Семинары по предмету «Цитология и гистология»
Оглавление
Семинар на 14. 02.2024
Клеточная теория: история создания, основные положения, современная трактовка, значение.
Клеточная теория — это обобщённое представление о строении клеток как единиц живого, об их воспроизведении и роли в формировании многоклеточных организмов.
Первым, кто наблюдал наименьшие единицы в составе многоклеточных, был Роберт Гук (1665). С помощью увеличительных линз в срезе пробки он обнаружил «ячейки», или «клетки». В 1671 г. М. Мальпиги, Н. Грю, Ф. Фонтана подтвердили наблюдения Р. Гука и показали, что разнообразные части растений состоят из тесно расположенных пузырьков», или «мешочков». После прогресс в клеточной теории и в изучении клетки происходит только через 150 лет, связан с успехами микрокопирования в XIX в., когда были описаны ядро и протоплазма. Многочисленные данные, касающиеся строения животных и растений, позволили подойти к обобщениям, которые впервые были сделаны Т. Шванном (1838) и легли в основу сформулированной им клеточной теории. Заслуга Т. Шванна заключалась не в том, что он открыл клетки как таковые, а в том, что он оценил их значение как основного структурного компонента организма. Дальнейшее развитие и обобщение эти представления получили в работах немецкого патолога Р. Вирхова (1858)
Основные положения клеточной теории сохранили свое значение и в настоящее время, хотя за более чем 150-летний период были получены новые сведения о структуре и жизнедеятельности клеток. В настоящее время клеточная теория гласит:
клетка является наименьшей единицей живого
клетки разных организмов принципиально сходны по своему строению
размножение клеток происходит путем деления исходной клетки
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.
Неклеточные формы организации живого: понятие, разновидности, распространенность.
Симпласт- масса цитоплазмы, содержащая множество ядер. Пример: волокна поперечнополосатой мышечной ткани, клетка костной ткани- остеокласт, наружная оболочка зародыша- хориальный симпласт/ симпластотрофобласт.
Синцитий/ соклетие- до клеточная форма, представляет собой предшественников клеток, соединённых с помощью цитоплазматических мостиков, из одной в другу обеспечивается перетекание цитоплазмы с питательными веществами, благодаря этому осуществляется синхронность или клональность в развитии клеток.
Межклеточное вещество- сложный высоко-пластичный матрикс, состоящий из волокон, из аморфного и основного вещества, заполняющие всё пространство между клетками при этом межклеточное вещество не мешает клеткам передвигаться, не мешает обмениваться веществом и энергией, не мешает устанавливать межклеточные контакты и участвовать в межклеточных взаимодействиях, а наоборот, способствует всему вышеперечисленному.
Симпласт: определение, характеристика, распространенность.
Симпласт представляет собой скопление цитоплазмы, содержащей много ядер. Классическим примером симплатической формы организации живого является мышечное волокно скелетной мышечной ткани, которое представляет собой массу цитоплазмы в виде тяжа, по периферии которого лежат мелкие многочисленные овальной формы ядра
Синцитий: определение, характеристика, распространенность.
Синцитиальная форма (клеточный синцитий) встречается редко. Она представляет собой совокупность клеток, которые с помощью своих отростков анастамозируют (соединяются) друг с другом. При этом цитоплазма одной клетки свободно переходит в цитоплазму другой клетки. Эта форма наблюдается только в мужском организме в процессе образования половых клеток. В периоде размножения сперматогенеза клетки (сперматогонии) многократно делятся, что приводит к увеличению их числа. Однако при делении клеток не наблюдается полноценной цитотомии, что обусловливает сохранение цитоплазматических мостиков (отростков), с помощью которых клетки сохраняют между собой связи, а не расходятся. Наличие синцитиальных связей между половыми клетками обеспечивает синхронность в развитии сперматозоидов. Иначе говоря, благодаря сохранению цитоплазматических связей между делящимися половыми клетками, их развитие происходит клонально, то есть партиями.
Межклеточное вещество: определение, характеристика, разновидности.
Межклеточное вещество (внеклеточный матрикс) представляет собой сложный матрикс, заполняющий пространства между клетками. Межклеточное вещество является пластичным и не препятствует изменениям объема и формы клеток, их перемещению. Межклеточное вещество имеет сложное строение и обладает высокой видовой специфичностью. Межклеточное вещество не содержит органоиды, а обмен веществ в нем протекает медленно. Оно включает в себя различные волокна и аморфное (основное) вещество. Благодаря своему строению, межклеточное вещество выполняет, прежде всего, опорную функцию. Кроме того, оно определяет характер питания клеточных элементов, так как через него проходят все транспортные пути для питательных веществ, воды и электролитов.
Биологическая мембрана: понятие, распространенность, значение.
Комплекс биополимеров: белки, жиры, углеводы, в разных процентных соотношениях. На долю белков 60%, жиры 30%, углеводы 5-10%. В 1972 Николсон и Зингер предложили жидкостно-мозаичную модель, согласно ей биомембрана представляет собой 2ой фосфолипидный слой, состоящий из молекул фосфолипидов сфингомиелинов, стероидов (холестерин), интегрированных в этот слой белков и углеводов.
Химический состав биологической мембраны.
Липиды (жиры). Главным классом липидов являются фосфолипиды. Каждая молекула фосфолипидов состоит из: гидрофильных головок и расщеплённых гидрофобных хвостиков. Гидрофильная головка представляет собой отрицательную группу фосфорной кислоты, а хвостики — это 2 цепи жирных кислот. Головка направлена в водную фазу как внутри, так и во внеклеточной среде, хвостики «боятся» воды- гидрофобные, направлены друг к другу. Каждая молекула фосфолипида крайне подвижна и способна совершать различного рода движения: латеральные (боковые), круговые/ вращательные. Также они могут встраиваться в другие участки мембраны, благодаря этому мембрана имеет свойство текучести- подвижность. Представителем стероидов является холестерин, его концентрация определяет вязкость биомембраны, поэтому если его мало клетка не удерживает пластичность/форму, если его много будет нарушен транспорт веществ.
Белки. Белковые молекулы- основные в плане количества- 60%, молекулы белков также как и жиры полярны. В составе белка присутствуют как полярные, так и неполярные аминокислоты, которые взаимодействуют с жирами.
По расположению белки в мембране делятся на несколько: интегральные (полностью погружённые в двойной слой), полуинтегральные белки (частично погружённые в бислой), трансмембранные (через мембрану, пронизывают её), поверхностные/ периферическое белки (внутри или снаружи мембраны).
По функциональному признаку: структурные (определяют структуру форму мембраны), транспортные (образуют водно-ионные каналы, через них транспорт веществ), рецепторные (формируют на поверхности мембраны сигнальные структуры, взаимодействующие с другими элементами, распознавание), ферментативные белки (либо катализируют, либо ингибируют химические реакции на поверхности мембраны).
Углеводы. Всего лишь 5-10% химического состава. Углеводы всегда в связанном состоянии, при этом связаны с белками (гликопротеиды, гликопротеины) или с жирами (гликолипиды). Благодаря углеводам на поверхности мембраны создаётся слой- гликокаликс. Он создаёт поверхностный отрицательный заряд, участвует в абсорбции веществ, транспорте веществ, межклеточные контакты, межклеточные взаимодействия.
Свойства биологической мембраны.
Текучесть/ подвижность (в каждом локальном участке биомембраны есть движение, двигаются фосфолипиды, белки и вся биомембрана благодаря этому нестабильна, как текучий ручей, благодаря хвостикам).
Самозамыкание (любой локальный дефект закрывается, благодаря высокому натяжению, который создают фосфолипиды, так и стероиды).
Избирательная проницаемость (какие-то проще, какие-то не проходят вообще, каким-то нужны помощники, это связано с физико-химическими свойствами, необходимо представлять себя жировой, так как всё в виде жира проходит хорошо, вещества, растворённые в воде, не пройдут).
Клеточная поверхность: понятие, структурные компоненты, их строение и функциональное значение.
Клеточная поверхность- один из структурных элементов эукариотических клетки, слоистая структура:
Гликокаликс. Самый наружный слой, толщина в разных участках не однородна, в пределах от 7,5 до 200 нанометров, олигосахаридные участки гликолипидов и гликопротеидов, проще только углеводная часть, функция ранее
Плазмолемма. Клеточная мембрана, построена по типу классической биомембраны: белки, жиры, углеводы, самая толстая из всех биомембран, около 10 нанометров, впервые изучили 1936-37 года
Кортикальный слой цитоплазмы/ эктоплазмы. Периферический слой цитоплазмы, высокое содержание элементов цитоскелета: трубочки, промежуточные феломенты/микрофеломенты высокой концентрации.
Функции: Проницаемость, избирательность. Для проведения и выведения нужных веществ и воды в клетку и извне.
Способы проникновения веществ в клетку и из клетки.
Простая диффузия — перенос веществ через мембрану по градиенту концентрации без затрат энергии.
Осмос — односторонняя диффузия растворителя через полупроницаемую мембрану в более концентрированный раствор.
Облегченная диффузия — процесс трансмембранного переноса веществ по градиенту концентрации с участием мембранных белков-переносчиков без затраты энергии.
Активный транспорт — процесс трансмембранного переноса веществ против их градиента концентрации с затратами энергии.
Эндоцитоз — транспорт макромолекул, их комплексов и крупных частиц внутрь клетки.
Экзоцитоз — процесс, обратный эндоцитозу.
Межклеточные контакты: разновидности, строение, значение.
Простой контакт: плазмолеммы соседних клеток находятся на расстоянии друг от друга 15-20 нанометров, оно заполнено веществом с низкой электронной плотностью, которая позволяет беспрепятственно обмениваться веществом и энергией, один из самых распространённых, в большинстве клеток.
Разновидность простого в виде замка. Плазмолемма одной производит инвагинацию, а другая выпячивания, они входят в инвагинацию, расстояние такое же, как и в первом случае, заполнено тем же самым, благодаря этому есть резерв клеточной поверхности, распространён между эпителиальными, клетки печению.
Плотный контакт — это контакт, при котором на большем протяжении практически полностью соприкасаются друг с другом, в определённых участках есть зазоры- отделение, где плазмолеммы расходятся до 9 нанометров, распространены между эндотелиальными клетками сосудов, между эпителиальных клетками мочевыводящих путей, кишечника. Плотность определяется местонахождением, в кишечнике степень проницаемости выше нежели в мочевом пузыре.
Десмосома — это самый прочный из всех разновидностей, при нём плазмолеммы соседних клеток находятся на расстоянии 20-25 нанометров, между плазмолеммами жидкость-электронно-плотное вещество с филоментами- белковые нити, скрепляющие их также изнутри прилежит зона с жидкостью высокой электронной плотности, там заякореваются данные цитоскелета, наиболее распространён между эпителиальными и мышечными клетками.
Разновидность десмосом- полу-десмосомы — это контакт клетки и базальной мембраны, также есть электронно-плотное вещество с нитями у базальной и внутри.
Щелевидный контакт/нексус плазмолеммы подходят очень близко 2-4 нанометра, улавливая интегральные и трансмембранные белки, образуют транспортные ионные каналы, так ионы перетекают из одной клетки в другую, распространены в мышечных клетках (гладкая сердечная).
Разновидность щелевидной- синапс в нервной, одной нервной клетки с другой, поверхность первой пресинаптической мембраны, второй постсинаптической мембраны, между ними щель, для передачи возбуждения использую нейромедиаторы (используют химические вещества), в отличие от нексуса, синапс только в одном направлении(!).
Адгезивный контакт — это наличие особых белков адгезина, которые распознаю адгезины на других клетках либо похожие во внеклеточных, важен в эмбриогенезе, когда родственные клетки соединяются, образуя ткани. Участие в межклеточных взаимодействиях, бывают 2х видов: контактные, дистантные (благодаря выработке и выделению специальных сигнальных молекул- например выработка гормонов).
Межклеточные взаимодействия: понятие, разновидности, значение.
Межклеточные взаимодействия в широком смысле слова имеют непосредственное отношение ко всем событиям и процессам, которые превращают многоклеточный организм в целостную систему. Именно они лежат в основе интегративных свойств организма, тонкой сети регуляторных и авторегуляторных процессов. Межклеточные контакты играют ключевую роль в формообразовании ткани или органа. По своим функциональным свойствам межклеточные контакты подразделяются:
Контакты простого типа:
простые межклеточные соединения,
интердигитации (пальцевые соединения).
Контакты сцепляющего типа:
десмосомы
адгезивный поясок.
Контакты запирающего типа: плотное соединение (запирающая зона)
Контакты коммуникационного типа:
щелевидные соединения (нексусы),
синапсы
Простое межклеточное соединение осуществляется путем сближения плазмолемм клеток до расстояния 15-20нм и взаимодействия белков плазматических мембран – кадгеринов. Имеются разнообразные семейства кадгеринов, характерные для той или иной ткани. Благодаря кадгерину клетки в процессе гистогенеза и органогенеза узнают друг друга и объединяются в единую структуру, например, эпителиальный пласт. (Раковые клетки не узнают друг друга).
Пальцевидные соединения (интердигитации) образуются за счет взаимной инвагинации (впячивания) обеих плазмолемм в начале в одном, а затем в другом. Это один из трех видов контактов между кардиомиоцитами.
Десмосома представляет небольшое округлое образование, построенное с участием плазмолемм соседних клеток. Десмосомы построены из белка десмоплакина, который образует слой на внутренней стороне каждой мембраны. К слою десмоплакина присоединяются пучки промежуточных филаментов.
Промежуточные филаменты в разных тканях представлены разными белками, например, в эпителии – кератином, в мышечной – десмином. С наружной стороны мембраны пространство между десмосомами заполнено утолщенным слоем гликокаликса. Гликокаликс десмосом пронизан склеивающим (адгезивным) белком – десмоглеином.
Адгезивный поясок встречается в однослойных эпителиях, имеет вид двойных лент. По структуре адгезивный поясок похож на десмосому, но образован другими белками.
Плотное соединение образуется с помощью интегральных адгезивных белков. В таких контактах плазмолеммы плотно прилегают друг к другу. Плотные соединения также имеют лентовидную форму. Однако ленты имеют вид ячеистой сети. Плотные контакты надежно разграничивают компартменты, находящиеся с базальной и апикальной (верхушечной) сторон однослойного эпителия. Контакты в виде плотных соединений имеются в эндотелии сосудов.
Транспорт веществ через биологическую мембрану: разновидности, значение
Пассивный: простая и облегчённая диффузия, вещества диффундируют. При пассивном идёт перенос веществ из высокой концентрации в низкую- по электрохимическому градиенту, так двигаются низкомолекулярные вещества: газы. Облегчённая диффузия- тоже их высокой в низкую, но облегчена спонтанным открытием водно-ионных каналов, которые облегчают проникновение. При пассивном транспорте АТФ не используются, белки переносчики тоже не нужны.
Активный: вещества из низкой концентрации в высокую- против градиента концентрации, для этого нужна АТФ, работают белки-переносчики: натри-калиевый насос в клеточной мембране.
По направлению транспорт подразделяется: эндоцитоз (внутрь клетки), экзоцитоз (из клетки). Некоторые крупномолекулярные вещества, которые не могут пройти диффузией преодолевают биомембрану с помощью особого вида- фагоцитоза и пиноцитоза. Впервые это было описано Мечниковым (фагоцитоз), потом Уорреном Льюисом (пиноцитоз). Фаго- твёрдые вещества, пино- капельки.
Понятие о рецепторах. Рецепторная функция клеточной оболочки.
Рецепторная функция – распознающая с помощью рецепторов, узнавание. В основе лежит наличие в биомембране особых рецепторов-гликопротеинов. В составе любого рецептора выделяют 3 домена/ отдела:
эктрацелюляный/ вне клеточный над поверхностью клетки. Он обеспечивает взаимосвязь внеклеточных.
Внутри мембранный домен обеспечивает проведение сигнала через клетку (белок может менять конформацию цис/транс)
Цитоплазматический домен тоже белковый, представлен ферментативным белком (белок аденилатциклаза), как только он получает, со второго фермент активируется (вторичный мессенджер).
По расположению рецепторы делят:
Поверхностный (на наружной поверхности клетки)
Внутри клеточные рецепторы (взаимодействие клетки на гормоны).