15. Физико-химическая характеристика гиалоплазмы и ее значение в жизнедеятельности клетки.

Физико-химическая характеристика гиалоплазмы: это основное вещество цитоплазмы, её матрикс, заполняющий всё пространство между плазматической мембраной, оболочкой ядра и другими внутриклеточными структурами. Это сложная коллоидная система, включающая в себя различные биополимеры: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и др.. Основным её компонентом является вода, в которой растворены белки, аминокислоты, углеводы, нуклеотиды, соли и другие соединения. 123

Значение гиалоплазмы в жизнедеятельности клетки:

• Образование внутренней среды клетки, которая объединяет все органеллы и обеспечивает их взаимодействие. 1

• Поддержание определённой структуры и формы клетки, создание опоры для внутреннего расположения органелл. 1

• Обеспечение внутриклеточного перемещения веществ и структур. В гиалоплазме идёт постоянный поток ионов к плазматической мембране и от неё к митохондриям, к ядру и вакуолям. 1

• Обеспечение адекватного обмена веществ как внутри самой клетки, так и с внешней средой. 1

• Через гиалоплазму осуществляется большая часть внутриклеточных транспортных процессов: перенос аминокислот, жирных кислот, нуклеотидов, сахаров. 12

• Гиалоплазма является основным вместилищем и зоной перемещения молекул АТФ. 2

• В гиалоплазме происходит отложение запасных продуктов: гликогена, жировых капель, некоторых пигментов. 1

16. Межклеточные соединения, их типы, структурно-функциональные особенности.

Межклеточные соединения — это различные по своей структуре и свойствам способы соединения клеток между собой и с внеклеточным матриксом в пределах ткани, обеспечивающие межклеточные взаимодействия и структурно-функциональную целостность ткани. 1

Типы межклеточных соединений:

1. Простые контакты. Обеспечивают слабую механическую связь между клетками сходного происхождения. Связь осуществляется с помощью гликопротеинов плазматической мембраны, при этом между соседними мембранами остаётся зазор шириной 20 нм, заполненный гликокаликсом. 1

2. Заякоривающие (сцепляющие) контакты. К участкам плазматической мембраны со стороны цитоплазмы в областях соединения подходят нитеподобные белковые элементы цитоскелета (микро- или промежуточные филаменты), формируя прочную механическую связь. К таким соединениям относятся адгезивные контакты, точечные контакты, десмосомы и полудесмосомы. 1

3. Щелевые контакты (нексусы). Позволяют осуществлять цитоплазматический транспорт между соседними клетками. Встречаются во всех группах тканей и обеспечивают прямую передачу химических веществ из клетки в клетку. В местах щелевых контактов расстояние между мембранами клеток составляет 2–3 нм. 12

4. Особые формы контактов. К ним относятся синапсы, а также плазмодесмы растительных клеток — каналы, которые пересекают стенки соседних клеток и соединяют их цитоплазмы между собой. Так транспортируются питательные вещества и сигнальные молекулы, необходимые, например, для роста. 1

Структурно-функциональные особенности:

• Простое межклеточное соединение. При нём оболочки клеток сближены на расстояние 15–20 нм. Это соединение занимает наиболее обширные участки соприкасающихся клеток. Посредством простых соединений осуществляется слабая механическая связь, не препятствующая транспорту веществ в межклеточных пространствах. 2

• Плотное соединение (запирающая зона). В плотном соединении клеточные мембраны максимально сближены, здесь фактически происходит их слияние. Роль плотного соединения заключается в механическом сцеплении клеток и препятствии транспорту веществ по межклеточным пространствам. Эта область непроницаема для макромолекул и ионов, она ограждает межклеточные щели от внешней среды. 2

• Десмосома (пятно сцепления, липкое соединение). Десмосома представляет собой небольшую площадку, иногда слоистого вида, диаметром до 0,5 мкм. Их функциональная роль заключается главным образом в механической связи между клетками. 2

• Нексус (щелевой контакт). Нексус представляет собой ограниченный участок контакта двух клеточных мембран диаметром 0,5–3 мкм с расстоянием между мембранами 2–3 нм. Обе эти мембраны пронизаны белковыми молекулами коннексонами, содержащими гидрофильные каналы. Через эти каналы осуществляется обмен ионами и микромолекулами соседних клеток. Поэтому нексусы называют также проводящими соединениями. 2

• Синапс (синаптическое соединение). Синапсы являются особыми формами межклеточных соединений. Они характерны для нервной ткани и встречаются между нейронами (межнейронные синапсы) или между нейроном и клеткой-мишенью (нервно-мышечные синапсы и пр.). Синапсы — участки контакта двух клеток, специализированных для односторонней передачи возбуждения или торможения от одной клетки к другой. 2

17. Цитоскелет, его структуры.

Цитоскелет — это клеточный каркас или скелет, находящийся в цитоплазме живой клетки. Он обеспечивает клетке определённую структуру и форму, а также позволяет внутриклеточное перемещение органоидов. 1

Структуры цитоскелета:

1. Микрофиламенты. Тонкие протяжённые нити из актина, глобулярного белка. Они играют важную роль в формировании клеточного цитоскелета и обеспечивают механическую поддержку клетки. 15

2. Микротрубочки. Трубчатые структуры, которые также состоят из белков. Они играют важную роль в транспортных процессах внутри клетки, обеспечивая перемещение мембранных пузырьков и митохондрий. 15

3. Промежуточные филаменты. Нитевидные структуры из особых белков. Они являются одним из основных компонентов цитоскелета у клеток эукариот. Они обеспечивают механическую прочность клеток и участвуют в образовании межклеточных контактов. 15

18. Взаимодействие структур клетки в процессе синтеза строительных белков.

Взаимодействие структур клетки в процессе синтеза строительных белков включает следующие этапы:

1. Транскрипция. Генетическая информация, заключённая в ДНК, переписывается на молекулы РНК. Полученная РНК, называемая РНК-матрицей, направляется в рибосомы для дальнейшего синтеза белков. 14

2. Взаимодействие рибосом с эндоплазматической сетью. Рибосомы передают синтезирующиеся белки на ЭПС для их последующей модификации и упаковки. 1

3. Участие митохондрий. Они поставляют энергию, необходимую для синтетических процессов. 25

4. Роль микротрубочек и микрофиламентов цитоскелета. Они обеспечивают перемещение в цитоплазме органелл и транспорт веществ. 25

Таким образом, большинство структурных компонентов клетки принимает участие и взаимодействует между собой в процессе биосинтеза белка, а клетка функционирует как единое целое. 2

19. Взаимодействие структур клетки в процессе синтеза небелковых веществ.

Взаимодействие структур клетки в процессе синтеза небелковых веществ (углеводы, липиды):

1. Участие ДНК ядра. В ядре в результате транскрипции образуется информационная РНК, которая поступает в цитоплазму и несёт информацию о строении будущего белка. 1

2. Образование ферментов биосинтеза небелковых веществ на свободных рибосомах. Эти ферменты поступают в гладкую эндоплазматическую сеть, где участвуют в синтезе углеводов и липидов. 1

3. Направление веществ в комплекс Гольджи. Там они упаковываются в секреторные гранулы, а затем выводятся наружу путём экзоцитоза. 1

Энергию, необходимую для синтетических процессов, поставляют митохондрии. Микротрубочки и микрофиламенты цитоскелета обеспечивают перемещение в цитоплазме органелл и транспорт веществ. 1

20. Взаимодействие структур клетки в процессе метаболизма (на примере синтеза секреторных белков).

Взаимодействие структур клетки в процессе метаболизма на примере синтеза секреторных белков происходит следующим образом:

1. Через цитолемму внутрь клетки поступают необходимые исходные вещества (аминокислоты). 1

2. В ядре в результате транскрипции образуется информационная РНК, которая поступает в цитоплазму и несёт информацию о строении будущего белка. Сюда же из ядрышек доставляются субъединицы рибосом и транспортные РНК. 1

3. На рибосомах гранулярной цитоплазматической сети происходит биосинтез белка. Образующиеся его молекулы поступают внутрь цистерн и каналов этой сети, где образуется их вторичная и третичная структура, происходит их связывание с олигосахаридами, сульфатными и фосфатными группами. 1

4. Затем белки транспортируются к комплексу Гольджи. Там происходит дозревание (связывание белков с углеводами и липидами), накопление и упаковка секрета в мембраны, образование крупных вакуолей и гранул секрета, затем секреторные вакуоли и гранулы выделяются через цитолемму апикальной части клетки путём экзоцитоза. 1

5. Энергию, необходимую для синтетических процессов, поставляют митохондрии. 1

6. Микротрубочки и микрофиламенты цитоскелета обеспечивают перемещение в цитоплазме органелл и транспорт веществ. 1

7. Изнашиваемые в ходе этих процессов органоиды разрушаются лизосомами, а вместо них образуются новые. 1

Таким образом, большинство структурных компонентов клетки принимает участие и взаимодействует между собой в процессе биосинтеза белка, а клетка функционирует как единое целое. 1

21. Жизненный цикл клеток. Его этапы, морфо-функциональная характеристика, особенности у различных видов клеток.

Жизненный цикл клетки — это период жизни клетки от её появления до окончания деления или гибели. 3

Этапы жизненного цикла:

1. Интерфаза. Период, когда не происходит деления. В этот промежуток времени клетка поддерживает свой гомеостаз и выполняет определённые функции. 132

2. Митоз. Деление клетки, в результате которого появляются две новых, с равным числом хромосом. 13

3. Цитокинез. Деление цитоплазмы, когда её ядро уже разделилось. При этом органоиды и цитоплазматическая жидкость распределяются примерно поровну. 13

Морфо-функциональная характеристика: в интерфазе клетка растёт, дифференцируется, синтезирует необходимые вещества, удваивает молекулы ДНК. 4

Особенности у различных видов клеток: у разных клеток продолжительность клеточного цикла и отдельных его этапов отличается. Например, у бактерий весь цикл обычно занимает 20–30 минут, а у лейкоцитов — 4–5 суток. 1

22. Митотический (репродуктивный) цикл клетки. Характеристика основных процессов разных периодов цикла.

Митотический (репродуктивный) цикл клетки включает интерфазу и митоз. 2

Интерфаза состоит из трёх периодов:

1. Пресинтетический период G1. Следует непосредственно за делением и характеризуется ростом клетки, активными процессами метаболизма, накоплением РНК, синтезом белков, необходимых для образования структур клеток. Это наиболее длительный период: он может продолжаться от 10 часов до нескольких суток. 2

2. S-период. В этом периоде, который длится обычно 6–10 часов, происходит главный процесс — репликация (удвоение) ДНК, то есть её синтез. 2

3. Постсинтетический (иногда его называют премитотическим) G2-период. В нём продолжаются синтезы РНК и белков (в это время синтезируются белки веретена деления). Начинает формироваться фибриллярный ореол вокруг центролей (в животных клетках), запасается энергия (синтезируется АТФ). Клетка к концу G2-периода содержит диплоидный набор двухроматидных хромосом. Этот период обычно занимает 3–6 часов, после чего клетка переходит к митозу. 2

Митоз — это непрямое деление клетки, при котором происходит точное распределение генетической информации между дочерними клетками. Митоз включает в себя два процесса — сложное деление ядра (кариокинез) и деление цитоплазмы и собственно клетки (цитокинез). 2

Основные процессы разных периодов митотического цикла:

1. Профаза. Хроматин спирализуется (скручивается) до состояния хромосом, ядрышки исчезают, ядерная оболочка распадается, центриоли расходятся к полюсам клетки, происходит формирование веретена деления. 143

2. Метафаза. Нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом, хромосомы выстраиваются по экватору клетки, образуется метафазная пластинка. 3

3. Анафаза. Каждая двойная хромосома делится на две одинарных (хроматиды становятся хромосомами), нити веретена деления укорачиваются и дочерние хромосомы расходятся к полюсам. 3

4. Телофаза. Появляются ядерная оболочка и ядрышки, хромосомы деспирализуются (раскручиваются) до состояния хроматина, нити веретена деления разрушаются, происходит цитокинез — разделение цитоплазмы материнской клетки на две дочерних. 3

23. Клеточный цикл малодифференцированной и высокодифференцированной клетки.

Клеточный цикл малодифференцированной клетки включает четыре фазы:

1. Пресинтетическая фаза (G1). Происходит сразу после деления и характеризуется усиленным ростом молодой клетки, в основном за счёт накопления клеточных белков. 24

2. Синтетическая фаза (S). В этот период происходит удвоение количества ДНК на ядро и соответственно удваивается количество хромосом. 24

3. Постсинтетическая фаза (G2). На данном этапе происходит синтез иРНК, необходимой для прохождения митоза. 24

4. Собственно митоз (М). 4

Клеточный цикл высокодифференцированной клетки, как правило, отличается тем, что во взрослом организме она бесповоротно теряет способность к делению. Однако существуют высокодифференцированные клетки, способные делиться, например, клетки печени, почек, поджелудочной железы.

24. Способы репродукции соматических клеток, их морфологическая характеристика.

Способы репродукции соматических клеток:

1. Митоз. Непрямое деление клеток, которое присуще в основном соматическим клеткам. Биологическое значение митоза — увеличение количества генетически идентичных клеток. 13

2. Амитоз. Прямое деление ядра на две или более частей. Деление цитоплазмы часто не происходит, и тогда образуются двуядерные (многоядерные) клетки. Такие клетки теряют способность в дальнейшем вступать в полноценное митотическое деление. 3

3. Эндорепродукция. Характеризуется увеличением объёма клетки, увеличением количеством ДНК в хромосомах, увеличением количества функциональных органелл. К увеличению числа клеток эндорепродукция не приводит, а лишь повышается функциональная активность клеток. 1

Морфологическая характеристика митоза:

• Профаза. Хромосомы спирализуются, укорачиваются, приобретают вид нитей и ядро напоминает клубок нитей. Ядрышко начинает разрушаться, ядерная оболочка частично лизируется. В цитоплазме уменьшается количество структур шероховатой ЭПС, резко уменьшается число полисом. Центриоли клеточного центра расходятся к полюсам, между ними микротрубочки образуют веретено деления, увеличивается вязкость цитоплазмы, её тургорт и поверхностное натяжение внутренней мембраны. 15

• Прометафаза. Исчезает ядерная оболочка и ядрышко, хромосомы в виде толстых нитей располагаются по экватору. 5

• Метафаза. Заканчивается образование веретена деления, хроматиновые нити прикрепляются одним концом к центриолям, а другим к центромерам хромосом. Хроматиды начинают отталкиваться друг от друга, хромосомы подразделяются на две хроматиды, остаются сцепленными в центре. Хромосомы выстраиваются по экватору, образуя материнскую звезду. 5

• Анафаза. Рвётся связь по центромере, сохраняются нити ахроматинового веретена и растягивают хроматиды к центриолям. 5

• Телофаза. Происходят процессы, обратные процессам профазы. Хромосомы деспирализуются, удлиняются, становятся тонкими. Формируется ядрышко, образуется ядерная мембрана, разрушается веретено деления, происходит цитокинез. Из материнской клетки образуются две дочерние. 5

Морфологическая характеристика амитоза: ядро находится в интерфазном состоянии, хромосомы не выявляются, веретено деления не образуется, равномерного распределения генетического материала не происходит (из одной клетки образуются две не идентичные друг другу). Возникают дву- и многоядерные клетки.