Предмет и задачи цитологии, связь её с другими биологическими дисциплинами, значение для практики. История развития цитологии. Клеточная теория и ее современное состояние.

Цитология (от греч. kytos — клетка, logos — учение) — наука о развитии, строении и жизнедеятельности клеток. Предметом ее изучения является клетка как структурная и функциональная единица жизни. В задачи цитологии входит изучение строения и функционирования клеток, их химического состава, функций отдельных клеточных компонентов, познание процессов воспроизведения клеток, приспособления к условиям окружающей среды, исследование особенностей строения специализированных клеток, этапов становления их особых функций, развития специфических клеточных структур и др.

Курс цитологии и гистологии тесно связан с эмбриологией, а также с преподаванием других биологических наук – биологии, анатомии, физиологии, биохимии и др.

Краткая история цитологии

Открытие и дальнейшее изучение клетки стало возможным только после изобретения микроскопа. Это связано с тем, что человеческий глаз не способен различать объекты с размерами менее 0,1 мм, что составляет 100 микрометров (сокращ. микрон или мкм). Размеры же клеток (а тем более, внутриклеточных структур) существенно меньше. Например, диаметр животной клетки обычно не превышает 20 мкм, растительной – 50 мкм, а длина хлоропласта цветкового растения – не более 10 мкм. С помощью светового микроскопа можно различать объекты диаметром в десятые доли микрона. Поэтому световая микроскопия является основным, специфическим методом изучения клеток.

Первые оптические приборы (простые линзы, очки, лупы) были созданы еще в XII веке. Но сложные оптические трубки, состоящие из двух и более линз, появляются только в конце XVI века. В изобретении светового микроскопа принимали участие Галилео Галилей, отец и сын Янсены и другие ученые. Первые микроскопы использовались для изучения самых разнообразных объектов.

В середине XVII в. выдающийся английский естествоиспытатель Роберт Гук, изучая микроскопическое строение пробки, установил, что она состоит из замкнутых пузырьков, или ячеек, разделенных общими перегородками – стенками. Р. Гук назвал эти ячейки клетками (лат. – cellula). В дальнейшем Р. Гук изучал срезы живых стеблей и обнаружил в них аналогичные ячейки, которые, в отличие от мертвых клеток пробки, были заполнены «питательным соком». Свои наблюдения Р. Гук изложил в труде «Микрография, или некоторые физиологические описания мельчайших телец при помощи увеличительных стекол» (1665).

В 1671 г. М. Мальпиги (Италия) и Н. Грю (Англия), изучая анатомическое строение растений, пришли к выводу, что все растительные ткани состоят из пузырьков-клеток. Термин «ткань» («кружево») впервые употребил Н. Грю. В работах Р. Гука, М. Мальпиги и Н. Грю клетка рассматривается как элемент, как составная часть ткани, которая не может существовать вне ткани, вне организма.

Однако голландский микроскопист-любитель Антонио ван Левенгук (1680) наблюдал одноклеточные организмы (инфузории, саркодовые, бактерии) и другие формы одиночных клеток (форменные элементы крови, сперматозоиды). Позже (в XVIII в.) Л. Спалланцани открыл деление одноклеточных организмов. В дальнейшем на основании исследований отдельных клеток сформировались представления о клетке как элементарном организме.

Академик Российской Академии наук Каспар Фридрих Вольф (1759) установил, что клетка есть единица роста, то есть рост организмов сводится к образованию новых клеток.

Долгое время изучались только клетки растений. Лишь в 1830-е гг. чешский гистолог Ян Пуркинье, немецкий физиолог Иоганнес Мюллер и другие исследователи показали, что клеточная организация является универсальной и для животных тканей, а немецкий физиолог Теодор Шванн доказал гомологичность растительных и животных клеток. До начала XIX в. считалось, что происхождение волокон и сосудов не связано с деятельностью клеток. Однако, изучая структуру хряща и хорды, Т. Шванн показал, что коллагеновые волокна являются производными клеток. В своих работах Т. Шванн широко использовал термин cytos (от греч. «полость») и его производные.

Основные положения клеточной теории

В 1838-1839 гг. Теодор Шванн и немецкий ботаник Маттиас Шлейден сформулировали первые основные положения клеточной теории. В результате довольно длительного (более трехсот лет) периода накопления наблюдений над строением различных одноклеточных и многоклеточных организмов растений и животных была сформулирована современная клеточная теория:

1. Клетка – элементарная единица живого: вне клетки нет жизни.

2. Клетка – единая система, состоящая из множества закономерно связанных друг с другом элементов, представляющих собой определенное целостное образование, состоящее из сопряженных функциональных единиц – органелл или органоидов

3. Клетки сходны – гомологичны – по строению и по основным свойствам.

4. Клетки увеличиваются в числе путем деления исходной клетки после удвоения ее генетического материала (ДНК): клетка от клетки.

5. Многоклеточный организм представляет собой новую систему, сложный ансамбль из множества клеток, объединенных и интегрированных в системы тканей и органов, связанных друг с другом с помощью химических факторов, гуморальных и нервных (молекулярная регуляция).

6. Клетки многоклеточных организмов тотипотентны, т.е. обладают генетическими потенциями всех клеток данного организма, равнозначны по генетической информации, но отличаются друг от друга разной экспрессией (работой) различных генов, что приводит к их морфологическому и функциональному разнообразию – к дифференцировке.

Методы цитологии: световая микроскопия, витальное изучение клеток, изучение фиксированных клеток, окрашивание, авторадиография.

1. Световая микроскопия Увеличение – физическое свойство линз объектива и окуляра. Увеличение микроскопа приблизительно оценивают как произведение увеличения объектива и увеличения окуляра. Специальные виды микроскопии

1.1. Темнопольная микроскопия. Используют специальный конденсор, выделяющий контрастирующие структуры неокрашенного материала. Темнопольная микроскопия позволяет наблюдать живые объекты. Наблюдаемый объект выглядит как освещенный на темном поле. При этом лучи от осветителя падают на объект сбоку, а в линзы микроскопа поступают только рассеянные лучи.

1.2. Фазово-контрастная микроскопия позволяет изучать живые и неокрашенные объекты. При прохождении света через окрашенные объекты изменяется амплитуда световой волны, а при прохождении света через неокрашенные – фаза световой волны, что и используют для получения высококонтрастного изображения в фазово-контрастной и интерференционной микроскопии.

1.3. Поляризационная микроскопия – формирование изображения неокрашенных анизотропных структур (например, коллагеновые волокна и миофибриллы).

1.4. Интерференционная микроскопия объединяет принципы фазово-контрастной и поляризационной микроскопии и применяется для получения контрастного изображения неокрашенных объектов. Специальная интерференционная оптика (оптика Номарского) нашла применение в микроскопах с дифференциальным интерференционным контрастом

1.5. Люминесцентная микроскопия применяется для наблюдения флюоресцирующих (люминесцирующих) объектов. Основано на способности флюоресцирующих объектов поглощать свет одной длины волны и излучать в другой области спектра.

1.6. Сканирующий ближнепольный оптический микроскоп. В основе работы сканирующего ближнепольного оптического микроскопа лежит использование светового луча, диаметр которого меньше, чем длина волны источника, вследствие чего предел разрешения у такого микроскопа фактически отсутствует. Свет пропускают через субволновую диафрагму (отверстие с диаметром меньшим, чем длина волны используемого излучения). Исследуемый объект размещается непосредственно за отверстием в ближней зоне. Источник субдлинноволнового света размещают на расстоянии 10 нм и менее над объектом. Перемещая исследуемый объект или источник света (диафрагму с субволновым отверстием) в горизонтальном направлении, получают ближнепольное изображение поверхности образца, регистрируемое в виде распределения интенсивности оптического излучения в зависимости от положения диафрагмы.

Фиксация сохраняет структуру клеток, тканей и органов, предотвращает их бактериальное загрязнение и ферментное переваривание, стабилизирует макромолекулы путем их химического сшивания.

Существует несколько методов фиксации препаратов:

1. С помощью фиксирующей жидкости (формалин, спирты, глутаральдегид).

2. Криофиксация – обеспечивает мгновенное замораживание образцов в жидком азоте (–196 C).

3. Лиофилизация – быстрое замораживание и последующее высушивание в вакууме.

4. Обезвоживание – выдерживание препарата в спиртах возрастающей от 60° до 100° крепости.

5. Заливка – фиксация препарата в парафине, целлоидине, пластических средах и смолах.

6. Приготовление срезов (с помощью микротома).

Виды микротомов:

– криостат – широко применяются в приготовлении срезов для экстренной диагностики новообразований у больных в момент удаления опухоли;

– ультратом (ультрамикротом) – автоматизированный прибор, позволяющий получать срезы из материала, залитого в смолу.

– вибротом – микротом с вибрирующим лезвием для получения тонких срезов фиксированных и нефиксированных тканей без замораживания.

Радиоавтография

В среду обитания клеток in vivo или in vitro вводят радиоактивный предшественник синтеза макромолекул. Радиоактивность поглотившей метку структуры регистрируют по восстановлению зерен серебра в покрывающей препарат фотоэмульсии.

Методы цитологии: электронная микроскопия, ультрамикротомия, контрастирование объектов, сканирующая электронная микроскопия.

2. Электронная микроскопия

2.1. В просвечивающем электронном микроскопе (ПЭМ) вместо света применяют пучок электронов. При создаваемой высокой разности потенциалов (ускоряющем напряжении 50−600 кВ) электроны, составляющие пучок, имеют очень малую длину волны, что позволяет получать изображение изучаемого объекта с высоким разрешением. Теоретически разрешение просвечивающего электронного микроскопа составляет 0,002 нм. Реальное разрешение современных микроскопов приближается к 0,1 нм. Для биологических объектов разрешение ПЭМ на практике составляет 2 нм.

2.2. Электронная томография. Этим методом с помощью серии микрографий, сделанных под разными углами, можно получить суммарную картину трехмерной структуры исследуемого объекта (например, клеточных органелл).

2.3. Сканирующий просвечивающий электронный микроскоп С помощью сканирующего просвечивающего электронного микроскопа изучают структуру поверхности объекта, сканируя ее с помощью тонкого электронного луча (диаметром в несколько ангстрем). Микроскоп дает возможность изучать молекулы при субнанометровом разрешении.

2.4. Сканирующие зондовые микроскопы позволяют получить изображение исследуемого объекта при его сканировании с помощью микроскопических игл ¾ зондов, имеющих очень острые окончания. Зонды могут быть различными: механическими, электрическими, оптическими, тепловыми и проч. К сканирующим зондовым микроскопам относятся атомно-силовой микроскоп, сканирующий туннельный микроскоп, сканирующий ближнепольный оптический микроскоп, сканирующий тепловой микроскоп, сканирующий ионную проводимость микроскоп и др.

2.5. Атомно-силовая микроскопия позволяет получать трехмерные изображения профилей поверхностей биологических объектов в нанометровом масштабе. С помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) можно исследовать размеры и конформацию как единичных молекул, так и их конгломератов, фиксированных к твердым поверхностям. С помощью АСМ можно манипулировать отдельными молекулами (например, перемещать их с места на место). В основе работы АСМ лежит сканирование поверхности изучаемого объекта с помощью тончайшего зонда (иглы).

2.6. Сканирующие туннельные микроскопы позволяют изучать структуру поверхности образца с разрешающей способностью до отдельных атомов. В основе работы микроскопа лежит использование т.н. туннельного эффекта. В его основе лежит явление прохождения электронов через барьер, образованный разрывом электрической цепи, – очень малым расстоянием (туннельным зазором), создаваемым между острием зонда и электропроводящей поверхностью исследуемого объекта. Отдельно выделяются лазерная конфокальная микроскопия и рентгеновская микроскопия

Ультрамикротомия представляет собой совокупность приемов для получения сверхтонких срезов с помощью ультратомов, или ультрамикротомов. 

Контрастирование (химическое и физическое) - обработка исследуемых образцов для повышения общего контраста изображения и(или) выявления отдельных элементов их структуры.

4.Устройство и принцип работы электронного микроскопа. Разрешающая способность и увеличение электронного микроскопа. Особенности подготовки биологического материала для электронной микроскопии. Фиксаторы и красители.

Принцип работы сканирующего электронного микроскопа: электронный зонд (электронный пучок) направляется на анализируемый образец. В результате взаимодействия между электронным зондом и образцом генерируются низкоэнергетичные вторичные электроны, которые собираются детектором вторичных электронов.

Разрешающая способность объектива микроскопа (d) – наименьший диаметр частицы, которую можно увидеть при данном объективе, или то наименьшее расстояние между двумя линиями, при котором они видны как отдельные

Электро́нный микроско́п (ЭМ) — прибор, позволяющий получать изображение объектов с максимальным увеличением до 10⁶ раз, благодаря использованию, в отличие от оптического микроскопа, вместо светового потока, пучка электронов с энергиями 200 эВ — 400 кэВ и более (например, просвечивающие электронные микроскопы высокого разрешения с ускоряющим напряжением 1 МВ).

Техника приготовления окрашенных микропрепаратов включает в себя несколько этапов:

1. Подготовка материала к фиксации.

2. Фиксирование материала водным или спиртовым фиксатором (24 часа и до 12 часов соответственно).

3. Промывка зафиксированного материала.

4. Полное обезвоживание промытого материала.

5. Пропитывание материала растворителями парафина (хлороформом, ксилолом или бензолом).

6. Пропитывание материала парафином до полного испарения хлороформа (или ксилола).

7. Заливка материала в парафин (материал, залитый в парафин, можно хранить очень долго).

8. Изготовление блоков из материала, пропитанного парафином.

9. Получение срезов при помощи микротома.

10. Наклейка срезов на предметные стекла.

11. Просушивание препаратов при температуре 40–45 С, стекла со срезами можно хранить долго, оберегая их от пыли и высокой температуры.

12. Удаление парафина из срезов ксилолом.

13. Удаление ксилола из срезов спиртом.

Фиксация обеспечивает предотвращение процессов разложения, что способствует сохранению целостности структур. Это достигается тем, что взятый из органа маленький образец либо погружают в фиксатор (спирт, формалин, растворы солей тяжелых металлов, осмиевая кислота, специальные фиксирующие смеси), либо подвергают термической обработке. Под действием фиксатора в тканях и органах происходят сложные физико-химические изменения. Наиболее существенным из них является процесс необратимой коагуляции белков, вследствие которого жизнедеятельность прекращается, а структуры становятся мертвыми, фиксированными. Фиксация приводит к уплотнению и уменьшению объема кусочков, а также к улучшению последующей окраски клеток и тканей.Окрашивание срезов (в световой микроскопии) или напыление их солями металлов (в электронной микроскопии) применяют для увеличения контрастности изображения отдельных структур при рассматривании их в микроскопе. Методы окраски гистологических структур очень разнообразны и выбираются в зависимости от задач исследования. Гистологические красители (по химической природе) подразделяют на кислые, основные и нейтральные. В качестве примера можно привести наиболее употребительный краситель гематоксилин, который окрашивает ядра клеток в фиолетовый цвет, и кислый краситель — эозин, окрашивающий цитоплазму в розово-желтый цвет. Избирательное сродство структур к определенным красителям обусловлено их химическим составом и физическими свойствами. Структуры, хорошо окрашивающиеся кислыми красителями, называются оксифильными, а окрашивающиеся основными красителями — базофильными. Например, цитоплазма клеток чаще всего окрашивается оксифильно, а ядра клеток – окрашиваются базофильно.Структуры, воспринимающие как кислые, так и основные красители, являются нейтрофильными (гетерофильными). Окрашенные препараты обычно обезвоживают в спиртах возрастающей крепости и просветляют в ксилоле, бензоле, толуоле или некоторых маслах. Для длительного сохранения обезвоженный гистологический срез заключают между предметным и покровным стеклами в канадский бальзам или другие вещества. Готовый гистологический препарат может быть использован для изучения под микроскопом в течение многих лет.

5.Общий план строения эукариотической клетки под световым и под электронным микроскопами. Сравнение строения растительной и животной клеток.

Единство и разнообразие клеточных типов

Существует два основных морфологических типа клеток, различающиеся по организации генетического аппарата: эукариотический и прокариотический. В свою очередь, по способу питания различают два основных подтипа эукариотических клеток: животную (гетеротрофную) и растительную (автотрофную). Эукариотическая клетка состоит из трех основных структурных компонентов: ядра, плазмалеммы и цитоплазмы

Эукариотическая клетка отличается от остальных типов клеток, в первую очередь, наличием ядра. Ядро – это место хранения, воспроизведения и начальной реализации наследственной информации. Ядро состоит из ядерной оболочки, хроматина, ядрышка и ядерного матрикса.

Плазмалемма (плазматическая мембрана) – это биологическая мембрана, покрывающая всю клетку и отграничивающая ее живое содержимое от внешней среды. Поверх плазмалеммы часто располагаются разнообразные клеточные оболочки (клеточные стенки). В животных клетках клеточные оболочки, как правило, отсутствуют.

Вместо термина «органоиды» часто употребляют устаревший термин «органеллы».

К немембранным органоидам эукариотической клетки относятся органоиды, не имеющие собственной замкнутой мембраны, а именно: рибосомы, и органоиды, построенные на основе тубулиновых микротрубочек – клеточный центр (центриоли) и органоиды движения (жгутики и реснички). В клетках большинства одноклеточных организмов и подавляющего большинства высших (наземных) растений центриоли отсутствуют.

К одномембранным органоидам относятся: эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, пероксисомы, сферосомы, вакуоли и некоторые другие. Все одномембранные органоиды связаны между собой в единую вакуолярную систему клетки. В растительных клетках настоящие лизосомы не обнаружены. В то же время в животных клетках отсутствуют настоящие вакуоли.

К двумембранным органоидам относятся митохондрии и пластиды. Эти органоиды являются полуавтономными, поскольку обладают собственной ДНК и собственным белоксинтезирующим аппаратом. Митохондрии имеются практически во всех эукариотических клетках. Пластиды имеются только в растительных клетках.

6.Общий план строения прокариотической клетки. Сравнение строения клеток прокариот и эукариот.

Прокариотическая клетка не имеет оформленного ядра – его функции выполняет нуклеоид, в состав которого входит кольцевая хромосома. В прокариотической клетке отсутствуют центриоли, а также одномембранные и двумембранные органоиды – их функции выполняют мезосомы (впячивания плазмалеммы). Рибосомы, органоиды движения и оболочки прокариотических клеток имеют специфическое строение

7.Вирусы как неклеточная форма жизни.

По этому важнейшему признаку все живое в настоящее время делится учеными на две империи: - доклеточные (вирусы и фаги), - клеточные (все остальные организмы: бактерии и близкие к ним группы, грибы, зеленые растения, животные и человек).

Вирусы - мельчайшие организмы, их размеры колеблются от 12 до 500 нанометров. Мелкие вирусы равны крупным молекулам белка. Вирусы - резко выраженные паразиты клеток.

Важнейшими отличительными особенностями вирусов являются следующие:

1. Они содержат в своем составе только один из типов нуклеиновых кислот: либо рибонуклеиновую кислоту (РНК), либо дезоксирибонуклеиновую (ДНК), - а все клеточные организмы, в том числе и самые примитивные бактерии, содержат и ДНК, и РНК одновременно.

2. Не обладают собственным обменом веществ, имеют очень ограниченное число ферментов. Для размножения используют обмен веществ клетки-хозяина, ее ферменты и энергию.

3. Могут существовать только как внутриклеточные паразиты и не размножаются вне клеток тех организмов, в которых паразитируют.

Наиболее примитивные вирусы состоят из молекулы РНК (либо ДНК), окруженной снаружи белковыми молекулами, создающими оболочку вируса. Некоторые вирусы имеют еще одну - внешнюю, или вторичную, оболочку; более сложные вирусы содержат ряд ферментов.

Нуклеиновая кислота (НК) является носительницей наследственных свойств вируса. Белки внутренней и внешней оболочек служат для ее защиты.

Так как вирусы не обладают собственным обменом веществ, вне клетки они существуют в виде "неживых" частиц. В этом случае можно сказать, что вирусы представляют собой инертные кристаллы. При попадании в клетку они вновь "оживают".

При размножении для создания компонентов своих частиц вирусы используют питательные вещества и энергетико-метаболические системы инфицированных ими клеток. После проникновения в клетку вирус распадается на составляющие его части - НК и белки оболочки. С этого момента биосинтетическими процессами клетки-хозяина начинает управлять генетическая информация, закодированная в нуклеиновой кислоте вируса.

В клетке-хозяине осуществляется раздельный синтез оболочки и НК вируса. В дальнейшем они объединяются и образуют новый вирион (полностью сформированный зрелый вирус). Эта особенность была подмечена учеными, которые даже проводили следующий эксперимент. Они разрушали вирус табачной мозаики на две его составные части - НК и белок. Затем смешивали их и получали жизнеспособный исходный вирус со всеми его биологическими свойствами. Клетки же, как мы знаем, размножаются делением. Расчленение клетки на составляющие ее части (ядро, оболочку, цитоплазму, митохондрии, рибосомы) и последующее смешивание их не приведет к подобному эффекту - клетку восстановить не удастся.

Науке известны вирусы бактерий, растений, насекомых, животных и человека. Всего их более 1000. Связанные с размножением вируса процессы чаще всего, но не всегда, повреждают и уничтожают клетку-хозяина. Размножение вирусов, сопряженное с разрушением клеток, ведет к возникновению болезненных состояний в организме.

Вирусы вызывают многие заболевания человека: корь, свинку, грипп, полиомиелит, бешенство, оспу, желтую лихорадку, трахому, энцефалит, некоторые онкологические (опухолевые) болезни, СПИД.

Ученые установили, что в организме человека живет много вирусов, но проявляют они себя не всегда. Воздействиям болезнетворного вируса подвержен лишь ослабленный организм.

Пути заражения вирусами самые различные: через кожу при укусах насекомых и клещей; через слюну, слизь и другие выделения больного; через воздух; с пищей; половым путем и другие.

У животных вирусы вызывают ящур, чуму, бешенство; у насекомых - полиэдроз, грануломатоз; у растений - мозаику или иные изменения окраски листьев либо цветков, курчавость листьев и другие изменения формы, карликовость; наконец, у бактерий - их распад.

Присутствие в клетке одного вируса часто надежно защищает ее от губительного действия другого. Это явление было названо учеными интерференцией вирусов. Связано оно с выработкой особого белка - интерферона, который в клетках приводит в действие защитный механизм, способный отличать вирусное от невирусного и вирусное избирательно подавлять. Интерферон подавляет размножение в клетках большинства вирусов (если не всех). Вырабатываемый в качестве лечебного препарата интерферон применяется сейчас для лечения и профилактики уже многих вирусных заболеваний.

Все вирусы подразделяют на две большие группы: ДНК-содержащие вирусы (дезоксивирусы) и РНК-содержащие вирусы (рибовирусы). Затем каждую из этих групп подразделяют на вирусы с двухнитчатой и однонитчатой нуклеиновыми кислотами. Следующий критерий – тип симметрии вирионов (зависит от способа укладки капсомеров), наличие или отсутствие внешних оболочек и т.п.

8. Общая характеристика клетки. Химический состав, молекулярная организация и структура клеточных мембран.

Клетка – это элементарная биологическая система, обладающая всеми свойствами и признаками жизни. Клетка есть единица структуры, функции и развития организмов.

В 1838-1839 гг. Теодор Шванн и немецкий ботаник Маттиас Шлейден сформулировали первые основные положения клеточной теории. В результате довольно длительного (более трехсот лет) периода накопления наблюдений над строением различных одноклеточных и многоклеточных организмов растений и животных была сформулирована современная клеточная теория:

1. Клетка – элементарная единица живого: вне клетки нет жизни.

2. Клетка – единая система, состоящая из множества закономерно связанных друг с другом элементов, представляющих собой определенное целостное образование, состоящее из сопряженных функциональных единиц – органелл или органоидов

3. Клетки сходны – гомологичны – по строению и по основным свойствам.

4. Клетки увеличиваются в числе путем деления исходной клетки после удвоения ее генетического материала (ДНК): клетка от клетки.

5. Многоклеточный организм представляет собой новую систему, сложный ансамбль из множества клеток, объединенных и интегрированных в системы тканей и органов, связанных друг с другом с помощью химических факторов, гуморальных и нервных (молекулярная регуляция).

6. Клетки многоклеточных организмов тотипотентны, т.е. обладают генетическими потенциями всех клеток данного организма, равнозначны по генетической информации, но отличаются друг от друга разной экспрессией (работой) различных генов, что приводит к их морфологическому и функциональному разнообразию – к дифференцировке.

Состав биолог мембран зависит от их типа и функций, однако основн составляющими явл Липиды и Белки,а также Углеводы и вода. Липиды. В составе био.мембран. обнаружены липиды трех классов: фосфолипиды, гликолипиды и стероиды. В мембранах животных клеток более 50% всех липидов составляют фосфолипиды — глицерофосфолипиды и сфингофосфолипиды.Белки биологических мембран исключительно разнообразны. Белки мембран выполняют 3 основные функции: каталитическую (ферменты), рецепторную и структурную.Углеводы в биологических мембранах находятся в соединении с белками (гликопротеины) и липидами (гликолипиды). Углеводные цепи белков представляют собой олиго- или полисахаридные структуры, в состав которых входят глюкоза, галактоза, нейраминовая кислота, фукоза и манноза.

Функции биологических мембран. барьерная, метаболическая,процессы трансформации и запасания энергии,перенос веществ.

9.Особенности строения цитоплазматической мембраны. Функции цитоплазматической мембраны и механизмы их осуществления. Механизмы транспорта веществ через мембраны.

Транспорт веществ через мембраны

Крупные частицы поглощаются клеткой путем фагоцитоза, а капли раствора – путем пиноцитоза. Фаго- и пиноцитоз объединяются под общим названием эндоцитоз. Эндоцитоз характерен для специализированных клеток амебоидного типа. Эндоцитозу пред-шествует фиксация молекул и частиц на внешней поверхности мембраны с помощью специфических и неспецифических рецепторов.

Транспорт частиц и капель раствора из клетки наружу называется экзоцитоз. При экзоцитозе образуются экзоцитозные пузырьки из внутриклеточных мембран, которые, приближаясь к плазмалемме, изменяют ее поверхностное натяжение.

Транспорт веществ через мембраны может осуществляться по градиенту концентрации (от большей концентрации к меньшей) и против градиента концентрации (от меньшей концентрации к большей).

бесцветная,имеет слизистую консистенцию и содержит различные вещества, в том числе и высокомолекулярные соединения, например белки, присутствие которых обусловливает коллоидные свойства цитоплазмы. Цитоплазма часть протопласта, заключенная между плазмалеммой и ядром. Основу цитоплазмы составляет ее матрикс, или гиалоплазма,-сложная бесцветная, оптически прозрачная коллоидная система, способная к обратимым переходам из золя в гель. Цитоплазма является сложной смесью белков, которые находятся в коллоидном состоянии, углеводов, жиров, нуклеиновых кислот и других органических соединений. Из неорганических соединений в цитоплазме присутствует вода, а также различные минеральные вещества. В цитоплазме присутствуют также специальные образования, образующие цитоскелет клетки. Органоиды, включения, другие структуры погружены в основное вещество клетки – гиалоплазму или цитозоль. Цитозоль и цитоскелет клетки

Цитозоль-это часть цитоплазмы, занимающая пространство между мембранными органоидами. На нее приходится около половины общего объема клетки. В состав цитозоля входит множество ферментов, это сложная коллоидная система, которая является истинной внутренней средой клетки. Внутренний слой цитоплазмы — эндоплазма (содержит основные органоиды).В цитоплазме растительных клеток имеются специальные органоиды — пластиды (лейкопласты, хлоропласта, хромопласты).Одно из основных свойств цитоплазмы живой клетки — способность к движению, которое обеспечивает связь органоидов.

Функции цитоплазматической мембраны. Плазмалемма выполняет барьерную, сигнальную, рецепторную и транспортную функции.

Барьерная функция. Окружая клетку со всех сторон, плазматическая мембрана играет роль механического барьера — преграды между сложно организованным внутриклеточным содержимым и внешней средой. Барьерную функцию обеспечивает билипидный слой, не давая содержимому клетки растекаться и препятствуя проникновению в клетку чужеродных веществ.

Сигнальная функция. В цитоплазматическую мембрану встроены сигнальные белки, способные в ответ на действие различных факторов окружающей среды изменять свою пространственную структуру и таким образом передавать сигналы внутрь клетки. Следовательно, цитоплазматическая мембрана обеспечивает раздражимость клеток (способность воспринимать раздражители и определенным образом реагировать на них), осуществляя обмен информацией между клеткой и окружающей средой.

Рецепторная функция. Некоторые белки цитоплазматической мембраны способны узнавать определенные вещества и связываться с ними. Таким образом рецепторные белки участвуют в отборе необходимых молекул, поступающих в клетки. К рецепторным белкам относятся, например, антигенраспознающие рецепторы В-лимфоцитов, рецепторы гормонов и т. д. К этому же типу можно отнести интегральные белки, выполняющие специфические ферментативные функции, осуществляющие процессы пристеночного пищеварения в кишечнике.

В осуществлении рецепторной функции, кроме мембранных белков, важную роль играют элементы гликокаликса.

Транспортная функция. Одной из основных функций мембраны является перенос веществ. Выделяют несколько основных способов транспорта веществ через цитоплазматическую мембрану: диффузия, облегченная диффузия, активный транспорт и транспорт в мембранной упаковке.

Эндоплазматический ретикулум, его разновидности. Строение и функции эндоплазматического ретикулума, механизм функционирования. Рибосомы.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС), или эндоплазматический ретикулум (ЭПР) – это система цистерн и трубочек, связанных между собой в единое внутриклеточное пространство, отграниченное от остальной части цитоплазмы замкнутой внутриклеточной мембраной. ЭПС открыл К. Портер (1945) с помощью электронного микроскопа.

Эндоплазматическая сеть (эндоплазматический ретикулум) имеется у всех эукариот и существует в виде двух типов: гранулярного (шероховатого) эндоплазматического ретикулума и агранулярного (гладкого) эндоплазматического ретикулума. Мембраны эндоплазматического ретикулума тесно связаны с ядерной оболочкой, внутренние полости цистерн и трубочек эндоплазматического ретикулума связаны с перинуклеарным пространством.

Основной функцией ЭПС является биосинтез и транспортировка различных веществ. От цистерн и трубочек ЭПС отшнуровываются одномембранные мелкие пузырьки, дальнейшая судьба и функции которых зависят от их содержимого.

Шероховатая ЭПС (гранулярный ЭПР) представлен системой плоских цистерн, на поверхности которых расположены рибосомы (рис. 7). Главной функцией гранулярного ЭПР является биосинтез, транспортировка и начальная модификация белков. Дополнительной функцией является сборка компонентов биологических мембран.

Если на рибосомах гранулярного ЭПР идет синтез клеточных белков, то синтезированные полипептиды поступают в цитоплазматический матрикс или внедряются в мембраны. Если на рибосомах гранулярного ЭПР идет синтез экспортных белков, то синтезированные полипептиды поступают в полость ретикулума через специальные поры – каналы, контролируемые специфическими белкамирецепторами. В полости гранулярного ЭПР полипептиды модифицируются: отщепляется начало полипептидной цепи, образуются белковые гранулы, полипептиды образуют комплексы с другими веществами и т.д.

Гладкая ЭПС (агранулярный ЭПР) образована системой разветвленных трубочек. В полости агранулярного ЭПР происходит биосинтез липидов и полисахаридов. В агранулярном ретикулуме сократимых клеток происходит накопление ионов кальция, а в агранулярном ретикулуме печени происходит детоксикация ядовитых веществ.

РИБОСОМЫ.

На малом увеличении электронного микроскопа (до 20000х) рибосомы выглядят как электронно-плотные округлые частицы диаметром 25-30 нм. На большом увеличении (выше 100000х) видно, что они разделены бороздкой на две неравные части, представляющие собой малую и большую субъединицы с соотношением масс 1:2

В физиологических условиях рибосомы обратимо диссоциируют на субъединицы.

Рибосомы локализуются в цитоплазме эукариотической клетки. В секреторных клетках значительная часть рибосом прикреплена к мембранам плазматической сети со стороны гиалоплазмы. Синтез белков для собственных потребностей клетки происходит на свободных, не связанных с мембранами рибосомах, которые рассеяны по гиалоплазме. Количество рибосом в клетке пропорционально ее метаболической активности, прежде всего уровню белкового синтеза.

Рибосомы образуются в ядрышке, и поэтому их компоненты можно обнаружить в клеточном ядре. Однако в ядре клетки они еще не активны, и там никогда не наблюдается биосинтез белка

Кроме гиалоплазмы, рибосомы содержатся также в митохондриях и хлоропластах. Рибосомы этих органоидов, однако, имеют ряд структурно-функциональных отличий от цитоплазматических рибосом

Химический состав рибосом Рибосома состоит из РНК и белков, причем основные структурно-функциональные свойства этого органоида определяются рибосомальной РНК

Прокариотические рибосомы содержат три, а эукариотические – четыре молекулы рибосомальной РНК.

Рибосомы содержат 50-70 различных белков с молекулярной массой в пределах 10-30 кД (до 70 кД). Преобладают основные полипептиды, но встречаются также нейтральные и кислые белки. Малая субъединица прокариотической рибосомы содержит 20 белков, а большая – 30 белков. У эукариотических рибосом белков значительно больше: малая субъединица содержит 30 белков, а большая – 40.

Рибосомальные белки осуществляют разнообразные функции, связанные с ролью рибосомы как организатора биосинтеза белка:

– формируют участки малой и большой субъединиц;

– образуют центры связывания молекул;

– катализируют химические реакции;

– участвуют в регуляции биосинтеза белка.

Многие рибосомальные белки выполняют одновременно несколько функций

11.Аппарат Гольджи: строение и функции. Связь аппарат Гольджи с эндоплазматический ретикулум и плазматической мембраной.

Аппарат Гольджи (комплекс Гольджи, пластинчатый комплекс). Назван в честь К. Гольджи, который в 1898 г. обнаружил его в нервных клетках.

Основой аппарата Гольджи является диктиосома – стопка уплощенных одномембранных цистерн Количество диктиосом в клетке может достигать 20. Если диктиосомы расположены независимо друг от друга, то такая структура аппарата Гольджи называется диффузной. Если диктиосомы связаны между собой каналами в единую трехмерную систему, то такая структура называется сетчатой.

В зоне аппарата Гольджи наблюдается множество мелких вакуолей.

Часть вакуолей имеет ретикулярное происхождение, то есть они образуются путем отшнуровывания от эндоплазматического ретикулума. Путем слияния этих вакуолей и образуются цистерны аппарата Гольджи. Другая часть вакуолей (обычно более крупных) образуется путем отшнуровывания от цистерн аппарата Гольджи.

В цистернах аппарата Гольджи завершается формирование компонентов плазмалеммы. Здесь же завершается модификация экспортных белков. От аппарата Гольджи отшнуровываются секреторные вакуоли и первичные лизосомы.

Таким образом, функции аппарата Гольджи сводятся к накоплению разнообразных веществ, их модификации и сортировке, упаковке конечных продуктов в одномембранные пузырьки, выведению секреторных вакуолей за пределы клетки и формированию первичных лизосом.

У одноклеточных организмов расширенные цистерны аппарата Гольджи образуют сократительные вакуоли. В передней части сперматозоидов расширенная цистерна аппарата Гольджи образует акросому, которая содержит литические ферменты, растворяющие оболочки яйцеклетки

12.Особенности молекулярной структуры плазмалеммы. Гликокаликс и другие структуры, связанные с плазмолеммой.

Плазматическая мембрана, или плазмалемма, – это биологическая мембрана, покрывающая всю клетку

Кроме плазмалеммы, существуют и другие биологические мембраны, которые обеспечивают разделение внутреннего содержимого клетки на замкнутые изолированные отсеки (компартменты).

Строение и функции мембран

Согласно жидкостно-мозаичной модели, основу всех биологических мембран составляет фосфолипидный бислой толщиной 7...10 нм, основным компонентом которого являются фосфодиацилглицерины. Кроме того, у животных в состав мембран входят сфингомиелины и холестерин.

Гидрофильные глицерофосфатные части молекул фосфолипидов находятся на внешних поверхностях бислоя. Гидрофобные углеводородные части молекул фосфолипидов направлены вовнутрь бислоя. Связи между молекулами, обусловленные наличием гидрофобных участков, называются гидрофобными. Биологические мембраны всегда замыкаются на себя, у них нет краев.

В состав мембран входят разнообразные белки. Они представлены простыми и сложными белками. По отношению к мембране выделяют три основных типа белков: периферические (гидрофильные, расположены на поверхности мембран), интегральные (гидрофобные, расположены в толще бислоя) и политопические (со смешанными свойствами, пронизывают мембрану насквозь).

В состав мембран входят углеводы (гликопротеины и гликолипиды). Основная часть углеводов плазмалеммы расположена на ее внешней стороне и образует гликолипопротеиновый слой – гликокаликс – комплекс биополимеров на внешней поверхности плазмалеммы, характерный для животных. В состав гликокаликса входят гликопротеины и гликолипиды. Гликокаликс обеспечивает информационный обмен между клеткой и внеклеточной средой. В организме высших позвоночных гликокаликс приобретает антигенные свойства, то есть способен регулировать синтез антител.

Биологические мембраны характеризуются высокой устойчивостью и, в то же время, пластичностью. Отдельные блоки мембраны способны перемещаться относительно друг друга. При повреждениях мембраны она способна к самовосстановлению.

Плазмолемма многих клеток животных может образовывать выросты различной структуры. У ряда клеток такие выросты включают в свой состав специальные компоненты цитоплазмы (микротрубочки, фибриллы), что приводит к развитию немембранных органелл – ресничек, жгутиков и др.

Наиболее часто встречаются на поверхности многих животных клеток микроворсинки. Это выросты цитоплазмы, ограниченные плазмолеммой, имеющие форму цилиндра с закругленной вершиной. Микроворсинки характерны для клеток эпителия, но обнаруживаются и у клеток других тканей. Диаметр микроворсинок около 100 нм. Число и длина их различны у разных типов клеток. Возрастание числа микроворсинок приводит к резкому увеличению площади клеточной поверхности. Это особенно важно для клеток, участвующих во всасывании. Так, в кишечном эпителии на 1 мм 2 поверхности насчитывается до 2 х 108 микроворсинок

13.Хемоосмотическая теория П. Митчела.

-учение о механизме преобразования энергии в биологических мембранах при синтезе аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ). Разработана П. Митчеллом в 1961—66годах.Согласно исходным представлениям Митчелла,запасание энергии в АТФ происходит вследствие предварительного накопления зарядов на стенках мембраны,создания мембранного потенциала и разности концентраций протонов.Разность электрохимических потенциалов ионов водорода на сопрягающих мембранах (внутренней мембраны митохондрий, тилакоиды хлоропластов, мембраны бактерий) возникает за счёт энергии, выделяемой при деятельности цепи окислительно-восстановительных ферментов, или за счёт поглощённых квантов света. Трансмембранные электрохимические потенциалы ионов могут служить источником энергии не только для синтеза АТФ, но и для транспорта веществ, движения бактериальных клеток и других энергозависимых процессов.

14.Роль плазмалеммы в процессах фагоцитоза, пиноцитоза и специфического эндоцитоза, в межклеточных контактах и коммуникациях.

Транспорт веществ через плазмолемму осуществляется при помощи различных механизмов.Пассивный транспорт не требует затрат энергии. Путем простой диффузии через плазмолемму проходят молекулы кислорода, воды, углекислого газа и др.Он малоспецифичен и идет по градиенту концентрации соответствующего вещества. Облегченная диффузия обеспечивается каналами в плазмолемме и специальными белками-переносчиками – пермеазами.Активный транспорт осуществляется с затратой энергии.Существуют две основные разновидности активного транспорта.Одна из них обеспечивается с помощью встроенных в плазмолемму молекулярных насосов, которые обладают высокой специфичностью, транспортируя только определенные виды молекул. К ним относятся натрий-калиевый, протонный и кальциевый насосы,а также транспортер глюкозы. Вторая разновидность активного транспорта связана с пространственными преобразованиями плазмолеммы и включает эндоцитоз, обеспечивающий транспорт макромолекул в клетку, и экзоцитоз,который осуществляет выведение веществ из клетки.Процессы эндоцитоза и экзоцитоза сбалансированы таким образом, что площадь поверхности плазмолеммы обычно остается постоянной. Эндоцитоз-это транспорт макромолекул через плазмолемму.Соответственно агрегатному состоянию поглощаемого вещества выделяют пиноцитоз(захват и транспорт клеткой жидкости или растворенных в жидкости соединений) и фагоцитоз (захват и транспорт твердых частиц).Эндоцитоз бывает неспецифический и специфический.

15. Химический состав цитоплазмы.

бесцветная,имеет слизистую консистенцию и содержит различные вещества, в том числе и высокомолекулярные соединения, например белки, присутствие которых обусловливает коллоидные свойства цитоплазмы. Цитоплазма часть протопласта, заключенная между плазмалеммой и ядром. Основу цитоплазмы составляет ее матрикс, или гиалоплазма,-сложная бесцветная, оптически прозрачная коллоидная система, способная к обратимым переходам из золя в гель. Цитоплазма является сложной смесью белков, которые находятся в коллоидном состоянии, углеводов, жиров, нуклеиновых кислот и других органических соединений. Из неорганических соединений в цитоплазме присутствует вода, а также различные минеральные вещества. В цитоплазме присутствуют также специальные образования, образующие цитоскелет клетки. Органоиды, включения, другие структуры погружены в основное вещество клетки – гиалоплазму или цитозоль. Цитозоль и цитоскелет клетки

Цитозоль-это часть цитоплазмы, занимающая пространство между мембранными органоидами. На нее приходится около половины общего объема клетки. В состав цитозоля входит множество ферментов, это сложная коллоидная система, которая является истинной внутренней средой клетки. Внутренний слой цитоплазмы — эндоплазма (содержит основные органоиды).В цитоплазме растительных клеток имеются специальные органоиды — пластиды (лейкопласты, хлоропласта, хромопласты).Одно из основных свойств цитоплазмы живой клетки — способность к движению, которое обеспечивает связь органоидов.

16.Взаимодействия мембранных структур клетки. Вакуоль. Гиалоплазма

Вакуоли – это заполненные жидкостью крупные одномембранные полости. Настоящие вакуоли имеются только у растений.

Первично вакуоли образуются при слиянии мелких пузырьков, отшнуровывающихся от эндоплазматической сети. В ходе функционирования вакуолей в их состав могут включаться пузырьки, отшнуровывающиеся от аппарата Гольджи. Мембрана крупных вакуолей имеет собственное название – тонопласт. Содержимое вакуолей называется клеточным соком. В состав клеточного сока входят неорганические соли, пигменты, растворимые углеводы, органические кислоты, некоторые белки.

Функции вакуолей разнообразны: регуляция водно-солевого режима, накопление пигментов (например, антоциана), накопление алкалоидов, таннидов, латекса, минеральных солей, некоторых отходов жизнедеятельности

Гиалоплазма -основное вещество цитоплазмы, заполняет все пространство между плазматической мембраной, оболочкой ядра и другими внутриклеточными структурами. Гиалоплазму можно рассматривать как сложную коллоидную систему, способную существовать в двух состояниях: золеобразном (жидком) и гелеобразном, которые взаимно переходят одно в другое. В процессе этих переходов осуществляется определенная работа, затрачивается энергия. Гиалоплазма лишена какой-либо определенной организации. Химический состав гиалоплазмы: вода (90%), белки (ферменты гликолиза, обмена сахаров, азотистых оснований, белков и липи-дов). Некоторые белки цитоплазмы образуют субъединицы, дающие начало таким органеллам, как центриоли, микрофиламенты.Функции гиалоплазмы:1) образование истинной внутренней среды клетки, которая объединяет все органеллы и обеспечивает их взаимодействие;2) поддержание определенной структуры и формы клетки, создание опоры для внутреннего расположения органелл;3) обеспечение внутриклеточного перемещения веществ и структур;4) обеспечение адекватного обмена веществ как внутри самой клетки, так и с внешней средой.

17.Химический состав и строение ядерного матрикса. Роль ядерного матрикса в поддержании размеров и формы ядра.

Химический состав и строение ядерного матрикса.

Ядерный матрикс состоит из ламины, белкового скелета ядрышек и фибриллярно-гранулярной сети. Основной компонент ядерного матрикса представлен многочисленными гранулами диаметром 25-30 нм, которые соединяются между собой в фибриллярные структуры.

В химическом отношении ядерный, матрикс практически полностью построен из белков. Наиболее изученные из них – это ламины А, В и С (молекулярная масса 65-70 кД). Ламины А и С имеют почти идентичную аминокислотную последовательность, но первый из них длиннее второго на 82 остатка. В физиологическом растворе ламины А и С образуют фибриллы диаметром 10 нм. Ламин В существенно отличается от ламинов А и С не только первичной структурой, но и более прочной связью с нуклеолеммой, входя в состав поровых комплексов. В отличие от белков промежуточных филаментов цитоплазмы ламины образуют не фибриллы, а трехмерные сети с ортогональной укладкой молекул.

Функции ламинов заключаются в поддержании размеров и формы клеточного ядра, а также его перестройке при делении клетки или гибели ее путем апоптоза.

Помимо ламинов, в состав ядерного матрикса входит еще не менее пяти групп белков с молекулярной массой от 10 до 200 кД. Некоторые из них обеспечивают прикрепление ДНК к ядерному матриксу (белки MAR – matrix attachment regions).

18. ДНК хроматина. Строение и свойства молекул ДНК, их репликация. Фракции ДНК в составе хроматина, их характеристика и функциональное назначение

В состав хроматина входит ДНК в комплексе с белками. Хроматин интерфазных ядер представляет собой хромосомы, которые, однако, теряют в это время свою компактную форму, разрыхляются, деконденсируются Степень такой деконденсации хромосом может быть различной. Зоны полной деконденсации хромосом и их участков морфологи называют эухроматином. При неполном разрыхлении хромосом в интерфазном ядре видны участки конденсированного хроматина, иногда называемого гетерохроматином.

Максимально конденсирован хроматин во время митотического деления клеток, когда он обнаруживается в виде плотных телец – хромосом. В этот период хромосомы не выполняют никаких синтетических функций, в них не происходит включения предшественников ДНК и РНК.

В химическом отношении фибриллы хроматина представляют собой сложные комплексы дезоксирибонуклеопротеидов (ДНП), в состав которых входят ДНК и специальные хромосомные белки – гистоновые и негистоновые. В составе хроматина обнаруживается также РНК. Количественные отношения ДНК, белка и РНК составляют 1:1,3:0,2.

В хромосомах существует множество мест независимой репликации, т. е. удвоения ДНК – репликонов. ДНК эукариотических хромосом представляют собой линейные молекулы, состоящие из тандемно (друг за другом) расположенных репликонов разного размера. Средний размер репликона около 30 мкм.

Белки хроматина составляют 60–70 % от его сухой массы. К ним относятся так называемые гистоны и негистоновые белки. Негистоновые белки составляют 20 % от количества гистонов. Гистоны – щелочные белки, обогащенные основными аминокислотами (главным образом, лизином и аргинином).

19. Белки хроматина, их классификация. Укладка ДНК в составе интерфазного хроматина.

Молекулы ДНК имеют диаметр 2 нм, но их длина в хромосомах может достигать нескольких сантиметров. Очевидно, что упаковка таких длинных молекул в объеме клеточного ядра должна быть в высшей степени регулярной. Проблема укладки молекул ДНК в ограниченном объеме ядра осложняется еще и тем, что одновременно необходимо обеспечить возможность локальной распаковки ДНК и доступа к ней ферментов репликации и транскрипции. Вот почему хроматин в клеточном ядре образует сложные пространственные структуры с несколькими уровнями организации (рис. 38).  

Первый уровень укладки ДНК в хроматине обеспечивается нуклеосомами. Они представляют собой округлые частицы диаметром 15 нм, которые связаны между собой участками ДНК длиной около 20 нм. Отдельная нуклеосома состоит их белковой сердцевины, на которую накручена молекула ДНК. Нуклеосомы укорачивают молекулу ДНК примерно в 7 раз.

Второй уровень укладки ДНК обеспечивается взаимодействием линкерной ДНК с гистоном Н1. Молекула гистона Н1 своим глобулярным доменом связывается с двумя витками ДНК на нуклеосоме. Одновременно С-концевой фибриллярный домен гистона НЗ вступает в контакт с линкерной ДНК. В результате соседние нуклеосомы приближаются друг к другу, формируя группы из 6-8 частиц – нуклеомеры (супербусины) диаметром 25-30 нм.

Третий уровень укладки ДНК представлен хроматиновыми фибриллами диаметром 30 нм. Они имеют суперспиральную структуру и содержат максимально сближенные между собой нуклеомеры. В формировании фибрилл диаметром 30 нм принимают участие гистон Н1, а также негистоновые белки с НМО-доменом. За конденсацию хроматина в фибриллу диаметром 30 нм отвечает, прежде всего, С-концевой домен гистона Н1.

Образование нуклеомеров и хроматиновых нитей диаметром 30 нм вызывает дальнейшую компактизацию ДНК в 40-50 раз.

Четвертый уровень укладки ДНК обеспечивается взаимодействием фибрилл диаметром 30 нм с ядерным матриксом. При этом формируются петлевые домены, содержащие в среднем 90 тысяч пар нуклеотидов. В расправленном состоянии их длина может достигать 20 мкм. Концы таких петель прикреплены к ядерному матриксу в особых точках, обозначаемых как МАК или ЗАКз. Эти точки содержат молекулы свободной ДНК («форум-ДНК») длиной 50-150 пар нуклеотидов, которые устойчивы к действию нуклеаз и выделяются из ядра независимо от высокомолекулярной ДНК. Точки МАКз содержат также топоизомеразу II, участвующую в формиро вании изгибов ДНК. Со стороны ядерного матрикса прикрепление хроматиновых нитей обеспечивается ламином А.

Петлевые домены обеспечивают компактизацию молекулы ДНК в 700 раз.

Пятый уровень укладки ДНК связан с формированием групп из 18–20 петлевых доменов, прикрепленных в виде розетки к общему центру из белков ядерного матрикса. Розетки из петлевых доменов находятся в хроматине в компактном состоянии, образуя округлые гранулы диаметром около 150 нм – хромомеры. При активации локализованных в хромомере генов его величина может возрастать до 300 нм и более.

Шестой уровень укладки ДНК определяется формированием хромонемы – фибриллярной структуры диаметром 200–300 нм, состоящей из плотно упакованных хромомеров. Хромомерный и хромонемный уровни укладки позволяют укоротить длину молекулы ДНК в 10 тыс. раз.

Седьмой уровень укладки ДНК состоит в образовании хроматид (однохроматидных хромосом) из хромонем. Толщина хроматиды составляет в среднем 700–800 нм. Если учесть, что толщина хромонемы обычно равна 100–200 нм, то коэффициент упаковки для хромосомного уровня составляет не более 10. Способ укладки хромонемы в хромосоме изучен недостаточно. У одних видов хромонема имеет вид спирали, у других в одной хромосоме могут обнаруживаться две и более параллельные друг другу хромонемы. Хромосомный уровень укладки ДНК в большей степени, чем другие уровни, отражает видовые особенности организации генома эукариот.

Белки хроматина подразделяются на две группы: основные белки – гистоны и кислые, или негистоновые белки. Содержание гистонов в хроматине достигает 50 %, тогда как кислых белков обычно намного меньше – до 20 %. Гистоны представляют собой небольшие белки (молекулярная масса 1122 кД) с повышенным содержанием основных аминокислот – аргинина, лизина и гистидина. За счет этого их молекулы заряжены положительно и легко вступают в ионные связи с отрицательно заряженными молекулами ДНК.Различают пять главных молекулярных форм гистонов  H1, H2A, H2B, H3 и H4. Все гистоны, кроме H1, имеют глобулярную форму и отличаются высокой эволюционной консервативностью. Кислые, или негистоновые, белки хроматина образуют значительно более разнообразную и многочисленную группу, чем гистоны. Общее количество различных молекулярных форм негистоновых белков в клетках составляет не менее 500. Многие из них, вероятно, обладают как видовой, так и тканевой специфичностью.Негистоновые белки отличаются высокой метаболической активностью,способностью к посттрансляционным модификациям. Среди них имеются различные ферменты, участвующие в метаболизме нуклеиновых кислот (полимеразы, топоизомеразы, метилазы, эндонуклеазы) и белков (протеинкиназы, фосфатазы, метилазы, ацетилазы, протеазы), транспортные и регуляторные белки, внутриядерные рецепторы гормонов и др.Наиболее изученными негистоновыми белками хроматина является группа белков высокой подвижности – HMG.

20. Ультраструктура митотических хромосом (уровни компактизации хроматина). Эу- и гетерохроматин.

Хромосомы в этом состоянии представляют собой палочковидные структуры разной длины с довольно постоянной толщиной. У большинства хромосом удается легко найти зону первичной перетяжки (центромеры), которая делит хромосому на два плеча. Хромосомы с равными или почти равными плечами называют метацентрическими, с плечами неодинаковой длины – субметацентрическими. Палочковидные хромосомы с очень коротким, почти незаметным вторым плечом называют акроцентрическими. В области первичной перетяжки расположен кинетохор – сложная белковая структура, имеющая форму овальной пластинки, связанной с ДНК центромерного района хромосомы. К этой зоне во время митоза подходят микротрубочки клеточного веретена, связанные с перемещением хромосом при делении клетки. Некоторые хромосомы имеют, кроме того, вторичные перетяжки, располагающиеся вблизи одного из концов хромосомы и отделяющие маленький участок – спутник хромосомы. Вторичные перетяжки называют, кроме того, ядрышковыми организаторами, так как именно на этих участках хромосом в интерфазе происходит образование ядрышка. В этих местах локализована ДНК, ответственная за синтез рибосомных РНК. Плечи хромосом оканчиваются теломерами – конечными участками. Размеры хромосом, как и их число, у разных организмов варьируют в широких пределах. Совокупность числа, размеров и особенностей строения хромосом называется кариотипом данного вида

В состав хроматина входит ДНК в комплексе с белками. Хроматин интерфазных ядер представляет собой хромосомы, которые, однако, теряют в это время свою компактную форму, разрыхляются, деконденсируются (рис. 37). Степень такой деконденсации хромосом может быть различной. Зоны полной деконденсации хромосом и их участков морфологи называют эухроматином. При неполном разрыхлении хромосом в интерфазном ядре видны участки конденсированного хроматина, иногда называемого гетерохроматином

21. Общая характеристика ядра. Основные структурные компоненты ядра. Функции ядра. Классификация хроматина.

Ядро – это важнейшая составная часть клетки, которая имеется практически во всех клетках многоклеточных организмов. Большинство клеток имеет одно ядро, но бывают двуядерные и многоядерные клетки (например, поперечно-полосатые мышечные волокна). В среднем объем ядра составляет приблизительно 10 % от общего объема клетки. Чаще всего ядро имеет округлую или овальную форму размером от 3 до 10 мкм в диаметре. Минимальный размер ядра составляет 1 мкм (у некоторых простейших), максимальный – 1 мм (яйцеклетки некоторых рыб и земноводных). В некоторых случаях наблюдается зависимость формы ядра от формы клетки. Ядро обычно занимает центральное положение, но в дифференцированных клетках может быть смещено к периферийному участку клетки. В ядре сосредоточена практически вся ДНК эукариотической клетки.

Основными функциями ядра являются:

1) хранение и передача генетической информации;

2) регуляция синтеза белка, обмена веществ и энергии в клетке.

Нарушение любой из этих функций приведет к гибели клетки. Общий план строения интерфазного ядра одинаков у всех клеток. Ядро состоит из ядерной оболочки, хроматина, ядрышек, ядерного белкового матрикса и кариоплазмы (нуклеоплазмы). Эти компоненты встречаются практически во всех неделящихся клетках эукариотических одно- и многоклеточных организмов

В состав хроматина входит ДНК в комплексе с белками. Хроматин интерфазных ядер представляет собой хромосомы, которые, однако, теряют в это время свою компактную форму, разрыхляются, деконденсируются (рис. 37). Степень такой деконденсации хромосом может быть различной. Зоны полной деконденсации хромосом и их участков морфологи называют эухроматином. При неполном разрыхлении хромосом в интерфазном ядре видны участки конденсированного хроматина, иногда называемого гетерохроматином

22.Ядерная оболочка: строение, функции, связь с другими клеточными органеллами.

Строение ядерной мембраны.

Оболочка ядра нуклеолемма изолирует его содержимое от цитоплазмы. Она состоит из наружной и внутренней мембран толщиной по 7-10 нм, между которыми имеется перинуклеарное пространство шириной 15-30 нм (рис. 34). Наружная мембрана часто связана с цистернами и канальцами плазматической сети. Поэтому перинуклеарное пространство может сообщаться с плазматической сетью и другими компонентами мембранной системы клетки. Наружная мембрана ядра обладает большим сходством с цитоплазматическими мембранами. Кроме липидов и белков, она содержит до 16 % углеводов. К ней могут прикрепляться рибосомы и полирибосомы, синхронно с репликацией ДНК синтезирующие ядерные белки

Внутренняя мембрана нуклеолеммы обладает рядом химических и структурных особенностей. С внутренней стороны к ней плотно прилегает фиброзный слой, или ламина, толщиной 10-20 нм, который состоит из белков промежуточных филаментов. С ламиной тесно связан внутренний ядерный матрикс, поэтому даже при полном удалении нуклеолеммы ядро сохраняет свою форму.

Наружная и внутренняя мембраны нуклеолеммы соединены между собой в ядерных порах, которые представляют собой отверстия в нуклеолемме диаметром около 80 нм. Как с цитоплазматической, так и с ядерной стороны по краю поры располагаются два кольца, каждое из которых состоит из 8 уплощенных субъединиц. На внутренней поверхности поры имеется 8 радиальных выступов, или «спиц», локализация которых совпадает с расположением субъединиц в кольцах. С цитоплазматической стороны с каждой субъединицей кольца связана частица диаметром 25 нм. В центре поры часто видна еще одна, центральная гранула диаметром 10-40 нм. Внутри поры иногда можно заметить и другие структуры. В частности, с ядерной стороны у входа в пору обнаруживаются фибриллярный, а с цитоплазматической стороны – гранулярный материал. В целом ядерные поры вместе с окружающими се структурами формируют поровые комплексы (рис. 35, 36), диаметр которых достигает 100-120 нм. 

  Структура поровых комплексов не обладает тканевыми или видовыми особенностями. Их количество в ядре пропорционально числу хромосом и может меняться в зависимости от метаболической активности клетки. Поровые комплексы обеспечивают селективный транспорт веществ между ядром и цитоплазмой, но детали этого процесса остаются неясными. Недавно было показано, что поровые комплексы участвуют в процессинге иРНК, которые транскрибируются в расположенных рядом участках генома. Имеются также данные о том, что поровые комплексы специфически распознают поступающие из цитоплазмы в ядро белки.

23.Химический состав и функции ядрышка. Компоненты активного ядрышка.

Химический состав и функции ядрышка.

Ядрышко выявляется внутри ядер в живых и фиксированных клетках как округлое тельце диаметром 1-5 мкм. Основным химическим компонентом ядрышка являются белки, которые составляют до 90 % его массы. Кроме белков, они содержат также РНК (10–16 %) и ДНК (до 8 %). Ядрышко способно отделяться от хроматина и удерживать при этом участки ДНК, связанные с ним.

Ядрышко является местом синтеза рРНК и образования предшественников рибосом. В нем выделяют следующие структурные компоненты (рис. 40):

– ядрышковый организатор (фибриллярный центр);

– плотный фибриллярный компонент;

– гранулярный компонент;

– околоядрышковый гетерохроматин;

– белковый сетчатый матрикс.

Ядрышковый организатор, морфологически выявляемый в виде фибриллярного центра, представляет собой хроматин, в котором локализованы гены рРНК. Он является наиболее стабильной частью ядрышка и сохраняется при делении клетки, когда функционирование ядрышек временно прекращается. Ядрышки клеток человека могут содержать до 30 фибриллярных центров.

В электронном микроскопе фибриллярные центры выглядят как небольшие округлые образования низкой электронной плотности, состоящие из фибрилл диаметром 2-3 нм. Эти фибриллы представляют собой нити ДНК, содержащие неактивные гены рРНК. Активно транскрибируемые гены рРНК локализуются по периферии фибриллярных центров.

Рибосомные гены представлены в геномах эукариот сотнями и тысячами копий. У человека имеется 540 копий рибосомных генов, но в ядрышке активируется не более 140. У амфибий число копий может достигать 20000. Рибосомные гены собраны в кластеры, локализованные в районах вторичных перетяжек хромосом.

Фибриллярные центры отличаются пониженным содержанием гистона НТ и избирательно импрегнируются АgNО3. Это свойство фибриллярных центров обусловлено особыми белками, которые содержат аминокислоту диметиларгинин и сильно фосфорилированы,

Плотный фибриллярный компонент окружает фибриллярные центры, отличаясь от них повышенной электронной плотностью. Он образован фибриллами диаметром 4–8 нм, содержащими РНК. Эти фибриллы состоят из высокомолекулярного предшественника рРНК (458 пре-рРНК), который образуется на границе с фибриллярным центром путем транскрипции рибосомных генов РНК полимеразой I. Они также содержат рибосомные белки, которые связываются с первичным транскриптом.

В дальнейшем происходит расщепление предшественника рРНК на более короткие фрагменты при помощи нуклеаз. Специфическими маркерами процессинга рРНК являются белки нуклеолин и фибрилларин.

Гранулярный компонент состоит из гранул размером 15–20 нм, которые заполняют пространство вокруг фибрилл, занимая до 80 % объема ядрышка. Эти гранулы содержат РНК и белки и являются предшественниками субъединиц рибосом различной степени зрелости. Маркерным белком сборки предшественников рибосом является полипептид В23.

Гранулярный компонент возникает в результате расщепления, фибриллярного компонента. Если обработать клетки антибиотиком актиномицином О, который подавляет синтез РНК, то происходит сегрегация фибриллярного и гранулярного компонентов и постепенная деградация последнего. Иногда фибриллярный и гранулярный компоненты ядрышка образуют комплекс удлиненных тяжей шириной до 200 нм – нуклеолонему.

Околоядрышковый гетерохроматин окружает ядрышко по периферии, но может также заходить в него между петлями нуклеолонемы. В электронном микроскопе видно, что он состоит из хроматиновых фибрилл диаметром 30 нм. Околоядрышковый гетерохроматин, вероятно, определяет локализацию ядрышка в клеточном ядре.

Белковый сетчатый матрикс выявляется в ядрышке после экстракции из него РНК, ДНК и белков. Он представлен рыхлой фибриллярной сетью, которая заполняет весь объем ядрышка. Белковый матрикс ядрышка является составной частью ядерного матрикса.

В некоторых клетках вблизи от ядрышек располагаются тельца Кахаля (клубочковые тельца) – округлые аргирофильные образования диаметром от 100 нм до 1 мкм. Они были открыты в нейронах головного мозга млекопитающих испанским цитологом С. Рамон-иКахалем в 1903 г. Позднее они были обнаружены также в клетках растений, насекомых и амфибий. В эмбриональных клетках тельца Кахаля формируют парную структуру – гем. В последнее время установлено, что эти органоиды содержат ферменты, регуляторные белки и рибонуклеопротеиды, принимающие участие в транскрипции ДНК. Специфическим маркером телец Кахаля является белок коилин с молекулярной массой 80 кД. Предполагается, что тельца Кахаля, тесно взаимодействуя с ядрышками, обеспечивают созревание транскринтосом – особых органоидов, обеспечивающих транскрипцию гистоновых и других крупных генных локусов. На роль транскриптосом претендуют интерхроматиновые гранулы.

24. Лизосомы: строение, химическая организация, образование, функции. Разновидности лизосом и их роль в клетке.

Лизосомы – это одномембранные пузырьки диаметром 0,1...0,5 мкм, содержащие гидролитические ферменты (протеазы, нуклеазы, липазы и кислые фосфатазы) (рис. 9).

Первичные лизосомы образуются при отшнуровывании от периферической части аппарата Гольджи. Их размеры очень малы (около 0,1 мкм). Затем эти первичные лизосомы сливаются с фагосомами (фагоцитарными вакуолями), образуя вторичные лизосомы (пищеварительные вакуоли). Вторичные лизосомы могут сливаться между собой. Вещества, поглощенные клеткой, подвергаются гидролизу, продукты которого через мембрану вторичной лизосомы поступают в цитоплазматический матрикс. Лизосома, содержащая непереваренные вещества, превращается в остаточное тельце. Остаточные тельца выводятся из клетки путем экзоцитоза или остаются в ее составе вплоть до гибели клетки.

Первичные лизосомы могут изливать свое содержимое за пределы клетки (при внеклеточном пищеварении) или превращаться в автолизосомы. Автолизосомы (фагосомы) образуются при слиянии первичных лизосом и отработанных внутриклеточных структур: фрагментов эндоплазматической сети, митохондрий, пластид, рибосом, включений и т.д. Автолизосомы выполняют роль внутриклеточных чистильщиков, их количество возрастает при повреждении клеток, при стрессах, при различных генетических и инфекционных заболеваниях.

25. Роль лизосом в фагоцитозе и некрозе клеток. Лизосомальный цикл.

Лизосомы - это самые мелкие из мембранных органелл клетки; они представляют собой пузырьки диаметром 0,5 мкм, содержащие гидролитические ферменты, способные расщеплять белки, углеводы, жиры и нуклеиновые кислоты. С их помощью осуществляется внутриклеточное пищеварение. У растений функции лизосом сравнимы с некоторыми функциями вакуолей. Различают 2 основных вида лизосом: первичные, служащие вместилищем ферментов, но не участвующие в процессе внутриклеточного переваривания, и вторичные, связанные с литическими процессами (к ним относят и цитолисомы, в которых происходит переваривание компонентов собственной клетки — аутофагия).

Аутофагоцитоз считается естественным процессом в жизнедеятельности клетки и ей отводится важная роль в обновлении ее структур при внутриклеточной регенерации. Лизосомы участвуют в расщеплении "старых" частей клетки, целых клеток и отдельных органов. При фагоцитозе лизосомы сливаются с мембраной фагоцитарного пузырька, и гидролитические ферменты переваривают поступившую в клетку пищу. Пиноцитозные пузырьки доставляют капли жидкости к вакуолям - мебранным органеллам, которые являются резервуарами воды и растворенных в ней соединений. Лизосомы играют роль в ряде физиологических процессов, требующих лизиса клеточных структур (например, в защите клетки от бактерий, инородных тел, химических веществ, в воспалительных и иммунологических реакциях, в процессах некроза). Некроз характеризуется разрывом цитоплазматической и внутриклеточных мембран, что приводит к разрушению органелл, высвобождению лизосомальных ферментов и выходу содержимого цитоплазмы в межклеточное пространство.

26. Фагосомы, пиносомы и опушенные везикулы, их роль в эндоцитозе.

Фагосома – пузырек с содержимым, поглощенным клеткой в результате фагоцитоза, окружен однослойной мембраной. Фагоцитоз — процесс поглощения клеткой твёрдых объектов. Вокруг поглощаемого объекта образуется большая внутриклеточная вакуоль (фагосома). Путем слияния фагосомы с первичной лизосомой образуется вторичная лизосома. Пиносома – ограниченный мембраной цитоплазматический пузырек, образующийся в результате локального впячивания клеточной мембраны при пиноцитозе. Размер пиносом невелик, но обилие их приводит к тому, что при эндоцитозе плазмалемма быстро замещается, как бы «тратится» на образование множества мелких вакуолей.Опущенные везикулы — это относительно маленькие внутриклеточные органоиды, в которых запасаются или транспортируются питательные вещества. Они обеспечивают метаболизм и транспорт веществ, хранение ферментов. Также везикулы играют роль в поддержании плавучести клетки. Некоторые везикулы способны образовываться из частей плазматической мембраны. Эндоцитоз— процесс захвата внешнего материала клеткой, осуществляемый путём образования мембранных везикул.

27.Митохондрии: морфологическая характеристика, локализация в клетке.

Митохондрии—органеллы энергообеспечения метаболических процесов в клетке. Они представл. собой гранулярные или нитевидные органеллы, присутствующие в цитоплазме простейших, растений и животных. В клетке митохондрии выполняют функцию дыхания. Клеточное дыхание — это последовательность реакций, с помощью которых клетка использует энергию связей органических молекул для синтеза макроэргических соединений типа АТФ. Образующиеся внутри митохондрии молекулы АТФ переносятся наружу, обмениваясь на молекулы АДФ, находящиеся вне митохондрии. В живой клетке митохондрии могут передвигаться с помощью элементов цитоскелета. Митохондрии можно наблюдать в живых клетках, так как они обладают достаточно высокой плотностью. В живых клетках митохондрии могут двигаться, перемещаться, сливаться друг с другом. На ультрамикроскопическом уровне стенка митохондрии сост. из двух мембран — наружной и внутренней. Наружная мембрана имеет относительно ровную поверхность, внутренняя — образует направленные в центр складки, или кристы.

Внутренняя мембрана митохондрий в большинстве клеток тканей различных органов формирует кристы в виде пластин (ламеллярные кристы), что значительно увеличивает площадь поверхности внутренней мембраны. В последней 20-25 % всех белковых молекул составляют ферменты дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования. Матрикс митохондрии, или содержимое внутренней камеры, представляет собой гелеобразную структуру, содержащую около 50 % белков. Осмиофильные тельца— это резервы кальция. Матрикс содержит ферменты цикла лимонной кислоты, катализирующие окисление жирных кислот,синтез рибосом,ферменты, участвующие в синтезе РНК и ДНК. Общее число ферментов превышает 40. Помимо ферментов, матрикс митохондрии содержит митохондриальную ДНК (митДНК) и митохондриальные рибосомы. Молекула митДНК имеет кольцевидную форму. Возможности внутримитохондриального белкового синтеза ограничены—здесь синтезируются транспортные белки митохондриальных мембран и некоторые ферментные белки, участвующие в фосфорилировании АДФ. Все остальные белки митохондрии кодируются ядерной ДНК, и их синтез осуществляется в гиалоплазме, и в дальнейшем они транспортируются в митохондрию. Жизненный цикл митохондрий в клетке короткий, поэтому природа наделила их двойственной системой воспроизводства — помимо деления материнской митохондрии, возможно образование нескольких дочерних органелл путем почкования.

28. Размеры, форма и ультраструктура митохондрий в связи с выполняемыми функциями. Биогенез митохондрий, их происхождение и эволюция.

Митохондрии—органеллы энергообеспечения метаболических процесов в клетке. Они представл. собой гранулярные или нитевидные органеллы, присутствующие в цитоплазме простейших, растений и животных. Размеры митохондрий, как и их форма, очень непостоянны у разных видов. Все же у большинства клеток толщина этих структур относительно постоянна (около 0,5 мкм), а длина колеблется, достигая у нитчатых форм до 7—60 мкм.

В клетке митохондрии выполняют функцию дыхания. В живой клетке митохондрии могут передвигаться с помощью элементов цитоскелета. Митохондрии можно наблюдать в живых клетках, так как они обладают достаточно высокой плотностью. В живых клетках митохондрии могут двигаться, перемещаться, сливаться друг с другом. На ультрамикроскопическом уровне стенка митохондрии сост. из двух мембран — наружной и внутренней. Наружная мембрана имеет относительно ровную поверхность, внутренняя — образует направленные в центр складки, или кристы.

Внутренняя мембрана митохондрий в большинстве клеток тканей различных органов формирует кристы в виде пластин (ламеллярные кристы), что значительно увеличивает площадь поверхности внутренней мембраны. В последней 20-25 % всех белковых молекул составляют ферменты дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования. Матрикс митохондрии, или содержимое внутренней камеры, представляет собой гелеобразную структуру, содержащую около 50 % белков. Осмиофильные тельца— это резервы кальция. Матрикс содержит ферменты цикла лимонной кислоты, катализирующие окисление жирных кислот,синтез рибосом,ферменты, участвующие в синтезе РНК и ДНК. Общее число ферментов превышает 40. Помимо ферментов, матрикс митохондрии содержит митохондриальную ДНК (митДНК) и митохондриальные рибосомы. Молекула митДНК имеет кольцевидную форму. Возможности внутримитохондриального белкового синтеза ограничены—здесь синтезируются транспортные белки митохондриальных мембран и некоторые ферментные белки, участвующие в фосфорилировании АДФ. Все остальные белки митохондрии кодируются ядерной ДНК, и их синтез осуществляется в гиалоплазме, и в дальнейшем они транспортируются в митохондрию. Жизненный цикл митохондрий в клетке короткий, поэтому природа наделила их двойственной системой воспроизводства — помимо деления материнской митохондрии, возможно образование нескольких дочерних органелл путем почкования.

29.Пластиды клеток растений, их типы. Функции различных типов пластид, их взаимопревращения. Ультраструктура хлоропластов в связи с выполняемыми функциями. Биогенез пластид, их происхождение и эволюция.

Пластиды – это двумембранные органоиды, которые характерны для растительных клеток. Они были открыты А. Левенгуком в 1676 г. У высших растений имеется несколько типов пластид, отличающихся составом пигментов, структурой и функциями – хлоропласты, лейкопласты, амилопласты и хромопласты. Кроме высших растений, пластиды обнаружены также у некоторых водорослей и простейших. Количество пластид в клетке может колебаться от нескольких десятков до сотен. В среднем клетка высших растений содержит около 30 пластид. На самом деле все пластиды являются разновидностями одного органоида – хлоропласта

Хлоропласты высших растений представляют собой тельца овальной формы шириной 2-4 мкм и длиной 4-10 мкм. Они имеют две мембраны толщиной по 7 нм с межмембранным пространством шириной около 30 нм. Как и у митохондрий, наружная и внутренняя мембраны хлоропласта отличаются проницаемостью и другими физико-химическими свойствами (рис. 14).   Внутренняя мембрана хлоропластов образует протяженные складки – ламеллы. На ламеллах располагаются плоские мембранные цистерны дисковидной формы – тилакоиды, имеющие полость шириной 25 нм. Они собраны в комплексы наподобие столбика монет – граны. Тилакоиды уложены в гране таким образом, что между соседними мембранами остается пространство шириной 2 нм. Число тилакоидов в гране может достигать нескольких десятков

Внутри хлоропласта между мембранными структурами содержится мелкодисперсное вещество, формирующее матрикс, или строму. У некоторых хлоропластов и других пластид в строме обнаруживаются включения – пластоглобулы, крахмальные зерна и кристаллы белка

30. Структура и функции хлоропластов. Геном хлоропластов.

Структура и функции хлоропластов. Геном хлоропластов. Хлоропласты высших растений представляют собой тельца овальной формы шириной 24 мкм и длиной 410 мкм. Они имеют две мембраны толщиной по 7 нм с межмембранным пространством шириной около 30 нм. Как и у митохондрий, наружная и внутренняя мембраны хлоропласта отличаются проницаемостью и другими физико-химическими свойствами. Внутренняя мембрана хлоропластов образует протяженные складки – ламеллы. На ламеллах располагаются плоские мембранные цистерны дисковидной формы – тилакоиды, имеющие полость шириной 2030 нм. Они собраны в комплексы наподобие столбика монет – граны. Тилакоиды уложены в гране таким образом, что между соседними мембранами остается пространство шириной 2 нм. Число тилакоидов в гране может достигать нескольких десятков. Внутри хлоропласта между мембранными структурами содержится мелкодисперсное вещество, формирующее матрикс, или строму. У некоторых хлоропластов и других пластид в строме обнаруживаются включения  пластоглобулы, крахмальные зерна и кристаллы белка. В хлоропластах осуществляется фотосинтез. Геном хлоропластов:

Хлоропласты обладают ДНК и рибосомами, которые локализованы в строме. ДНК хлоропластов представлена кольцевыми молекулами массой 80130 мД. В одном органоиде может содержаться до 40 копий ДНК. Геном хлоропластов содержит около 120 структурных генов, которые кодируют рибосомальные и транспортные РНК, 20 рибосомальных белков, 9 из 12 субъединиц АТФ-синтетазы, часть белков фотосистем и цепи транспорта электронов. Однако, как и у митохондрий, большинство белков хлоропластов кодируется генами клеточного ядра. Белоксинтезирующая система у хлоропластов прокариотического типа с 70S рибосомами.

31.Стартовый и терминирующий кодоны. Этапы биосинтеза белка.

Стартовый и терминирующий кодоны. Этапы биосинтеза белка. Стартовый кодон – АУГ. Стартовый кодон - кодон, с которого рибосома начинает процесс трансляции. Определяет первую аминокислоту в полипептидной цепи. Терминирующий кодон – УАА, УАГ, УГА.Терминирующий кодон-кодон,определяющ. окончание (терминацию) синтеза полипептидной цепи. Биосинтез белка — сложный многостадийный процесс синтеза полипептидной цепи из аминокислот, происходящ. на рибосомах с участием молекул мРНК и тРНК. Процесс биосинтеза белка требует значительн. затрат энергии. Сост. из трёх этапов: транскрипция ДНК, процессинг (созревание) иРНК, трансляция иРНК (инициация, элонгация, терминация). 1 этап. Транскрипция ДНК. На транскрибируемой цепи ДНК с помощью ДНК-зависимой РНК-полимеразы достраивается комплементарная цепь мРНК. Молекула мРНК является точной копией нетранскрибируемой цепи ДНК с той разницей, что вместо дезоксирибонуклеотидов в ее состав входят рибонуклеотиды, в состав которых вместо тимина входит урацил.

2 этап. Процессинг (созревание) мРНК. Синтезированная молекула мРНК (первичный транскрипт) подвергается дополнительным превращениям. В большинстве случаев исходная молекула мРНК разрезается на отдельные фрагменты. Одни фрагменты –интроны – расщепляются до нуклеотидов, а другие – экзоны – сшиваются в зрелую мРНК. Процесс соединения экзонов «без узелков» называется сплайсинг.

Сплайсинг характерен для эукариот и архебактерий, но иногда встречается и у прокариот. Существует несколько видов сплайсинга. Сущность альтернативного сплайсинга заключается в том, что одни и те же участки исходной мРНК могут быть и интронами, и экзонами. Тогда одному и тому же участку ДНК соответствует несколько типов зрелой мРНК и, соответственно, несколько разных форм одного и того же белка. Сущность транс–сплайсинга заключается в соединение экзонов, кодируемых разными генами (иногда даже из разных хромосом), в одну зрелую молекулу мРНК.

3 этап. Трансляция мРНК. это процесс синтеза белка на матрице и-РНК. Включает три стадии:  инициацию (начало), элонгацию (продолжение) и терминацию (окончание).

- инициация (образование пептидной связи между 2-мя первыми аминокислотами полипептидов).

- элонгация (наращивание полипептидной цепи).

- терминация (окончание синтеза полипептидной цепи).

32. Химический состав и ультраструктура малой и большой субъединиц эукариотических рибосом. Белоксинтезирующая система.

. Рибосома состоит из РНК и белков, причем основные структурно-функциональные свойства этого органоида определяются рибосомальной РНК. эукариотические рибосомы сод-ат 4 молекулы рРНК.РНК малой субъединицы с коэффициентами седиментации 16S и 18S имеет от 1500 до 1800 нуклеотидных остатков. Она обладает значительной внутренней комплементарностью, за счет чего формируется около трех десятков коротких двуспиральных участков – “шпилек”, которые детерминируют форму малой субчастицы. Длинная молекула РНК большой субъединицы с коэффициентом седиментации 18S или 26S содержит от 3000 до 4800 нуклеотидных остатков. За счет внутренней комплементарности в ней формируется более 100 двойных спиралей, которые определяют форму субъединицы. Кроме длинной РНК, большая субъединица прокариотических и эукариотических рибосом содержит также короткую 5S РНК, состоящую из 120 нуклеотидных остатков, которая за счет внутренней комплементарности формирует Т-образную структуру с 5 спиральными участками.Большая субъединица эукариотических рибосом содержит дополнительно 5,8S РНК. Она состоит из 160 нуклеотидных остатков и комплементарно связана с 26S РНК. Следует отметить, что 5,8S РНК большой субъединицы эукариотических рибосом гомологична 5’-концу бактериальной 23S РНК.Рибосомы содержат 50-70 различных белков. Среди рибосомальных белков преобладают основные полипептиды, но встречаются также нейтральные и кислые белки.У эукариотических рибосом белков значительно больше: малая субъединица содержит 30 белков, а большая – 40.Белоксинтезирующая система. Наследственная информация закодирована в первичной структуре ДНК, которая в эукариотических клетках сосредоточена в клеточном ядре. Участки ДНК, кодирующие первичную структуру полипептида - структурные гены, являются матрицами для синтеза информационной РНК (иРНК). Процесс образования функциональных копий генов в виде иРНК называется транскрипцией. Отредактированные в ходе сплайсинга иРНК поступают затем в цитоплазму, где связываются с рибосомами. Используя информацию, закодированную в иРНК, рибосомы синтезируют полипептид в ходе процесса, называемого трансляцией. Синтез полипептида из аминокислот осуществляется в соответствии с генетическим кодом, который представляет собой правила соответствия аминокислот триплетам нуклеотидов в иРНК (кодонам).Кроме иРНК и рибосом для осуществления трансляции необходим еще ряд других молекул. Рибосомы совместно с молекулами, принимающими участие в трансляции, образуют белоксинтезирующую систему, которая может функционировать вне клетки.

33. Ламины. Поровые комплексы и их функции.

Поровые комплексы состоят из белковых гранул диаметром 10-25 нм, образующих кольцевые структуры, расположенные в порах. Функция этих комплексов - транспорт различных РНК из ядра в цитоплазму и определенных белков из цитоплазмы в ядро. Ламина (от лат. ламина - пластинка), или периферическая плотная пластинка, расположена под внутренней мембраной кариолеммы и состоит из особых скелетных белков. Она определяет форму ядра, взаимодействует с поровымии комплексами, генетическим материалом и ядерным матриксом.. Ламины-промежуточные филоменты. В отличие цитоплазматических белков, образующих фибриллы, локализованные в клеточном ядре ламины А, В и С (молекулярная масса 60-70 кД) собраны в прямоугольные решетки. Сформированный ими остов, или ядерный матрикс, контактирует с внутренней мембраной нуклеолеммы, обеспечивая поддержание размеров и формы клеточного ядра. Ядерный матрикс из ламинов служит также опорной структурой для хромосом. При митозе или мейозе ламины фосфорилируются киназами клеточного деления, что приводит к их деполимеризации и распаду нуклеолеммы на отдельные рассеянные по цитоплазме пузырьки. В конце деления активируются фосфатазы, обеспечивающие полимеризацию ламинов и восстановление ядерного матрикса и нуклеолеммы

34. Веретено деления, его организация. Механизм расхождения хромосом при делении клетки.

веретено деления -структура, возникающая из микротрубочек в профазе митоза и представляющая собой систему тонких нитей, идущих от полюсов клетки к ее центру. В анафазе митоза А. в. д. растаскивает однохроматидные хромосомы к разным полюсам клетки.

???????

35. Структура и ультраструктура центриолей. Функции центриолей и механизм их осуществления. Центриолярный цикл. Связь центриолей с ресничками и жгутиками.

36. Реснички и жгутики клеток эукариот: белковый состав, ультратонкая организация, формы и механизм движения, связь с центриолями.

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. Причем клетки, имеющие реснички и жгутики, в свободном состоянии обладают способностью двигаться. Неподвижные клетки, благодаря движению ресничек, способны перемещать жидкости и частички веществ. Жгутик – это органоид движения у бактерий, ряда простейших, зоо-спор и сперматозоидов. В клетке обычно бывает от 1 до 4 жгутиков. Ресничка – это органоид движения или рецепции у клеток животных и некоторых растений. Траектория движения ресничек очень разнообразна. В различных клетках это движение может быть маятникообразным, крючкооб-разным, воронкообразным или волнообразным.Ресничка представляет собой тонкий цилиндрический вырост цитоплаз-мы, покрытый цитоплазматической

мембраной. Внутри выроста расположена аксонема ("осевая нить"), состоящая в основном из микротрубочек. В основании реснички находится базальное тело, погруженное в цитоплазму. Для объяснения способа движения ресничек и жгутиков используется гипотеза "скользящих нитей". Считается, что незначительные смещения дублетов микротрубочек друг относительно друга могут вызвать изгиб всей реснички. Если такое локальное смещение будет происходить вдоль жгутика, то возникает волнообразное движение.

37. Микрофиламенты: химический состав, строение. Цитоплазматические микрофиламенты. Амебоидное движение. Ультраструктура микроворсинок.

Микрофиламенты представляют собой тонкие (около 7 нм) белковые нити, встречающиеся практически во всех типах эукариотических клеток. Они расположены пучками или слоями в кортикальном слое цитоплазмы, непосредственно под плазмолеммой. Сеть микрофиламентов выявлена в большинстве клеток. В состав микрофиламентов входят сократительные белки: актин, миозин, тропомиозин, альфа-актинин. Функции микрофиламентов заключаются в образовании цитоскелета и обеспечении большинства внутриклеточных форм движения (токи цитоплазмы, движение вакуолей, митохондрий).

38. Микротрубочки, их химический состав, ультратонкая организация. Цитоплазматические микротрубочки.

Микротрубочки - немембранные органоиды, представляющие собой полые цилиндры длиной около 200 нм и толщиной около 25 нм. Микротрубочки можно обнаружить в цитоплазме практически всех эукариотных клеток. В больших количествах они находятся в цитоплазматических отростках нервных клеток, фибробластов и других изменяющих свою форму клеток. Местом организации роста микротрубочек цитоскелета в интерфазной клетке является центриоль. Микротрубочки различного происхождения (реснички простейших, клетки нервной ткани, веретено деления) имеют сходный состав и содержат белки - тубулины. Очищенные тубулины при определенных условиях способны собираться в микротрубочки. Добавление алкалоида колхицина предотвращает самосборку микротрубочек или приводит к разборке уже существующих. В клетке тубулины существуют в двух формах - свободной и связанной. Сдвиг равновесия между этими формами приводит или к диссоциации микротрубо-чек, или к их росту. Ни тубулины в чистом виде, ни построенные из них микротрубочки не способны к сокращению. В клетках микротрубочки принимают участие в создании ряда временных (цитоскелет интерфазных клеток, веретено деления) или постоянных структур (центриоли, базальные тельца, реснички, жгутики). Кроме того, микротрубочки способствуют ориентированному движению внутриклеточных компонентов.

39. Общая характеристика опорно-двигательной системы клетки. Промежуточные филаменты: химический состав, локализация, роль в клетке.

Промежуточные филаменты названы так потому, что их диаметр составляет около 10 нм, что является промежуточной величиной между диаметром микрофиламентов (6 нм) и микротрубочек (25 нм). В отличие от микрофиламентов и микротрубочек они являются не молекулярными полимерами, а поликонденсатами фибриллярных мономеров. Промежуточные филаменты обнаружены во всех клетках животных, но особенно много их в покровном эпителии, нервной и мышечных тканях.В центральной части молекулы белков промежуточных филаментов содержится одинаковая аминокислотная последовательность из 130 остатков, формирующая а-спираль. Тем не менее, эти белки обладают выраженной тканевой специфичностью, которая определяется концевыми участками их молекул. Сборка филаментов происходит путем упорядоченной конденсации а- спирБишных прруктургочных филаментов принадлежат к одной из четырех различных групп - кератинам, белкам мезенхимных клеток, белкам нейрофибрилл и ламинам.Кератины представляют собой семейство фибриллярных белков с молекулярной массой 40-70 кД, специфичных для эпителиальных клеток. Отдельные белки, которых в семействе около тридцати, лишь незначительно отличаются по аминокислотной последовательности, но их комплексы могут формировать различные супрамолекулярные структуры, которые придают эпителиальным клеткам различные физико-химические свойства. В частности, именно кератины обеспечивают механические свойства волос, ногтей, перьев и других производных эпидермиса у позвоночных животных. Белки промежуточных филаментов клеток мезенхимального про-исхождения представлены виментином клеток соединительной тка¬ни, эндотелия сосудов и крови, десмином (скелетином) мышечных тканей и глиальным кислым фибриллярным белком астроцитов и других клеток нейроглии. Эти белки имеют молекулярную массу 53-58 кД и формируют в клетках опорные структуры. В частности, десмин входит в состав 2-пластинок, к которым прикреплены актино- вые нити в сократительных органоидах мышечных волокон - мио- фибриллах.К белкам нейрофиламентов относятся три полипептида с молекулярной массой 68, 145 и 220 кД. Они вместе с микротрубочками входят в состав характерных для нервных клеток структур - нейрофибрилл, которые участвуют в формировании системы внутриклеточного транспорта в теле нейрона и его отростках.Промежуточные филаменты цитоплазмы локализуются в основном вокруг клеточного ядра, а также образуют пучки, идущие от ядра на периферию клетки. Распределение промежуточных филаментов в клетке в значительной степени совпадает с распределением микротрубочек, что отражает их совместное участие во внутриклеточных транспортных системах.В отличие цитоплазматических белков, образующих фибриллы, локализованные в клеточном ядре ламины А, В и С (молекулярная масса 60-70 кД) собраны в прямоугольные решетки. Сформированный ими остов, или ядерный матрикс, контактирует с внутренней мембраной нуклеолеммы, обеспечивая поддержание размеров и формы клеточного ядра. Ядерный матрикс из ламинов служит также опорной структурой для хромосом. При митозе или мейозе ламины фосфорилируются киназами клеточного деления, что приводит к их деполимеризации и распаду нуклеолеммы на отдельные рассеянные по цитоплазме пузырьки. В конце деления активируются фосфатазы, обеспечивающие полимеризацию ламинов и восстановление ядерного матрикса и нуклеолеммы.

40. Актин и ассоциированные с ним белки. Молекулярные механизмы сокращения актиномиозиновых комплексов.

41. Ультраструктура диктиосом и их функции.

Аппарат Гольджи (комплекс Гольджи, пластинчатый комплекс). Назван в честь К. Гольджи, который в 1898 г. обнаружил его в нервных клетках. Основой аппарата Гольджи является диктиосома – стопка уплощенных одномембранных цистер.Количество диктиосом в клетке может достигать 20. Если диктиосомы расположены независимо друг от друга, то такая структура аппарата Гольджи называется диффузной. Если диктиосомы связаны между собой каналами в единую трехмерную систему, то такая структура называется сетчатой. В зоне аппарата Гольджи наблюдается множество мелких вакуолей.Часть вакуолей имеет ретикулярное происхождение, то есть они образуются путем отшнуровывания от эндоплазматического ретикулума. Путем слияния этих вакуолей и образуются цистерны аппарата Гольджи. Другая часть вакуолей (обычно более крупных) образуется путем отшнуровывания от цистерн аппарата Гольджи.В цистернах аппарата Гольджи завершается формирование компонентов плазмалеммы. Здесь же завершается модификация экспортных белков. От аппарата Гольджи отшнуровываются секреторные вакуоли и первичные лизосомы.

42. Включения.

Включения цитоплазмы — это необязательные компоненты клетки, появляющиеся и исчезающие в зависимости от интенсивности и характера обмена веществ в клетке и от условий существования организма. Включения имеют вид зерен, глыбок, капель, вакуолей, гранул различной величины и формы. Их химическая природа очень разнообразна. В зависимости от функционального назначения включения объединяют в группы:1.трофические;2.секреты;3.инкреты;4.пигменты;5.экскреты и др.6.специальные включения (гемоглобин)Среди трофических включений (запасных питательных веществ) важную роль играют жиры и углеводы. Белки как трофические включения используются лишь в редких случаях (в яйцеклетках в виде желточных зерен).Пигментные включения придают клеткам и тканям определенную окраску.Секреты и инкреты накапливаются в железистых клетках, так как являются специфическими продуктами их функциональной активности.Экскреты - конечные продукты жизнедеятельности клетки, подлежащие удалению из нее.

43. Клеточный цикл. Фазы клеточного цикла, их характеристика.

Клеточным циклом (митотическим циклом) называют весь период существования клетки от ее появления в результате деления до элиминации вследствие либо деления, либо апоптоза.

Клеточный цикл подразделяется на четыре периода: пресинтетический G1, синтетический S, постсинтетический G2 и митоз М. Периоды Gl, S и G2 составляют в совокупности интерфазу, во время которой клетка сохраняет оформленное ядро, тогда как при делении митозом оно временно исчезает. Эта схема также подразумевает, что синтез ДНК происходит в интерфазе в ограниченный период времени, причем между ним и митозом существуют паузы (gaps).

Во время пресинтетического периода клетка активно синтезирует РНК и белки, восстанавливает органоиды, утраченные при делении, накапливает молекулы и энергию, необходимые для репликации, репарирует повреждения ДНК. Преобладание анаболических процессов в G1-периоде вызывает увеличение объема цитоплазмы, благодаря чему наблюдается рост клетки. Продолжительность периода G1 варьирует в широких пределах. Так, например, у лимфоцитов тимуса она составляет около 3 ч., в кишечном эпителии – 10 ч., в печени – 48 ч., в эпидермисе кожи – 64 ч. При неблагоприятных условиях продолжительность G1-периода возрастает, а при стимуляции клеток гормонами, факторами роста и митогенами – снижается.

В синтетическом периоде происходит синтез ДНК и белков хроматина, что приводит к удвоению хромосом и увеличению размеров клеточного ядра. Репликация ДНК осуществляется в геноме эукариот параллельно во многих участках – репликонах, которым соответствуют петлевые домены хроматина. Число репликонов зависит, прежде всего, от количества ДНК в ядре и поэтому варьирует в пределах от 1 тыс. у дрожжей до 40–60 тыс. у млекопитающих. Репликоны объединены в кластеры, которые содержат от 20 до 80 точек инициации. Все репликоны, принадлежащие данному кластеру, реплицируются одновременно

В репликации ДНК эукариот принимает участие большое количество ферментов. Наиболее важные из них – ДНК-полимеразы, праймазы, лигазы, топоизомеразы, ДНК-азы и РНК-азы. Репликация ДНК происходит по полуконсервативному механизму, при этом в точке инициации возникают две репликативные вилки, которые двигаются в противоположных направлениях со скоростью 1–3 тыс. пар нуклеотидов в минуту. Репликация ДНК в клеточном ядре происходит закономерным образом, распространяясь от эухроматина к гетерохроматину. Позже всех реплицируется сателлитная ДНК, которая локализуется в районе первичных перетяжек хромосом – центромер.

Одновременно с репликацией ДНК в ядро поступают гистоны и другие белки хроматина, которые синтезируются рибосомами в цитоплазме. Они взаимодействуют со вновь синтезированной ДНК и воспроизводят многоуровневую структуру хроматина, существовавшую в ядре до начала репликации. К концу S-периода количество ДНК и гистонов в клеточном ядре увеличивается ровно в два раза. При этом однохроматидные хромосомы превращаются в двухроматидные. Это можно наблюдать непосредственно, вызывая конденсацию хромосом в интерфазе осмотическим шоком.

Продолжительность S-периода составляет для лимфоцитов тимуса 6 ч, клеток кишечного эпителия – 8 ч, печени – 16 ч. В течение S-периода происходит также удвоение центриолей.

В постсинтетическом периоде клетка начинает непосредственную подготовку к делению. При этом в ней синтезируются тубулины, которые необходимы для формирования микротрубочек веретена деления, а также белки, участвующие в конденсации хромосом и других процессах митоза. В G2-периоде может также происходить незначительный репаративный синтез ДНК. Для этого периода клеточного цикла характерен высокий уровень посттрансляционных модификаций белков, в особенности фосфорилирования и ацетилирования. Основными субстратами для соответствующих ферментов являются белки цитоскелета и ядерного матрикса. В G2- периоде происходит также активация тканеспецифических генов. Продолжительность этого периода у разных клеток меняется мало, составляя в большинстве случаев 2–4 часа.

44. Митоз как основной способ размножения соматических клеток. Стадии митоза, их характеристика. Типы митоза.

После окончания С2-периода клетка приступает к делению. Митоти-ческое деление клетки состоит из четырех фаз - профазы, метафазы, анафазы и телофазы (рис. 44).

Переход из G2-периода в профазу митоза сопровождается повышением вязкости цитоплазмы и округлением клеток. Одновременно наблюдаются изменения в хроматине, мелкозернистая структура которого меняется на глыбчатую. В ранней профазе в ядре более отчетливыми становятся интенсивно окрашенные теломерные участки хромосом, которые располагаются по периметру ядра у нуклеолеммы. В поздней профазе видно, что от теломерных участков к центру ядра отходят плечи хромосом.

В профазе митоза происходит расхождение двух диплосом клеточного центра в противоположные концы – полюса клетки. Между ними формируется состоящее из микротрубочек веретено деления (митотическое, или ахроматиновое, веретено). Число радиально расположенных вокруг диплосом микротрубочек увеличивается, и они образуют астросферу.

В конце профазы наступает диссоциация ядрышка, а содержимое цитоплазмы и ядра сливаются в миксоплазму. Одновременно происходит разрушение пластинчатого комплекса. Продолжительность профазы составляет от 15 до 60 мин.

В начале метафазы (прометафаза, или метакинез) хромосомы перемещаются в плоскость экватора, которая располагается в середине веретена деления перпендикулярно линии, соединяющей полюса клетки. В результате образуется структура, которая называется метафазной пластинкой, или материнской звездой.

Митотические хромосомы в составе метафазной пластинки отличаются характерной морфологией. Обычно они имеют форму вытянутого цилиндра диаметром 1–2 мкм и длиной 1–50 мкм. В центре хромосомы находится первичная перетяжка, или центромера, которая делит ее на два плеча. В районе центромеры располагается прицентромерный гетерохроматин. Хромосомы с равными по длине плечами называются метацентрическими, с неравными плечами – субметацентрическими, а с очень коротким вторым плечом – акроцентрическими.

Некоторые хромосомы, кроме первичной перетяжки, имеют вторичную перетяжку. Она расположена ближе к концу хромосомы, отделяя от нее небольшой участок – спутник. В районе вторич ной перетяжки локализован ядрышковый организатор, который содержит кластер генов рРНК и служит в интерфазном хроматине местом формирования ядрышка. Вторичная перетяжка окружена гетерохроматином.

Концы хромосом содержат особые участки – теломеры, которые состоят из гетерохроматина. Теломеры обеспечивают в интерфазном ядре прикрепление хромосом к нуклеолемме.

Между центромерой и теломерой с помощью методов дифференциального окрашивания в хромосомах выявляются различной ширины вставки из гетерохроматина – полоски, или бенды. Они структурируют хромосому на отдельные блоки, расположение которых видоспецифично.

Каждая митотическая хромосома состоит из двух идентичных сестринских хроматид, связанных между собой центромерой. У большинства клеток в организме хромосомы представлены двойным диплоидным набором в отличие от одинарного гаплоидного набора у гамет.

Метафазная пластинка представляет собой сложный пространственный комплекс, который состоит из центриолей, отходящих от них микротрубочек веретена деления и хромосом. Микротрубочки веретена присоединены к центромерам с помощью особых белковых структур кинетохоров (рис. 45). В кинетохоре имеются три слоя: прилежащий к хромосоме плотный внутренний слой, рыхлый средний слой и плотный внешний слой. От внешнего слоя отходят многочисленные микротрубочки, образующие корону кинетохора. Белки плотного внешнего слоя CЕNP способны специфически связываться с сателлитной ДНК. Белки внутреннего слоя кинетохора обеспечивают соединение сестринских хроматид. В состав кинетохора входят также механохимические белки динеины, которые участвуют в перемещении хромосом по микротрубочкам. Продолжительность метафазы составляет 5-30 мин.

Переход клетки из метафазы в анафазу происходит очень быстро. При этом сестринские хроматиды в хромосомах метафазной пластинки утрачивают связь между собой и начинают синхронное движение по направлению к противоположным полюсам клетки. Скорость движения хроматид, которые теперь превратились в самостоятельные хромосомы, может достигать 2 мкм/мин. В процессе движения ориентация хромосом меняется, и, поскольку центромеры опережают теломеры, они приобретают V-образную форму

У животных анафаза слагается из двух процессов – движения хромосом к полюсам (анафаза А) и взаимного расхождения полюсов (анафаза В). У растений расхождения полюсов не наблюдается.

Движение хромосом в анафазе связано со скольжением микротрубочек веретена и моторными функциями динеина. Оно зависит от АТФ, кальция и температуры и может блокироваться колхицином и другими веществами, которые подавляют полимеризацию микротрубочек. Анафаза – самая короткая стадия митоза, продолжительность ее варьирует от 5 до 20 мин.

Телофаза митоза в общих чертах напоминает профазу, но события в ней происходят в обратном порядке. Она начинается с остановки хромосом, которые, не меняя ориентации, начинают деконденсироваться. Одновременно происходит восстановление нуклеолеммы из мембранных пузырьков, контактирующих с боковыми поверхностями хромосом. После полной реконструкции нуклеолеммы в ядре формируются новые ядрышки. Параллельно с восстановлением клеточного ядра происходит разборка веретена деления. Она начинается у полюсов клетки и заканчивается у экватора. Сохраняющиеся некоторое время в телофазе микротрубочки веретена могут формировать остаточные тельца.

Митоз завершается цитотомией, или цитокинезом, – распределением цитоплазмы между двумя дочерними клетками. У животных цитотомия обеспечивается инвагинацией плазмолеммы между двумя ядрами и формированием перетяжки. У растений цитотомия происходит путем построения дополнительной внутриклеточной перегородки. Общая продолжительность митоза составляет обычно от 1 до 4 ч.

После завершения митоза две дочерние клетки могут опять вступить в G1-период клеточного цикла. Однако такое поведение клеток характерно только для быстрорастущих тканей и культур клеток в экспоненциальной фазе роста. В остальных случаях часть клеток после митоза переходит из клеточного цикла в состояние пролиферативного покоя – G0. Остающиеся в цикле клетки составляют пролиферативный пул.

Величина пролиферативного пула определяется как отношение пролиферирующих клеток к общему числу клеток в популяции. Пролиферирующие клетки идентифицируются по включению радиоактивно меченных предшественников ДНК или с помощью моноклональных антител к ядерному антигену пролиферирующих клеток – PNCA. Величина пролиферативного пула отражает характер роста тканей и клеточных культур. В стабильных, не растущих и не обновляющихся клеточных популяциях, например в мышечной и нервной тканях, величина пролиферативного пула составляет менее 1 %. В растущих или обновляющихся тканях величина пролиферативного пула варьирует в пределах от 10 до 30 %. Наиболее высокие значения пролиферативного пула характерны для быстро растущих опухолей – более 90 %.

45. Мейоз, его биологическое значение. Типы мейоза. Стадии мейоза и их характеристика.

Процесс оплодотворения, который лежит в основе полового размножения организмов, заключается в слиянии мужской и женской половых клеток – гамет и формировании оплодотворенной яйцеклетки – зиготы, дающей начало новому организму. Слияние мужского и женского пронуклеусов при оплодотворении вызывает удвоение числа хромосом. Поэтому полиплоидизирующий эффект оплодотворения должен в каждом поколении компенсироваться процессом, приводящим к уменьшению числа хромосом в два раза. Таким процессом и является мейотическое деление клеток, или мейоз. У организмов с половым размножением при созревании гамет и оплодотворении происходит смена состояний клеток, которые различаются по числу хромосом. Развивающийся из зиготы организм, клетки которого содержат диплоидный набор хромосом, называется диплофазой, или диплонтом. Если организм состоит из клеток с гаплоидным набором хромосом, он называется гаплофазой, или гаплонтом.

Известно три типа мейоза, которые отличаются местом в жизненном цикле организмов, обеспечивая редукцию числа хромосом и переход либо к диплофазе, либо к гаплофазе:

1. Зиготный (начальный) мейоз происходит после оплодотворения с первыми делениями зиготы. Он обнаружен у многих водорослей и простейших. В жизненном цикле этих организмов преобладает гаплофаза, а диплофаза занимает небольшой период времени, пока существует зигота.

2. Гаметный (конечный) мейоз наблюдается у животных, а также у некоторых простейших и водорослей. В этом случае мейоз происходит во время гаметогенеза, а гаплофазе соответствуют гаметы – яйцеклетки и сперматозоиды.

3. Споровый (промежуточный) мейоз характерен для растений. В их жизненном цикле происходит чередование поколений спорофита, который размножается спорами, и гаметофита, который размножаемся половым путем с помощью гамет. Мейоз происходит в клетках диплоидного спорофита в процессе спорогенеза, в результате которого образуются споры с гаплоидным числом хромосом. Они развиваются без оплодотворения в гаметофит, продуцирующий гаметы, слияние которых в зиготу опять дает начало диплоидному спорофиту. Таким образом, у растений спорофит соответствует диплофазе (диплонту), а гаметофит – гаплофазе (гаплонту).

Несмотря на различное место мейоза в жизненном цикле растений, животных, простейших и других организмов, его морфологические проявления однотипны у всех эукариот. Мейоз состоит из двух последовательных клеточных делений, которые напоминают митоз. Первое деление мейоза (мейоз I) обеспечивает редукцию числа хромосом в два раза и называется редукционным. Второе деление (мейоз II) превращает сестринские хроматиды в самостоятельные хромосомы аналогично митозу и называется эквационным (выравнивающим).

Перед началом мейоза клетка проходит все периоды клеточного цикла – G1, S и G2. Предмейотическая интерфаза имеет, однако, особенности, которые связаны с подготовкой клетки к мейозу. В частности, в предмейотической интерфазе обнаружены изменения состава гистонов и других белков хроматина, нехарактерные для митотической интерфазы.

Каждое из двух делений мейоза состоит из четырех последовательных фаз – профазы, метафазы, анафазы и телофазы. Между двумя делениями мейоза клетка некоторое время находится в состоянии, внешне сходном с интерфазой, но оно не сопровождается удвоением ДНК. Пауза между мейозом I и II обозначается как интеркинез.

Наиболее длительной фазой мейоза является профаза I. Именно в ней происходят процессы, обеспечивающие редукцию числа хромосом. Профазу I подразделяют на пять стадий (рис. 49):

– лептотену, или стадию тонких нитей;

– зиготену, или стадию слияния нитей;

– пахитену, или стадию толстых нитей;

– диплотену, или стадию двойных нитей;

– диакинез, или стадию расхождения нитей.

Лептотена внешне напоминает раннюю профазу митоза. Однако в отличие от профазы митоза хромосомы на стадии лептотены значительно тоньше и длиннее, что не позволяет различить в них сестринские хроматиды.

По всей длине мейотических хромосом располагаются небольшие утолщения – хромомер. Число, размеры и расположение хромомеров специфично для каждой хромосомы. Количество хромомеров видоспецифично: у тритона их около 2500, у сверчка – около 200, у риса – 645.

Мейотические хромосомы располагаются в объеме ядра закономерным образом, контактируя теломерами с нуклеолеммой. У отдельных животных они могут формировать структуру, напоминающую букет. Такая структура состоит из сближенных между собой дугообразно изогнутых хромосом, связанных теломерными концами с ограниченным участком нуклеолеммы. У некоторых растений хромосомы в конце лептотены собираются в клубок, что обозначается термином «синезис». В лептотене начинается процесс конъюгации гомологичных хромосом – синапсис. Он заключается в сближении гомологичных хромосом диплоидного набора в пространстве ядра. При этом хромомеры одной гомологичной хромосомы оказываются напротив соответствующих хромомеров другой гомологичной хромосомы.

Зиготена отличается от лептотены формированием комплексов конъюгирующих хромосом – бивалентов. Каждый бивалент состоит из четырех хроматид – двух сестринских и двух несестринских. Сестринские хроматиды связаны в биваленте центромерами, а несестринские хроматиды соединяются особой белковой структурой – синаптонемальным комплексом

Синаптонемальный комплекс имеет ширину 160–240 нм и состоит из трех слоев: два одинаковых латеральных слоя толщиной по 30–60 нм располагаются на расстоянии 60–120 нм друг от друга, а между ними находится центральный элемент толщиной 10–40 нм. Латеральные слои контактируют с несестринскими хроматидами.

Формирование бивалента начинается на теломерных концах хромосом, связанных с нуклеолеммой, а также в центромерных районах. Затем объединяются и остальные участки двух гомологичных хромосом. Образование синаптонемального комплекса происходит при сближении хромосом на расстояние около 100 нм, причем структурные компоненты его взаимодействуют между собой наподобие застежки «молния».

В зиготене синтезируется небольшое количество ДНК (z-ДНК), которая состоит из распределенных по всей длине хромосом уникальных последовательностей длиной 5-10 тыс. пар нуклеотидов. У соматических клеток z-ДНК, составляющая около 0,3 % всей ДНК клетки, реплицируется совместно с остальной ДНК в S-периоде клеточного цикла. Подавление синтеза ДНК в зиготене приводит к отмене конъюгации гомологичных хромосом. Предполагается, что z-ДНК участвует во взаимном распознавании гомологичных хромосом при формировании бивалента.

Пахитена отличается максимальной конденсацией хромосом в составе бивалента. При этом они становятся настолько короткими и толстыми, что бивалент можно принять за одну хромосому. Число пахитенных хромосом-бивалентов равно гаплоидному числу хромосом данного вида. Иногда пахитенные хромосомы могут закручиваться относительно друг друга (соотносительное закручивание).

В пахитене начинается процесс взаимного обмена участками между гомологичными хромосомами – кроссинговер. Поскольку одна из гомологичных хромосом в биваленте происходит от матери, а вторая – от отца, в ходе кроссинговера происходит формирование генетически новых вариантов хромосом, сочетающих в себе аллели обоих родителей. В результате кроссинговера мейоз будет порождать кроссоверные гаметы, которые увеличивают наследственную изменчивость потомства.

В пахитене наблюдается незначительный репаративный синтез ДНК. Пахитенные хромосомы часто имеют опушенность, которая связана с деконденсацией некоторых хромомеров. Деконденсация хромомеров на стадии пахитены является морфологическим проявлением активации генов, контролирующих дифференцировку гамет.

Диплотена называется так потому, что на этой стадии начинается отталкивание гомологичных хромосом друг от друга, и они становятся различимы в составе бивалента. Отталкивание хромосом начинается в центромерных районах и распространяется вдоль бивалента. При этом становятся заметными места взаимного перекреста гомологичных хромосом – хиазмы.

В диплотене хромосомы еще больше конденсируются, в результате чего в биваленте происходит обособление хроматид. В микроскопе видно, что в образование хиазм вовлекаются только две хроматиды из четырех. При отталкивании хромосом происходит деструкция синаптонемального комплекса, его участки сохраняются только в хиазмах.

На стадии диплотены в ооцитах амфибий и насекомых хромосомы приобретают вид «ламповых щеток» (рис. 51). Поверхность хромосом этого типа покрыта петлями из хроматиновых нитей, которые выходят из хромомеров. На петлях хроматина транскрибируется большое количество долгоживущей иРНК, которая используется для синтеза белков, необходимых на ранних этапах эмбриогенеза.

Диакинез принципиально не отличается от диплотены. В нем происходит дальнейшее уменьшение числа хиазм, укорочение бивалентов и растворение ядрышек. Биваленты удаляются друг от друга, располагаясь по периферии ядра. В конце диакинеза гомологичные хромосомы остаются скрепленными в биваленте только терминальными хиазмами. При этом биваленты образуют характерные фигуры в форме крестов, колец, восьмерок или коротких скрученных веревок в зависимости от длины хромосомы и числа хиазм. Диакинез завершается образованием веретена деления и распадом нуклеолеммы.

Метафаза I начинается с перемещения бивалентов в экваториальную плоскость веретена деления. При этом они ориентируются таким образом, что центромеры гомологичных хромосом обращены к противоположным полюсам клетки. Метафаза I мейоза принципиально отличается от метафазы митоза тем, что в плоскости экватора расположены спаренные хромосомы, повернутые на 90° относительно своей оси.

В анафазе I хромосомы перемещаются к полюсам клетки. Однако в отличие от митоза к полюсам расходятся не сестринские хроматиды, а гомологичные хромосомы. Сестринские хроматиды при этом по-прежнему скреплены центромерами. Расхождение гомологичных хромосом в анафазе I происходит случайно, и хромосомы бивалента с равной вероятностью могут отойти к тому или иному полюсу. Это обеспечивает все возможные сочетания материнских и отцовских хромосом в гаметах.

В телофазе 1 хромосомы достигают полюсов клетки, причем у каждого полюса оказывается гаплоидное число хромосом. В дальнейшем в телофазе I мейоза происходят процессы, аналогичные телофазе митоза: деконденсация хромосом, восстановление иуклеолеммы, образование ядрышек и цитокинез. На этом редукционное деление мейоза (мейоз I) заканчивается.

Интеркинез, разделяющий первое и второе деления мейоза, отличается от обычной интерфазы отсутствием репликации ДНК. Иногда в интеркинезе хромосомы остаются в конденсированном состоянии, сохраняя свои морфологические особенности.

Эквационное деление мейоза (мейоз II) протекает сходно с митозом, но на гаплоидном уровне. После непродолжительной профазы и растворения нуклеолеммы двухроматидные хромосомы формируют митотическую фигуру. На стадии анафазы сестринские хроматиды становятся свободными хромосомами и отходят к полюсам клетки. События в телофазе протекают, как в митозе, завершаясь цитокинезом. Таким образом, мейотическое деление одной клетки с диплоидным набором хромосом обеспечивает образование четырех клеток с гаплоидным набором хромосом. Их дальнейшая судьба зависит от типа мейоза, который характерен для данного вида. При наиболее распространенном гаметном типе порождаемые мейозом клетки дифференцируются в гаметы.

Редукция числа хромосом представляет собой основной, но не единственный результат мейоза. Большое значение для биологии вида имеет также создаваемая мейозом комбинаторная наследственная изменчивость, которая возникает благодаря случайному распределению родительских хромосом по гаметам и кроссинговеру.

46. Конъюгация гомологичных хромосом. Синаптонемальный комплекс, бивалент.

Гаплоидные гаметы, образовавшиеся при делении диплоидной клетки путем мейоза, содержат по одной хромосоме каждой гомологичной пары (отцовского или материнского происхождения), т.е. только половину исходного числа хромосом. В связи с этим к аппарату клеточного деления здесь предъявляется дополнительное требование: гомологи должны "узнавать" друг друга и соединяться в пары, перед тем как они выстроятся на экваторе веретена. Такое спаривание, или конъюгация , гомологичных хромосом материнского и отцовского происхождения происходит только в мейозе. Во время первого деления мейоза происходит репликация ДНК, и каждая хромосома состоит после этого из двух хроматид, гомологичные хромосомы конъюгируют по всей своей длине, и между хроматидами спаренных хромосом происходит кроссинговер. Бивале́нт — пара гомологичных хромосом, связывающихся друг с другом во время мейоза посредством специального комплекса после удвоения хромосом. В ходе мейоза (профаза первого деления) происходит синапсис — процесс формирования бивалентов. . Каждый бивалент состоит из четырех хроматид - двух сестринских и двух несестринских. Сестринские хроматиды связаны в биваленте центромерами, а несестринские хроматиды соединяются особой белковой структурой - синаптонемальным комплексомСинаптонемальный комплекс имеет ширину 160-240 нм и состоит из трех слоев: два одинаковых латеральных слоя толщиной по 30-60 нм располагаются на расстоянии 60-120 нм друг от друга, а между ними находится центральный элемент толщиной 10-40 нм. Латеральные слои контактируют с несестринскими хроматидами.

Формирование бивалента начинается на теломерных концах хромосом, связанных с нуклеолеммой, а также в центромерных районах. Затем объединяются и остальные участки двух гомологичных хромосом. Образование синаптонемального комплекса происходит при сближении хромосом на расстояние около 100 нм, причем структурные компоненты его взаимодействуют между собой наподобие застежки "молния.

47. Кроссинговер. Хромосомы типа «ламповых щеток»: строение, функциональное назначение, распространение.

В пахитене начинается процесс взаимного обмена участками между гомологичными хромосомами – кроссинговер. Поскольку одна из гомологичных хромосом в биваленте происходит от матери, а вторая – от отца, в ходе кроссинговера происходит формирование генетически новых вариантов хромосом, сочетающих в себе аллели обоих родителей. В результате кроссинговера мейоз будет порождать кроссоверные гаметы, которые увеличивают наследственную изменчивость потомства. В пахитене наблюдается незначительный репаративный синтез ДНК. Пахитенные хромосомы часто имеют опушенность, которая связана с деконденсацией некоторых хромомеров. Деконденсация хромомеров на стадии пахитены является морфологическим проявлением активации генов, контролирующих дифференцировку гамет. На стадии диплотены в ооцитах амфибий и насекомых хромосомы приобретают вид “ламповых щеток”. Поверхность хромосом этого типа покрыта петлями из хроматиновых нитей, которые выходят из хромомеров. На петлях хроматина транскрибируется большое количество долгоживущей иРНК, которая используется для синтеза белков, необходимых на ранних этапах эмбриогенеза.

48. Редукционное деление. Поведение хромосом в профазе I мейоза и её стадии.

Мейо́з  или редукционное деление клетки — деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза. Происходит в два этапа (редукционный и эквационный этапы мейоза). Мейоз состоит из 2 последовательных делений с короткой интерфазой между ними.Профаза I — профаза первого деления очень сложная и состоит из 5 стадий:Лептотена или лептонема — упаковка хромосом, конденсация ДНК с образованием хромосом в виде тонких нитей (хромосомы укорачиваются). Зиготена или зигонема — происходит конъюгация — соединение гомологичных хромосом с образованием структур, состоящих из двух соединённых хромосом, называемых тетрадами или бивалентами и их дальнейшая компактизация.Пахитена или пахинема — (самая длительная стадия) — в некоторых местах гомологичные хромосомы плотно соединяются, образуя хиазмы. В них происходит кроссинговер — обмен участками между гомологичными хромосомами.Диплотена или диплонема — происходит частичная деконденсация хромосом, при этом часть генома может работать, происходят процессы транскрипции (образование РНК), трансляции (синтез белка); гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой. У некоторых животных в ооцитах хромосомы на этой стадии профазы мейоза приобретают характерную форму хромосом типа ламповых щёток.Диакинез — ДНК снова максимально конденсируется, синтетические процессы прекращаются, растворяется ядерная оболочка; центриоли расходятся к полюсам; гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой.К концу Профазы I центриоли мигрируют к полюсам клетки, формируются нити веретена деления, разрушаются ядерная мембрана и ядрышкиМетафаза I — бивалентные хромосомы выстраиваются вдоль экватора клетки.Анафаза I — микротрубочки сокращаются, биваленты делятся и хромосомы расходятся к полюсам. Важно отметить, что, из-за конъюгации хромосом в зиготене, к полюсам расходятся целые хромосомы, состоящие из двух хроматид каждая, а не отдельные хроматиды, как в митозе.Телофаза I — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.Второе деление мейоза следует непосредственно за первым, без выраженной интерфазы: S-период отсутствует, поскольку перед вторым делением не происходит репликации ДНК.Профаза II — происходит конденсация хромосом, клеточный центр делится и продукты его деления расходятся к полюсам ядра, разрушается ядерная оболочка, образуется веретено деления, перпендикулярное первому веретену.Метафаза II — унивалентные хромосомы (состоящие из двух хроматид каждая) располагаются на «экваторе» (на равном расстоянии от «полюсов» ядра) в одной плоскости, образуя так называемую метафазную пластинку.Анафаза II — униваленты делятся и хроматиды расходятся к полюсам.Телофаза II — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.В результате из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидных клетки. В тех случаях, когда мейоз сопряжён с гаметогенезом (например, у многоклеточных животных), при развитии яйцеклеток первое и второе деления мейоза резко неравномерны. В результате формируется одна гаплоидная яйцеклетка и три так называемых редукционных тельца (абортивные дериваты первого и второго делений).

49. Нетрадиционные типы клеточных делений: амитоз, эндомитоз.

Амитоз - прямое (простое) деление интерфазного ядра путем перетяжки. Происходит вне митотического цикла, т. е. не сопровождается сложной перестройкой всей клетки; спирализации хромосом также не происходит. Понятно, что при этом не обеспечивается равномерное распределение генетического материала между дочерними ядрами. Амитоз может сопровождаться делением клетки, а может ограничиваться лишь делением ядра без разделения цитоплазмы, что приводит к образованию дву- и многоядерных клеток. Клетка, претерпевшая амитоз, в дальнейшем неспособна вступить в нормальный митотический цикл. По сравнению с митозом амитоз встречается довольно редко. В норме он наблюдается в высокоспециализированных тканях, в клетках, которым уже не предстоит делиться: в эпителии и печени позвоночных, в зародышевых оболочках млекопитающих, в клетках эндосперма семени растений.

По форме амитоз может быть равномерным, когда ядро путем перетяжки делится на два равных; неравномерным, когда образуется одно большое ядро и другое меньшего размера. Иногда ядро делится на ряд мелких ядер одинаковой и разной величины.

50. Апоптоз как физиологическая гибель клеток. Морфологические признаки апоптоза.

Термин “апоптоз” обозначает генетически контролируемый

процесс разрушения генома с последующей гибелью клетки.

Морфологические проявления апоптоза. Апоптоз имеет свои отличительные морфологические признаки, как на светооптическом, так и на ультраструктурном уровне. При окраске гематоксилином и эозином апоптоз определяется в единичных клетках или небольших группах клеток. Апоптотические клетки выглядят как округлые или овальные скопления интенсивно эозинофильной цитоплазмы с плотными фрагментами ядерного хроматина. Поскольку сжатие клетки и формирование апоптотических телец происходит быстро и также быстро они фагоцитируются, распадаются или выбрасываются в просвет органа, то на гистологических препаратах он обнаруживается в случаях его значительной выраженности. К тому же апоптоз – в отличие от некроза – никогда не сопровождается воспалительной реакцией, что также затрудняет его гистологическое выявление.

В начале процесса клетка утрачивает микроворсинки и контакты с соседними клетками, округляется и отделяется от клеточного пласта. Одновременно в ядре наблюдается маргинация хроматина: он смещается к периферии, тогда как центральные области ядра просветляются. Затем в ядре появляются выпячивания нуклеолеммы (протуберанцы), которые заполняются гетерохроматином.

В результате гетерохроматин формирует по периметру ядра скопления с четко очерченными границами. Параллельно изменениям ядра при апоптозе наблюдается

конденсация цитоплазмы. При этом длительное время сохраняется целостность большинства цитоплазматических органоидов, в том числе лизосом и митохондрий. На более поздних этапах апоптоза плазмолемма начинает формировать глубокие инвагинации, которые приводят к распаду клетки на гроздь апоптозных телец. В некоторых из них содержатся остатки клеточного ядра, состоящие из окруженных нуклеолеммой плотных скоплений хроматина. В дальнейшем апоптозные тельца фагоцитируются макрофагами и другими клетками. Иногда апоптозные тельца не фагоцитируются, а слущиваются в полости, кровеносное русло или почечные канальцы.

Длительность апоптоза варьирует в пределах от 1 до 12 час.

51. Дифференцировка клеток и её механизмы. Старение клеток и злокачественный рост.

Этот вопрос относится к числу наиболее сложных и в тоже время интересных как для цитологии, так и для биологии. Дифференцировка - это процесс возникновения и развития структурных и функциональных различий между первоначально однородными эмбриональными клетками, в результате которого образуются специализированные клетки, ткани и органы многоклеточного организма. Дифференцировка клеток является важнейшей составной частью процесса формирования многоклеточного организма. В общем случае дифференцировка необратима, т.е. высокодифференцированные клетки не могут превращаться в клетки другого типа. Это явление называется терминальной дифференцировкой и присуще преимущественно клеткам животных. В отличие от клеток животных, большинство клеток растений даже после дифференцировки способны переходить к делению и даже вступать на новый путь развития. Такой процесс называется де- дифференцировкой. Например, при надрезе стебля некоторые клетки в зоне разреза начинают делиться и закрывают рану, другие вообще могут подвергаться дедифференцировке. Так клетки коры могут превратиться в клетки ксилемы и восстановить непрерывность сосудов в области повреждения. В экспериментальных условиях при культивировании растительной ткани в соответствующей питательной среде клетки образуют каллус. Каллус - это масса относительно недифференцированных клеток, полученная из дифференцированных клеток растений. При соответствующих условиях из одиночных клеток каллуса можно вырастить новые растения. При дифференцировки не происходит потерь или перестройки ДНК. Об этом убедительно свидетельствуют результаты экспериментов по пересадке ядер из дифференцированных клеток в недифференцированные. Так ядро из дифференцированной клетки вводили в энуклеированную яйцеклетку лягушки. В результате из такой клетки развивался нормальный головастик. Дифференцировка в основном происходит в эмбриональный период, а также на первых стадиях пост- эмбрионального развития. Кроме того, дифференцировка имеет место в некоторых органах взрослого организма. Например, в кроветворных органах стволовые клетки дифференцируются в различные клетки крови, а в гонадах - первичные половые клетки - в гаметы.

Факторы и регуляция дифференциации. На первых этапах онтогенеза развитие организма происходит под контролем РНК и других компонентов, находящихся в цитоплазме яйцеклетки. Затем на развитие начинают оказывать влияние факторы дифференцировки.

Выделяют два основных фактора дифференцировки:

1. Различия цитоплазмы ранних эмбриональных клеток, обусловленные неоднородностью цитоплазмы яйца. 2. Специфические влияния соседних клеток (индукция). Роль факторов дифференцировки заключается в избирательной активации или инактивации тех или иных генов в различных клетках

Активность определенных генов приводит к синтезу соответствующих белков, направляющих дифференциацию. Синтезируемые белки могут блокировать или, напротив, активировать транскрипцию. Первоначально активация или инактивация разных генов зависит от взаимодействия тотипотентных ядер клеток со своей специфической цитоплазмой. Возникновение локальных различий в свойствах цитоплазмы клеток называется ооплазматической сегрегацией. Причина этого явления заключается в том, что в процессе дробления яйцеклетки участки цитоплазмы, различающиеся по своим свойствам, попадают в разные бластомеры. Наряду с внутриклеточной регуляцией дифференцировки с определенного момента включается надклеточный уровень регуляции. К надклеточному уровню регуляции относится эмбриональная индукция.

Эмбриональная индукция - это взаимодействие между частями развивающегося организма, в процессе которого одна часть (индуктор) входит в контакт с другой частью (реагирующей системой) и определяет развитие последней. Причем установлено не только воздействие индуктора на реагирующую систему, но и влияние последней на дальнейшую дифференцировку индуктора. Под действием какого-либо фактора сначала происходит детерминация.

Детерминацией, или латентной дифференцировкой, называют явление, когда внешние признаки дифференцировки еще не проявились, но дальнейшее развитие ткани уже происходит независимо от фактора, вызвавшего их. Клеточный материал считают детерминированным со стадии, на которой он впервые при пересадке в новое место развивается в орган, который из него образуется в норме

52. Предмет и методы гистологии, история ее развития. Ткань, структура ткани. Классификация тканей, их функции и происхождение.

Гистология (от греч. histos — ткань, logos — учение) — наука о строении, развитии и жизнедеятельности тканей животных организмов. Задачи гистологии — выяснение эволюции тканей, исследование их развития в организме (Гистогенез), строения и функции специализированных клеток, межуточных сред, взаимодействия клеток в пределах одной ткани и между клетками разных тканей, регенерации тканевых структур и регуляторных механизмов, обеспечивающих целостность и совместную деятельность тканей. Основной предмет изучения гистологии — комплексы клеток в их взаимодействии друг с другом и с межуточными средами.

Ткань - исторически (филогенетически) сложившаяся система клеток и неклеточных структур, обладающая общностью строения, а иногда и происхождения, и специализированная на выполнение определенных функций.

Имеется несколько подходов к классификации тканей. Основными являются:

 морфофункциональная;

 генетическая.

Общепринятой является морфофункциональная классификация, в соответствии с которой выделяют четыре тканевых группы:

 эпителиальные ткани;

 соединительные ткани (ткани внутренней среды, опорно-трофические ткани);

 мышечные ткани;

 нервные ткани.

Состояние структурных компонентов тканей и их функциональная активность постоянно изменяются под воздействием внешних факторов.

53. Общая характеристика эпителиев (строение, функции, происхождение). Морфологическая, функциональная и генетическая классификация эпителиев.

Эпителиальные ткани или эпителий образуют внешние и внутренние покровы организма, а также большинство желез.

Функции эпителиальной ткани:

 защитная (барьерная);

 секреторная (секретирует ряд веществ);

 экскреторная (выделяет ряд веществ);

 всасывательная (эпителий желудочно-кишечного тракта, полости рта).

Структурно-функциональные особенности эпителиальных тканей:

 эпителиальные клетки всегда располагаются пластами;

 эпителиальные клетки всегда располагаются на базальной мембране;

 эпителиальные ткани не содержат кровеносных и лимфатических сосудов, исключение, сосудистая полоска внутреннего уха (кортиев орган);

 эпителиальные клетки строго дифференцированы на апикальный и базальный полюс;

 эпителиальные ткани имеют высокую регенераторную способность;

 в эпителиальной ткани имеется преобладание клеток над межклеточным веществом или даже его отсутствие.

Структурные компоненты эпителиальной ткани:

Эпителиоциты - являются основными структурными элементами эпителиальных тканей.

Располагаются в эпителиальных пластах вплотную и связаны между собой различными типами межклеточных контактов:

 простыми;

 десмосомами;

 плотными;

 щелевидными (нексусами).

К базальной мембране клетки прикрепляются посредством полудесмосом. В различных эпителиях, а часто и в одном типе эпителия, содержатся разные типы клеток (несколько клеточных популяций). В большинстве эпителиальных клеток ядро локализуется базально, а в апикальной части присутствует секрет, который вырабатывает клетка, в середине расположены все остальные органеллы клетки. Подобная характеристика каждого типа клеток будет дана при описании конкретного эпителия.

Базальная мембрана - толщина около 1 мкм, состоит из:

 тонких коллагеновых фибрилл (из белка коллагена 4 типа);

 аморфного вещества (матрикса), состоящего из углеводно-белковолипидного комплекса.

Виды эпителиальных тканей Классификация эпителиальных тканей:

 покровные эпителии - образующие внешние и внутренние покровы;

 железистые эпителии - составляющие большинство желез организма.

Морфологическая классификация покровных эпителиев:

 однослойный плоский эпителий, эндотелий - выстилает все сосуды;

 мезотелий - выстилает естественные полости человека: плевральную, брюшную, перикардиальную;

 однослойный кубический эпителий - эпителий почечных канальцев;

 однослойный однорядный цилиндрический эпителий - ядра располагаются на одном уровне;

 однослойный многорядный цилиндрический эпителий - ядра располагаются на разных уровнях (легочный эпителий);

 многослойный плоский ороговевающий эпителий - кожа;

 многослойный плоский неороговевающий эпителий - полость рта, пищевод, влагалище;

 переходный эпителий - форма клеток этого эпителия зависит от функционального состояния органа, например, мочевой пузырь.

Генетическая классификация эпителиев (по Н. Г. Хлопину):

 эпидермальный тип, развивается из эктодермы - многослойный и многорядный эпителий, выполняет защитную функцию;

 энтеродермальный тип, развивается из энтодермы - однослойный цилиндрический эпителий, осуществляет процесс всасывания веществ;

 целонефродермальный тип - развивается из мезодермы - однослойный плоский эпителий, выполняет барьерную и экскреторную функции;

 эпендимоглиальный тип, развивается из нейроэктодермы, выстилает полости головного и спинного мозга;

 ангиодермальный тип - эндотелий сосудов, развивается из мезенхимы.

54. Однослойные эпителии, их классификация и морфологическая характеристика в связи с расположением и выполняемыми функциями. Переходный эпителий.

Однослойный эпителий может быть однорядным и многорядным. У однорядного эпителия все клетки имеют одинаковую форму — плоскую, кубическую или призматическую, их ядра лежат на одном уровне, то есть в один ряд.

Разделяется на многорядную, у которой клеточные ядра располагаются на разном уровне от базальной мембраны. И однорядную, у всех клеток которой ядра находятся на одном уровне.

Однослойный плоский эпителий состоит из тонкого клеточного пласта, с микроскопическими ворсинками на поверхности. Клетки могут быть с одним, двумя, тремя ядрами. Из однослойного плоского эпителия состоит мезотелий плевры, брюшины. 

Однослойный цилиндрический эпителий бывает трех видов:

Мерцательный. Локализуется в органах женской репродуктивной системы. На апикальном полюсе распложены реснички, помогающие перемещаться яйцеклетке.

Окаймленный. Обладает адсорбирующими функциями, локализуется в желчном пузыре, кишечнике.

Железистый. Вырабатывает слизистый секрет, располагается в желудке.

Однослойный кубический образован клетками одинаковыми по высоте и ширине. Им выстланы выводящие протоки желез, канальцы нефронов. 

Многорядный однослойный эпителий находится в дыхательных путях, и обеспечивают правильное функционирование всех органов дыхания. Ткань включает реснитчатые, эндокринные, вставочные, бокалообразные клетки. Совместная работа клеток помогает защищать органы дыхания от проникновения пыли, вирусов, продуцируют гормоны для местной регуляции.

Переходный эпителий выстилает органы, подверженные сильному растяжению — мочевой пузырь, мочеточники.

55. Многослойный эпителий, его разновидности. Строение многослойного эпителия в связи с его расположением и выполняемыми функциями.

Бывает ороговевающим и неороговевающим. 

Неороговевающий находится в прямой кишке, роговице.

 Слои образованы следующими клетками:

• цилиндрические. Ими образован базальный слой;

• плоские. Расположены снаружи, регулярно отмирают и отшелушиваются.

• остистые. Клетки с отростками, проникающие между апикальными концами клеток базального слоя.

Ороговевающий эпителий покрывает всю кожу снаружи. 

Включает следующие слои:

Зернистый — cостоит из плоских клеток с белком кератоглианом в цитоплазме.

Блестящий — образован плоскими клетками, выделяющими элаидин. Под микроскопом определяется как однородная блестящая полоса, за что и получил свое название.

Базальный — состоит из стволовых клеток и меланоцитов (пигментных).

Роговой — образован роговыми чешуйками, содержащими кератин. Они расположены близко к поверхности, поэтому постоянно отшелушиваются в результате потере связи с расположенными ниже клетками и воздействия лизосомальных ферментов.

Выделяют в классификации переходный эпителий, который локализуется в мочевом пузыре, почках, мочевыводящем канале. Состоит он из базального, покровного, промежуточного слоев. Особенностями клеток переходного эпителия является свойство менять свою форму в зависимости от состояния стенок органа. Они могут становиться грушевидными или сплющиваться.

Существует классификация эпителия по происхождению. Согласно ей эпителиальную ткань разделяют на 6 разновидностей. Каждый из видов занимает собственное место в организме.

56. Экзоцитоз в бокаловидных клетках кишечника.

Экзоцитоз осуществляет выведение веществ из клетки. Бокаловидные клетки— продуцирующие слизь клетки эпителия слизистой оболочки кишечника и других органов позвоночных животных и человека. Выделяемая ими в просвет кишечника слизь содержит белки и углеводы, обеспечивающие механическую защиту энтероцитов, а также создающие оптимальные условия для работы пищеварительных ферментов. Эти клетки отличаются более тонкой базальной частью, в которой располагаются клеточное ядро, плазматическая сеть, митохондрии, пластинчатый комплекс и другие органоиды, и расширенной апикальной частью, содержащей различного размера пузырьки со слизью.

57. Гистогенез, физиологическая и репаративная регенерация эпителиев.

Гистогенез— совокупность процессов, приводящих к образованию и восстановлению тканей в ходе индивидуального развития . В образовании определенного вида тканей участвует тот или иной зародышевый листок. Из эктодермы – эпителий кожи, кожные железы, нервная система, из энтодермы – пищеварительная система, щитовидная железа, из мезодермы – соединительная ткань, мышцы, кровеносные сосуды, целомический эпителий. Регенерация — способность восстанавливать целостность организма после повреждения или утраты части органов и тканей. Традиционно различают физиологическую и репаративную регенерацию. Физиологическая регенерация — это регенерация биологических структур после их естественного износа при нормальном функционировании. Репаративная регенерация — восстановление биологических структур после повреждения. Если же дальше сравнить уже физиологическую и репаративную регенерацию, то механизмы этих процессов качественно едины и принципиальных отличий не имеют. Отличия между ними лежат лишь в плоскости количественной. Репаративная регенерация в той или иной мере усиленная физиологическая регенерация, или регенерация в больном организме. Репаративная регенерация включает процессы распада поврежденных клеток.

58. Железистый эпителий. Морфологическая и функциональная классификация желез. Типы секреции.

Железистый эпителий образует подавляющее большинство желез организма.

Он состоит из:

 железистых клеток - гландулоцитов;

 базальной мембраны.

Классификация желез По количеству клеток:

 одноклеточные (бокаловидная железа);

 многоклеточные - подавляющее большинство желез.

По способу выведения секрета из железы и по строению:

 экзокринные железы - имеют выводной проток;

 эндокринные железы - не имеют выводного протока и выделяют инкреты (гормоны) в кровь и лимфу.

По способу выделения секрета из железистой клетки:

 мерокриновые - потовые и слюнные железы;

 апокриновые - молочная железа, потовые железы подмышечных впадин;

 голокриновые - сальные железы кожи.

По составу выделяемого секрета:

 белковые (серозные);

 слизистые;

 смешанныебелково-слизистые;

 сальные.

По источникам развития:

 эктодермальные;

 энтодермальные;

 мезодермальные.

По строению:

 простые;

 сложные;

 разветвленные;

 неразветвленные.

Экзокринные железы состоят из концевых или секреторных отделов и выводных протоков. Концевые отделы могут иметь форму альвеолы или трубочки. Если в выводной проток открывается один концевой отдел - железа простая неразветвленная (альвеолярная или трубчатая). Если в выводной проток открываются несколько концевых отделов - железа простая разветвленная (альвеолярная, трубчатая или альвеолярно-трубчатая). Если главный выводной проток разветвляется - железа сложная, она же разветвленная (альвеолярная, трубчатая или альвеолярно-трубчатая).

Фазы секреторного цикла железистых клеток:

 поглощение исходных продуктов секретообразования;

 синтез и накопление секрета;

 выделение секрета (по мерокриновому или апокриновому типу);

 восстановление железистой клетки.

Примечание: клетки, секретирующие по голокриновому типу (сальных желез), полностью разрушаются, а из камбиальных (ростковых) клеток образуются новые железистые сальные клетки.

Типы секреции: 1) мерокриновый-клетки жеезистого эпителия сохраняются целыми, когда выделяется этот секрет; 2) апокриновый – кл. частично рахрушаюся; 3) голокриновый-полностью разрушаются клетки

59. Особенности гистоструктуры желез внутренней и внешней секреции.

Эндокринные железы вырабатывают высокоактивные вещества — гормоны, поступающие непосредственно в кровь или лимфу. Поэтому они состоят только из железистых клеток и не имеют выводных протоков. Все они входят в состав эндокринной системы организма, которая вместе с нервной системой выполняет регулирующую функцию.

Экзокринные железы вырабатывают секреты, выделяющиеся во внешнюю среду, т.е. на поверхность кожи или в полости органов, выстланные эпителием. Экзокринные железы имеют концевые (секреторные) отделы и выводные протоки. Концевой отдел экзокринной железы состоит из железистых клеток, которые в один или несколько слоев располагаются на базальной пластинке и продуцируют секрет. Выводной проток также состоит из эпителиальных клеток, растущих на базальной пластинке, но они обычно не секретируют, а обеспечивают связь концевого отдела с покровным эпителием.

60. Морфологическая классификация желез внутренней секреции. Гистофизиология молочной, поджелудочной и щитовидной желез.

В морфологической классификации экзокринных желез используются такие их признаки как форма концевых отделов (трубчатая, альвеолярная, трубчато-альвеолярная), ветвление концевого отдела (разветвленный и неразветвленный), ветвление выводного протока (простая и сложная железы).Экзокринная часть поджелудочной железы состоит из многочисленных долек, стенки которых образованы крупными клетками однослойного эпителия, расположенного на базальной пластинке. В базальной части гландулоцита поджелудочной железы находится большинство органоидов, тогда как в апикальной части локализованы гранулы зимогена (комплекса пищеварительных ферментов). Гранулы путем экструзии выходят в просвет дольки и по протокам достигают кишечника. Молочная железа выделяет секрет сложного состава, который содержит много липидов, специфических белков, сахаров и неорганических веществ, особенно кальция. Она состоит из тяжей эпителиальных клеток, располагающихся между прослойками соединительной ткани. Гландулоциты молочной железы крупные, с большим ядром, развитой плазматической сетью и пластинчатым комплексом. Во время лактации от апикальной части гландулоцитов отрываются пузырьки различного размера. Щитовидная железа находится в переднем средостении и состоит из двух или трех неравных долек. Структурно-функциональной единицей этого органа являются фолликулы, представляющие собой округлые полости различной величины. Между фолликулами находится соединительная ткань. Стенка фолликула щитовидной железы образована однослойным эпителием, расположенным на базальной пластинке. Полость фолликула заполнена коллоидом – полупрозрачным веществом, состоящим из белка тироглобулина. Тироглобулин синтезируется и выделяется клетками фолликулярного эпителия – тироцитами. Одновременно тироциты поглощают белок и, расщепляя его, секретируют в кровь два гормона – тироксин и трийодтиронин .

61. Кровь, ее состав и функциональное значение. Плазма крови. Эритроциты, тромбоциты: строение, функции, их осуществление.

Кровь — внутренняя среда организма, образованная жидкой соединительной тканью. Кровь непрерывно циркулирует в замкнутой системе кровеносных сосудов и выполняет в организме функции такие как: транспортная, дыхательная, питательная, выделительная, терморегулирующая, регуляторная, защитная, гомеостатическая, механическая. Объем крови в организме взрослого человека со средней массой – около 5 л. Она состоит из межклеточного вещества – плазмы (55-60%), которая находится в жидком состоянии, и взвешенных в ней форменных элементов (эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов; 40-45%). Плазма на 90% состоит из воды, на 1% - из минеральных веществ и 9% - органических веществ (белки(альбумины, глобулины, фибриноген), липидов и углеводов). Сыворотка крови — плазма крови, лишённая фибриногена. Сыворотки получают либо путём естественного свёртывания плазмы, либо осаждением фибриногена ионами кальция. В сыворотках сохранена большая часть антител, а за счёт отсутствия фибриногена резко увеличивается стабильность. Сыворотку выделяют при анализе крови на инфекционные заболевания, при оценке эффективности вакцинации, а также при биохимическом анализе крови. Сыворотки используют в качестве лекарственных препаратов при многих инфекционных заболеваниях и отравлениях.

Эритроциты имеют форму двояковогнутого диска. Клетка безъядерная, окрашивается в бледно-желтый или розовый цвет. Цитоплазма эритроцита заполнена белком гемоглобином, который разносит кислород по тканям.

Тромбоциты (кровяные пластинки) – фрагменты цитоплазмы гигантских клеток красного костного мозга – мегакариоцитов. Учувствуют в свертывании крови. Процентное соотношение различных групп лейкоцитов называется лейкоцитарной формулой, или еще его могут называть формула анализа крови.

62. Классификация форменных элементов крови. Формула крови и ее изменения при физиологических и патологических состояниях организма.

Все форменные элементы крови подразделяются на красные кровяные клетки, или эритроциты, белые кровяные клетки, или лейкоциты и кровяные пластинки, или тромбоциты. Среди лейкоцитов выделяют два типа клеток: зернистые (гранулоциты) и незернистые (агранулоциты). К гранулоцитам относятся нейтрофилы, эозинофилы и базофилы, которые различаются между собой характером цитоплазматической зернистости. К агранулоцитам принадлежат моноциты и лимфоциты. Эритроциты имеют форму двояковогнутого диска. Клетка безъядерная, окрашивается в бледно-желтый или розовый цвет. Цитоплазма эритроцита заполнена белком гемоглобином, который разносит кислород по тканям. Лейкоциты – бесцветные шаровидные элементы с ядром и органеллами, не содержат гемоглобин. Образуются в костном мозге. Нейтрофилы (60-75% от всех лейкоцитов) – способны к фагоцитозу бактерий и продуктов распада собственных тканей, образуют гной. Эозинофиллы (0,5-5%) – способны к фагоцитозу, их число увел. при аллергиях. Базофилы (0,5-1%) – содержат гепарин и гистамин. Гепарин обладает антисвертывающим действием, а гистамин расширяет капилляры, что обеспечивает заживление. Лимфоциты (20-35%) имеют круглое ядро с узким базофильным ободком вокруг цитоплазмы. Т-лимфоциты (Т-киллеры, Т-супрессоры, Т-хелперы и Т-клетки памяти) и В-лимфоциты. Моноциты (6-8%) – самые крупные форменные элементы крови. Функция: фагоцитоз бактерий, чужеродных частиц, остатков разрушенных клеток. Тромбоциты (кровяные пластинки) – фрагменты цитоплазмы гигантских клеток красного костного мозга – мегакариоцитов. Учувствуют в свертывании крови. Процентное соотношение различных групп лейкоцитов называется лейкоцитарной формулой, или еще его могут называть формула анализа крови. Лейкоцитарная формула - показатель, включающий определение 5-и основных видов лейкоцитов (нейтрофилов, эозинофилов, базофилов, лимфоцитов, моноцитов), выполняющих в организме различные функции и представляющий их процентное соотношение. Выражается в процентах. Общее количество лейкоцитов в норме по различным данным составляет 4.5 - 11.0 тыс/мкл. "Сдвиг формулы влево" - повышение количества нейтрофилов и появление незрелых гранулоцитов. Такие изменения возможны при острых воспалительных процессах, инфаркте миокарда, кровотечениях, шоке, интоксикациях, пневмониях, некоторых формах туберкулеза, аппендиците. "Сдвиг формулы вправо" - уменьшение содержания нейтрофилов. Это наблюдается при заболевании печени и почек.

63. Лейкоциты, их разновидности. Строение различных типов лейкоцитов, их функции в организме. Лейкоцитарная формула, ее значение.

Лейкоцитарная формула - показатель, включающий определение 5-и основных видов лейкоцитов (нейтрофилов, эозинофилов, базофилов, лимфоцитов, моноцитов), выполняющих в организме различные функции и представляющий их процентное соотношение. Выражается в процентах. Общее количество лейкоцитов в норме по различным данным составляет 4.5 - 11.0 тыс/мкл. "Сдвиг формулы влево" - повышение количества нейтрофилов и появление незрелых гранулоцитов. Такие изменения возможны при острых воспалительных процессах, инфаркте миокарда, кровотечениях, шоке, интоксикациях, пневмониях, некоторых формах туберкулеза, аппендиците. "Сдвиг формулы вправо" - уменьшение содержания нейтрофилов. Это наблюдается при заболевании печени и почек.

Лейкоциты, или белые кровяные клетки, в свежей крови бесцветны, что отличает их от окрашенных эритроцитов. Число их составляет в среднем 4– 9×109 /л, т.е. в 1000 раз меньше, чем эритроцитов. Лейкоциты в кровяном русле и лимфе способны к активным движениям, могут переходить через стенку сосудов в соединительную ткань органов, где они выполняют основные защитные функции. По морфологическим признакам и биологической роли лейкоциты подразделяют на две группы: зернистые лейкоциты, или гранулоциты, и незернистые лейкоциты, или агранулоциты.

Различают нейтрофильные, эозинофильиые и базофильпые гранулоциты. Группа незернистых лейкоцитов (лимфоциты и моноциты) характеризуется отсутствием специфической зернистости и несегментированными ядрами. Процентное соотношение основных видов лейкоцитов называется лейкоцитарной формулой. Общее число лейкоцитов и их процентное соотношение у человека могут изменяться в норме в зависимости от употребляемой пищи, физического и умственного напряжения и др. и при различных заболеваниях. Поэтому исследование показателей крови является необходимым для установления диагноза и назначения лечения.

Все лейкоциты способны к активному перемещению путем образования псевдоподий, при этом у них изменяются форма тела и ядра. Они способны проходить между клетками эндотелия сосудов и клетками эпителия, через базальные мембраны и перемещаться по основному веществу (матриксу) соединительной ткани. Скорость движения лейкоцитов зависит от температуры, химического состава, рН, консистенции среды и др. Направление движения лейкоцитов определяется хемотаксисом под влиянием химических раздражителей — продуктов распада тканей, бактерий и др. Лейкоциты выполняют защитные функции, обеспечивая фагоцитоз микробов (гранулоциты, макрофаги), инородных веществ, продуктов распада клеток (моноциты — макрофаги), участвуя в иммунных реакциях (лимфоциты, макрофаги).

64. Гемопоэз. Лимфопоэз и миелопоэз. Кроветворение в эмбриональный период и во взрослом организме. Кроветворные органы.

Кроветворение (гемопоэз) – процесс образования форменных элементов крови. Различают эмбриональный (процесс образования крови как ткани) и постэмбриональный гемопоэз (восстановление форменных элементов крови). Основным центром кроветворения становится красный костный мозг. Различают 6 уровней дифференцировки гемопоэза:1 – стволовые клетки, 2- полустволовые клетки, 3- унипотентные клетки (8 разновидностей, каждая из которых дает начало только одному типу форменных элементов крови), 4- бласты, 5- дифференцирующиеся и созревающие, морфологически хорошо различимые клетки, 6- зрелые клетки крови.

Лимфоцитопоэз или лимфопоэз (lymphopoesis, lymptiopoiesis, лимфо- + греч. poiesis — выработка, образование) или лимфоцитообразование — совокупность процессов дифференцировки, пролиферации, формирования лимфоидных клеток, приводящий к образованию лимфоцитов. 

Миелопоэз — это часть процессов гемопоэза, заключающаяся в регулируемом образовании миелоидных клеток, включая гранулоциты — нейтрофилы, эозинофилы и базофилы (что называется гранулопоэзом) — и моноциты (что называется моноцитопоэзом) в костном мозге.

В развитии крови в эмбриональный период можно выделить 3 основных этапа:

1) мезобластический, когда начинается развитие клеток крови во внезародышевых органах — мезенхиме стенки желточного мешка, хориона и стебля (с 3-й по 9-ю педелю развития зародыша человека) и появляется первая генерация стволовых клеток крови (СКК);

2) печеночный, который начинается в печени с 5—6-й недели развития плода, когда печень становится основным органом гемопоэза, в ней образуется вторая генерация СКК. Кроветворение в печени достигает максимума через 5 мес. и завершается перед рождением. СКК печени заселяют тимус (здесь, начиная с 7—8-й недели, развиваются Т-лимфоциты), селезенку (гемопоэз начинается с 12-й педели) и лимфатические узлы (гемопоэз отмечается с 10-й недели);

3) м е д у л л я р н ы й ( ко с т но мо з го в ой ) — появление третьей генерации СКК в костном мозге, где гемопоэз начинается с 10-й недели и постепенно нарастает к рождению, а после рождения костный мозг становится центральным органом гемопоэза.

65. Стволовая кроветворная клетка и кроветворный дифферон.

Стволовая кроветворная клетка воспроизводит такие же стволовые клетки. Все клетки гемопоэтического происхождения образуются из примитивных стволовая кроветворная клеток, локализованных в костном мозге и дающих начало клеткам четырех основных направлений дифференцировки: эритроидного ( эритроциты ), мегакариоцитарного ( тромбоциты ), миелоидного ( гранулоциты и моноядерные фагоциты ) и лимфоидного (лимфоциты ). Кроветворение (гемопоэз) – процесс образования форменных элементов крови. Различают эмбриональный (процесс образования крови как ткани) и постэмбриональный гемопоэз (восстановление форменных элементов крови). Основным центром кроветворения становится красный костный мозг. Различают 6 уровней дифференцировки гемопоэза:1 – стволовые клетки, 2- полустволовые клетки, 3- унипотентные клетки (8 разновидностей, каждая из которых дает начало только одному типу форменных элементов крови), 4- бласты, 5- дифференцирующиеся и созревающие, морфологически хорошо различимые клетки, 6- зрелые клетки крови.

66. Топография зародышевых листков в курином эмбрионе и их производные.

“Мезенхима зародыша цыпленка”. Он представляет собой попе-речный срез через развивающийся зародыш курицы. Препарат надо сориентировать в микроскопе таким образом, чтобы более крупная нервная трубка находилась сверху, а хорда располагалась ниже. Наружный одинарный слой клеток представляет собой эктодерму. Внутренний одинарный слой клеток (ниже хорды) является энтодермой. По обе стороны от нервной трубки и хорды будут находиться скопления более темных клеток мезодермы. Эти скопления состоят из более широкой верхней части, составляющей сегментированную мезодерму, или сомиты. Клетки внутренней части сомита (обращенные к нервной трубке) относятся к склеротому. Клетки наружной части сомита (обращенные к эктодерме) относятся к дерматому. Между дерматомом и склеротомом находятся клетки миотома. Нижняя, более узкая часть мезодермы составляет несегментированную мезодерму, или спланхнотом. Пространство между осевыми структурами (хордой и нервной трубкой) заполнено рыхло расположенными отростчатыми клетками диффузной мезодермы, или мезенхимы (эмбриональной соединительной ткани). На некоторых препаратах более позднего срока видно, что несегментированная мезодерма (спланхнотом) расщепляется на два листка – внутренний (висцеральный) и наружный (париетальный). Между ними образуется вторичная полость тела, или целом. Иногда в нижней части зародыша видны симметрично расположенные первичные сосуды (чуть выше энтодермы). На границе сомитов и спланхнотома находятся клетки нефротома.

+Клетки эктодермы дадут впоследствии многослойный эпителий покровов, железы и органы чувств. Энтодерма сформирует однослойный эпителий желудочно-кишечного тракта и пищеварительные железы. Нервная трубка даст начало спинному и головному мозгу. Хорда будет формировать позвоночник. В сегментированной мезодерме (сомитах) склеротом является источником развития скелета, миотом  скелетной мускулатуры, а дерматом  сетчатого слоя кожи. Несегментированная мезодерма  спланхнотом  даст начало мезотелию, гладкой мускулатуре, миокарду и оболочкам внутренних органов. Из нефротома будет развиваться мочеполовая система. Диффузная мезодерма  мезенхима  сформирует кровь, сосуды и соединительные ткани.

67. Эритропоэз, гранулоцитопоэз, тромбоцитоэз и моноцитопоэз.

Эритроцитопоэз начинается со стволовой кроветворной клетки. Через стадию колониеобразующей мультипотентной клетки (КОЕТЭММ) формируются бурстобразующая (БОЭ-Э) и далее колониеобразующая единица эритроцитов (КОЕ-Э). Клетки этих колоний чувствительны к факторам регуляции пролиферации и дифференцировки. Например, эритропоэтин, вырабатываемый клетками почки, стимулирует пролиферацию и дифференцировку клеток в эритробласты. В IV-й класс включаются базофильный, полихроматофильный и оксифильный эритробласты. Проэритроциты, потом ретикулоциты составляют V-й класс и, наконец, формируются эритроциты (VI-й класс). В эритропоэзе на стадии оксифильного эритробласта происходит выталкивание ядра. В целом цикл развития эритроцита до выхода ретикулоцита в кровь продолжается до 12 суток. Общее направление эритропоэза характеризуется следующими основными структурно-функциональными изменениями: постепенным уменьшением размеров клетки, накоплением в цитоплазме гемоглобина, редукцией органелл, снижением базофилии и повышением оксифилии цитоплазмы, уплотнением ядра с последующим его выделением из состава клетки. В эритробластических островках эритробласты поглощают путем микропиноцитоза железо, поставляемое макрофагами, для синтеза гемоглобина. Развитие эритроцитов происходит в миелоидной ткани красного костного мозга. В периферическую кровь поступают только зрелые эритроциты и немного ретикулоцитов.

Гранулоцитопоэз.Образование гранулоцитов происходит в миелоидной ткани красного костного мозга. Исходная стволовая клетка превращается в мультипотентную клетку — предшественник миелопоэза (КОЕ-ГЭММ) и далее под воздействием колониестимулирующих факторов дифференцируется в общую родоначальную клетку для гранулоцитов и моноцитов (КОЕ-ГМн). В дальнейшем в результате дивергенции возникают родоначальные клетки для гранулоцитов (КОЕ-Гн), которые дифференцируются в идентифицируемые миелобласты (IV-й класс клеток). В ряду дальнейшей клеточной дифференцировки (V-й класс клеток) различают стадии: промиелоцита, миелоцита, метамиелоцита. Начиная со стадии промиелоцита, клетки подразделяются на 3 разновидности: нейтрофильные, эозинофильные, базофильные. Более отчетливо это подразделение можно провести на стадии миелоцитов, когда в клетках накапливается достаточное количество специфической зернистости. До стадии миелоцитов включительно клетки гранулоцитопоэза делятся митозом. Метамиелоциты митозом уже не делятся. В этих клетках ядро приобретает вначале палочковидную, а затем сегментированную форму. Тромбоцитопоэз. СКК порождают КОЕ-ГЭММ, которые превращаются последовательно в предшественницы миелопоэза, тромбопоэтин-чувствительные клетки и мегакариобласты. Мегакариобласты проходят ряд клеточных циклов без деления, в результате чего клетки увеличиваются в размерах и превращаются в промегакариоциты. По мере полиплоидизации и дифференцировки цитоплазмы промегакариоциты становятся гигантскими клетками костного мозга – мегакариоцитами. Мегакариоциты имеют диаметр 40−50 мкм, многолопастное ядро и слабо базофильную цитоплазму с азурофильными зернами. Они содержат 32 или 64 набора хромосом. Плазмолемма мегакариоцитов может формировать выросты, которые входят в поры капилляров костного мозга – фенестры, где от них отделяются кровяные пластинки. Этот процесс носит название клазмотоза.Основными особенностями дифференцировки кровяных пластинок являются полиплоидизация, накопление в цитоплазме азурофильной зернистости и клазматоз. Моноцитопоэз. Моноцитопоэз — образование моноцитов — происходит в красном костном мозге из стволовых клеток через стадии КОЕ-ГЭММ, далее — КОЕ-ГМо, затем КОЕ-Мо, монобласта, промоноцита и моноцита. Конечной стадией дифференцировки клеток моноцитарного ряда является не моноцит, а макрофаг (мононуклеарный фагоцит), который находится вне сосудистого русла. Дифференцировка клеток при моноцитопоэзе характеризуется: увеличением размеров клетки, приобретением ядра бобовидной формы, снижением базофилии цитоплазмы, превращением моноцита в макрофаг.

68. Закономерности дифференцировки Т- и В-лимфоцитов.

В Т- и в В-лимфоцитопоэзе выделяют три этапа:

· костномозговой этап;

· этап антиген-независимой дифференцировки, осуществляемый в центральных иммунных органах;

· этап антиген-зависимой дифференцировки, осуществляемый в периферических лимфоидных органах.

На первом этапе дифференцировки из стволовых клеток образуются клетки-предшественницы соответственно Т- и В-лимфоцитопоэза. На втором этапе образуются лимфоциты, способные только распознавать антигены. На третьем этапе из клеток второго этапа формируются эффекторные клетки, способные уничтожить и нейтрализовать антиген. Процесс развития Т- и В-лимфоцитов имеет как общие закономерности, так и существенные особенности и потому подлежит отдельному рассмотрению. Второй этап - этап антиген-независимой дифференцировки осуществляется в корковом веществе тимуса. Здесь продолжается дальнейший процесс Т-лимфоцитопоэза. Под влиянием биологически активного вещества тимозина, выделяемого стромальными клетками, унипотентные клетки превращаются в Т-лимфобласты - 4 класс, затем в Т-пролимфоциты - 5 класс, а последние в Т-лимфоциты - 6 класс. В тимусе из унипотентных клеток развиваются самостоятельно три субпопуляции Т-лимфоцитов: киллеры; хелперы супрессоры. В корковом веществе тимуса все перечисленные субпопуляции Т-лимфоцитов приобретают разные рецепторы к разнообразным антигенным веществам (механизм образования Т-рецепторов остается пока невыясненным), однако сами антигены в тимус не попадают. Защита Т-лимфоцитопоэза от чужеродных антигенных веществ достигается двумя механизмами:

· наличием в тимусе особого гемато-тимусного барьера;

· отсутствием лимфатических сосудов в тимусе.

В результате второго этапа образуются рецепторные (афферентные или Т0) Т-лимфоциты - киллеры, хелперы, супрессоры. При этом лимфоциты в каждой из субпопуляций отличаются между собой разными рецепторами, однако имеются и клоны клеток, имеющие одинаковые рецепторы. В тимусе образуются Т-лимфоциты, имеющие рецепторы и к собственным антигенам, однако такие клетки здесь же разрушаются макрофагами. Образованные в корковом веществе Т-рецепторные лимфоциты (киллеры, хелперы и супрессоры), не заходя в мозговое вещество, проникают в сосудистое русло и током крови заносятся в периферические лимфоидные органы.

69. Морфология и функции клеток рыхлой соединительной ткани, местонахождение в организме.

Рыхлая волокнистая соединительная ткань образуется из мезенхимы. Состоит рыхлая волокнистая соединительная ткань из клеток и межклеточного вещества, причем клетки составляют около 1/3 объема ткани. Клетки этой ткани бывают собственные и пришлые:

1. Фибробласты. Функции этих клеток заключаются в синтезе, выделении и трансформации компонентов межклеточного вещества. Они вырабатывают коллаген и другие белки, а также гликозаминогликаны (мукополисахариды).

2Гистиоциты (макрофаги).Они могут захватывать и переваривать бактерии, клеточный детрит и инородные частицы. Гистиоциты способны к митотическому делению. 3. Тучные клетки (лаброциты, мастоциты или тканевые базофилы) Функции этих клеток состоят в запуске воспалительного процесса путем секреции гистамина, регуляции химического состава межклеточного вещества и развитии аллергических реакций.

4.Плазмоциты (плазматические клетки) синтезирут и выделяют защитные молекулы – антитела. Плазмоцит образуется из лимфоцитов.

5. Адвентициальные клетки. Они имеют удлиненную форму, веретеновидное ядро и локализуются обычно у капилляров. Эти клетки являются предшественниками фибробластов и липоцитов.

6. Эндотелиальные клетки. Выстилают кровеносные и лимфатические капилляры и сосуды, а также образуют эндокард (внутреннюю поверхность сердца). Они могут иметь небольшое число микроворсинок. Эндотелиоциты обеспечивают транспорт веществ из крови в окружающую ткань и обратно.

7.Перициты (перикапиллярные клетки). Фиксированы на эндотелии капилляров с тканевой стороны или в расщеплении базальной пластинки. Перициты способны к набуханию, на них заканчиваются нервные терминали эффекторных отростков нервных клеток. Кроме перечисленных, в рыхлой волокнистой соединительной ткани могут встречаться также лимфоциты, нейтрофильные гранулоциты, меланоциты и другие типы клеток. Фибробласты, липоциты и адвентициальные клетки относятся к популяции собственных клеток рыхлой волокнистой соединительной ткани, которая возникла из особой стволовой клетки. Гистиоциты, лаброциты, плазмоциты и некоторые другие клетки пришли сюда из крови и являются потомством стволовой кроветворной клетки.

70. Плотная соединительная ткань, ее разновидности, микроскопическое строение, химический состав, физические свойства, местонахождение в организме, функции.

Плотная волокнистая соединительная ткань (пвст)

Общей особенностью для ПВСТ является преобладание межклеточного вещества над клеточным компонентом, а в межклеточном веществе волокна преобладают над основным аморфном веществом и располагаются по отношению друг к другу очень близко (плотно) - все эти особенности строения в сжатой форме отражены в названии данной ткани. Клетки ПВСТ представлены в подавляющем большинстве фибробластами и фиброцитами, в небольшом количестве (в основном в прослойках из рвст) встречаются макрофаги, тучные клетки, плазмоциты, малодифференцированные клетки и т.д.

Межклеточное вещество состоит из плотно расположенных коллагеновых волокон, основного вещества мало.

ПВСТ хорошо регенерирует за счет митоза малоспециализированных фибробластов и выработки ими межклеточного вещества (коллагеновых волокон) после дифференцировки в зрелые фибробласты.

Функция ПВСТ - обеспечение механической прочности.

Плотная волокнистая неоформленная соединительная ткань

Особенности: много волокон, мало клеток, волокна имеют беспорядочное расположение

Локализация: сетчатый слой дермы, надкостница, надхрящница, капсулы паренхиматозных органов.

КЛЕТКИ

клеток очень мало; имеются, в основном, фибробласты, могут встретиться тучные клетки, макрофаги

МЕЖКЛЕТОЧНОЕ ВЕЩЕСТВО

ВОЛОКНА: коллагеновые и эластические, волокон - много

ОСНОВНОЕ (АМОРФНОЕ) ВЕЩЕСТВО: гликозаминогликаны и протеогликаны в небольшом количестве

Плотная волокнистая оформленная соединительная ткань

Особенности: много волокон, мало клеток, волокна имеют упорядоченное расположение - собраны в пучки

Локализация: сухожилия, связки, капсулы, фасции, фиброзные мембраны

КЛЕТКИ

клеток очень мало имеются, в основном, фибробласты, могут встретиться тучные клетки, макрофаги

МЕЖКЛЕТОЧНОЕ ВЕЩЕСТВО

ВОЛОКНА: коллагеновые и эластические; волокон - много; волокна имеют упорядоченное расположение, образуют толстые пучки

ОСНОВНОЕ (АМОРФНОЕ) ВЕЩЕСТВО: гликозаминогликаны и протеогликаны в очень небольшом количестве

СУХОЖИЛИЕ

+Состоит из толстых, плотно лежащих параллельных пучков коллагеновых волокон. Они окружены тонкими прослойками рыхлой волокнистой неоформленной соединительной ткани; самые тонкие - пучки 1 порядка, их окружает эндотеноний пучки 2 порядка окружает перитеноний, само сухожилие представляет собой пучок 3 порядка.

71.Гистогенез соединительной ткани, ее физиологическая и репаративная регенерация.

Регенерация соединительной ткани начинается с пролиферации молодых мезенхимальных элементов и новообразования микрососудов. Образуется молодая, богатая клетками и тонкостенными сосудами соединительная ткань, которая имеет характерный вид. Это - сочная темнокрасная ткань с зернистой, как бы усыпанной крупными гранулами поверхностью, что явилось основанием назвать ее грануляционной тканью. Гранулы представляют собой выступающие над поверхностью петли новообразованных тонкостенных сосудов, которые составляют основу грануляционной ткани. Между сосудами много недифференцированных лимфоцитоподобных клеток соединительной ткани, лейкоцитов, плазматических клеток и лаброцитов (рис. 83). В дальнейшем происходит созревание грануляционной ткани, в основе которой лежит дифференцировка клеточных элементов, волокнистых структур, а также сосудов. Число гематогенных элементов уменьшается, а фибробластов - увеличивается. В связи с синтезом фибробластами коллагена в межклеточных пространствах образуются аргирофильные (см. рис. 83), а затем и коллагеновые волокна. Синтез фибробластами гликозаминогликанов служит образованиюосновного вещества соединительной ткани. По мере созревания фибробластов количество коллагеновых волокон увеличивается, они группируются в пучки; одновременно уменьшается количество сосудов, они дифференцируются в артерии и вены. Созревание грануляционной ткани завершается образованием грубоволокнистой рубцовой ткани.

Новообразование соединительной ткани происходит не только при ее повреждении, но и при неполной регенерации других тканей, а также при организации (инкапсуляции), заживлении ран, продуктивном воспалении. Созревание грануляционной ткани может иметь те или иные отклонения. Воспаление, развивающееся в грануляционной ткани, приводит к задержке ее созревания.

- Физиологическая регенерация связана с постоянным обновлением стареющих и погибающих в результате апоптоза клеток или их внутриклеточных структур и происходит в органах и тканях с обновляющимися клеточными популяциями (клетки крови, эпителий кожи, слизистых оболочек желудочно-кишечного тракта).

- Патологическая (Репарационная) регенерация — восстановление органов и тканей после их повреждения.

72. Гистогенез хрящевой и костной тканей. Развитие кости из мезенхимы и на месте хряща. Рост и регенерация хряща и кости.

73. Хрящевая ткань, ее разновидности. Строение и функции хрящевой ткани, местонахождение в организме. Гиалиновый хрящ.

В зависимости от строения межклеточного вещества хрящевые ткани подразделяются на:

 гиалиновую;

 эластическую;

 волокнистую хрящевую ткань.

В зависимости от состава, метаболической активности и способности к регенерации различают три типа хрящевой ткани - гиалиновый, эластический и волокнистый.

Гиалиновый хрящ формируется первым на эмбриональной стадии развития, и в определённых условиях из него образуются остальные два вида хряща. Эта хрящевая ткань определяется в составе реберных хрящей, хрящевого остова носа и образует хрящи, покрывающие поверхности суставов. Он обладает более высокой метаболической активностью по сравнению с эластическим и волокнистым типами и содержит большое количество углеводов и липидов. Это позволяет осуществлять активный синтез белков и дифференцировку хондрогенных клеток для обновления и регенерации гиалинового хряща. С возрастом в гиалиновом хряще происходит гипертрофия и апоптоз клеток с последующим обызвествлением внеклеточного матрикса. Гиалиновая (стекловидная) хрящевая ткань окрашена в бледноголубой цвет. Она образует суставные поверхности костей, вентральные части ребер, а также входит в состав трахеи и бронхов. Волокнстый компонент ее межклеточного вещества представлен одиночными волокнами коллагена (хондрина). Их диаметр составляет 6−60 . Общее количество хондриновых волокон равно 18 % сухого веса ткани. Аморфное вещество содержит кислые и нейтральные гликозаминогликаны и кератосульфаты, количество их составляет около 20 % сухого веса ткани. Содержание воды в хрящевой ткани может достигать 80 %. Хондроциты в гиалиновой хрящевой ткани окружены тонким оксифильным ободком, который называется капсулой. Она состоит из вновь сформированного межклеточного вещества, которое отличается низкой плотностью и сниженной концентрацией кислых гликозаминогликанов. Изогенная группа окружена широкой каймой базофильного вещества, образующего хондриновый шар. Хондриновые шары в целом обозначаются термином “территории”, тогда как менее базофильное межклеточное вещество между хондриновыми шарами называют и“нтертерриториальным пространством”. В полностью созревшей хрящевой ткани вокруг территорий появляется узкая оксифильная полоска.

74. Строение и функции сухожилий.

Различают короткие и длинные сухожилия, широкие, узкие, шнуровидные, округлые, лентовидные, а так же пластинчатые. Встречаются сухожилия в виде перемычек, которые расчленяют мышцу на несколько отделов. В двубрюшных мышцах имеются промежуточные сухожилия. Сухожилия могут располагаться по боковой поверхности тела мышцы и проникать внутрь нее. Также, как и мышцы, сухожилия состоят из компактных параллельных пучков, пучки первого порядка, окруженные прослойками рыхлой соединительной ткани, составляют пучок второго порядка. Группа сухожильных пучков второго порядка образует сухожильный пучок третьего порядка. Но в отличие от мышц сухожилия образованы плотной волокнистой соединительной тканью, ее особенностью является преобладание волокнистых элементов над клеточными. Благодаря такой структуре сухожилия имеют высокую прочность и низкую растяжимость. Сухожилия связывают мышцы с костями, а прочность этой связи обеспечивается непрерывностью перехода волокнистых элементов сухожилия в волокнистую основу органов, которые соединяет сухожилие. В мышцах новорожденного сухожилия развиты слабо. Примерно до 15 лет сухожилия и брюшко мышц растут одинаково интенсивно. С 15 до 25 лет быстрее растет сухожильная часть мышц. В пожилом возрасте иволютивные изменения ведут к уменьшению эластичности сухожилий, что может привести к травме. Продольная эластичность сухожилия - это предохранительная защитная мера от разрыва при резких движениях и больших напряжениях. Чем больше эластичность соединительной ткани, тем безопаснее усилие.

75. Общая характеристика мышечных тканей, их морфофункциональная и гистогенетическая классификация.

Мышечными тканями называют ткани, различные по строению и происхождению, но сходные по способности к выраженным сокращениям. Они обеспечивают перемещения в пространстве всего организма в целом или его частей (пример – скелетная мускулатура) и движение органов внутри организма (пример – сердце, язык, кишечник).

Свойством изменения формы обладают клетки многих тканей, но в мышечных тканях эта способность становится главной функцией.

Основные морфологические признаки элементов мышечных тканей — удлиненная форма, наличие продольно расположенных миофибрилл и миофиламентов — специальных органелл, обеспечивающих сократимость, расположение митохондрий рядом с сократительными элементами, наличие включений гликогена, липидов и миоглобина.

Специальные сократительные органеллы — миофиламенты обеспечивают сокращение, которое возникает при взаимодействии в них двух основных фибриллярных белков — актина и миозина при обязательном участии ионов кальция. Митохондрии обеспечивают эти процессы энергией. Запас источников энергии образуют гликоген и липиды. Миоглобин — это белок-пигмент (наподобие гемоглобина), обеспечивающий связывание кислорода и создание его запаса на момент сокращения мышцы, когда сдавливаются кровеносные сосуды (и поступление кислорода при этом резко падает).

В основу классификации мышечных тканей положены два принципа — морфофункциональный и гистогенетический. В соответствии с морфофункциональным принципом, в зависимости от структуры органелл сокращения, мышечные ткани подразделяют на две подгруппы: исчерченные мышечные ткани и гладкие мышечные ткани.

Поперечнополосатые (исчерченные) мышечные ткани. В цитоплазме их элементов миозиновые филаменты постоянно полимеризованы, образуют с актиновыми нитями постоянно существующие миофибриллы. Последние организованы в характерные комплексы — саркомеры. В соседних миофибриллах структурные субъединицы саркомеров расположены на одинаковом уровне и создают поперечную исчерченность. Исчерченные мышечные ткани сокращаются быстрее, чем гладкие.

Гладкие (неисчерченные) мышечные ткани. Эти ткани характеризуются тем, что вне сокращения миозиновые филаменты деполимеризованы. В присутствии ионов кальция они полимеризуются и вступают во взаимодействие с филаментами актина. Образующиеся при этом миофибриллы не имеют поперечной исчерченности: при специальных окрасках они представлены равномерно окрашенными по всей длине нитями.

В соответствии с гистогенетическим принципом в зависимости от источников развития (т.е. эмбриональных зачатков) мышечные ткани подразделяются на 5 типов:

1. мезенхимные (из десмального зачатка в составе мезенхимы)

2. эпидермальные (из кожной эктодермы и из прехордальной пластинки)

3. нейральные (из нервной трубки)

4. целомические (из миоэпикардиальной пластинки висцерального листка спланхнотома)

5. соматические (миотомные)

Первые три типа относятся к подгруппе гладких мышечных тканей, четвертый и пятый — к подгруппе поперечнополосат

76.Строение и функции гладкомышечной клетки. Локализация гладкой мышечной ткани в организме.

Гладкая мышечная ткань образует мышечные оболочки сосудов, стенки желудка, кишечника, мочевого пузыря, матки и многих других органов. Структурной единицей этого типа мышечных тканей является гладкая мышечная клетка.

Гладкая мышечная клетка имеет веретеновидную форму. Длина ее составляет от 20 до 500 мкм, диаметр 1−20 мкм. В цитоплазме обнаруживаются тонкие актиновые и толстые миозиновые нити, которые, однако, не образуют упорядоченных структур. Поэтому гладкая мускулатура не обладают поперечной исчерченностью. Тонкие актиновые протофибриллы прикреплены к плазмолемме и мембранам плазматической сети и ориентированы вдоль. Ядро оси клетки у гладкой мышечной клетки одно, располагается в центре. В цитоплазме кроме протофибрилл содержатся в большом количестве мелкие пузырьки с кальцием, которые выполняют функции саркоплазматической сети. Кроме того, имеются митохондрии, пластинчатый комплекс, включения гликогена и другие органоиды.

Снаружи гладкая мышечная клетка покрыта базальной пластинкой, к которой прикреплены нити коллагеновых и ретикулярных волокон. Эти клетки часто формируют группы, окруженные соединительнотканной оболочкой с сосудами и нервами.

77. Поперечнополосатая мышечная ткань позвоночных, ее микроскопическое строение, ультраструктура. Миофибрилла и саркомер. Молекулярный механизм мышечного сокращения.

Поперечнополосатые (исчерченные) мышечные ткани. В цитоплазме их элементов миозиновые филаменты постоянно полимеризованы, образуют с актиновыми нитями постоянно существующие миофибриллы. Последние организованы в характерные комплексы — саркомеры. В соседних миофибриллах структурные субъединицы саркомеров расположены на одинаковом уровне и создают поперечную исчерченность. Исчерченные мышечные ткани сокращаются быстрее, чем гладкие.

Бывают:

1.целомические (из миоэпикардиальной пластинки висцерального листка спланхнотома)

2.соматические (миотомные)

Миофибриллы - цилиндрические нити толщиной 1 - 2 мкм, идущие вдоль от одного конца мышечного волокна до другого. Изолированная миофибрилла способна сокращаться в присутствии АТФ, именно она и есть сократимый элемент мышечной клетки.

Сократимые единицы миофибрил легко различимы в световом микроскопе, именно они обусловливают полосатость скелетных мышц. Каждая из таких единиц -саркомеров - имеет длину около 2,5 мкм. Границы саркомеров в соседних миофибриллах совпадают, поэтому вся мышечная клетка приобретает регулярную исчерченность. На продольном срезе мышцы при большом увеличении в пределах каждого саркомера видны чередующиеся светлые и темные полосы. Темные полосы называются А-дисками , светлые - I-дисками . Плотная линия в центре I-диска, отделяющая один саркомер от другого, называется Z-линией , или Z-диском .

Каждый саркомер состоит из множества параллельных белковых филаментов (нитей).

Существуют филаменты двух типов - толстые (длиной около 1,6 мкм м толщиной 15 нм), которые тянутся от одного края А-диска до другого, и тонкие (длиной около 1 мкм и толщиной 8 нм), которые идут от Z-линии через I-диск и заходят в А-диск в промежутки между толстыми филаментами. На участке А-диска, содержащем перекрывающиеся тонкие и толстые филаменты, толстые филаменты расположены в виде регулярной гексагональной системы, причем каждый толстый филамент окружен тонкими, тоже расположенными регулярно.

Молекулярный механизм мышечного сокращения

 1. Прохождение нервного импульса через нервно-мышечный синапс и деполяризация плазмолеммы мышечного волокна;

2. Волна деполяризации проходит по Т-трубочкам (впячивания плазмолеммы)  до L-трубочек (цистерны саркоплазматического ретикулума);

3. Открытие кальциевых каналов в саркоплазматическом ретикулуме и выход ионов Са2+ в саркоплазму;

4. Кальций диффундирует к тонким нитям саркомера, связывается с тропонином С,  приводя к конформационным изменениям тропомиозина и освобождая активные центры для связывания миозина и актина;

5. Взаимодействие миозиновых головок с активными центрами на молекуле актина с образованием актино-миозиновых «мостиков»;

6. Миозиновые головки «шагают» по актину, образуя в ходе перемещения новые связи актина и миозина, при этом актиновые нити подтягиваются в пространство между миозиновыми нитями к M-линии, сближая две Z-линии;

7. Расслабление: Са2+-АТФ-аза саркоплазматического ретикулума закачивает Са2+ из саркоплазмы в цистерны. В саркоплазме концентрация Са2+ становится низкой. Разрываются связи тропонина С с кальцием, тропомиозин закрывает миозин-связывающие участки тонких нитей и препятствует их взаимодействию с миозином.

Каждое движение головки миозина (присоединение к актину и отсоединение) сопровождается затратой энергии АТФ.

Чувствительная иннервация (нервно-мышечные веретена). Интрафузальные мышечные волокна вместе с чувствительными нервными окончаниями формируют нервно-мышечные веретена, являющиеся рецепторами скелетной мышцы. Снаружи сформирована капсула веретена. При сокращении поперечно-полосатых (исчерченных) мышечных волокон изменяется натяжение соединительно-тканной капсулы веретена и соответственно изменяется тонус интрафузальных (расположенных под капсулой) мышечных волокон. Формируется нервный импульс. При избыточном растяжении мышцы возникает чувство боли. 

78. Ультраструктура и системы миона. Красные и белые мионы

Структурной единицей поперечно-полосатой (скелетной, или соматической) мышечной ткани служит многоядерный симпласт − мышечное волокно, или мион. Он имеет форму вытянутого цилиндра диаметром несколько сотен микрометров и длиной до 10 см.

Мышечное волокно покрыто сарколеммой, состоящей из двух слоев. Внутренний слой представлен плазмолеммой толщиной около 10 нм. Наружный слой образован базальной пластинкой толщиной 30−50 нм, которая отстоит от плазмолеммы на 15−25 нм и связана с

коллагеновыми волокнами окружающей соединительной ткани. Между внутренним и наружным слоями сарколеммы встречаются малодифференцированные одноядерные клетки – миосателлиты, которые обеспечивают восстановление миона после повреждения.

Соединительнотканная оболочка миона называется эндомизием. Группы мионов имеют дополнительную оболочку – перимизий, а вся мышца покрыта снаружи эпимизием, или фасцией. Соединительнотканные оболочки мышц содержат кровеносные

сосуды и капилляры, а также нервные окончания.

В цитоплазме (саркоплазме) миона непосредственно под плазмолеммой находится множество ядер, в центре расположены пучки миофибрилл, между ними − многочисленные митохондрии, развитая гладкая плазматическая сеть и другие органоиды. Сократительные элементы миона представлены миофибриллами, которые заполняют большую часть его объема. Диаметр миофибриллы составляет 0,5−2 мкм, а длина совпадает с длиной миона.

Трофические элементы миона представлены саркоплазматической сетью, митохондриями, включениями запасных питательных веществ и растворенным в гиалоплазме дыхательным белком миоглобином. Саркоплазматическая сеть состоит из каналов Т-системы и цистерн, каналов и пузырьков L-системы.

Среди мионов существует определенная функциональная специализация, которая связана с характером выполняемой мышцами работы. Например, у человека и млекопитающих выделяют быстрые, но менее выносливые белые мионы и медленные, но более пластичные красные мионы. Белые и красные мионы млекопитающих.

79. Костная ткань, ее разновидности и функции. Строение, клеточный и химический состав, физические свойства. Остеон (гаверсова система).

Остеон представляет собой микроскопическую систему костных пластинок, которые образуют ряд цилиндров, надетых один на другой и окружающих канал остеона. Внутри этого канала проходят нервы и кровеносные сосуды. В компактном ве­ществе трубчатых костей эти каналы имеют продольное направле­ние. Остеоны придают костной ткани большую прочность. Между ними расположены вставочные пластинки.

Костная ткань является разновидностью соединительной ткани и состоит из клеток и межклеточного вещества, в котором содержится большое количество минеральных солей, главным образом фосфат кальция. Минеральные вещества составляют 70 % от костной ткани, органические – 30 %.

Функции костных тканей:

 опорная;

 механическая;

 защитная;

 участие в минеральном обмене организма - депо кальция и фосфора.

Клетки костной ткани Клетки костной ткани:

 остеобласты;

 остеоциты;

 остеокласты.

80. Регенерация кости. Минерализация и возрастные изменения костной ткани.

Физиологическая регенерация костных тканей происходит медленно за счет остеогенных клеток надкостницы, эндоста и остеогенных клеток в каналах остеонов. Посттравматическая регенерация костной ткани протекает лучше в тех случаях, когда концы сломанной кости не смещены относительно друг друга, и сохранена надкостница. Процессу остеогенеза предшествует формирование соединительнотканной мозоли, в толще которой могут образовываться хрящевые островки. Оссификация в этом случае идет по типу вторичного (непрямого) остеогенеза. В условиях оптимальной репозиции и фиксации концов сломанной кости регенерация происходит без образования мозоли. Но прежде чем начнут строить кость остеобласты, остеокласты образуют небольшую щель между репонированными концами кости.