Цитология. Цитоплазма клетки: органеллы общего и специального значения

Основные компоненты клетки
Плазмолемма (цитолемма)
Цитоплазма (гиалоплазма, органеллы, включения)
Ядро

Клеточные мембраны
К клеточным мембранам относят плазмолемма, кариолемма, мембраны органелл
Тонкие липопротеидные пласты 6-10 нм
липиды (билипидный слой) – 40%,
белки – 50-55%,
углеводы (гликокаликс) – 5-10%

Липиды – гидрофобны (плохорастворимы в воде) и липофильны (растворимы в органических растворителях и жирах)
Состав липидов разнообразен (фосфолипиды, сфингомиелины, холестерин)
Молекулы липидов состоят:
Головки – гидрофильные,
Хвосты – гидрофобные (жирные кислоты).
Образуют билипидный слой

Плазмолемма
Белки – интегральные (из двух участков – полярные (несущие заряд) из а/к и неполярные (глицин, аланин, валин, лейцин), полуинтегральные, примембранные.
Биологическая роль белков – белки-ферменты, белки переносчики, рецепторные, структурные.

Функции плазмолеммы
Функции – разграничение, рецепция, транспорт веществ
Транспорт: активный и пассивный, экзоцитоз и эндоцитоз (фагоцитоз, пиноцитоз)

Межклеточные соединения
Контакты простого типа –
простые межклеточные соединения 15-20 нм(1) и интердигитации (пальцевидные соединения) (2).

Межклеточные соединения
Сложные соединения:
Запирающие (с помощью интегральных белков - ячеистая сеть в виде пояска (4)
сцепляющего (заякоривающего) типа – десмосомы (белки десмоплакины, десмоглеины, промежуточные филаменты)(5) и адгезивные пояски (белок винкулин, актиновые филаменты).
Коммуникативные (нексус, синапс)

Десмосомы

Адгезивный поясок
По структуре данный контакт похож на десмосомный
По форме контакт представляет собой ленту, которая опоясывает клетку.

Плотное соединение
Контакты коммуникационного типа –
щелевидные соединения (нексусы, или gap-junctions) (3)
синапсы.

Нексус

Нексус
Диаметром 0,5 – 3 мкм.
Плазмолеммы сближены на расстояние 2 нм
Пронизаны полыми трубочками – белковыми каналами (3)
Каждая трубочка состоит из двух половин – коннексонов.
Коннексоны образуют каналы - могут диффундировать неорганические ионы и низкомолекулярные органические соединения: сахара, аминокислоты, промежуточные продукты их метаболизма.
Ионы Са2+ меняют конфигурацию коннексонов – так, что просвет каналов закрывается.

Синапсы

Состав цитоплазмы
Гиалоплазма (другое название – цитозоль),
Органеллы - обязательные компоненты цитоплазмы
Включения – необязательные компоненты цитоплазмы

ГИАЛОПЛАЗМА
Гиалоплазма – греч. Hyalinos – прозрачный.
Сложная коллоидная система – биополимеры (20-25% белки, н.к., полисахариды, ферменты метаболизма сахаров, азотистых оснований, ферманты активации а/к, липидов, т-РНК и др.)
Жидкое ↔гелеобразное состояние
Объединяет все клеточные структуры, химическое взаимодействие
Транспорт веществ, ионов, молекул АТФ (постоянный поток ионов к плазматической мембране и к митохондриям, ядру, вакуолям)
Отложение запасных продуктов (гликогена, липидов, пигментов)

Основные компоненты клетки:
Гиалоплазма
Это матрикс, внутренняя среда клетки.
Состав: вода – 90%
различные биополимеры: белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, аминокислоты, моносахара, нуклеотиды, ионы и другие низкомолекулярные вещества, которые образуют коллоидную систему (цитозоль или цитогель)
Обеспечивает взаимосвязь между всеми компонентами клетки.

Основные компоненты клетки:
Включения цитоплазмы
Это непостоянные компоненты цитоплазмы, которые могут возникать или исчезать в различные функциональные состояния клеток.
Различают:
трофические (белковые, углеводные, липидные),
секреторные (ферменты, гормоны),
экскреторные (продукты метаболизма)
пигментные – эндогенные (гемоглобин, меланин, липофусцин) и экзогенные (каротин, красители).

Органеллы клетки
Органеллы - это морфологически различимые структуры цитоплазмы, которые обязательно должны присутствовать в данной клетке, выполняя в ней определённые функции.

Классификация по распространению
Общего значения – содержатся практически во всех клетках,
Специального значения – имеются только в клетках какого-то определённого вида, обеспечивая выполнение их специфических функций (миофибриллы, нейрофибриллы, тонофибриллы, жгутики, реснички).

Классификация по строению
Мембранные органеллы – отграничены собственной мембраной от окружающей гиалоплазмы, т.е. являются замкнутыми компартментами (отсеками);
Немембранные органеллы – структуры, не окружённые мембраной.

Органеллы – общего значения: мембранные
Одномембранные
ЭПС (гр- а-)
Комплекс Гольджи
Лизосомы
Пероксисомы
Двумембранная:
Митохондрии

Органеллы – общего значения: немембранные
Глобулярные:
рибосомы - многочисленные небольшие частицы,
состоящие из двух субъединиц рибонуклеопротеидной природы.
Фибриллярные:
сократительные структуры,
элементы цитоскелета (микрофиламенты, микротрубочки),
Микроворсинки,
Центриоли .

Мембранные органеллы: митохондрии
Термин введен в 1897 Бенда
Строение – двумембранные, матрикс (мДНК, м-рибосомы)
Функции – синтез АТФ, клеточное дыхание: аэробное и анаэробное окисление

Происхождение митохондрий
Структура мДНК и рибосом сближает митохондрии с бактериями (у них тоже циклическая ДНК и небольшие рибосомы).
Поэтому возможно, что в эволюции митохондрии появились как результат симбиоза древних бактерий с эукариотическими клетками.

Форма митохондрий
Варьирует от сферической до вытянутой.
В некоторых клетках митохондрии имеют ещё более сложную форму: например, образуют разветвления.
Различаются количество и форма крист (трубочки, складки, пластинки, вакуоли)

Строение: мембраны
Наружная мембрана - содержит широкие гидрофильные каналы и хорошо проницаема для многих веществ;
Внутренняя мембрана - образует многочисленные впячивания (кристы), где имеются грибовидные выросты – оксисомы, в них встроены ферменты дыхательной цепи и синтеза АТФ.

Строение: матрикс
Матрикс - внутреннее пространство митохондрий (между кристами) заполнено матриксом, содержат:
собственную ДНК (мДНК) – от 1 до 50 небольших одинаковых циклических молекул, включающих по 37 генов
М-рибосомы – которые по размеру несколько меньше цитоплазматических рибосом

Биохимические процессы
Цикл Кребса - это распад органических веществ (до СО2 и воды) ацетил-КоА, которым заканчивается разрушение почти всех веществ (углеводов, жиров, аминокислот).

Цикл Кребса
В цикле – 4 реакции окисления, осуществляемых путём дегидрирования, т.е. путём отщепления от субстратов водорода (электронов и протонов).
Ферменты цикла Кребса (кроме одного – СДГ) находятся в матриксе митохондрий.

Биохимические процессы
Окислительное фосфорилирование:
перенос отнятых от субстратов электронов на кислород и образование АТФ за счёт высвобождающейся энергии.
Другие процессы в митохондриях: синтез мочевины, распад жирных кислот и пирувата до ацетил-КоА.

Основные функции митохондрий
Завершение окислительного распада питательных веществ и образование за счёт выделяющейся при этом энергии АТФ
Осуществляется ряд ключевых биохимических процессов: цикл Кребса, окислительное фосфорилирование с потреблением О2 и выделением СО2 и воды.

Жизненный цикл митохондрий
Митохондрии функционируют около 10 суток.
Затем одни из них разделяются на две дочерние митохондрии (путём простой перешнуровки),
Другие – разрушаются в аутофагосомах.

Митохондрии

Мембранные органеллы: эндоплазматическая сеть
Открыта в 1945 г. К.Р. Портером
Гранулярная ЭПС – мешочки, цистерны, трубочки, на поверхности имеют рибосомы
Функция – синтез и транспорт экспортируемых белков, модификация (связываение с сахарами - глюкозилирование) и локальная конденсация

Функции гр-ЭПС
Синтез на рибосомах пептидных цепей экспортных, мембранных, лизосомных и отчасти пероксисомных белков,
Фолдинг белков - (укладкой белка, от англ. folding) называют процесс спонтанного сворачивания полипептидной цепи в уникальную нативную пространственную структуру (так называемая третичная структура).
Изоляция этих белков от гиалоплазмы внутри мембранных полостей и концентрирование их,
Начальная химическая модификация этих белков,
Транспорт белков (внутри ЭПС и с помощью отдельных пузырьков).

Агранулярная ЭПС
Агранулярная ЭПС – мешочки, цистерны, трубочки
Функции:
метаболизм и синтез углеводов, липидов (холестерина, стероидных гормонов),
дезактивация токсичных веществ,
депонирование ионов Ca 2+

Агранулярная ЭПС

Комплекс Гольджи
Открыт Камилло Гольджи в 1898 г. (итальянский врач и учёный, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1906 г. в знак признания их трудов о структуре нервной системы).
Строение – 5-10 плоских цистерн, везикулы
Функции:
сегрегация и накопление продуктов из ЭПС,
образование сложных комплексов,
первичных лизосом (гидролазы), вакуолей и секреторных гранул

Функции комплекса Гольджи
Сегрегация (отделение) соответствующих белков от гиалоплазмы и концентрирование их,
Продолжение химической модификации белков,
Сортировка белков на экспортные, мембранные, лизосомальные и пероксисомные,
Включение белков в состав соответствующих структур (секреторных пузырьков, мембран, лизосом).

Комплекс Гольджи

Лизосомы
Открыты де Дювом в 1955 г.
Функция – внутриклеточное пищеварение
Первичные (гидролазы – кислая фосфатаза)
Вторичные (фаголизосомы, аутофагосомы)
Телолизосомы (остаточные тельца),

Лизосомы

Пероксисомы
Овальные тельца, ограниченные мембраной, в центре кристаллоподобные структуры
Содержат каталазу, пероксидазу
Функция – дезактивация токсичных веществ

Пероксисома

Немембранные органеллы:
Рибосомы
Сложные рибонуклеопротеиды
Состоят и большой и малой субъединиц
Свободные (одиночные, полирибосомы)
Связанные (на поверхности гр-ЭПС)

Рибосомы
Малая субъединица – одна длинная цепь рРНК (~2000 нуклеотидов, 18S), с которой связано около 30 молекул рибосомальных белков;
Большая субъединица – ещё более длинная цепь рРНК (~ 4000 нукл., 28S), с которой связано 2 короткие цепи РНК (5,8S и 5S) и ~45 молекул белков.
Таким образом, каждая субъединица представляет собой свёрнутый рибонуклеопротеидный тяж, имеющий несколько функциональных центров.

Клеточный центр (центросома)
Термин предложен в 1895 Т. Бовери
Строение – из двух цилиндров, 9 триплетов микротрубочек (тубулин), саттелиты (центросфера), тонкофибриллярный матрикс
Функции – образование веретена деления, участие в формировании ресничек и жгутиков

Центриоли

Микрофиламенты
Микрофиламент - двойная спираль из глобулярных молекул белка актина.
За счет этого содержание актина даже в немышечных клетках достигает 10 % от всех белков.

Микротрубочки

Реснички

Реснички

Реснички

Микроворсинки
Имеют вид цилиндрических пальцеообразных выростов цитоплазмы, покрытых плазмолеммой