Задания для самостоятельной работы и УИРС
I.Подготовьте доклад по одной из следующих тем:
1. Химический состав и функция биологических мембран различного типа.
2. Рецепторные белки мембран и процессы переноса веществ через плазмолемму.
3. Функциональное значение клеточных соединений различного типа. Строение щелевых контактов и их роль в межклеточном взаимодействии.
II. Окрасьте 1% раствором толуидинового синего в 70° спирте срез гиалинового хряща и рассмотрите межклеточное вещество, которое будет иметь вблизи клеток интенсивную красно-фиолетовую окраску, а в удалении от клеток — более светлую.
Подтема 2
ОРГАНЕЛЛЫ И ВКЛЮЧЕНИЯ ЦИТОПЛАЗМЫ
Включения цитоплазмы — необязательные компоненты клетки. Они возникают и исчезают в зависимости от функционального состояния клеток (схема).
Схема
Классификация включений
Включения
Трофические Секреторные Пигментные
Углеводные Меланин Липофусцин
(гликоген)
Белковые
Жировые
Органеллами называют структуры, постоянно встречающиеся в клетках, имеющие характерное строение и выполняющие специфическую функцию. Различают органеллы мембранные и немембранные, общего значения и специальные. Органеллы общего значения присутствуют во всех клетках, органеллы специальные встречаются в определенных тканях, например миофибриллы в мышечной ткани. К мембранным органеллам относят: эндоплазматическую сеть (reticulum endoplasmaticum), комплекс Гольджи (complexus golgiensis), митохондрии (mitochondrion), лизосомы (lvsosoma), пероксисомы (peroxysoma). Нeмембранные органеллы — это рибосомы (ribosoma), центриоли (centriolum), микротрубочки (microtubulus), микрофибриллы (microfibrilla), микрофиламенты (microfilamentum).
Рибосома — гранула рибонуклеопротеина диаметром 15-20 нм, состоящая из двух субъединиц — большой и малой. Функция рибосом — синтез белка. Обычно белок синтезируется не на одной, а одновременно на группе рибосом (полисома), связанных молекулой информационной РНК (иРНК). Рибосомы и полисомы могут быть свободными в цитоплазме и продуцировать белки для нужд самой клетки или быть фиксированными на мембранах эндоплазматической сети и синтезировать секреты — белки, выделяющиеся из клетки.
Эндоплазматическая сеть представляет собой систему трубочек и уплощенных цистерн. Эндоплазматическую сеть, к наружной поверхности которой прикреплены рибосомы, называют гранулярной эндоплазматической сетью (reticulum endoplasmaticum granulosum), а лишенную рибосом — агранулярной эндоплазматической сетью (reticulum endoplasmaticum nongranulosum).
Одной из основных функций эндоплазматической сети является транспорт веществ. Кроме того, для гранулярной эндоплазматической сети характерен синтез белков, для агранулярной —синтез и расщепление гликогена, метаболизм липидов (в частности, синтез стероидных гормонов). В печени она участвует в обезвреживании снотворных веществ, канцерогенов и других.
Митохондрии в световом микроскопе выглядят как короткие палочки и нити. При рассмотрении в электронном микроскопе видны их внутренняя и наружная митохондриальные мембраны, между которыми находится межмембранное пространство. Площадь внутренней мембраны увеличена за счет образуемых ею крист, которые имеют форму складок, а иногда трубочек. Пространство, ограниченное внутренней мембраной, заполнено митохондриальным матриксом. Последний содержит гранулы, которые, как полагают, связывают двухвалентные катионы, в частности Са+ + . На кристах внутренней мембраны находятся митохондриальные субъединицы или элементарные частицы, представляющие собой комплексы ферментов фосфорилирования (синтеза АТФ) за счет энергии, освобождающейся в митохондриях в результате процессов окисления. Главная функция митохондрий — обеспечение клетки энергией. Митохондрии участвуют в синтезе ряда белков. Содержат необходимые компоненты для их синтеза: митохондриальную ДНК, мелкие рибосомы, транспортную и информационную РНК и ферменты. Однако большинство ферментов митохондрий синтезируется под контролем ДНК ядра. Продолжительность существования митохондрий невелика (полупериод для сердечной мышцы — 6 дней). Убыль митохондрий пополняется за счет их деления.
Комплекс Гольджи на препаратах, обработанных азотно-кислым серебром, выглядит как сеть переплетающихся темных нитей. На электронных микрофотографиях можно видеть, что комплекс Гольджи состоит из следующих компонентов: 1) уплощенных мешочков, или цистерн, 2) транспортных пузырьков, приносящих белковый секрет из эндоплазматической сети, 3) конденсирующих секрет вакуолей и 4) секреторных гранул. Функции комплекса Гольджи: упаковка, конденсация и выведение белковых секретов, участие в синтезе углеводов и присоединении их к полипептидным цепочкам в процессе синтеза гликопротеинов, формирование лизосом.
Лизосомы — органеллы внутриклеточного ферментативного расщепления как экзогенных веществ (попавших в клетки в результате эндоцитоза), так и эндогенных — удаление органелл и включений в ходе нормального обновления или в ответ на измененную функциональную активность. Различают четыре основные формы лизосом: первичные лизосомы, вторичные лизосомы (фаголизосомы, или гетерофагосомы), аутофагосомы и остаточные тельца Первичные лизосомы – это маленькие, округлые, окруженные мембраной тельца. Они представляют собой запасную форму или резерв гидролитических ферментов, еще не участвующих в переваривании. Фаголизосомы образуются от слияния первичной лизосомы с фагосомой. При этом начинается гидролитическое расщепление содержимого последней. Аутофагосомы предназначены для удаления компонентов самой клетки. Подлежащая удалению органелла окружается мембраной (возможно, эндоплазматической сети) и с образовавшейся аутофагической вакуолью сливается первичная лизосома. Остаточные тельца заполнены гранулами непереваренного материала. Они способны сливаться, образуя пигмент липофусцин.
Пероксисомы напоминают лизосомы, но не содержат гидролитических ферментов, характерных для лизосом. В них присутствуют оксидазы аминокислот и каталаза, разрушающая перекиси. Каталаза пероксисом может играть защитную роль, разрушая перекись водорода, токсичную для клеток.
Центриоли располагаются в клетке парами (диплосома). Они представляют собой цилиндрики длиной 500 нм и диаметром 150 нм, лежащие под прямым углом друг к другу. Стенка цилиндрика состоит из девяти триплетов микротрубочек (а, b, с). Формула центриоли 9×3+0, так как в центре цилиндрика трубочки отсутствуют.
Центриоли служат центрами формирования микротрубочек веретена деления и микротрубочек аппаратов движения клетки - ресничек и жгутиков. Последние представляют собой выросты цитоплазмы, в центре которых находится система микротрубочек, состоящая из двух центральных нитей и девяти дуплетов на периферии. Формула реснички или жгутика 9×2+2. В основании реснички или жгутика лежит базальное тельце, представляющее собой видоизмененную центриоль.
Микротрубочки (диаметром 25 нм) и микрофибриллы (диаметром 10 нм) связаны с поддержанием и изменением формы клетки, образуя ее цитоскелет. Микротрубочки построены из белка тубулина. Белки микрофибрилл в разных тканях различны. В эпителиях это кератины, в фибробластах — виментин, в мышцах — десмин и скелетин. Микрофиламенты имеют толщину 6 нм, состоят из сократительных белков, главным образом актина.
Цель занятия — изучение микроскопического и ультрамикроскопического строения и значение основных структурных компонентов цитоплазмы: органелл и включений.
Задачи:
1. Изучить различные виды включений цитоплазмы: жировые, углеводные, белковые, секреторные, пигментные.
2. Уметь различать мембранные и немембранные органеллы цитоплазмы клеток, исходя из их структурных и цитохимических особенностей.
3. Изучить микроскопическое и ультрамикроскопическое строение органелл цитоплазмы.
4. Научиться использовать конкретные данные о строении и химическом составе органелл и включений для характеристики обмена веществ и функционального состояния клеток.
5. Научиться по преимущественному развитию тех или иных органелл определять функцию данной клетки: фагоцитирующая она или секреторная, белковые или небелковые продукты она синтезирует и секретирует и т. д.
Необходимый исходный уровень знаний:
1. Определение понятия «включения». Классификация включений.
2. Морфология включений на уровне световой и электронной микроскопии.
3. Определение понятия «органеллы». Классификация органелл.
4. Строение и функция эндоплазматической сети.
5. Строение рибосом и их участие в синтезе белка.
6. Микроскопическое и ультрамикроскопическое строение и функции комплекса Гольджи, лизосом, пероксисом.
7. Строение митохондрий, их участие в энергетическом обеспечении клетки.
8. Строение и значение центриолей, ресничек, жгутиков.
9. Понятие о цитоскелете. Строение и значение микротрубочек, микрофибрилл, микрофиламентов.
Объекты изучения
Микропрепараты для изучения и зарисовки
1. Включения жира в клетках печени аксолотля. Окраска осмиевой кислотой с докраской ядер сафранином. При большом увеличении микроскопа видны клетки многоугольной формы с крупными розовыми ядрами. В розоватой зернистой цитоплазме присутствуют черные округлые включения разных размеров — включения жира. Зарисовать и обозначить: 1) ядро, 2) каплю жира (gutta adipis, adiposoma) в цитоплазме, 3) плазмолемму.
2. Включения гликогена в печени аксолотля. Окраска по методу Беста. На малом увеличении микроскопа (в периферических частях среза гликоген при фиксации переместился на одну половину клетки) найти центральную часть среза, где гликоген располагается в клетках более или менее равномерно. На большом увеличении в центре среза видны красные глыбки гликогена, локализованные по всей цитоплазме клеток, и фиолетовые ядра. На периферии среза глыбки гликогена могут сливаться на одной половине клетки, в то время как другая остается прозрачной. Это артефакт, т. е. результат обработки, а не свойство живой клетки.
Зарисовать и обозначить: 1) ядро, 2) гранулы гликогена (granuli glycogeni) в цитоплазме, 3) плазмолемму.
3. Включения белка (желточные пластинки) в бластомерах амфибии. Окраска пикрофуксином. На малом увеличении видны бластометры — крупные клетки, получающиеся от деления яйцеклетки амфибии. На большом увеличении при слегка опущенном конденсоре видны желтые структуры овальной формы — желточные пластины.
Зарисовать и обозначить: 1) бластомеры, 2) желточные пластины.
4. Секреторные включения в клетках Лейдига кожи аксолотля. Окраска гематоксилин-эозином. При малом увеличении на краю среза найти эпителиальный пласт, представляющий собой комплекс клеток, образующих несколько слоев. Среди этих клеток выделяются крупные клетки овальной формы розового цвета. При большом увеличении можно видеть их фиолетовые ядра и розовые, сильно преломляющие свет, особенно при слегка опущенном конденсоре, секреторные гранулы.
Зарисовать и обозначить: 1) ядро, 2) секреторные гранулы (granuli secretorii) в цитоплазме, 3) плазмолемму.
5. Пигментные включения в клетках кожи головастика.Препарат не окрашен. Используя малое увеличение микроскопа, найти клетки отростчатой формы. На большом увеличении видно, что в центре клетки имеется округлое или овальное просветление в том месте, где располагается неокрашенное ядро, цитоплазма и в том числе отростки клеток заполнены зеленовато-коричневыми гранулами пигмента.
Зарисовать и обозначить: 1) ядро, 2) гранулы пигмента (granuli pigmenti) в цитоплазме.
6. Комплекс Гольджи в нервных клетках спинно-мозгового узла. Окраска по методу Калачева-Насонова. При малом увеличении микроскопа на периферии среза выбрать крупную клетку округлой формы, в цитоплазме которой хорошо видны извитые темные нити (в центре препарата они обычно не прокрашены). При большом увеличении можно видеть крупное бледное ядро с хорошо заметным ядрышком и темные нити комплекса Гольджи, окружающие ядро в виде клубка или корзиночки, а иногда и разбросанные по всей цитоплазме, которая имеет зеленоватую окраску.
Зарисовать и обозначить: 1) ядро, 2) комплекс Гольджи (cоmplexus golgiensis) в цитоплазме, 3) плазмолемму.
7. Митохондрии в эпителии кишечника аскариды. Окраска по методу Альтмана. На малом увеличении микроскопа виден пласт клеток призматической формы, лежащих на тонкой базальной мембране, интенсивно окрашенной в коричневато-красный цвет. На апикальных концах клеток микроворсинки образуют щеточную каемку, отличающуюся от базальной мембраны тем, что она шире и менее интенсивно окрашена. При большом увеличении в частях клеток, расположенных ближе к базальной мембране, видны ядра в виде светлых пузырьков, лежащие примерно на одном уровне. Каждое ядро содержит 1-2 темно-красных ядрышка. В цитоплазме каждой клетки над ядром видны черные капельки жира, а над ними – скопление красноватых зернышек и коротких палочек – митохондрий. Кроме того, отдельные митохондрии разбросаны по всей остальной цитоплазме.
Зарисовать и обозначить: 1) ядро, 2) ядрышко, 3) капли жира, 4) митохондрии (mitochonrion).
8. Клеточный центр. Центриоли в делящейся оплодотворенной яйцеклетке аскариды. Окраска железным гематоксилином. При малом увеличении найти клетку на стадии метафазы. При большом увеличении видны в виде темных точек разошедшиеся к полюсам клетки центриоли. Вокруг каждой центриоли видна полярная лучистость. Между центриолями располагается митотическое веретено, в центре которого на равном расстоянии от полюсов локализованы две хромосомы.
Зарисовать и обозначить: 1) центриоль (centriolum), 2) полярную лучистость (radiatio polaris), 3) митотическое веретено (fusus mitoticus), 4) хромосомы, 5) плазмолемму.
Демонстрационные препараты
1. Включения жира в жировых клетках кожи. Окраска суданом III. Видно, что цитоплазма клетки почти полностью заполнена каплей жира оранжевого цвета.
2. РНК в цитоплазме и ядрышках нейронов коры головного мозга. Окраска метиловым зеленым-пиронином по Унна-Папенгейму. Обратить внимание на окрашенные в розовый цвет глыбки РНК в цитоплазме. Глыбки соответствуют участкам цитоплазмы, в которых находятся скопления рибосом (свободных и фиксированных на мембранах гранулярной эндоплазматической сети).
3. Митохондрии в эпителиальных клетках канальцев почки. Окраска по Альтману. В цитоплазме призматических клеток, образующих стенку канальца, видны красноватые зернышки — митохондрии.
4. Мерцательные реснички эпителиальных клеток трахеи. Окраска гематоксилин-эозином. Реснички хорошо видны при большом увеличении на апикальной поверхности эпителиальных клеток.
Электронные микрофотографии
1. Скопление пигмента липохрома в цитоплазме поддерживающего эпителиоцита семенника.
2. Митохондрии, гранулярная эндоплазматическая сеть, лизосомы. Зарисовать и обозначить: 1) митохондрию и в ней: а) наружную митохондриальную мембрану, б) внутреннюю митохондриальную мембрану, в) кристы, г) матрикс, д) митохондриальную гранулу; 2) гранулярную эндоплазматическую сеть и в ней: а) полость цистерны, б) рибосомы; 3) вторичные лизосомы.
3. Комплекс Гольджи. Зарисовать и обозначить: 1) плоские цистерны, 2) транспортные пузырьки, 3) вакуоли.
4. Клеточный центр. Зарисовать и обозначить: 1) две центриоли на продольном разрезе, расположенные под прямым углом друг к другу, 2) центриоль в поперечном разрезе с триплетами трех типов микротрубочек: а, в, с.
Контрольные вопросы:
1. Дайте определение включений, расскажите об их классификации.
2. Что такое органеллы? Расскажите о классификации органелл.
3. Какие органеллы участвуют в синтезе и транспорте веществ? Их разновидности.
4. Расскажите о строении комплекса Гольджи и его функциональном значении.
5. Какие органеллы выполняют в клетке функцию ферментативного расщепления эндогенных продуктов и веществ, попавших в клетку в результате эндоцитоза? Опишите их строение.
6. Присутствием каких органелл обусловлена в большинстве случаев базофилия цитоплазмы клеток. От присутствия какого вещества в этих органеллах зависит базофилия?
7. Расскажите о пероксисомах, их строении и функции.
8. Каковы строение и функции митохондрий?
9. Расскажите об особенностях микро- и ультраструктуры центриолей, ресничек и жгутиков.
Ситуационные задачи:
1. В клетках хорошо развита гранулярная эндоплазматическая сеть и комплекс Гольджи. Какую основную функцию выполняют эти клетки?
2. В клетках печени происходит активный синтез гликогена и белков. Какие виды органелл должны быть хорошо развиты в этих клетках?
3. Предложена электронная микрофотография клетки, поверхность которой образует многочисленные микровыросты цитоплазмы, а в цитоплазме присутствуют многочисленные лизосомы. Какова функция этой клетки?
4. Под электронным микроскопом в клетках обнаружена деструкция митохондрий. Какие процессы в клетках будут нарушены?
5. Экспериментальному животному в течение длительного времени давали снотворные вещества. Какая органелла в клетках печени будет усиленно функционировать?