 — транспорт веществ по градиенту концентрации, но с большей скоростью, так как осуществляется с помощью белков-переносчиков (без затраты энергии); 5 — транспорт веществ вместе с растворителем по градиенту гидростатического давления; 6 — транспорт субстратов против градиента концентрации, при участии мембранных белков-ферментов, с затратой энергии (нередко в процессе переноса субстрата через мембрану он подвергается химической модификации). • Рецепторная — специфическое восприятие химических сигналов, идущих из внешней по отношению к клетке среды, и их передача внутренним структурным компонентам клетки. • Поддержание формы клетки. • Участие в активном движении клетки. • Формообразовательная — неоднородность строения клеточной оболочки обеспечивает формирование разнообразных многоклеточных и колониальных структур — тканей многоклеточных организмов, колоний прокариот; частным случаем гетерогенности клеточной оболочки является наличие межклеточных контактов (см. ниже). 3. Специализированные образования плазматической мембраны. Дифференцированность плазмалеммы наиболее выражена у поляризованных клеток, в частности, клеток эпителиев. Для таких клеток характерно наличие двух полюсов (апикального и базального). В соответствии с этим в плазматической мембране выделяют апикальную, латеральную (боковую) и базальную части. На апикальной части плазмалеммы — жгутики, реснички и микроворсинки. • Жгутики — длинные и немногочисленные; встречаются главным образом у одноклеточных; у многоклеточных организмов ими снабжены некоторые специализированные клетки, например, сперматозоиды. • Реснички — короткие и многочисленные; встречаются у одноклеточных и некоторых клеток многоклеточных организмов, например клеток эпителия трахеи. • Представляют собой пальцеобразные выросты плазмалеммы, содержащие внутри аксонему (цилиндр из 10 диад микротрубочек: 9 по периферии + 1 в центре), в основании которой лежит базальное тельце (строение аналогично центриоли). • Функция — двигательная. • Микроворсинки — многочисленные пальцеобразные выросты плазмалеммы, содержащие в центре пучок микрофибрилл, которые переплетаются между собой у основания и образуют терминальную сеть. Имеются у клеток кишечного эпителия и эпителия почечных канальцев. • Функции — пристеночное пищеварение и всасывание. На базальной части плазмалеммы — базальный лабиринт; включает древовидные впячивания (инвагинации) базальной части плазматической мембраны и митохондрии; встречается в клетках эпителия почечных канальцев. • Функции — транспорт воды и различных веществ в клетку и из клетки. Латеральная часть плазмалеммы принимает непосредственное участие в формировании межклеточных контактов. • С функциональных позиций подразделяются на три группы: адгезионные (обеспечивают механическое “скрепление” клеток; десмосомы, ленточные десмосомы, полудесмосомы), замыкающие (препятствуют проникновению веществ в межклеточные щели; плотный контакт), коммуникационные (передают химические и электрические сигналы от клетки к клетке; щелевидные контакты, синапсы). |