Цитология

Неклеточная форма

2 вида организации: клеточное и неклеточное. Неклеточное- не самостоятельная, производная от клеточной.

Симпласт- масса цитоплазмы и множество ядер (остеокласт)

Синцитий- до клеточная форма, много клеток с цитоплазматическими мостиками, обеспечивающих синхронность развития

Межклеточное в-во- сложный высоко-пластичный матрикс, состоящий из волокон, основного вещества и аморфного, не мешает передвижению клеток, взаимодействия, транспорту, установлению межклеточных контактов

Клеточная теория. Клетка

Клетка- упорядоченная структурированная система биополимеров, образующих ядро, цитоплазму и клеточную поверхность, участвующих в единой совокупности энергетических и метаболических процессах, направленных на поддержание всей системы в целом.

Клеточная теория — это обобщённое представление о строении клеток как единиц живого, об их воспроизведении и роли в формировании многоклеточных организмов.

Роберт Гук 1665г. наблюдал наименьшие единицы в составе многоклеточных, с помощью увеличительных линз в срезе пробки, он «ячейки», или «клетки». Т. Шванн оценил значение открытий как основного структурного компонента организма. Дальнейшее развитие и обобщение получили в работах немецкого патолога Р. Вирхова (1858)

В настоящее время клеточная теория гласит:

1) клетка является наименьшей единицей живого

2)клетки разных организмов принципиально сходны по своему строению

3)размножение клеток происходит путем деления исходной клетки

4)многоклеточные организмы представляют собой сложные ансамбли клеток и их производных, объединенные в целостные интегрированные системы тканей и органов, подчиненные и связанные между собой межклеточными, гуморальными и нервными формами регуляции.

Биомембрана

Функции: защита, разграничение, образование компартментов, образование межклеточных контактов, транспорт веществ, в межклеточных взаимодействиях

Химический состав: 60% белки, 30% жиры, 5–10% углеводы. В 1972 году Николсон и Зингер- жидкостно-мозаичную систему. Представляет 2 фосфолипидных слоя из фосфолипидов, стероидов (холестерин), белков и углеводов.

Жиры. Фосфолипиды, имеющие гидрофильную головку- отрицательно заряженный остаток фосфорной кислоты и гидрофобный хвостик- 2 жирных кислоты. Очень подвижны. Стероиды представлены холестерином, отвечает за степень текучести. Много- нарушен транспорт, мало- клетка не может поддерживать форму.

Холестерин зависит от: питания, функционирования печени, количества рецепторов к холестерину, соотношение в плазме переносчиков холестерина.

Белки. Как жиры полярны, в них есть полярные и неполярные аминокислоты, взаимодействуют с жирами.

По расположению: интегральные, полуинтегральные, трансмембранные, поверхностные

По функциям: транспортные, структурные, рецепторные, ферментативные

Углеводы. Всегда в связанном состоянии с белками/жирами. Создают гликокаликс с отрицательным зарядом, участвует в абсорбции, транспорте веществ, межклеточных контактах.

Свойства БМ: текучесть-фосфолипиды, самозамыкание- высокое натяжения, избирательная проницаемость

Клеточная поверхность

-один из структурных компонентов клетки имеет слоистую структуру: Гликокаликс, Плазмолемма, Кортикальный слой цитоплазмы.

Функции: барьерно-защитный, разграничительная, транспортная (пассивный/активный, экзоцитоз/эндоцитоз, фагоцитоз-твёрдые/пиноцитоз), рецепторная (в основе наличие гликопротеинов; у рецептора 3 домена: вне клеточный, внутри мембранный, цитоплазматический).

По расположению рецепторы: поверхностный и внутри клетки.

Гормоны: водорастворимые/жирорастворимые, связанные с цитоскелетом/каталитические/ с водно-ионным каналами/ с j-белками

Межклеточные контакты

Простой контакт: плазмолеммы на расстоянии 15-20нм, вещ-во с низкой электронной плотностью, один из самых распространённых.

Замок: одна плазмолемма инвагинацию, другая выпячивание, расстояние 15-20нм, вещ-во с низкой электронной плотностью, эпителиальные клетки, клетки печени.

Плотный контакт: клетки вплотную, есть зазоры до 9нм, эндотелиальные клетки сосудов, эпителиальные клетки мочевыводящих путей.

Десмосома: самый прочный контакт, расстояние 20-25нм, вещ-во электронно-плотное с белковыми нитями, скрепляющие клетки изнутри, эпителиальные и мышечные клетки. Полу-десмосома: клетки и базальная мембрана, аналогично десмосоме

Синапс: в нервной, поверхность первой- пресинаптическая мембрана, поверхность второй- постсинаптическая мембрана, передача возбуждения через нейромедиаторы, только в одном направлении.

Адгезивный- наличие белков адгезина, распознающих адгезины на других клетках, важен при образовании тканей.

Цитоплазма. Гиалоплазма

-второй структурный элемент клетки, включает в себя гиалоплазму, включения и органоиды.

Гиалоплазма- свободная часть цитоплазмы без включений и органоидов, имеет мелкодисперсный вид, представлена дисперсной средой-вода и дисперсной фазой- мицеллы (органические и неорганические вещества), броуновский тип движения.

Функции: среда для взвешивания включений и органелл, транспортная магистраль, проведение разных химических реакций.

Включения

- необязательные компоненты цитоплазмы, могут появляться и исчезать, чаще всего свидетельствуют о биохимических реакциях.

Трофические. Питательный материал, вид граны, капель, вакуолей, кристаллов; белковые в гепатоцитах, овоцитах, жировые в гепатоцитах, бурой и белой жировой ткани, углеводы- во всех клетках.

Секреторные. Продукт секреции железистых клеток, белковые, жировые и другой природы, гранулы. Зимоген- незрелый продукт.

Экскреторные. Продукт обмена веществ, которые клетка выводит из себя, т. к. токсичны для неё.

Пигментные. Менее распространённые между всеми, со своей природной окраской. Есть недолго хранящиеся-желчный пигмент, мочевина, и неограниченное количество времени- меланин (защищает от УФ лучей) и липофусцин (остаточные тельца лизосом, где непереваренные липиды)

Витамины. Меньше всего, как следы. Жизненно важными включениями- коферменты, регулирующие деятельность ферментов. Водорастворимые (С, В) и жирорастворимые (АДЕК)

Органоиды

- постоянные структурные элементы с определённым строением

По распространённости: общие/специальные

По строению: мембранные (ЭПС АГ, лизосомы, пероксисомы, митохондрии)/немембранные (микротрубочки, клеточный центр, миофибриллы, тонофибриллы, нейрофибриллы)

По функции: синтетический аппарат (АГ, ЭПС, рибосомы), Энергетический (митохондрии), Внутреннее пищеварение (лизосомы, пероксисомы), Цитоскелет (микротрубочки, микрофилламенты, актиновые филламенты)

Рибосомы

-электронно-плотные, шаровидной формы, размером 10-30нм. Из 2х субъединиц: малой и большой, отличающихся количеством аминокислотных остатков. Обе образуются в ядре, сначала в разобранном состоянии, потом сливаются и начинают работать.

По расположению: цитоплазматические (свободные, прикреплённые)/митохондриальные

обеспечивают внутриклеточный синтез белка, на прикреплённых экспортируемый белок, на свободных внутриклеточный.

Матричная РНК- копия ДНК

Транспортная-РНК- доставляет остатки аминокислот

Рибосомальная РНК- синтез белка

Цитоскелет

Микротрубочки- самые большие 20-25нм, стенка из тубулина. Альфа и Бета фракции тубулина расположены в шахматном порядке, образуя 13 скрученных протофиламентов. Стенки трубочки могут удлиняться и укорачиваться без сокращения, из-за полимеризации и деполимеризации.

Распространены: кортикальный слой цитоплазмы, реснички, жгутики, в центриолях клеточного центра, веретено деления.

Микрофибриллы/промежуточный филаменты- средние 8-10нм, стенка из разных белков, в каждом типе тканей свой (эпителий- цитокератин, мезанхимальной- виментин, мышечная- десмин)

Микрофилламенты- тонкие белковые тяжи 4-6нм. В кортикальном слое цитоплазмы. Обладают АТФ белками (актин, тропин, тропонин, миозин), очень чувствительны к воздействиям. Благодаря им создаются инвагинации и выпячивания.

Клеточный центр

Из двух центриолей 0,15нм, располагающихся друг к другу под 90 гр. Одна центриоль-материнская, под углом- дочерняя. В материнской есть спутники-места активации белка тубулина. Центриоль состоит из 9ти групп микротрубочек под углом 45гр к центру, в каждой группе 3 микротрубочки.

Формула 9*3+0. Вокруг клеточного центра есть слои цитоплазмы- центросферы.

ЭПС

-мембранный по строению, относящийся к синтетическому аппарату органоид общего распространения. Представляет собой систему канальцев и цистерн, формирующих трёхслойную сеть.

Агранулярный ЭПС (гладкий). Синтез небелковых молекул: жиры, углеводы, гормоны, холестерин, депонирование ионов кальция. В клетках коры надпочечников, эндокринных клетках мужской и женской половых желёз, гепатоциты, клетки лёгких, плаценты.

Гранулярная ЭПС (шероховатая). Синтез белковых молекул. В панкреатоцитах, фибробластах, плазмоцитах, гепатоцитах.

Комплекс Гольджи

- общий по распространённости, относящийся к синтетическому аппарату органоид общего распространения. Был открыт в 1898г Камилла Гольджи в клетках мозжечка. Структурно-функциональной единицей являются диктиосомы. В одном АГ может быть от нескольких шт до сотен диктиосом. Чем клетка активнее синтетически, тем их больше. Диктиосома имеет вид чаши 1мкм, выделяют 2 полюса: незрелый-цис и зрелый-транс. Цис к ядру/ЭПС, Транс к поверхности клетки. К цис полюсу простые вещества, от транс полюса созревшие молекулы. Так же поляризован в функции: от цис к транс изменение толщины мембранных цистерн, меняется кол-во углеводов и холестерина, ослабевает активность ферментов.

Функции: синтез макромолекул, синтез нервного импульса, сегрегационная, образование первичных лизосом.

Аппарат пищеварения

Лизосомы- общие по распространённости мембранные по строению органоиды. Открыт бельгийским биохимиком Де Дюмом. Имеет неправильную или сферическую форму, в виде мембранных пузырьков, 0,15–0,5мкм.

Первичные лизосомы. Под мембраной более 60 ферментов (кислая фосфотаза), есть протоновая помпа, обеспечивающая накачивание протонов водорода из гиалоплазмы, внутри много углеродов для защиты.

Вторичные лизосомы. Ассоциации первичной лизосомы и фагосомы. Внутри ферменты получают доступ к субстрату.

Остаточные тельца. Остатки лизосом с непереваренными частицами, когда их много- зашлакивание- лизосомальная болезнь.

Аутофаголизосомы. Процесс аутофагии- процесс внутриклеточной регенерации, при котором утилизируют собственные компартменты.

Пероксисомы- общие по распространению, мембранные органоиды. Похожи на лизосомы: мембранный пузырёк с ферментами (каталаза, пероксидаза, уратоксидаза, оксидаза д-аминокислот)

По размерам: малые (0,15нм-0,25нм) и большие (больше 0,25нм). Мелкие везде, большие в клетках с дезинтоксикацией. Пероксисома при помощи атомарного кислорода отщепляет водород от субстрата, образует перекись. Много перекиси приводит к окислению липидов, при накоплении вырабатываются ферменты для расщепления.

Митохондрии

-общий по распространённости органоид двумембранный по строению. Между двумя листками мембраны межмембранное пространство 10-15нм.

Наружная мембрана тонкая, полупрозрачная. Внутренняя толстая, многочисленные складки-кристы. На кристах локализуются ферменты.

В зависимости от крист выделяют: с пластинчатыми кристами и тубуловезикулярными.

Между кристами расположен митохондриальный матрикс- коллоидный раствор, дисперсная среда- вода, дисперсная фаза- мицеллы, мицеллы- ДНК, РНК, рибосомы и катионы металлов.

Функции: образование энергии, после этого АТФ в гиалоплазму (но в бурой жировой нет этой функции, т. к. процессы окисления и фосфорилирования разобщены)

Ядро

-неотъемлемый элемент любой эукариотической клетки.

Чаще всего ядро одно, многоядерные- гепатоциты. Форма округлая, сферическая, но может быть и бобовидной, подковообразной, лопастным, сегментированным. Размер от 3-4мкм до 25мкм.

Кариолемма- ядерная оболочка, образуется за счёт расширения и слияния друг с другом цистерн гранулярного ЭПС., из 2х листков биомембраны, между ними перинуклеарное пространство 20-50нм, но есть места, где два листка сходятся- поры. Ядерная пора 8миугольная, в каждом углу белковая молекула, в центре общая глобула, обеспечивает избирательную проницаемость ядра. В среднем 90нм, на расстоянии 100-200нм друг от друга. К наружнему и внутренниму прилегают белковые пластинки- ядерные ламины. Внутренняя тонкая и пластичная- место прикрепления хромосом, наружная- более толстая, защита от растяжения.

Ядрышко- субъядерная структура, не имеющая биомембраны. Это комплекс ДНК, РНК, гистоновых и негистоновых белков. Чем активнее клетка синтезирует разные белки, тем больше ядрышек или они крупнее. Образуется за счёт соединения спутников хромосом у 13, 14, 15, 21, 22 пар. В участках соединение петель хромосом находятся триплеты, кодирующие синтез Р-РНК. При электр. Микроскоп. Светлый компонент- ядерный сок, в тёмном 3 субкомпонента: слабо окрашенный (нити хромосом), фибриллярный и гранулярный.

Нуклеоплазма (кариолемма)- коллоидный раствор, дисперсная среда- вода, дисперсная фаза мицеллы (ДНК, РНК, гистоновые белки, негистоновые белки, ионы, соли)

Хромосома.

Хромосома- нуклеопротеидные структуры в ядре эукариотической клетки, в которых сосредоточена большая часть наследственной информации, предназначены для её хранения, реализации и передачи. Хромосома может быть одинарной и двойной. Хроматида – это нуклеопротеидная нить, половинка двойной хромосомы. Хромосомы состоят из ДНК и белка. Также в хромосомах присутствует некоторое количество РНК, образующейся при транскрипции, ионы Са+ и Mg+.

Типы строения хромосом: телоцентрические (с центромерой на проксимальном конце), акроцентрические (с очень коротким вторым плечом), субметацентрические (с плечами неравной длины, напоминающие по форме букву L), метацентрические (V-образные, плечи равной длины),

3 основные формы хромосом: Х-хромосома, Y-хромосома, В-хромосома, которая очень редко встречается в клетках растений.

Жизненный цикл клетки. Митоз

Клеточный цикл — это период существования клетки, от момента ее появления до момента завершения деления или от момента появления клетки до ее гибели. Чаще рассматривают как первый случай. Фазы:

1)Пресинтетический период (G1) – самая длинная. Клетка растет, в ней происходят синтезы РНК, белков, АТФ, формирование органелл и др.

2)Синтетический период (S) - Репликация ДНК, синтез белков (гистонов). К концу каждая хромосома состоит из двух одинаковых хроматид.

3)Постсинтетический период (G2) - В клетка готовится к делению. Образование структур, необходимых для деления, в большом количестве накапливается энергия.

4)Деление клетки: митоз (М). Жизненный цикл может быть равен митотическому, но это более широкое понятие и охватывает постмитотические популяции клеток, потерявших способность к делению.

Митоз — это деление клетки, дочерние клетки генетически идентичны материнской и между собой. Митозу предшествует длительная интерфаза. Фазы:

1) Профаза. Хромосомы спирализуются и приобретают скрученную форму, невозможны процессы синтеза РНК, исчезают ядрышки. Центриоли к полюсам клетки, образуется веретено деления. В конце распадается ядерная оболочка.

2)Прометафаза. Стадия, которую не всегда выделяют отдельно. Хромосомы оказываются в цитоплазме, беспорядочно перемещаются по клетке пока в районе центромеры не соединятся с нитью веретена деления. Нить- микротрубочка из белка тубулина. Она нарастает, присоединяя новые тубулиновые субъединицы, при этом хромосома движется от полюса, с другого полюса к ней также присоединяется нить и тоже толкает.

3) Метафаза. Все хромосомы в экваториальной области клетки. К центромерам прикреплено по две нити. Самая длительная стадия.

4) Анафаза. Хроматиды отделяются друг от друга и отходят к разным полюсам. Микротрубочки разбираются. Анафаза быстрая фаза.

5) Телофаза. Во многом обратна профазе. Хроматиды собираются у полюсов клетки и деспирализуются, формируются ядерные оболочки, образуются ядрышки, синтез РНК, веретено деления разрушается. После цитокинез. В клетках животных это за счет впячивания мембраны внутрь и образования перетяжки. В клетках растений мембрана начинает формироваться внутри в экваториальной плоскости и идет к периферии.

Межклеточные взаимодействия

Контактные взаимодействия: имеют физический контакт друг с другом

Значение: обеспечение прочного соединения и адгезии, обмен сигналами и информацией, распознавание других клеток, регуляция роста

Дистальные взаимодействия: без физиологического контакта или прямого обмена материалами (гормональные, нервные, иммунные)

Регенерация. Внутриклет регенерация. Апоптоз

Регенерация- способность организма со временем восстанавливать повреждённые ткани. Уровни: молекулярный, субклеточный, клеточный, тканево-органный. Виды: физиологическая, репаративная, патологическая. Механизмы: гуморальные, гормональные, иммунные, нервные. Значение: возврат утраченных способностей.

Внутриклеточная регенерация— процесс, обеспечивающий непрерывное обновление структурных компонентов клеток в физиологических условиях или после повреждения. Гипертрофия клеток — увеличение их объема и функциональной активности при одновременном нарастании внутриклеточных структур. Атрофия клеток — снижение объема, массы, функциональной активности и содержания внутриклеточных структур из-за ослабления процессов внутриклеточной регенерации. Виды: молекулярная (восст. нити ДНК, образование новых ферментов), внутри органоидная (увеличение кол-ва крист митохондрий, увеличение цистерн ЭПС), органоидная (синтез новых митохондрий, новых рибосом).

Апоптоз- генетически запрограммированная, контролируемая, энергозависимая, не вызывающая воспалительную реакцию гибель клетки. Признаки: сжатие клетки, конденсация хроматина на периферии ядра, разделение ядра на несколько, формирование в цитоплазме полостей, выпячиваний плазматической мембраны, апоптотические тельца, отделение от матрикса и других клеток, быстрое поглощение фагоцитами и соседними клетками

Отличия от некроза: некроз может захватывать от части клетки до целого органа/апоптоз только на отдельные клетки или их группы, апоптоз контролируется генетически/некроз – нет,

на апоптоз реакция воспаления отсутствует, на некроз - присутствует.

Клеточный гомеостаз

Гомеостаз – свойство живого организма сохранять относительное динамическое постоянство внутренней среды, выражается в относительном постоянстве хим состава, осмотического давления, устойчивости основных физиологических функций.

Явление гомеостаза представляет собой эволюционно выработанное, наследственно-закрепленное адаптационное свойство организма к обычным условиям окружающей среды. Однако если условия выходят за пределы нормы, в таких случаях адаптация характеризуются не только восстановлением обычных свойств внутренней среды, но и кратковременными изменениями функции. Реакции гомеостаза могут быть направлены на: поддержание известных уровней стационарного состояния, устранение или ограничение действия вредностных факторов, выработку или сохранение оптимальных форм взаимодействия организма и среды в изменившихся условиях его существования.

Поэтому понятие гомеостаза включает процессы адаптации и координации физиологических процессов, обеспечивающих единство организма не только в норме, но и при изменяющихся условиях его существования.

Основные компоненты:

1)Вещества, обеспечивающие клеточные потребности: для образования энергии, роста и восстановления – глюкоза, белки, жиры/ Вода/ NaCl, Ca и другие неорганические в-ва/ Кислород/ Внутренняя секреция.

2)Окружающие факторы, влияющие на клеточную активность: осмотическое давление/ температура/ рН

3)Механизмы, обеспечивающие структурное и функциональное единство: наследственность/ регенерация/ иммунобиологическая реактивность/ принцип биологического регулирования обеспечивает внутреннее состояние организма (его содержание), а также взаимосвязь этапов онтогенеза и филогенеза.

Живой организм представляет сложную управляемую систему, где происходит взаимодействие многих переменных внешней и внутренней среды. Общим для всех систем является наличие входных переменных, которые могут преобразовываться в выходные переменные. Выходные переменные зависят от входных и законов поведения системы. Влияние выходного сигнала на управляющую часть системы называется обратной связью, необходима для саморегуляции.

• Различают отрицательную (уменьшает влияние входного сигнала на величину выходного) и положительную (величина входного сигнала увеличивается) обратную связь.

Эндорепродукция

- образование клеток с увеличенным содержанием ДНК. После S периода клетка, обладающая 4с вступает в митотическое деление, но без цитотонии, образуется клетка 2н2с.

Виды: эндомитоз- нарушение митоза с результатом полиплоидии, политения- образование гигантских многонитчатых хромосом.

Значение: способ восстановления, повышение активности, увеличение идентичных генов

Хроматин

- Окрашенное тельце. Располагается в ядре. В химическом отношении представляет собой комплекс ДНК, РНК, белков (гистоновых и негистоновых). Выделяют 2 вида: эухроматин (светлый) – раскрученный хроматин, гетерохроматин – высоко конденсированный спирализованный хроматин

По локализации делят на периферический, ядрышковый гетерохроматин.

По функциональным особенностям: факультативный и констутативный.

Представляет собой 1 из 2х Х хромосом, высоко спирализованную и неактивную, которая может в норме, находится только в соматических клетках женского организма.