ВОПРОС №1

УЛЬТРАСТРУКТУРА КЛЕТКИ

Клетка является элементарной структурно-функциональной единицей растительных и животных организмов, способная к самовоспроизведению, саморегуляции, самообновлению.

Любая клетка имеет так называемые типичные компо­ненты. Цитоплазма, состоящая из жидкой части — матрикса, или ос­новного вещества, является той жидкой фазой клетки, в которой протекают основные биохимические и физиологические процессы, осуществляются тканевое дыхание, клеточный метаболизм и другие функции. В основном веществе цитоплазмы распределены ее структурные компоненты — вклю­чения и органеллы общего и специального назначения. Большин­ство компонентов цитоплазмы отделено от основного вещества биологи­ческими мембранами.

Ядро клетки также отделено от цитоплазмы ядерной мембраной. Ядро регулирует жизнедеятельность клетки в целом, осуществляет передачу гене­тической информации, синтез белка и рецепцию ряда гормонов. Эндоплазматическая сеть является главным депо кальция; рибосомы синтезируют белки, митохондрии участвуют в генерации и аккумуляции энергии; плас­тинчатый комплекс (комплекс Гольджи) — в секреции биологически актив­ных веществ. Лизосомы осуществляют переваривание поглощенных клетка­ми питательных веществ; микросомы и пероксисомы — синтез и индукцию ферментов, метаболизм чужеродных (в том числе лекарственных) веществ и обезвреживание токсичных перекисных продуктов обмена.

Функции клетки

Специализация клеток. Мышечная клетка, предназначенная для сокращения, имеет опре­деленный химический состав, сократительные белки, значительное количе­ство кальция, включения в виде гликогена и др. Клетки слизистой оболочки кишечника, предназначенные для всасывания питательных веществ, имеют специализированные органеллы в виде микроворсинок; мер­цательные реснички эпителия бронхиального дерева обеспечивают дренаж­ную функцию дыхательных путей; микротрубочки рецепторных клеток вку­совых луковии языка участвуют в механизмах кодирования информации о свойствах пищевых веществ. Особое значение в синтезе и выделении био­логически активных веществ имеет секреторный аппарат клеток эндокрин­ных желез и нейронов мозга. Клетки нейроглии, выполняющие опорную и трофическую функции по отношению к нервным клеткам — нейронам, от­личаются огромным количеством коротких ветвящихся отростков, контак­тирующих с нейронами при помощи «ножек». Наконец, любая клетка имеет биологические мембраны.

Поддержание клеточного гомеостаза.

Обмен информацией. Вместе с тем клетка способна к активному обмену информацией с окружающей ее средой и другими клетками как в форме нервных импульсов (между нервными клетками), так и в форме гуморальных взаимодействий (например, между эндокринными клетками аденогипофиза и секреторными клетками гипофиззависимых эндокринных желез: щито­видной, надпочечников, половых желез).

Биотрансформирующая функция. Клетка способна к биологической трансформации, т.е. преобразованию поступивших в нее чужеродных ве­ществ (ксенобиотики) в формы, усваиваемые клеткой. В процессах био­трансформации участвуют эндоплазматическая сеть, лизосомы, пероксисо-мы, ядро, рибосомы.

Биологический синтез. Клетка способна к биологическому синтезу. В синтезе и сборке белка участвуют ядро, рибосомы, РНК; в синтезе био­логических секретов и рекретов — шероховатая эндоплазматическая сеть, пластинчатый комплекс; в синтезе углеводов — гладкая эндоплазматичес­кая сеть и др.

Энергетический обмен. Клетка способна к выработке и преобразованию энергии с участием митохондрий. Результатом энергетического обмена яв­ляется образование в процессе гликолиза конечных продуктов метаболиз­ма: воды, двуокиси углерода, молекул АТФ и других клеточных метабо­литов.

Ультраструктура биологических мембран. фосфолипиды образуют двойной прерывистый слой. В этот слой включены белки, полярные группы которых сохраняют контакт с вод­ной фазой

Внутренние участки хвостов молекул фос­фолипидов не ограничены в своем движении и ответственны за текучесть мембраны.

В том или ином количестве в мембране присутствует холестерол, моле­кулы которого вплотную примыкают к головкам фосфолипидов и фиксиру­ют прилегающие к ним участки «хвостов». Мембрана содержит также воду и неорганические компоненты.

Гликокаликс. Поверхность мембраны покрыта гликокаликсом — трехмерной сетью нитей гликозаминогликанов, соединенных между собой при помощи кальциевых мостиков. Гликокаликс обеспечивает механичес­кую прочность мембраны, участвует в межклеточных взаимодействиях, рецепции, иммунологическом дифференцировании, разделяет молекулы веществ, контактирующих с клеткой, по величине и заряду. В состав глико-каликса входят ферментные транспортные системы и специальные олиго-пептиды типа адгезинов. Вследствие этого гликокаликс выполняет роль спе­циального неточного барьера, на уровне которого происходит узнавание клеткой «свой—чужой» и регулируется проницаемость различных веществ.

Л и п и д ы. Молекулы липидов, образующих бислой, амфотерны. Сво­ими гидрофильными головками они обращены в сторону водных фаз (меж­клеточная жидкость и цитоплазма) и формируют внешнюю и внутреннюю поверхности мембраны. Гидрофобные цепочки молекул погружены внутрь липидного бислоя и взаимодействуют друг с другом внутри него. Фосфолипиды мембраны играют исключительно важную роль в жизни клетки. На­сыщенность их углеводородных цепочек определяет текучесть мембраны, которая позволяет им нормально функционировать при делении клеток, выполнять метаболические и другие функции. Важнейшей особенностью мембранных липидов является способность к перекисному окислению (ПОЛ) с образованием свободных радикалов.

Б е л к и.

Белки, погруженные в фосфолипидный слой и пронизывающие его на­сквозь, называются внутренними мембранными белками, или белковыми ка­налами.

Другие белки — периферические — прикреплены к поверхности клетки. Как белковые, так и липидные молекулы находятся в постоянном движении (латеральная диффузия). Степень их подвижности определяет вязкость мембраны и ее способность пропускать вещества в цитоплазму или из нее.

С учетом выполняемых функций мембранные белки всех клеток делят на 5 классов: белки-насосы, белки-каналы, белки-рецепторы, ферменты и структурные белки.

Белки-насосы расходуют метаболическую энергию АТФ для переме­щения ионов и молекул против концентрационных и электрохимических градиентов и поддерживают необходимые концентрации этих молекул в клетке.

Белки-рецепторы представлены белковыми молекулами, которые «узна­ют» то или иное биологически активное вещество — лиганд, посредством сложных биохимических превращений контактируют с ним, кодируют и передают информацию о характере этих взаимодействий в клетку. От ха­рактера взаимодействия рецептора с лигандом в значительной степени за­висит конечный физиологический эффект действия последнего.

Белки-каналы представляют собой пути избирательного переноса ионов и заряженных молекул. Механизм переноса связан с конформацией белка-канала, в результате которой он открывается или закрывается. Многие белки-каналы связаны с белками-рецепторами в так называемых активных центрах связывания. Взаимодействие рецептора с соответствующим ему лигандом инициирует закрытие или открытие связанного с рецептором ка­нала.

Ионоселективные каналы делят на химически- и электрозависимые. В первом случае раздражителем является вещество (медиатор, гормон, ме­таболит, лекарственное средство), во втором — возникающее в непосредст­венной близости от электрозависимого канала возбуждение, т.е. потенциал действия.

Белки-ферменты, обладающие высокой каталитической активностью, облегчают или замедляют протекание химических реакций как внутри самой мембраны, так и у ее поверхности.

Структурные белки обеспечивают соединение клеток в ткани и органы.

ФУНКЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕМБРАН

Важнейшими функциями клеточных мембран являются барьерная, биотрансформирующая, транспортная, рецепторная, генерация электри­ческих потенциалов и образование межклеточных контактов.