гиста / гистология

полной деконденсации не окрашиваются и называются эух-роматином, а конденсированный или гетерохроматин окрашивается интенсивно. Чем больше эухроматина в интерфазном ядре, тем интенсивнее протекают в нём процессы синтеза. Основные белки хроматина — гистоны. Они богаты основными аминокислотами (лизин, аргинин).

Ядрышко — это тельце диаметром 1-5 мкм, самая плотная структура ядра. Создается ядрышковым организатором хромосом. Содержит РНК как в виде гранул, так и нитей. Вокруг ядрышек располагается конденсированный хроматин. Ядрышко — это место образования Рибосомных РНК и рибосом. Окончательное формирование этих органелл происходит за пределами ядрышек.

Кариоплазма — ядерный сок, содержащий различные белки и соединения, которые участвуют в синтезе нуклеиновых кислот и других веществ. Процессы, происходящие в ядрах, обеспечиваются энергией, получаемой в процессе гликолиза. Ферменты гликолиза содержатся в ядерном соке.

Ядерная оболочка состоит из внешней и внутренней мембран, разделённых перинуклеарным пространством. Внешняя мембрана

31

переходит в мембраны эндоплазматической сети, содержит рибосомы. Внутренняя мембрана связана с хромосомным материалом ядра. За счёт слияния двух ядерных мембран образуются поры, которые заполнены глобулярными и фибриллярными структурами (комплекс поры). Чем интенсивнее синтетические процессы в клетках, тем больше пор в ядре.

Ядерно-цитоплазматичсское отношение — это отношение объема ядра клетки к объёму цитоплазмы. Оптимальное отношение для одноядерной соматической клетки — 1 : 5, 1 : 6, 1 : 8; в нейронах оно достигает 1 : 20; в сперматозоиде отношение составляет 1 : 0,2-0,5, то есть цитоплазма занимает малый объём (всего 1/10-2/10 части от объёма ядра). В яйцеклетке человека отношение составляет 1 : 500 (цитоплазма по обьёму н 500 раз превосходит ядро). В малодифференцированных клетках и в клетках злокачественных новообразований, показатель ЯЦО высокий: цитоплазма занимает малый объем, идут интенсивные синтетические процессы. Большой обьём цитоплазмы свидетельствует о преобладании в клетке анаболических процессов (синтез веществ) над катаболическими процессами (распад веществ).

13. Способы репродукции клеток, их морфологическая характеристика

Способы репродукции клеток — митоз, мейоз, амитоз (у человека отсутствует), эндоренродукция.

Митоз — это непрямое деление, кариокинез — универсальный способ деления ядросодержащих клеток. Включает четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу, телофазу. Обычно протекает непрерывно и продолжается от 1 до 1,5 часов. Он невозможен без участия центриолей, которые создают веретено деления. В Gj-периоде цикла клетка содержит 2 центриоли, расположенные под прямым углом одна к другой. В течение S- периода возле каждой предыдущей создается новая (дочерняя центриоль), в результате, в С-псриоде клетка содержит две пары центриолей.

В профазе клетка теряет такие структуры, как десмосомы, то-нофиламенты. Пары центриолей расходятся к противоположным полюсам клетки. От них навстречу друг другу быстро растут межполюсные микротрубочки, которые формируют веретено деления. Вокруг центриолей из трубочек создается лучистая зона. Хромосомы спирализуются (происходит конденсация хромосом), исчезают ядрышки, разрушается ядерная оболочка. Веретено деления

32

занимает центр клетки, а хромосомы расходятся по цитоплазме, укорачиваются и утолщаются.

Вметафазе хромосомы еще больше укорачиваются и утолщаются. Центромеры всех хромосом располагаются в одной (экваториальной) плоскости и создается "материнская звезда".

Вобласти центромер возникает вторая группа микрогрубочек (хромосомные или кинетохорные). Хроматиды каждой хромосомы отделяются и связаны лишь в области центромеры.

Ванафазе хромосомы теряют связь друг с другом в области центромер и удаляются по направлению к противоположным полюсам клетки.

Телофаза начинается с остановки разошедшихся хромосом и кончается началом восстановления нового ядра. Микротрубочки митотического аппарата исчезают. Хромосомы дочерних клеток включаются в синтетические процессы или приобретают вид хроматиновых зерен. Создается ядерная оболочка, активизируется ядрышковый организатор на хромосомах, и появляются ядрышки В телофазе происходит цитотомия — разделение клеточного тела — и клетка переходит в интерфазу. Мейоз — способ деления соматических клеток, в результате которого образуются клетки с гаплоидным набором хромосом (половые клетки). Оба деления мейоза происходят как обычный митоз, однако в профазе первого деления осуществляется конъюгация гомологичных хромосом с кроссинговером (обменом генами), между первым и вторым делениями нет интерфазы и поэтому не происходит редупликации хромосом.

Амитоз — прямое деление. Вначале происходит деление ядрышка путём простой перешнуровки. Затем в ядре образуется перетяжка, которая делит его на две части. Вслед за делением ядра осуществляется цитотомия.

Этот способ часто встречается при патологии, а также у стареющих клеток. Различают:

•генеративныйамитоз, послекоторогодочерниеклеткиспособны делиться митозом;

•реактивный амитоз — вызванный неадекватными воздействиями на организм;

•дегенеративный амитоз — деление, связанное с процессами дегенерации клеток.

Эндорепродукция — образование клеток с увеличенным содержанием ДНК (полиплоидных). Плоидность принято обозначать буквой (n). Клетки с 1n — гаплоидные, с 2n — диплоидные, с Зn — триплоидные. Количество ДНК на клетку обозначают буквой (с), оно зависит от плоидности клетки. У клетки

33

с 2nхромосом количество ДНК — 2с. Половые клетки имеют единичный (гаплоидный) набор хромосом и соответственно 1n ДНК. При оплодотворении и слиянии двух клеток, несущих по 1n хромосом образуется диплоидная клетка — зигота.

В течение цикла клетки могут иметь не только диплоидный, но и тетраплоидный набор хромосом. В начале периода G, дочерняя клетка содержит диплоидное количество ДНК (2с), а белков и РНК у нее только половина от материнской. В течение пресинтетического периода в ней синтезируются РНК, ферменты и др. Клетка увеличивается. Если синтез белка или РНК задержать, то S- период не наступает. В S-периоде происходит удвоение хромосом и количества ДНК, в результате, клетки в начале периода и на выходе из него будут содержать разное количество ДНК (или 2с, или 4с). К каждой хромосоме, содержащей 1-у хроматиду, добавляется парная. S-период обязателен для митоза и отсутствует лишь во втором делении созревания половых клеток в мейозе, когда между двумя делениями синтез ДНК не происходит. Количество РНК и гистонов продолжает нарастать и достигает максимума в G2-периоде. В конце G2-периода (и в митозе) одновременно с конденсацией хромосом синтез РНК останавливается, а белков — снижается.

Следовательно, полиплоидность возникает в результате того, что происходит удвоение хромосом в S-периоде, а дальнейшие этапы блокируются.

При этом образуется одноядерная клетка. Если нарушения имели место после образования дочерних ядер, то образуется многоядерная клетка. В некоторых органах (печень, мочевой пузырь, слюнные железы) в естественных условиях встречаются тетраплоидные (4n) и даже октаплоидные (8n) клетки.

14. Жизненныйциклклетки: егоэтапы, морфофункциональная характеристика, особенностиуразличныхвидовклеток. Цитогенез

Жизненный цикл клетки (клеточный цикл) (рис. 7) — время существования клетки от деления до деления (митотический цикл) или от деления до смерти. Клеточный цикл можно разделить на митоз и интерфазу. Старое представление, что в интерфазе клетка находится в состоянии покоя или выполняет специальные функции пересмотрено, поскольку установлено, что молекулы ДНК удваиваются не в период митоза, а в интерфазе.

В митотическом цикле выделяют 4 периода:

34

1)митотический (М);

2)постмитотический или пресинтетический (G 1);

3)синтетический (S);

4)постсинтетический (G2).

Перед тем как превратиться в высокоспециализированные формы клетки должны выйти из митотического цикла или на время или навсегда. Обычно это происходит в G1-периоде. В случае выхода из цикла в G1,-периоде клетки вступают в G0-период, который характеризуется как состояние репродуктивного покоя. Существование такого периода связано либо с последующей дифференцировкой клетки (в этом случае она специализируется, функционирует и затем погибает), либо с необходимостью произвести репарацию поврежденной ДНК, а затем опять вернуться в митотический цикл.

35

Впресинтетическом периоде происходит рост клеток за счёт накопления белков, синтезируется и-РНК, образуются ферменты синтеза нуклеотидов.

Всинтетическом периоде происходит удвоение содержания ДНК, синтез белков гистонов, которые осуществляют нуклеосомную упаковку дополнительно образовавшейся ДНК, что приводит к удвоению числа хромосом. Удваивается так же количество центриолей.

Впостсинтетическом периоде происходит синтез и-РНК, не-

обходимого для прохождения митоза, а так же синтез белков митотического веретена — тубулинов. Далее следует митоз.

Жизненный цикл клетки, рассматриваемый от деления до смерти, включает 4 этапа: размножение, рост, дифференцировка, смерть. Дифференцированные, функциональноспециализированные клетки размножаться уже не могут. Они могут лишь состариться и умереть.

Цитогенез — процесс развития и дифференцировки клетки. Все клетки многоклеточного организма возникли из одной оплодотворенной. В процессе размножения и дифференцировки они приобретают морфологические особенности характерные для разных тканей и органов, сохраняя при этом одинаковую генетическую информацию. В тканях и органах взрослых организмов высших позвоночных и человека встречаются популяции, в которых, наряду с клетками специализированными, вышедшими из цикла, в организме всегда имеются так же клетки, способные делиться и замещать изношенные и погибшие.

Все клетки делят на три категории. К первой относят клетки, которые к моменту рождения или в первые годы жизни достигают высокой специализации, но теряют способность делиться. Эти свойства присущи нервным клеткам. Ко второй категории относятся популяции клеток среди которых есть как высокоспециализированные и быстро отмирающие, не способные делиться, так и не утратившие способности делиться, обеспечивающие непрерывное восстановление популяции и равновесие между образованием новых клеток и их потерей. Они получили название стволовых. К третьей категории относят клетки, которые приобрели высокую специализацию и утратили способность делиться, но при определенных условиях могут снова войти в цикл и восстановить численность популяции. К ним относятся клетки печени (гепатоциты), клетки эндокринных желез и др.

36

15. Взаимодействиеструктурклеткивпроцессеееметаболизма (напримересинтезабелковинебелковыхвеществ)

Жизнеспособность клетки обеспечивается взаимодействием между всеми структурами клетки, прежде всего ее органеллами. Это взаимодействие можно проиллюстрировать на примере синтеза белка и небелковых веществ.

В синтезе белков в клетке участвуют ядро и органеллы цитоплазмы.

Ядро. В нем происходят процессы транскрипции ДНК, образуется и-РНК. В ядрышке формируются рибосомы, которые выходят в цитоплазму.

Цитоплазма. Рибосомы, поступившие в цитоплазму, соединяются с мембранами эндоплазматической сети или располагаются свободно. (Рис. 8).

37

Свободные рибосомы обеспечивают синтез структурных белков, а рибосомы, связанные с гранулярной эндоплазматической сетью — синтез белков, идущих на экспорт. Из гранулярной цитоплазматической сети белок поступает в аппарат Гольджи, где синтезированные белки превращаются в сложные соединения. Например, они соединяются с углеводами и упаковываются в мембрану в виде гранул. Последние отщепляются от комплекса Гольджи и, перемещаясь в цитоплазме с помощью цитоскелета, выводятся из клетки наружу (экструзия, экзоцитоз), или формируют лизосомы и остаются в цитоплазме.

Всинтезе небелковых веществ (липиды, углеводы) участву-

ют ДНК ядра, и-РНК, свободные рибосомы, на которых синтезируются ферменты биосинтеза небелковых веществ. Ферменты поступают в гладкую эндоплазматическую сеть или гиалоплазму, где участвуют в синтезе углеводов или липидов. Эти вещества направляются в аппарат Гольджи, где включаются в состав гранул. Большая роль в целенапрвленном перемещении веществ принадлежит цитоскелету и подразделению цитоплазмы клетки на отсеки (компартменты).

Энергия для осуществления синтетических процессов (и белков,

инебелковыхвеществ) образуетсявмитохондрияхввидеАТФ.

Вобоих случаях прослеживается тесная функциональная взаимосвязь внутриклеточных структур.

16.Реактивныесвойстваклеток, ихмедико-биологическое значение, представленияокомпенсацииидекомпенсациина клеточномисубклеточномуровнях. Измененияклетокпри воздействииионизирующейрадиации. Значение цитологии для медицины

Внешние воздействия клетка испытывает практически постоянно. Факторы, воздействующие на нее, могут быть химического, физического или биогенного характера.

Реактивные свойства клеток — это их способность реагиро-

вать на внешние воздействия. При этом изменяется структура и функция клеток. Глубина изменений зависит от состояния клетки и характера воздействия (его природы, силы и продолжительности). В организме имеются стволовые, начавшие дифференцироваться (молодые), специализированные (зрелые) и старые клетки. Естественно их реакция на внешние воздействия неодинакова.

У стволовых клеток в состоянии покоя низкий уровень обменныхпроцессовионинаиболееустойчивыквнешнимвоздействиям.

38

Клетки, частоделящиеся (бласты) оченьчувствительнык воз-

действию. Внешний фактор, в зависимости от его силы, активизирует деление клеток или тормозит его. При активизации мито-

зов имеет место гиперплазия ткани, при торможеннии — задержка роста ткани или ее регенерации. Если митоз сохранен, но нарушается его нормальное течение, то образуются полиплоидныеили многоядерные клетки. Количество таких клеток увеличивается с возрастом (например, в печени). У клеток, вышедших из ми-тотического цикла и вступивших на путь дифференцировки и специализации, воздействие, как правило,

ускоряет этот процесс.

Вклеткахспециализированныхпривнешнихвоздействияхусиливается метаболизм и синтез белка, увеличивается масса и активность митохондрий, эндоплазматического ретикулума, других органелл. Процесс носит характер компенсаторной гипертрофии. Если изменения обратимы, то при прекращении воздействия все изменения возвращаются к норме. Если воздействие продолжается долго, то высокий уровень функциональной активности (и ее структурного обеспечения) сменяется декомпенсацией и истощением. Это многократно показано на кардиомиоцитах у спортсменов при перетренировках, наклеткахаденогипофизаприкастрацииитироидэктомии.

Изменения в клетках могут быть: компенсаторными и дегенеративными.

Компенсаторные изменения. Изменения, которые ведут к повышению устойчивости клетки, усилению ее функциональной активности являются компенсаторными. Они происходят на:

а) молекулярномуровне(усилениеилиоптимизацияобменныхи синтетических процессов, в том числе между ядром и цитоплазмой);

б) субклеточном уровне (увеличение массы органелл, повы шение их активности и устойчивости);

в) клеточном уровне (изменения ядерно-цитоплазматичес- ких отношений, гипертрофия клеток, изменение их функцио нальной активности);

г) популяционном уровне (изменение соотношений между разными по уровню дифференцировки типами клеток внутри клеточной популяции).

Если изменения на упомянутых уровнях ведут к понижению активности и устойчивости структур, их рассматривают как де-

компенсацию.

Дегенеративные изменения. Длительные или кратковременные, но сильные воздействия вызывают поломки в клетках. Это сопровождается изменениями в ядрах, органеллах и мембранах клеток. Ядро подвергается сморщиванию (пикноз), расщеплению (карио-рексис) или растворению (кариолизис). Органеллыдегенерируют,

39

цитоплазма вакуолизируется, в ней отмечается накопление нети-

пичных включений (белковая или жировая дистрофия). Наруше-

ние структуры и функции мембран, в том числе у лизосом, приводит к аутолизу клеток.

Изменения клеток при воздействии ионизирующей радиации.

Эффект воздействия ионизирующей радиации на клетку связан с ионизацией в ней воды, что приводит к образованию биологически активных радикалов, которые вызывают денатурацию белков, особенно белков ферментных систем. Постепенное накопле-

ние метаболитов приводит к усилению повреждений в клетках. Митохондрии наиболее чувствительны к воздействию радиации. Они реагируют на облучение набуханием, просветлением матрикса, частичным разрушением и укорочением крист, кото-

рые могут полностью распадаться.

Чувствительны также гладкая и гранулярная эндоплазматичес-

кая сеть, канальцы и цистерны которых расширяются, а затем подвергаются фрагментации. Численность рибосом при радационном воздействии снижается, что влечет за собой снижение синтетических процессов в клетке.

Лизосомы, напротив, в этих условиях увеличиваются в количестве, они обеспечивают ауто- и гетерофагию продуктов распада.

Существенные изменения наблюдаются и в ядрах клеток: слипание и перераспределение хроматина, в некоторых случаях происходит отслойка наружной ядерной мембраны. Исходом подобных измененийвядреможетбытьразрушениеядеригибельклеток.

Делящиеся клетки наиболее чувствительны к радиационному воздействию. В них могут появляться аномальные фигуры митоза. Наблюдаются изменения формы хромосом, их разрывы, аномалии веретена деления, появление хромосомных мостиков, образование полиплоидных ядер. Подобные нарушения в генетическом аппарате клеткимогут приводить кмутациям и развитию опухолей.

Цитология является основой для понимания процессов, которые протекают как в здоровом, так и больном организме. На достижениях цитологии базируется цитопатология, изучающая реакции клетки на воздействие факторов среды (в том числе болезнетворных факторов) и механизмы адаптации к ним.

17. Возрастныеизмененияклеток: типыстарения, морфологическиепризнаки. Старениеклеточных мембран, ядериорганеллобщегоназначения

Развитие живой клетки представляет собой процесс изменения ее во времени, выражающийся в смене форм на основе

40

определенных геномом изменений синтеза специфических для каждой клетки белков и других веществ. Общая продолжительность как всего жизненного цикла клетки, так и отдельных его периодов значительно варьирует. Кроме молодых делящихся клеток, в организме существует огромное количество клеточных элементов, которые именно в это время выполняют свою основную функцию. Дифференцированные, функционально специализированные клетки могут лишь состариться и погибнуть.

Механизмы старения различных клеток неодинаковы, мож-