Основы цитологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРЕДИСЛОВИЕ

«Материалы к изучению цитологии» созданы на основе базовых учебников по гистологии и цитологии, учебно-методических разработок кафедры гистологии, эмбриологии и цитологии ИвГМА, а также дополнительной учебной и научной литературы. Они являются кратким вспомогательным материалом, предназначенным для предварительного ознакомления студентов медицинских вузов с трудоемким и сложным предметом «Цитология» в условиях минимизирования программных учебных часов лекций и практических занятий. Данные разработки не подменяют учебники и учебные пособия, рекомендованные Министерством для изучения предмета. По мысли авторов они могут стать начальной ступенью в изучении функциональной морфологии клетки.

Кроме фактологического текста предлагаемые материалы снабжены авторскими схемами, тестами первого и второго уровня, ситуационными практикоориентированными задачами. Их познавательный потенциал характеризуется медицинской направленностью и предназначен, прежде всего, для будущих врачей. клетка микроскоп генетический гистологический

Заведующий кафедрой гистологии, эмбриологии и цитологии ГБОУ ВПО ИвГМА, доктор медицинских наук, профессор С.Ю.Виноградов



1. ВВЕДЕНИЕ В ДИСЦИПЛИНУ

1.1 Цитология

Одна из фундаментальных биологических наук, которая в микроскопическом и ультрамикроскопическом диапазоне изучает структуру клетки и ее функции. Она имеет большое значение для теоретической и практической медицины.

? Цитология как учебная дисциплина для медицинских вузов входит в состав гистологии, которая включает в себя цитологию (науку о клетке), эмбриологию (науку о развитии зародыша), общую гистологию (науку о тканях), частную гистологию (науку о микроскопическом строении органов).

? Знание источников происхождения, закономерностей развития, а также нормальной структуры и функции клеток, тканей и органов совершенно необходимы для понимания механизмов возникновения заболеваний, формирования алгоритмов клинической диагностики, лечения и профилактики во всех областях практической медицины.

1.2 Структурно-функциональные уровни организации живой материи

?В процессе эволюции биосферы последовательно сформировались уровни организации живой материи: клеточный, тканевой, суборганный, органный, системный и организменный.

? Организм человека представляет собой целостную биологическую систему, включающую сформированные в фило- и онтогенезе уровни структурно-функциональной организации живой материи.



1.3 Клеточная теория

Это фундаментальное обобщенное учение о клетке как структурно-функциональной единице живого. Основоположником этой теории является Теодор Шванн, который в 1838 году сформулировал ряд ее положений.. В течение многих лет она дополнялась на основании новых научных открытий. В настоящее время она сохранила свое выдающееся значение для биологии и медицины.

? Положения современной клеточной теории

? Клетка является наименьшей (элементарной) единицей живого;

? Эукариотические (ядерные) клетки животных и растительных организмов имеют сходную структурную организацию;

? Размножение клеток происходит путем деления исходных (материнских) клеток;

? Многоклеточный организм - это наследуемая, жизнеспособная, регулируемая интеграция клеток в составе тканей и органов.

? Интеграции систем клеток, тканей и органов составляют целостный организм, обладающий своей внутренней средой. Она характеризуется массой констант и параметров, которые находятся между собой в определенных количественных и качественных отношениях. Относительное постоянство и сбалансированность этих отношений в своей совокупности составляет гомеостаз организма, обладающий многими степенями надежности и резервности.

? Жизнедеятельность организма происходит во внешней среде, оказывающей на него разнообразные по силе и характеру влияния. Приспособление живого организма к постоянно изменяющимся условиям существования во внешней среде называется адаптацией.



2. МЕТОДЫ и ОБЪЕКТЫ ЦИТОГИСТОЛОГИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

Б.1. Микроскопы - сложные оптические приборы, которые являются основными инструментами цитогистологического исследования. Современные микроскопы обладают высокой разрешающей способностью и большим увеличением.

? Разрешающая способность - это свойство оптической системы микроскопа давать четкое изображение мельчайших объектов или их деталей. Разрешающая способность является ведущей характеристикой микроскопа.

* Числовой параметр, оценивающий разрешающую способность, называется разрешающим расстоянием - это расстояние между двумя раздельно видимыми точками в структуре изучаемого объекта. Чем меньше величина разрешающего расстояния, тем выше разрешающая способность микроскопа, тем более мелкие объекты можно исследовать, т.е. получать их четкое изображение.

* Разрешающее расстояние вычисляется по специальной многокомпонентной математической формуле. Однако приблизительно оно равно 0,5 от длины волны потока излучения (видимый свет, пучок электронов, рентгеновские и лазерные лучи).

?Увеличение оптической системы микроскопа является величиной, зависимой от разрешающего расстояния. Оно выражает отношение размеров изображения, даваемое микроскопом, к истинным размерам микроскопируемого объекта.



2.1 Световые микроскопы

Получили наибольшее распространение в цитологии и гистологии. В них в качестве оптической системы используются прозрачные (чаще стеклянные) линзы и видимый свет как источник изображения.

?Минимальная длина световой волны в видимой части спектра приблизительно равна 0,4 мкм - следовательно, разрешающий размер объекта микроскопического изучения составляет 0,2 мкм (0,5х0,4). Максимальное увеличение светового микроскопа в оптимальных границах его разрешения не превышает 2000-2500 раз.

? Для работы в режиме больших увеличений применяются специальные короткофокусные иммерсионные объективы. Между наружной линзой этих объективов и покровным стеклом гистологического препарата наносится прозрачная иммерсионная жидкость, в которую опускается наружная линза объектива. Замена воздуха иммерсионной средой, позволяет повысить его разрешающую способность и увеличение.

В специальных исследованиях применяются многие разновидности светового микроскопа (люминесцентный, поляризационный, фазово-контрастный и др.). Их разрешающая способность несколько выше - в пределах 0,1 мкм.

- Люминесцентный (флюоресцентный) микроскоп позволяет изучать структуры, обладающие свечением (люминесценцией) при облучении их коротковолновыми световыми лучами.

- Поляризационный микроскоп применяют при исследовании пространственной молекулярной организации кристаллических и жидкокристаллических структур, для которых характерно двойное лучепреломление.

- Фазово-контрастный микроскоп благодаря специальной оптики усиливает смещение фаз световых лучей при прохождении через объект изучения и повышает контрастность его изображения. Это позволяет исследовать неокрашенные (в том числе и живые) клетки и ткани.

2.2 Электронный микроскоп

Позволил сделать принципиально новый шаг вперед в развитии микроскопической техники и, следовательно, микроскопических исследований в биологии и медицине.

? В электронном микроскопе видимый свет, как источник изображения объекта микроскопирования, полностью заменен на поток электронов, который с высокой скоростью распространяется в глубоком вакууме, создаваемом в тубусе микроскопа.

? Длина волны электромагнитных колебаний при движении электронов в электрическом поле с разницей потенциалов 50000 вольт равна 0,006 нм. Эта величина позволяет изучать объекты с предельно минимальными размерами приблизительно 0,003 нм (0,000003 мкм), т.е. разрешающая способность электронного микроскопа в 100 000 раз выше, чем у светового микроскопа.

? Электроны обладают высокой проникающей способностью, поэтому для получения интерференции (взаимоналожение волн с результирующим эффектом их усиления или ослабления), необходимой для восприятия изображения объект изучения (срез) контрастируют (см. ниже).

? Электронная «интерференционная картина» глазом человека не воспринимается, поэтому она первоначально отбрасывается на флюоресцирующий экран или на фотопленку, что позволяет получить зрительный «образ» объекта изучения.

? Современные мегавольтные электронные микроскопы интегрируются с компьютерными системами, позволяющими переводить электронно-микроскопическое изображение в цифровую форму со сверхвысоким разрешением.

Существует два типа электронных микроскопов: трансмиссионные (ТЭМ) и сканирующие (СЭМ).

- ТЭМ использует возможность проникновения электронов в биологический объект, что позволяет получить плоскостное изображение структуры;

- СЭМ используют эффект отражения электронов от поверхности объекта исследования, чем обеспечивается объемность изображения объекта изучения.

2.3 Объекты цитогистологического исследования

? Цитогистологический анализ применяется в медицинской практике, научных работах, учебном процессе. Производится исследование:

* трупного материала (патологоанатомические и судебно-медицинские экспертизы);

* материала прижизненной медицинской диагностики (кровь, ликвор, амниотическая жидкость, послеродовая плацента, слюна, иссеченные фрагменты объектов хирургических операций);

* органов и тканей экспериментальных животных ;

* живых клеток и тканей в культуре и т.д.

? Основными объектами микроскопического исследования клеток, тканей и органов являются изготовленные из них гистологические препараты.

? Для изготовления гистологических препаратов используют: мазки, соскобы, отпечатки, биоптаты, пленочные биообъекты, ультрацентрифугаты, тонкие и ультратонкие срезы кусочков органов, материалы культивирования.



2.4 Изготовление гистологического препарата

? Для изготовления гистологических препаратов в учебных и медицинских целях особенно часто используются срезы органов толщиной (5-10 мкм). Их изготовление представляет собой сложную и кропотливую работу, которая включает в себя пять основных этапов.

? Взятие материала.

? Фиксация материала (консервация с помощью химических фиксаторов или замораживания).

? Уплотнение материала (пропитывание уплотняющими средами или замораживание) - необходимо для последующего изготовления срезов. В качестве уплотнителей применяют расплавленный парафин, целлоидин, эпоксидные смолы.

? Изготовление срезов (производится на приборах - микротомах) - для световой микроскопии толщина среза 5-10 мкм, для электронной - 50-60 нм. Прибор, в котором осуществляют резание замороженного материала называется криостат.

? Окрашивание среза

? Монтирование срезов на предметном стекле.

-Для приготовления долгосрочных гистологических препаратов срез помещают в заливочную среду между предметным и покровным стеклом. Заливочная среда должна обладать коэффициентом преломления световых лучей близким к стеклу. В качестве заливочных сред чаще используют смолы пихтовых деревьев («канадский бальзам»), желатину, ряд синтетических композиций.

-При изготовлении временного гистологического препарата срез помещают в воду или глицерин на специальном предметном стекле.

Окрашивание гистологического среза применяют для усиления визуализации изучаемых структур. Для этой цели применяют гистологическими красителями, Для исследования химического состава структур препарат обрабатывают гистохимическими красящими реагентами (гистохимический анализ).

Эти манипуляции, как правило, осуществляют пред этапом монтирования препарата на предметном стекле.

? Гистологические красители подразделяются на щелочные и кислые. Они позволяют исследовать общий план строения клетки, т.е. определить наличие и оценить основные свойства ядра и цитоплазмы.

? Структуры клеток и межклеточного вещества, окрашивающиеся основными (щелочными) красителями, называются базофильными, а окрашивающиеся кислыми красителями - оксифильными. Базофилию клеточным структурам придают, в частности, нуклеиновые кислоты, а оксифилию - щелочные белки.

- Одним из наиболее распространенных основных красителей является гематоксилин. Он окрашивает базофильные структуры в фиолетовый цвет (например, ядро клетки, в котором много нуклеиновых кислот). У молодых интенсивно делящихся клеток базофилией обладает и цитоплазма.

- Примером кислых красителей является эозин, окрашивающий оксифильные структуры в розовый цвет (например, цитоплазму дифференцированных клеток).

- В практике гистологических исследований с помощью светового микроскопа для окрашивания препаратов часто используются комбинации основных и кислых красителей (например: гематоксилин-эозин, азур - эозин и др.).

- При экспресс-диагностике (в т.ч. в хирургической и стоматологической практике) применяют прижизненные (суправитальные) методы окрашивания мазков, отпечатков, соскобов с помощью целого ряда красителей - метиленовый синий, толуидиновый синий, метилоранж и др. В этих случаях чаще применяют фиксацию объекта быстрым замораживанием.

Импрегнации - группа визуализирующих методов обработки объектов для светооптического гистологического исследования. Они основаны на процессах элективного осаждения и восстановления солей тяжелых и драгоценных металлов (азотнокислое серебро, хлорное золото и др.) на некоторых структурах. Часто применяются при изучении элементов нервной ткани (нервные волокна, нервные окончания и др.).

Контрастирование ультратонких срезов толщиной 50-60 нм для электронной микроскопии производится мелкодисперсными соединениями (четырехокись осмия), которые осаждаются на липидсодержащих структурах и не пропускают или задерживают электроны.

2.5 Специальные технологии цитогистологических исследований

В арсенале методов гистологического исследования имеется множество специальных технологий, которые позволяют изучать различные уровни организации структуры клеток и тканей.

? Гистохимические и иммуноцитохимические методы позволяют выявить, а также качественно и количественно оценить распределение химических веществ и соединений в структурах.

? Цитоспектрофлуорометрия позволяет изучить и количественно оценить химический состав флуоресцирующего объекта по спектрам поглощения или отражения света.

? Авторадиография определяет распределение в клетках и тканях введенных в организм радиоизотопов, позволяет изучить обмен веществ на клеточном уровне.

? Цитофотометрия - метод количественного анализа оптической плотности структур по результатам изучения спектров поглощения световых лучей при их прохождении через клетку.

? Дифференциальное ультрацентрифугирование позволяет разделить клетку на ее отдельные компоненты для их дальнейшего дифференцированного изучения..

? Культивирование и клонирование клеток и тканей вне организма позволяет изучить морфогенетические свойства стволовых клеток. В последнее время в медицине (в т.ч. и в стоматологии) стали применяться технологии лечения с применением клеточного материала, полученного в результате культивирования и клонирования.

? Морфометрия - комплекс количественных методов исследования, позволяющих проводить измерения размеров или подсчет количества гистологических структур.

Следует отметить, что в данном разделе приведены лишь некоторые методы гистологического исследования. Их существует гораздо больше и с ними можно ознакомиться в специальной литературе.



3. ОСНОВЫ ЦИТОЛОГИИ

3.1 Общие вопросы

Основные структурно-функциональные характеристики клетки

? Клетка - это жизнеспособная микробиосистема, обладающая генетически наследуемым, восполняемым и управляемым обменом веществ (метаболизмом). Генетически обусловленные метаболизм - это кардинальной отличие живого от неживого

? Все клетки многоклеточных организмов характеризуются общим планом строения: они отделены от внешнего микроокружения клеточной оболочкой - плазмолеммой (цитолеммой), имеют внутренний биосубстрат - цитоплазму и информационный центр управления - ядро.

? В составе основных частей (компартментов) клетки имеются структурные (видимые в микроскоп) и бесструктурные (невидимые в микроскоп) компоненты.

? Структура и функции клетки обладают генетически запрограммированным относительным постоянством (структурно-функциональный гомеостаз).

? В организме человека около 200 видов клеток, а общее их количество в тканях и органах приблизительно 10¹³.

? Подавляющее большинство клеток здорового организма сингентны между собой, т.е. генетически совместимы. Часть клеток может отклоняться от программного пути развития - это мутанты. Они уничтожаются в ходе иммунных реакций. Половые клетки не являются сингетными в собственном организме.



3.2 Проявления жизнедеятельности клетки

? Раздражимость и реактивность (способность воспринимать раздражения и отвечать на них).

? Подвижность (передвижение в окружающем пространстве и внутриклеточное перемещение структур).

? Размножение (способность давать себе подобное клеточное потомство) и рост (увеличение размеров)

? Дифференцировка (рабочая специализация).

? Детерминация (программное предопределение пути развития)

? Функционирование (рабочая активность).,

? Адаптация (способность приспосабливаться к изменяющимся условиям существования).

? Регенерация (способность к восстановлению структуры).

? Гомеостатичность (способность сохранять относительную морфофункциональную стабильность).

? Старение и естественная смерть (апоптоз).

3.3 Регуляция жизнедеятельности клетки

? Жизнедеятельность клетки во всех ее проявлениях генетически запрограммирована.

? В живой клетке постоянно протекают обменные процессы - клеточный метаболизм, который складывается из двух полярных сбалансированных составляющих - анаболизма и катаболизма.

? Анаболизм - ферментативный биосинтез крупномолекулярных веществ с потреблением энергии

? Катаболизм - ферментативное расщепление крупномолекулярных веществ с выделением энергии

? Структурные проявления метаболизма в клетке также складываются из двух полярных постоянно повторяющихся процессов - созидание структур и разрушение структур. В здоровом организме эти процессы уравновешены, однако имеют возрастные особенности.

? Регуляция жизнедеятельности клеток осуществляется:

- в процессе межклеточных взаимоотношений (местная регуляция),

- в результате влияний интегрирующих систем организма (иммунной, эндокринной, нервной),

- в ходе взаимодействия клеток с внешней и внутренней средой организма

3.4 Значение цитологии для медицины

* В основе развития патологического процесса (болезни) лежат структурно-функциональные нарушения на клеточном и субклеточном уровнях. Это так называемые скрытые периоды болезни. Их диагностика представляет большие трудности

* Процесс выздоровления также основан на нормализации клеточного уровня организации живого.

* Действие лекарственных средств, прежде всего, проявляется на клеточном и субклеточном уровнях.

? Целый ряд клеток многоклеточного организма после их выделения могут клонироваться и культивироваться, т.е. выращиваться и размножаться в искусственных условиях на специальных питательных средах.

? Современные медицинские методы лечения целого ряда заболеваний, восстановления и реконструкции поврежденных тканей и органов, искусственного оплодотворения и беременности основаны на развитии клеточных технологий.

? Работа с изолированными клетками позволяют проследить действия вредоносных факторов среды, наблюдать жизнедеятельность опухолевых клеток и определять пути борьбы с ними, решать вопросы генной инженерии, исследовать механизмы развития вирусных и других заболеваний, в эксперименте изучать и корректировать механизмы действия лекарств и др.

?Цитологический анализ (в т.ч. и экспресс-анализ)

применяется в диагностике многих заболеваний:

- изучение клеточного состава в мазках крови , красного костного мозга, ликвора, слюны, спермы, перитонеальной, плевральной и амниотической жидкостей;

- исследование биопсий и операционного материала.

- исследование кариотипа

4. СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ КЛЕТКИ

* Клетки многоклеточных организмов относятся к эукариотическим (ядросодержащим) клеткам.

? По форме клетки могут быть округлыми, эллипсоидными, кубическими, цилиндрическими, веретеновидными, отростчатыми, плоскими, амебовидными и т.д.

? Размеры клеток человека лежат в пределах от 4 до 120 мкм.

? Структура живой клетки динамична в пределах её генетически запрограммированного морфофункционального гомеостаза.

? Клетки многоклеточного организма могут находиться в различных структурных кооперациях: в свободном (несвязанном) состоянии (клетки крови и соединительной ткани), в составе пластов и слоев (клетки эпителиальных тканей), в составе симпластов - многоядерных образований (скелетные мышечные волокна) и синцитиев - сетеобразных соклетий (эмбриональная ткань мезенхима, сократительные кардиомиоциты).

? Кроме типичных клеток имеются постклеточные формы, которые лишились ядер в процессе дифференцировки (например: эритроциты, тромбоциты, эмалевые призмы зубной эмали, роговые чешуйки эпидермиса кожи).

4.1 Плазмолемма (цитолемма) - клеточная оболочка

Она отделяет клетку от внешнего микроокружения, обеспечивает постоянство ее внутренней среды и определяет двустороннюю взаимосвязь с внешней средой.

Плазматическая мембрана - срединная часть цитолеммы.

? Представлена одной из разновидностей биологической мембраной.

? Её толщина составляет 7- 10 нм.

? Она обладает избирательной двусторонней проницаемостью для веществ, диссоциированных в межклеточной жидкости и гиалоплазме (см. ниже).

? Её молекулярная структура обладает пространственной упорядоченностью.

? Она образована бимолекулярным (двойным) слоем липидов (преимущественно фосфолипидами и холестерином), а также встроенными в него молекулами глобулярных белков.

Глобулярные белки плазматической мембраны

? По функциональному назначению белки подразделяются на:

- ферментные (катализаторы биохимических реакций),

- переносчики (осуществляют трансмембранный перенос молекул),

- рецепторные (комплементарно связываются с молекулами-раздражителями - лигандами и индуцируют ответные клеточные реакции)

- структурно-опорные (составляют структурную основу мембраны, участвуют в образовании межклеточных контактов)

- белки гистосовместимости (отражают генетическую индивидуальность клеток данного индивида).

? По топографии в составе плазматической мембраны белки классифицируются на:

- периферические - встроены в периферические отделы плазматической мембраны, среди них выделяют:

- наружные (externus) - граничат с гликокаликсом (Е- периферические белки)

- внутренние ( protoplasmic)- граничат с кортексом (Р- периферические белки)

- полуинтегральные - частично «прошивают» мембрану.

- наружные (externus) - расположены в наружной половине мембраны (Е - полуинтегральные белки)

- внутренние ( protoplasmic)- расположены во внутренней половине мембраны (Р- полуинтегральные белки)

- интегральные - полностью «прошивают» мембрану

- подошвенные - соединения интегральных и Р-периферических белков

Гликокаликс - надмембранный структурный комплекс плазмолеммы, контактирует с внешней средой

? В состав гликокаликса входят углеводные цепи гликопротеинов и гликолипидов.

? Толщина гликокаликса в среднем составляет 4-5 нм.

?Участвует в формировании клеточных рецепторов, межклеточных контактов и других поверхностных структур клетки.

? Гликокаликс - основной фактором иммунной защиты клетки.

Кортекс - подмембранный структурный комплекс плазмолеммы.

? Это тонкий (2-4 нм) слой микротрубочек и микрофиламентов, построенных из фибриллярных и тубулярных белков

? Кортекс входит в состав опорно-сократительного аппарата клетки - цитоскелекта (см. ниже).

? Определяет и регулирует форму клетки.

? Участвует в пространственных передвижениях клетки и внутриклеточных перемещениях её структур.

? Обеспечивает процессы эндо- и экзоцитоза.

Поверхностные структуры клетки (псевдоподии, микроворсинки, микрореснички, жгутики, базальные инвагинации) образуются преимущественно плазмолеммой.

? Псевдоподии - непостоянные одиночные выросты цитоплазмы, покрытые плазмолеммой. Обеспечивают активное передвижение свободно существующих клеток.

? Микроворсинки- множественные постоянные выросты цитоплазмы, покрытые плазмолеммой. Увеличивают всасывающую поверхность клетки.

? Микрореснички - постоянные выросты цитоплазмы, покрытые цитолеммой.

?У основания каждой микрореснички находится базальное тельце - пустотелая микроструктура, стенка которой построена из девяти триплетов тубулиновых микротрубочек. Цифровое выражение структуры базального тельца - (9 Ч 3) + 0, где «0» отражает отсутствие микротрубочек в полости цилиндра.

?В сердцевине микрореснички расположена нитчатая структура - аксонема. Она связана с базальным тельцем. Её периферия составлена из девяти дуплетов тубулиновых микротрубочек, а в центре содержится две таких микротрубочки. Цифровое выражение структуры аксонемы - (9 Ч 2) + 2.

?Микрореснички совершают активные колебательные движения и осуществляют перемещение каких либо субстратов по поверхности клетки.

? Жгутик - длинная микроресничка, являющаяся аппаратом активного движения сперматозоида.

? Базальные инвагинации множественные впячивания плазмолеммы в цитоплазму базального полюса клетки. Они увеличивают площадь контакта клетки со стенкой кровеносного капилляра и способствуют процессам активного транспорта веществ из крови капилляров в клетку и в обратном направлении.

Межклеточные контакты - комплексные структуры, принимающие участие в соединении клеток. Межклеточные контакты по долговременности существования могут быть временные и постоянные.

? Временные контакты (адгезии) характерны для клеток, находящихся в свободном состоянии в жидких и полужидких биологических средах.

Например: клетки крови и лимфы (лейкоциты), клетки соединительной ткани (макрофаги).

? Временные соединения осуществляются взаимосвязью контактирующих гликокаликсов обеих клеток.

? Эти контакты обеспечивают краткосрочные взаимодействия клеток.

Например: цитотоксический эффект лимфоцитов, фагоцитоз макрофагов.

? Постоянные контакты (рис.3) характерны для клеток, находящихся в составе клеточных пластов и слоев.

Например: эпителии - покровные ткани. Этот тип контактов характерен и для соединения отростков отростчатых клеток (нервные клетки - нейроны, костные клетки - остеоциты, клетки зубного дентина - одонтобласты).

? В образовании постоянных контактов могут участвовать все части плазмолеммы (гликокаликс, биомембрана, кортекс).

? В зависимости от структурной комплектации и тесноты соединения плазмолемм среди постоянных контактов выделяют простые и сложные.

- примеры простых контактов: интердигитационный «замок»;

- примеры сложных контактов: сцепляющий («десмосома»), коммуникационный («нексус»), запирающий («окклюзионный»).

? Часто клетки соединяются с помощью нескольких видов постоянных контактов. В этом случае говорят о комбинированных контактах комбинированные контакты.

> Функции постоянных контактов:

> обеспечение прочности конструкции пластов или слоев клеток;

> осуществление и регуляцию транспорта межклеточной жидкости,

> передача биопотенциалов между клетками;

> торможение митотической активности клеток;

> создание биологических барьеров.

4.2 Общие функции плазмолеммы

>В силу своей структурной организации и местоположения плазмолемма выполняет целый ряд жизненно важных функции:

> отграничительная;

> формообразующая;

> защитная (механическая, бактерицидная, иммунологическая);

> барьерная (избирательная проницаемость);

> рецепторная (узнавание молекул раздражителей по принципу комплементарности)

> опорно-двигательная,

> адгезионная (межклеточные контакты),

> транспортная (пассивный перенос веществ по градиентам концентрации без затраты энергии и активный перенос - с помощью белков-переносчиков и затратой энергии транспорт веществ в клетку и из нее).

> цитолемма участвует в комплексных процессах экзоцитоза (выведение секретов из клетки), эндоцитоза (поглощение клеткой субстратов из внеклеточной среды), клеточного деления и апоптоза (см. ниже).

4.3 Цитоплазма - внутреннее содержимое клетки, расположенное между клеточной и ядерной оболочками

Органеллы - постоянные структурные компоненты цитоплазмы, выполняющие в клетке определенные функции.

? Морфологическая классификация органелл

По особенностям строения (морфологии) органеллы делятся на мембранные и немембранные.

? К мембранным органеллам относятся: митохондрии, эндоплазматическая сеть (шероховатая и гладкая), комплекс Гольджи (сетчатый комплекс), лизосомы, пероксисомы. В их составе присутствует биомембрана.

? К немембранным органеллам относятся: рибосомы (свободные, связанные с ЭПС, полисомы), цитоскелет (трехмерная сеть микротрубочек и микрофиламентов), центросома (комплекс центриолей и центросферы), базальные тельца. Среди их структурных компонентов отсутвуют биомембраны

? Функциональная классификация органелл

По своему функциональному назначению органеллы делятся на органеллы общего и специального значения.

? Перечисленные выше мембранные и немембранные органеллы находятся во всех клетках, поэтому называются органеллами общего значения.

? В высоко дифференцированных клетках дополнительно имеются органеллы, которые определяют выполнение клеткой специализированных функций. К таким органеллам относятся: миофибриллы (в мышечных клетках), нейрофибриллы и синаптические пузырьки (в нервных клетках), тонофибриллы (в эпителиальных клетках) и акросомы (в сперматозоидах). Такие органеллы называются органеллами специального значения.

Митохондрии - уникальные мембранные органеллы, имеющие в клетке статус относительной автономии.

? Форма митохондрий самая разнообразная (шаровидная, палочковидная, спиральная и т.д.). Размеры митохондрий (от 0,5 до 10 мкм и более) позволяют наблюдать их в световом микроскопе.

? От гиалоплазмы митохондрии отграничиваются двумя мембранами. Внутренняя мембрана образует впячивания (кристы), которые разделяют внутреннее содержимое митохондрии (матрикс) на щелевидные отсеки.

? В матриксе определяются нитчатые образования (митохондриальные нуклеиновые кислоты) и мелкие гранулы (митохондриальные рибосомы).

? Митохондрии обладают собственным генетическим аппаратом и рибосомами, поэтому осуществляют белковые и небелковые синтезы, способны к делению.

? На кристах митохондрий адсорбируются ферменты, катализирующие синтез и расщепление аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) - основного энергоносителя клетки

? Располагаются митохондрии в цитоплазме повсеместно (рис.3). Их количество возрастает, если клетка увеличивает свои энергозатраты (активизация функции, деление, усиление процессов внутриклеточной регенерации, внутриклеточного транспорта, передвижения в пространстве и др.).

? При распаде митохондрий образуется бурый пигмент липофусцин, который с ходом времени накапливается в клетке - поэтому называется «пигмент старения».

> Основные функции митохондрий связаны с внутриклеточным энергетическим метаболизмом (аккумулирование энергии в молекулах АТФ и ее высвобождение при расщеплении АТФ). По образному выражению митохондрии являются «энергетическими станциями» клетки, т.е. осуществляют энергообеспечение всех активных процессов клеточной жизнедеятельности.

> Митохондрии выделяют в цитоплазму факторы апоптоза - вещества, регулирующие генетически запрограммированную (естественную) смерть клетки (см.ниже).

Эндоплазматическая сеть - ЭПС

? ЭПС представляет собой систему мембранных канальцев и цистерн, которые анастомозируя между собой образуют внутриклеточную сетеобразную структуру.

? По структурным особенностям различают два вида ЭПС:

? гранулярная (шероховатая) ЭПС с рибосомами на мембранах со стороны гиалоплазмы ;

?агранулярная (гладкая) ЭПС без рибосом называется.

> Основные функции гранулярной ЭПС связаны с синтезами белков «на экспорт», структурных белков клеточных мембран и ферментов лизосом.

> Основные функции гладкой ЭПС сопряжены с небелковыми синтезами (липиды, холестерин, гликоген и др.), накоплением и транспортом кальция, обезвреживанием ядовитых продуктов эндо- и экзогенного происхождения.

> По каналам ЭПС осуществляется поступление синтезированных веществ в комплекс Гольджи для их накопления.

>Усиление внутриклеточной синтетической активности клетки сопряжено с расширением цистерн и канальцев ЭПС и увеличением их количества

Комплекс Гольджи представляет собой интеграцию полиморфных мембранных структур в околоядерной зоне клетки.

? В состав комплекса Гольджи входят следующие структуры:

? пакеты уплощенных мембранных цистерн

? большие и малые мембранные вакуоли

? секреторные гранулы (мембранные пузырьки с секретируемым содержимым)

? первичные лизосомы

> Комплекс Гольджи выполняет в клетке ряд важных функций:

> накопление и упаковка в гранулы (гранулообразование) синтезируемых на ЭПС веществ;

> выведение из клетки продуктов секреции;

> сборка новых биологических мембран для внутриклеточной регенерации (мембраногенез);

> образование лизосом.

? При функциональной активизации клетки в комплексе Гольджи происходит расширение цистерн, увеличение количества вакуолей и секреторных гранул.

? Комплекс Гольджи особенно хорошо развит в секреторных клетках.

Лизосомы

? Представляют собой мембранные пузырьки

? Их диаметр составляет 0,2 - 0,4 мкм

? Заполнены ферментами - катализаторами лизиса белков, жиров и углеводов. Эти ферменты синтезируются на шероховатой ЭПС и поступают в лизосомы через комплекс Гольджи

? Лизосомальная мембрана образуются в комплексе Гольджи.. Мембранная стенка лизосомы устойчива к действию собственных ферментов.

? Среди лизосом выделяют: первичные (мелкие , малоактивные), вторичные (крупные активные), аутолизосомы (обеспечивают процессы аутолиза - растворения и уничтожения собственных структур клетки), гетеролизосомы (обеспечивают процессы расщепления и растворения продуктов эндоцитоза - см.ниже)

? Количество лизосом в клетке крайне изменчиво. Число аутолизосом возрастает при усилении процессов, сопряженных с разрушениями клеточных структур (усиление процессов функционирования и внутриклеточной регенерации, повреждения клетки и др.).

? При старении клетки имеет место увеличение количества аутолизосом с пониженной ферментативной активностью. Это приводит к накоплению в клетке «недопереваренных» продуктов эндоцитоза и аутофагии, которые называются остаточными тельцами, т.е. происходит «замусоривание» клетки.

> Функции лизосом связаны с процессами внутриклеточного и внеклеточного пищеварения:

>активизированные (вторичные) лизосомы участвуют в

расщеплении и лизисе продуктов эндоцитоза;

>отдельная популяция лизосом, аутолизосомы, выделяя свои ферменты в гиалоплазму или сливаясь с измененными органеллами, инициируют процессы аутолиза (ферментативное растворение собственных структур клетки) и аутофагии.

> некоторые клетки (например, макрофаги) выделяют лизосомальные ферменты в межклеточное пространство для разрушения остатков погибших клеток и тканей собственного организма, а также внедрившихся микроорганизмов.

Пероксисомы? Представляют собой мембранные пузырьки.

? Их диаметр составляет 0,2 - 0,4 мкм.

? Заполнены ферментами метаболизма перекиси водорода.

? Отшнуровываются от расширенных участков канальцев гладкой ЭПС.

? Имеются во всех клетках, но особенно многочисленны в клетках печени и почек, где активно протекают процессы дезинтоксикации (обезвреживание ядовитых продуктов метаболизма).

> Функции пероксисом связаны с процессами внутриклеточной дезинтоксикации:

> образование перекиси водорода - сильнейшего окислителя, который используется в целях дезинтоксикации (обезвреживания) конечных продуктов клеточного метаболизма.

> разрушение «избытков» перекиси водорода, которая обладает токсическим действием на клетку.

Рибосомы - немембранные органеллы.

?Функционирующие рибосомы состоят из двух связанных субъединиц (большой и малой), образованных рибонуклеопротеидами.

?Размер рибосом не превышает 25 нм.

? Субъединицы рибосом образуются в ядрышке, а их сборка происходит в цитоплазме.

? Часть рибосом располагается в гиалоплазме - свободные рибосомы, другие рибосомы связываются с мембранами шероховатой ЭПС - связанные рибосомы.

? Некоторые рибосомы объединяются в комплексы - полисомы.

? Кроме цитоплазматических рибосом имеются митохондриальные рибосомы, которые кодируются митохондриальной ДНК. Часть рибосом находится на наружной мембране кариолеммы (ядерная оболочка см. ниже).

> Функции рибосом связаны с генетически запрограммированным внутриклеточным синтезом белка.

Центросома - клеточный центр

? Центросома - комплексный немембранный органоид,

? Центросома является частью цитоскелета (см. ниже).

? Центросома состоит из двух центриолей (материнской и дочерней) и центросферы.

? Центросома обладает структурной динамичностью, зависящей от состояния клетки .

?Характеристики центросомы неделящейся клетки:

- расположена около ядра вблизи комплекса Гольджи;

- центриоли (материнская и дочерняя) составляют диплосому и представляют собой цилиндры (длина 0,3 мкм и диаметр 0,1 мкм), расположенные перпендикулярно друг к другу;

- стенку каждого цилиндра составляют девять триплетов микротрубочек, построенных из тубулиновых белков;

- к каждому триплету с наружной стороны присоединено сферическое белковое тельце - сателлит;

- от сателлитов материнской центриоли в гиалоплазму отходят микротрубочки, которые формируют центросферу.

?Характеристики центросомы делящейся митозом клетки:

- при подготовке клетки к митотическому делению происходит матричное удвоение (дубликация) и расхождение центриолей по полюсам клетки;

- на каждом полюсе клетки формируется своя диплосомная центриоль, которая участвуют в образовании центросферы и микротрубочек веретена деления;

- микротрубочки прикрепляются к хромосомам и обеспечивают перемещение хромосом по полюсам, а также их распределение между дочерними клетками;

- после завершения митоза центриоль каждой дочерней клетки приобретает характеристики интерфазной (см. выше).

> Функции центросом:

> индуцирование полимеризации тубулиновых белков и сборку микротрубочек;

> комплексирование (создание) компонентов цитоскелета

> внутриклеточное перемещением хромосом при митозе .

Цитоскелет - внутриклеточный трехмерный немембранный структурный комплекс.

? Цитоскелет включает в себя собственно цитоскелет, а также тубулярно - фибриллярные элементы кортекса, центросомы, микроресничек и микроворсинок.

? Основными структурными элементами цитоскелета являются микротрубочки (микротубулы), микрофиламенты и промежуточные филаменты.

?Характеристики микротрубочек:

- представляют собой полые неветвящиеся цилиндры диаметром около 20 нм;

- стенки цилиндров построены из молекул тубулиновых белков;

- первичный синтез тубулиновых белков осуществляется на свободных рибосомах, а пространственная сборка на центросомах и базальных тельцах;

- структура микротрубочек обладает выраженной пространственной динамичностью за счет постоянно текущих на их противоположных полюсах процессов полимеризации и деполимеризации тубулинов.

?Характеристики микрофиламентов:

- представляют собой нитчатые двухцепочечные структуры диаметром 5 нм , которые собираются в микропучки и образуют в цитоплазме сетеобразные структуры различной степени сложности;

- построены из молекул сократительных белков (преимущественной из актина), первичный синтез которых осуществляется на свободных рибосомах;

- способны к активному АТФ-обеспечиваемому и кальций-зависимому сокращению;

- на полюсах микрофиламентов протекают процессы деполимеризации белков под действием лизосомальных ферментов и полимеризации при участии цитоплазматических актин-связывающих белков.

?Характеристики промежуточных филаментов:

- Являются дополнительным структурным элементом цитоскелета.

- Это относительно короткие ветвящиеся нитчатые образования диаметром 10 нм.

- Они построены из опорно-каркасных белков (кератина, виментина, десмина).

- Преимущественно развиты в клетках тканей, испытывающих механические нагрузки.

> Цитоскелет осуществляет в клетке локомоторную функцию. Она заключается:

> в создании опорного внутриклеточного каркаса;

> в организации межклеточных контактов;

> в поддержании и изменении формы клетки;

> в обеспечении внутриклеточных транспортов и структурных перемещений;

> в обеспечении передвижений свободно существующих клеток в пространстве;

> в участии в делении клетки.

Включения - непостоянные структурные компоненты цитоплазмы, образующиеся в процессе клеточного метаболизма. Их количество зависит от функционального состояния клетки. Среди включений различают несколько структурно-функциональных типов:

?трофические (капли липидов, белковые гранулы, глыбки гликогена);

? пигментные (гемоглобин, билирубин, меланин, липофусцин);

? секреторные (гранулы с синтезированными клеткой биологически активными веществами, подлежащими экзоцитозу с целью регуляции жизнедеятельности других клеток и тканей);

? экскреторные (продукты клеточного метаболизма, подлежащие выведению с целью нейтрализации или уничтожения).

Гиалоплазма - коллоидный аморфный матрикс цитоплазмы, который создает специфическое микроокружение для клеточных структур, обеспечивает их жизнедеятельность и взаимодействие.

? Гиалоплазма имеет консистенцию жидкого геля

? В состав гиалоплазмы входит связанная и свободная вода, растворы минеральных солей, биополимеры белковой, липидной и углеводной природы.

? Она способна менять своё агрегатное состояние (становиться более жидкой или более вязкой) в зависимости от состояния жизнедеятельности клетки, а также проникновения в клетку чужеродных агентов.

? В гиалоплазме обнаружена мелкопетлистая микротрабекулярная сеть, которая может распадаться и собираться вновь в зависимости от функционального состояния клетки, фазы митотического цикла, в ходе внутриклеточных восстановительных процессов или при дедифференцировке.

> Функции гиалоплазмы:

> создание постоянства внутриклеточной среды;

> обеспечение условий для внутриклеточных транспортов и перемещений;

> интеграция органелл в функциональные комплексы;

> отложение запасных продуктов в виде включений;

> обменные процессы с внутриядерным и межклеточным веществом, поддержание объемного постоянства клетки.

4.4 Ядро - является одной из основных структурных частей эукариотической клетки

? Ядро содержит основной объем ДНК, которая является ключевым субстратом генетического аппарата.

? Как целостная структура ядро существует в клетке в период интерфазы митотического цикла.

? В клетке может быть одно или несколько ядер

> Основные функции ядра связаны с процессами хранения, воспроизведения, передачи и реализации наследственной информации.

Кариолемма - ядерная оболочка отделяющая кариоплазму от цитоплазмы и обеспечивающая обмен между ними.

? Кариолемма образована двумя биомембранами (наружной и внутренней), разделенными перинуклеарным пространством.

? В областях локальных слияний этих мембран имеются ядерные поры, соединяющие цитоплазму с содержимым ядра. Ядерные поры обеспечивают поступление молекул РНК и субъединиц рибосом из ядра в цитоплазму. В обратном направлении через них происходит активный транспорт синтезированных белков.

? На наружной мембране кариолеммы имеются рибосомы.

? К внутренней мембране со стороны кариоплазмы плотно прикрепляется ядерная пластинка (ламина). Она построенная из опорных белковых филаментов, соединенных с кариоскелетом (см. ниже). Имеет важное значение в поддержании формы ядра, в создании пространственной организации ядерных пор и хроматина

Хроматин - это структурный предшественник хромосом в интерфазном ядре.

? Хроматин состоит из комплекса ДНК и хромосомных белков, которые регулируют степень спирализации хроматина.

? Хроматин может присутствовать в двух структурных формах:

- гетерохроматин (спирализованный или конденсированный)

- эухроматин (деспирализованный или деконденсированный)

? Эти формы способны переходить одна в другую. Их объемное соотношение в интерфазном ядре постоянно изменяется.

? Гетерохроматин является плотно упакованным транскрипционно неактивным хроматином. Он выявляется в световом микроскопе в виде базофильных глыбок преимущественно на периферии ядра или вокруг ядрышек. Этот хроматин специализирован на хранении генетической информации. Его количество максимально увеличивается к началу митоза.

? Эухроматин практически невидим в световом микроскопе. С него происходит считывание (транскрипция) генетической информации для последующей реализации в цитоплазме в виде активизации синтетических процессов. Поэтому эухроматин называется «функциональным». Его максимальное количество приходится на пресинтетический период интерфазы.

? Во всех соматических клетках генетически женского организма одна из половых Х-хромосом характеризуется стойкой конденсацией (спирализацией) в интерфазе - это Х-половой хроматин. Он обнаруживается в ядре с помощью светового микроскопа при окрашивании клеток щелочными красителями и называется тельцем Бара. Микроскопическое выявление телец Барра имеет значение в судебно-медицинской практике для определения генетического пола.

Ядрышко- базофильная непостоянная структура интерфазного ядра.

? Располагается в центре ядра или несколько эксцентрично.

?Количество и размеры ядрышек зависят от уровня метаболизма и функциональной активности клетки.

? Ядрышко не имеет собственной оболочки.

? Оно образовано специализированными участками некоторых хромосом, которые называются ядрышковыми организаторами.

> Функции ядрышка:

> Синтез рибосомальной РНК

> Формирование субъединиц рибосом. Последние выходят через ядерные поры в цитоплазму, попарно соединяются и образуют рибосомы.

Кариоскелет трехмерная сетевидная структура, заполняющая весь внутренний объем ядра.

?Состоит из опорных фибриллярных белков, которые образуют тонкопетлистую сеть.

?Крепится к ядерной пластинке (ламине)

>Функции кариоскелета:

> поддержание и изменение формы ядра;

> пространственное распределение хроматина и его спирализация;

> передвижение субъединиц рибосом;

> регуляция ширины перинуклеарного пространства,

> регуляция величины и количества ядерных пор.

Кариоплазма (ядерный сок) - внутриядерная коллоидная аморфная субстанция.

> Функции кариоплазмы:

> поддержание постоянства внутриядерной среды;

> обеспечение условий для внутриядерных транспортов и перемещений, обменные процессы с цитоплазмой

> создание микроокружения для структурных компонентов ядра.



5. ЦИТОФИЗИОЛОГИЯ

? Это раздел цитологии, изучающий нормальную жизнедеятельность клетки

? Клетка является комплексной жизнеспособной биосистемой, которая обладает запрограммированной надежностью и резервностью.

? Все структуры живой клетки находятся в состоянии постоянной пространственной мобильности и морфофункциональных взаимосвязей в рамках генетически обусловленного гомеостаза.

? Жизнедеятельность клетки - это беспрерывная череда адаптационно-компенсаторных реакций, смен режимов рабочей активности и относительного покоя, процессов восстановления, самообновления, воспроизведения и старения, которые обеспечиваются интеграцией всех клеточных компонентов в единое морфофункциональное целое.

5.1 Структурно функциональные аппараты клетки (СФАК)

СФАК - это комплексы клеточных структур, кооперированных для выполнения клеткой своих основных функций. В эти комплексы входят структурные элементы цитолеммы, ядра и цитоплазмы

5.2 Мембранный конвейер

? Большинство процессов клеточной жизнедеятельности связаны с внутриклеточным расходованием и восстановлением биологических мембран («мембранный конвейер»)

? «Мембранный конвейер» складывается из двух полярных взаимосвязанных процессов - мембранолизиса и мембраногенеза

? Мембранолизис - разрушение (лизирование) изношенных мембран аутолизосомами

? Мембраногенез - внутриклеточное восстановление и новообразование мембран в комплексе Гольджи. Участвуют все СФАК.

5.3 Воспроизведение клеток

? Воспроизведение клеток может происходить в ходе их деления (синонимы: размножение, репродукция, пролиферация) и без деления. В последнем случае говорят о внутриклеточной регенерации или эндорепродукции.

? Для высших позвоночных и человека характерны следующие способы деления: митоз, мейоз, амитоз, дробление (вариант митоза эмбриональных клеток бластомеров).

? Период жизни клетки от одного деления до следующего деления или от деления до ее естественной смерти называется клеточным циклом.

Митотический цикл - это период жизни клетки от одного митоза до другого.

? В среднем 10% цикла занимает собственно митоз, а 90% - интерфаза.

? Чем короче интерфаза, тем выше митотическая активность. Высокой митотической активностью обладают молодые малодифференцированные клетки. В их названиях нередко фигурирует приставка пре- и окончание - бласт (например: премиобласты, преостеобласты и, преэнамелобласты и др.).

Интерфаза состоит из пресинтетического (G1), синтетического (S) и премитотического (G2) периодов и знаменуется подготовкой клетки к функционированию, внутриклеточной регенерации или очередному митотическому делению (М). В целом ряде случаев между (G1) и (S) выделяется особый период репродукционного покоя и активного функционирования (G0 )

G1 - пресинтетический период (основное содержание)

? Клетка восстанавливает количество органелл и ядерно-цитоплазматическое отношение.

? Клетка синтезирует РНК и ферменты, необходимые для удвоения ДНК в S - периоде интерфазы.

? Клетка растет за счет интенсивных синтезов структурных белков, а также накопления включений и достигает размеров материнской клетки до ее деления.

? В ядре преобладает эухроматин.

? Продолжительность периода (G1) для различных клеток неодинаков - он может длиться от нескольких часов до нескольких суток.

? В конце пресинтетического периода выделяют точку рестрикции (R), пройдя которую клетка обязательно войдет в синтетический период. В некоторых случаях клетка не преодолевает точку рестрикции.

? Стимуляторами перехода клетки через точку рестрикции служат триггерные белки, которые синтезируются на рибосомах кариолеммы под влиянием соматотропного гормона (СТГ). Основное количество триггеров накапливается в ночное время.

...