9. Цитоплазма: основное вещество, цитоскелет, органеллы.

Основное вещество цитоплазмы представлено гиалоплазмой (матрикс). Это коллоидная система органических и неорганических веществ, способная к переходам из состояния золя в состояние гель и наоборот. В гиалоплазме на долю белков приходится 20-25% от общего количества белка в эукариотической клетке и до 50% в прокариотической клетке.

Функции гиалоплазмы:

• соединение компонентов цитоплазмы в единое целое

• участие в транспорте веществ

• в гиалоплазме протекает гликолиз

• в гиалоплазме накапливается АТФ и включения.

Цитоскелет клетки представлен микротрубочками и микрофиламентами.

Микротрубочки – полые цилиндры диаметром 20-30нм, образованные белком тубулином.

Микротрубочи играют роль цитоскелета, т.к. пронизывают всю цитоплазму клетки. Кроме того, микротрубочки участвуют в создании клеточного центра, жгутиков, ресничек и в транспорте веществ внутри клетки.

Микрофиламенты – это белковые нити толщиной около 4нм. Большинство из них образовано молекулами актинов, которых выявлено около 10 видов. Они могут группироваться в пучки, образующие опорные структуры цитоскелета.

Органеллы животной клетки: ЭПС, аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии, пластиды, рибосомы, клеточный центр.

Органоиды клетки делятся на органоиды общего назначения и спе­циального назначения.

Органоиды спе­циального назначения встречаются только в специализированных клет­ках и обеспечивают выполнение этими клетками специфических функций. К ним относятся миофибриллы мышечной клетки, ресничный эпителий дыхательных путей, ворсинки тонкого кишечника, жгутик сперматозоида.

Органоиды общего назначения присущи всем клеткам. К ним относятся эндо­плазматическая сеть, лизосомы, митохондрии, рибосомы, комплекс Гольджи, клеточный центр, микротрубочки и микрофиламенты, а также пластиды (последние только у растений).

Эндоплазматическая сеть представлена сетью каналов и уплощённых цистерн, ограни­ченных одинарной мембраной. Она разветвляется по всему объёму ци­топлазмы, что позволяет ей выполнять следующие функции:

• механическая – обеспечение постоянной формы клетки;

• увеличение площади внутренней поверхности клетки;

• транспортная – перенос веществ между органоидами клетки, органои­дами и ядром, клеткой и внешней средой;

ЭПС подразделяется на два типа: шероховатую и гладкую. Шерохо­ватая имеет на наружной поверхности многочисленные рибосомы, на которых синтезируется белок. Гладкая сеть состоит из каналов и цистерн меньшего сечения, чем в шероховатой ЭПС. Она выполняет следующие функции:

• синтез липидов, входящих в состав мембран;

• синтез предшественников стероидных гормонов;

• обезвреживание вредных продуктов метаболизма;

Лизосома. Это пузырёк диаметром 0,2 - 0,5 мкм, покрытый однослойной мемб­раной. Эта мембрана предохраняет структуры и вещества клетки от разрушающих действий ферментов лизосом. При нарушений её целостнос­ти ферменты выходят в цитоплазму клетки, и происходит автолиз – са­мопереваривание клетки. Ферменты лизосом способны расщеплять бел­ки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и липиды.

Функции лизосом:

1. осуществляют внутриклеточное пищеварение; лизосомы – миниа­тюрная пищеварительная система клетки;

2. удаляют отжившие органоиды клетки или личиночные органы. Так, хвост у головастика лягушек рассасывается под действием фермента лизосом – катепсина;

3. превращают вредные для клетки вещества в перевариваемые про­дукты;

4. участвуют в защите клетки то бактерий и вирусов (вирусы замуровываются в лизосоме).

Образуются лизосомы в комплексе Гольджи: сюда поступают синте­зированные на рибосомах ферменты, здесь они окружаются мембраной и вы­водятся в цитоплазму. Это первичные (неактивные) лизосомы. Вторичные (активные) лизосомы образуются из первичных. Они подразделяются на фаголизосомы и аутолизосомы. Фаголизосомы переваривают материал, поступающий в клетку путём фагоцитоза и пиноцитоза. Аутолизосомы разрушают собственные, изношенные структуры клетки. Вторичные лизосомы, в которых процесс переваривания завершён, называются остаточными тельцами. В них отсутствуют ферменты, и содержится материал, который не может быть разрушен.

Митохондрия (1-5 мкм) – двумембранный органоид, выполняющий функцию внутриклеточной энергетической станции. Это округлые образования, ограниченные двумя мембранами – наруж­ной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, она регулирует как пос­тупление веществ в митохондрию, так и выведение их. Внутренняя мембрана образует складки – кристы, обращённые внутрь митохондрии. Внутри митохондрии находится так называемый матрикс, содержащий различные ферменты, ионы Са²⁺ и Мg²⁺, а также ДНК, т-РНК, и-РНК и рибосомы (причём ДНК и рибосомы у митохондрий похожи на таковые эубактерий).

Благодаря наличию собственной ДНК (1 молекула кольцевой формы), митохондрии могут размножаться не­зависимо от деления клетки. Происходит это путём перешнуровки исходной митохонд­рии. Предварительно у них удваивается количество ДНК. Благодаря содержанию т-РНК,

и-РНК и рибосом, митохондрии они могут синтезировать собственный белок.

Кроме того, митохондрии играют определённую роль в передаче признаков по наследству (цитоплазматическая наследственность).

На кристах митохондрии происходят окислительно-восстановительные процессы, сопровождающиеся выделени­ем энергии. Она используется на образование фосфатных связей в АТФ. Накопление АТФ делает митохондрии своеобразными аккумуляторами энергии клетки, которая расходуется на процессы жизнедеятельности клетки по мере надобности. Из-за интенсивной работы митохондрии имеют малую продолжительность жизни, например митохондрии клеток печени живут всего 10 дней.

Аппарат Гольджи представляет собой систему диктиосом числом от нескольких десятков до нескольких сотен и даже тысяч на клетку. Каждая диктиосома образована стопкой из 3-12 крупных цистерн, похожих на блюдца. От цистерн отходят во все стороны трубочки и пузырьки, имеющие мембранное строение. Трубочки соединяют отдельные цис­терны соседних стопок, так образуется их единая сеть. Пузырьки участвуют в образовании первичных лизосом. В разных типах клеток аппарат Гольджи занимает строго определённое положение, вблизи ядра.

Функции аппарата Гольджи разнообразны:

1. образование первичных лизосом, которые поступают затем в цитоплазму;

2. упаковка белков, поступающих из ЭПС, для последующего экспорта из клетки;

3. синтез структурных компонентов клетки, например, коллагеновых нитей;

4. синтез жиров и полисахаридов, входящих в состав мембран клетки;

Рибосома (0,02-0,03 мкм) – не мембранный органоид, осуществляющий биосинтез белка. Рибосома состоит из двух неравных субъединиц – большой и малой. Обе субъединицы образуются в ядрышках, но объединяются они в рибосому только в момент присоединения к и-РНК. Этот процесс происходит с помощью ионов Мg²⁺.

В каждой клетке содержится от десятков тысяч до миллионов рибосом. Часть их находится в свободном состоянии, но большинство рибосом прикреплено к мембранам ЭПС. Первые синтезируют белки, исполь­зуемые для нужд клетки, вторые синтезируют белки "на экспорт". Они по кана­лам ЭПС поступают в комплекс Гольджи, пакуются в мембраны, а затем выводятся из клетки. Скорость работы рибосом поразительна – одна белковая молекула средних размеров синтезируется за одну минуту. Это позволяет непре­рывно обновлять белки организма, изнашивающиеся в процессе его жизнедеятельности. Так, белки печени человека обновляются за 7 су­ток.

Клеточный центр – не мембранный органоид, в котором из белка тубулина образуются микротрубочки. Клеточный центр состоит из двух центриолей, расположенных перпендикулярно друг к другу. Каждая центриоль – это цистерна, состоящая из 9 строенных микротрубочек. Микротрубочки соединены между собой системой связок, а снаружи одеты белковым чехлом. Перед делением клетки центриоли удваивают­ся. Во время митоза центриоли определяют местоположения полюсов веретена деления. Причём положение центриолей в делящейся клетке определяет центры новых клеток. Здесь будет располагаться ядро, т.к. клеточный центр всегда располагается вблизи ядра.

9. Включения

Это непостоянный компонент цитоплазмы. Наличие их и количество зависит от интенсивности обмена веществ и состояния ор­ганизма. Они делятся на три группы:

1. питательный запасный материал (гликоген, жир, желток яйцеклетки);

2. вещества, подлежащие выведению из клетки для выполнения своих функций в организме (ферменты, гормоны);

3. балластные вещества (накопление с возрастом в нервных волокнах, в клетках скелетных мышц и миокарда пигмента изнашивания, или липофусцина).

ЛЕКЦИЯ 2 Ядро клетки. Наследственный аппарат клеток человека.

1. Строение и функции ядра.

Ядро находится либо в центре клетки, либо смещено на периферию, его форма зависит от формы клетки. Обычно клетка содержит одно ядро, хотя бывают двуядерные клетки (печень) и многоядерные (остеокласты содержат до 100 ядер).

Важным показателем состояния клетки является ядерно-цитоплазматическое соотношение, т.е. отношение объёма ядра к объёму цитоплазмы. Это отношение постоянно, когда оно изменяется (увеличивается объём ядра), клетка начинает делиться.

Ядро эукариотической клетки имеет собственную мембрану, отграничи­вающую его от цитоплазмы. Мембрана имеет 2 слоя – наружный и внутренний – между ними находится околоядерное (перинуклеарное) пространство, связанное с ЭПС.

Функции ядерной оболочки:

1. отграничивает содержимое ядра от цитоплазмы

2. обеспечивает взаимодействие (обмен веществ) между ядром и цитоплазмой

Ядерная оболочка имеет отверстия – поры. Но они не сквозные, а заполнены специальными белками. Через поры из ядра в цитоплазму и наоборот осуществляется транспорт молекул крупных белков, молекул РНК и субъедиц рибосом. Сама же мембрана ядерной оболочки обеспечивает прохождение в обоих направлениях низко­молекулярных соединений (аминокислоты, сахара, ионы металлов, нуклеотиды, мелкие белки). Количество пор в оболочке ядра зависит от его активности, в клетке человека обычно имеется 3-4 тыс. пор.

Внутренняя мембрана ядерной оболочки имеет белковую подстилку, к которой крепятся хромосомы. Это обеспечивает их упорядоченное расположение.

Под мембраной находится ядерный матрикс, ядерный сок, ядрышко и хромосомы.

Ядерный матрикс – это сетчатая структура, состоящая из плотно упакованных нитей (фибрилл) белков. Ядерный матрикс является каркасом клетки.

Ядерный сок (кариоплазма) заполняет всё пространство клетки. Это бесцветная коллоидная слабокислая (рН = 6 – 6.5) масса. В основе ядерного сока лежат белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты, минеральные соли. Кариоплазма осуществляет взаимосвязь всех ядерных структур.

Ядрышко – это округлый, уплотнённый, не ограниченный мембраной участок клеточного ядра диамет­ром 1-2 мкм и больше. Форма, размеры и количество ядрышек зависят от функционального состояния ядра: чем крупнее ядрышко, тем выше его активность. В ядре их может содержаться от 1 до 10, а в ядрах дрожжей они отсутствуют. В клетках человека ядрышки образуются в определённых участках хромосом № 13, 14, 15, 21, 22. Эти участки расположены в области вторичной перетяжки хромосомы и называются ядрышковым организатором или ядрышкообразующим районом, их 10 штук.

Функция ядрышек состоит в синтезе белка и р-РНК и последующей сборке рибосом.

Выделяют 4 типа рРНК: 18S, 28S, 5,8S, 5S. Гены, кодирующие синтез рРНК 18S, 28S, 5,8S находятся в ядрышкообразующих районах хромосом, а гены, отвечающие за синтез рРНК 5S, находятся в других участках хромосом. В ядрышке собираются обе частицы рибосомы, но выйдя из ядра, рибосома распадается на большую и меньшую субъединицы.