Цитология

1.Клеточная теория (П.Ф. Горянинов, М. Шлейдэн, Т. Шванн, Р. Вирхов). Значение клеточной теории для развития биологии и медицины. Основные положения клеточной теории.

Клеточная теория-основополагающая для общей биологии теория, сформулированная в середине XIX века, предоставившая базу для понимания закономерностей живого мира и для развития эволюционного учения.

М.Шлейден иТ.Шванн сформулировали клеточную теорию, основываясь на множестве исследований о клетке (1838). Рудольф Вирхов позднее (1858) дополнил её важнейшим положением- всякая клетка из клетки (т.е. любая клетка происходит только от клетки)

Павел Фёдорович Горянинов – профессор, доктор медицины Петербургской медико-хирургической академии.проводит параллель между растительными и животными клетками. Его система растений показывает часть общей системы природы в движении от простого к сложному. Он первый начал показывать соотношение растений между папоротникообразными, голосеменными и покрытосеменными.

Клеточная теория включает следующие главные положения:

1-клетка является универсальной элементарной единицей живого;

2-клетки всех организмов принципиально сходны по своему строению, функции и хим.составу;

3-клетки размножаются только путем деления исходной клетки;

4-клетки хранят, перерабатывают и реализуют генетическую информацию;

5-многоклеточные организмы являются сложными клеточными ансамблями, образующими целостные системы.

6-именно благодаря деятельности клеток в сложных организмах осуществляются рост, развитие, обмен веществ и энергии.

Значение клеточной теории

Стало ясно, что клетка – важнейшая составляющая часть живых организмов, их главный морфофизиологический компонент. Клетка – это основа многоклеточного организма, место протекания биохимических и физиологических процессов в организме. На клеточном уровне в конечном итоге происходят все биологические процессы. Клеточная теория позволила сделать вывод о сходстве химического состава всех клеток, общем плане их строения, что подтверждает филогенетическое единство всего живого мира.

2. Физико-химические свойства и структура цитоплазмы. Включения, их классификация.

Химический состав: вода 75-85% белки 10-20% липиды 2-3% углеводы 1% нуклеиновые кислоты 3-4% неорганические соединения 1%

По Физико-химическим свойствам это 1)коллоидная система 2)эмульсия 3)истинный раствор

Структура цитоплазмы: гиалоплазма, органоиды общего и специального значения, включения.

Гиалоплазма-это коллоидная система способная переходить из состояния золя в гель и обратно.

Функции:1. Объединяет все клеточные структуры и обеспечивает взаимодействие их;

2. Через нее осуществляется большая часть внутриклеточных транспортных процессов;

3. Идет постоянный поток ионов к цитолемме и от нее;

4. Основное вместилище и зона перемещения АТФ;

5. Зона отложения запасных продуктов – гликогена, жиров и др.

Органоиды-Общего значении-Мембранного строения: 1)цитоплазматическая

сеть; 2) комплекс Гольджи;3) лизосомы.4) пероксисомы;5) митохондрии и

Специального значения-НемембранногоСтроения1)рибосомы2)клеточный центр;3) микротрубочки.

Включения-Непостоянные образования в клетке, располагаются либо диффузно, либо образуют скопления в виде вакуолей, гранул, кристаллов.

ГруппыВключений:1)трофические;2)экскреторные;3)секреторные;4)специальные(пигментные)

3. Мембраны клетки, их строение и значение в жизни клетки

Функционально активные поверхностные структуры толщиной в несколько молекулярных слоев, ограничивающие цитоплазму и большинство органелл клетки, а также образующие единую внутриклеточную систему канальцев, складок, замкнутых областей.

Функции:

1. Барьерная функция

2. Перенос веществ в обе стороны

3. Способность генерировать и проводить электрические потенциалы

4. Процессы трансформации и запасания энергии (важнейшие процессы такие как фотосинтез происходят в мембранах органелл)

5. Метаболические функции (разграничение клетки на несколько частей что бы отделить протекание различных процессов)

6. Клеточная рецепция и межклеточные взаимодействия (взаимодействия между клетками, участие в иммунных реакциях)

Модели биологической мембраны

1. Бутербродная (слоистое строение) а) билипидный слой – гидрофобными концами обращены друг к другу,а гидрофильными головками наружу;б) белковые слои на поверхности билипидного слоя с внешней и внутренней стороны.

2. Ковровая – белки и липиды переплетаются друг с другом, как нити ковра;

3. Мозаичная- 3 группы белков: 1) интегральные (пронизывающие); 2) полуинтегральные (погруженные); 3) периферические.

4. Органоиды общего значения (мембранного и не мембранного строения), их строение и функции. Органоиды специального значения.

Органоиды мембранного строения

Цитоплазматическая Сеть (ЦПС): гладкая(агранулярная) и шероховатая (гранулярная).

Гладкая–комплекс внутриклеточных мембранных структур: множество канальцев и пузырьков.

Гранулярная–к наружной стенке канальцев прикрепляется рибосомы.

Функции Гладкая ЦПС :участвует в углеводном и жировом обмене:1) синтез липидов;2) расщепление сложных углеводов (гликогена). Транспортная.

Гранулярная ЦПС: 1) Синтез белков, выводимых из клетки, синтез белков мембран и матрикса цитоплазмы 2) Сегрегация и изоляция белков от основных функционирующих белков клетки 3) Модификация белков (глюкозирование) 4) Конденсация белков с образованием секреторных гранул.5)Образование и построение клеточных мембран;6) транспортная.

Происхождение: производные клеточной мембраны; производные ядерной мембраны.

Комплекс Гольджи: диффузный – диктиосомы и сетчатый.

Строение: 1) мембранные мешки (цистерны), лежащие стопками по 5-10 – диктиосомы 2) мелкие пузырьки в периферических участках 3) крупные вакуоли

.Ферменты комплекса Гольджи: Кислая и щелочная фосфотазы, пероксидазы, гидралазы и др.

Функции комплекса Гольджи: 1. Сегрегация и накопление белков, синтезированных в гранулярной ЦПС; 2. Синтез сложных углеводов – полисахаридов; 3.Выведение готовых секретов за пределы клетки; 4. Образование лизосом. Происхождение: 1–производные гранулярной ЦПС ;2–производные ядерной мембраны.

Лизосомы (0,2-0,4 мкм), окружены однослойной мембраной. Ферменты – гидралазы: кислая фосфотаза, рибонуклеаза, дезоксирибонуклеаза и др.(всего ~ 40) Явление автолиза.

Типы лизосом: 1)Первичные–образуются в комплексе Гольджи; 2)Вторичные–образуются при слиянии первичных лизосом или с фагоцитарными и пиноцитарными вакуолями; 3)Телолизосомы (остаточные тельца) – в них накапливаются непереваренные продукты, меньше ферментов; 4)аутосомы (аутофагосомы)–в них встречаются фрагменты или целые цитоплазматические структуры (митохондрии, ЦПС и др.)

Функции лизосом: 1 – внутриклеточное пищеварение; 2 – освобождают клетки от продуктов распада 3 – выполняют важную роль в защитных реакциях клетки и организма.

Происхождение – образуются в комплексе Гольджи.

Пероксисомы - Пузырьки округлой или овальной формы,0,3-1,5 мкм, окружены одинарной мембраной. Ферменты:1) окисления аминокислот;2) каталаза (разрушает Н2О2)Функции:1) обезвреживающие реакции;2) распад жирных кислот.

Происхождение–образуются из канальцев гладкой ЦПС.

Митохондрии - Отделены от цитоплазмы 2 мембранами: наружная – 7 нм и внутренняя – 10 нм, образует кристы между ними находится: наружная камера. Матрикс–внутреннее, содержимое митохондрии.

Функции:1) выработка всей энергии клетки в виде АТФ 2)обеспечивают внутриклеточное дыхание.

Происхождение–гипотеза эндосимбиотического происхождения.

Меланосома- строят липидную мембрану в основном в виде колбасоподобных или сигарообразных форм. Форма зависит от вида, а также от типа меланоцита.

Функция: синтез и хранение меланина

Вакуоли- одномембранное строение

Органоиды немембранного строения

Рибосомы- важнейший немембранный органоид живой клетки сферической или слегка эллипсоидной формы, диаметром от 15—20 нанометров (прокариоты) до 25—30 нанометров (эукариоты), состоящий из большой и малой субъединиц. Рибосомы служат для биосинтеза белка из аминокислот по заданной матрице на основе генетической информации, предоставляемой матричной РНК, или мРНК. Этот процесс называется трансляцией.

В эукариотических клетках рибосомы располагаются на мембранах эндоплазматической сети, хотя могут быть локализованы и в неприкрепленной форме в цитоплазме. Нередко с одной молекулой мРНК ассоциировано несколько рибосом, такая структура называется полирибосомой (полисомой). Синтез рибосом у эукариот происходит в специальной внутриядерной структуре — ядрышке.

Центрио́ль — внутриклеточный органоид эукариотической клетки, представляющий тельца в структуре клетки, размер которых находится на границе разрешающей способности светового микроскопа.

Эти органеллы в делящихся клетках принимают участие в формировании веретена деления и располагаются на его полюсах. В неделящихся клетках центриоли часто определяют полярность клеток эпителия и располагаются вблизи комплекса Гольджи.

Органоиды специального значения

Миофибри́ллы — органеллы клеток поперечнополосатых мышц, обеспечивающие их сокращение. Служат для сокращений мышечных волокон. Миофибрилла — нитевидная структура, состоящая из саркомеров. Каждый саркомер имеет длину около 2 мкм и содержит два типа белковых филаментов: тонкие миофиламенты из актина и толстые филаменты из миозина. Границы между филаментами (Z-диски) состоят из особых белков, к которым крепятся концы актиновых филаментов. Миозиновые филаменты также крепятся к границам саркомера с помощью нитей из белка титина (тайтина). С актиновыми филаментами связаны вспомогательные белки — небулин и белки тропонин-тропомиозинового комплекса.

Жгу́тик — поверхностная структура, присутствующая у многих прокариотических и эукариотических клеток и служащая для их движения в жидкой среде или по поверхности твёрдых сред. Жгутики эукариот толщиной до 200 нм и длиной до 200 мкм, они могут самостоятельно изгибаться по всей длине. Жгутики представляет собой тонкий вырост на поверхности клетки, одетый трёхслойной клеточной мембраной и содержащий аксонему — совокупность микротрубочек. Жгутик осуществляет движение по типу ундуляции, совершая 10—40 об/сек.

Реснички (цилии) — органеллы, представляющие собой тонкие (диаметром 0,1—0,6 мкм) волосковидные структуры на поверхности эукариотических клеток. Длина их может составлять от 3—15 мкм до 2 мм.

Микроворсинка — вырост эукариотической (обычно животной) клетки, имеющий пальцевидную форму и содержащий внутри цитоскелет из актиновых микрофиламентов. В организме человека микроворсинки имеют клетки эпителия тонкого кишечника, на которых микроворсинки формируют щеточную кайму, а также механорецепторы внутреннего уха — волосковые клетки

Тонофибриллы- нитчатые образования в эпителиальных клетках животных. Ранее полагали, что Т. протягиваются из одной клетки в другую. Однако электронномикроскопические исследования опровергли представления о непрерывности Т. Показано, что Т. сходятся в области десмосом, где они загибаются и возвращаются в глубь клетки. Вероятно, Т. обеспечивают механическую прочность клеток.

Нейрофибриллы - составляют опорную и дренажную систему нейронов. Не проводят нервных импульсов(нервные импульсы проводит наружняя мембрана).

Состоят из нейрофиламентов и нейротрубочек, образующих плотную сеть в перикарионе клетки и параллельные пучки в отростках.

5. Строение интерфазного клеточного ядра: оболочка, ядерный остов, ядрышко, хроматин, кариоплазма.

Клеточное ядро состоит из оболочки, ядерного сока, ядрышка и хроматина.

Ядерная оболочка состоит из двух мембран, разделенных перинуклеарным (околоядерным) пространством, между которыми находится жидкость. Основные функции ядерной оболочки: обособление генетического материала (хромосом) от цитоплазмы, а также регуляция двусторонних взаимоотношений между ядром и цитоплазмой.

Ядерная оболочка пронизана порами, которые имеют диаметр около 90 нм. Область поры (поровый комплекс) имеет сложное строение (это указывает на сложность механизма регуляции взаимоотношений между ядром и цитоплазмой). Количество пор зависит от функциональной активности клетки: чем она выше, тем больше пор (в незрелых клетках пор больше).

Основа ядерного сока (матрикса, нуклеоплазмы) – это белки. Сок образует внутреннюю среду ядра, играет важную роль в работе генетического материала клеток. Белки: нитчатые или фибриллярные (опорная функция), гетероядерные РНК (продукты первичной транскрипции генетической информации) и мРНК (результат процессинга).

Ядрышко – это структура, где происходят образование и созревание рибосомальных РНК (р-РНК). Гены р-РНК занимают определенные участки нескольких хромосом (у человека это 13–15 и 21–22 пары), где формируются ядрышковые организаторы, в области которых и образуются сами ядрышки. В метафазных хромосомах эти участки называются вторичными перетяжками и имеют вид сужений. Электронная микроскопия выявила нитчатый и зернистый компоненты ядрышек. Нитчатый (фибриллярный) – это комплекс белков и гигантских молекул-предшественниц р-РНК, которые дают в последующем более мелкие молекулы зрелых р-РНК. При созревании фибриллы превращаются в рибонуклеопротеиновые гранулы (зернистый компонент).

Хроматин получил свое название за способность хорошо прокрашиваться основными красителями; в виде глыбок он рассеян в нуклеоплазме ядра и является интерфазной формой существования хромосом.

Хроматин состоит в основном из нитей ДНК (40 % массы хромосомы) и белков (около 60 %), которые вместе образуют нуклеопротеидный комплекс. Выделяют гистоновые (пять классов) и негистоновые белки.

Гистонам (40 %) принадлежат регуляторная (прочно соединены с ДНК и препятствуют считыванию с нее информации) и структурная функции (организация пространственной структуры молекулы ДНК). Негистоновые белки (более 100 фракций, 20 % массы хромосомы): ферменты синтеза и процессинга РНК, репарации редупликации ДНК, структурная и регуляторная функции. Кроме этого, в составе хромосом обнаружены РНК, жиры, полисахариды, молекулы металлов.

В зависимости от состояния хроматина выделяют эухромати-новые и гетерохроматиновые участки хромосом. Эухроматин отличается меньшей плотностью, и с него можно производить считывание генетической информации. Гетерохроматин более компактен, и в его пределах информация не считывается. Выделяют конститутивный (структурный) и факультативный гетерохро-матин.

6. Понятие о геноме и кариотипе человека. Значение изучения кариотипа. Форма и классификация хромосом, их строение (хроматин, хроматиды, хромонемы).

Гено́м — совокупность наследственного материала, заключенного в клетке организма.

Кариотип – диплоидный набор хромосом соматической клетки, характерный для данного вида.

Правила хромосомного набора: 1. Постоянство числа хромосом; 2. Парность хромосомного набора; 3. Индивидуальность хромосом; 4. Непрерывность хромосом.

Анализ имеет большое значение в медицинской практике, позволяя диагностировать ряд хромосомных заболеваний, вызванных как грубыми нарушениями кариотипов (нарушение числа хромосом), так и нарушением хромосомной структуры или множественностью клеточных кариотипов в организме (мозаицизмом).

Хромосо́мы — нуклеопротеидные структуры в ядре эукариотической клетки, в которых сосредоточена большая часть наследственной информации и которые предназначены для её хранения, реализации и передачи.

Центромера (первичная перетяжка)- это место соединения двух хроматид. К центромере присоединяются нити веретена деления. По сторонам от центромеры лежат плечи хромосомы. В зависимости от места расположения центромеры хромосомы делят на:

1. равноплечие (метацентрические)

2. неравноплечие (субметацентрические)

3. палочковидные (акроцентрические) – имеется только одно плечо.

Вторичная перетяжка – ядрышковый организатор, содержит гены рРНК, имеется у одной – двух хромосом в геноме.

Теломеры – концевые участки хромосом, содержащие до 10 тысяч пар нуклеотидов с повторяющейся последовательностью ТТАГГГ. Теломеры не содержат генов, они защищают концы хромосом он действия нуклеаз – ферментов, разрушающих ДНК обеспечивают прикрепление концов хромосом изнутри к ядерной оболочке, защищают гены от концевой недорепликации.

Хромосома может быть одинарной (из одной хроматиды) и двойной (из двух хроматид).

Хроматида – это нуклеопротеидная нить, половинка двойной хромосомы.

Хроматин получил свое название за способность хорошо прокрашиваться основными красителями; в виде глыбок он рассеян в нуклеоплазме ядра и является интерфазной формой существования хромосом. Хроматин состоит в основном из нитей ДНК (40 % массы хромосомы) и белков (около 60 %), которые вместе образуют нуклеопротеидный комплекс. Выделяют гистоновые (пять классов) и негистоновые белки.

Хромонема-нитевидная структура, лежащая в основе Хромосомы на всех стадиях клеточного цикла.