Воспроизведение (репродукция) клетки

Клетки различных организмов сходны по строению.

3) Размножение клеток происходит путем деления исходной материнской клетки. Митоз.

Клетки – части целого организма. Многоклеточные организмы представляют собой сложные ансамбли клеток, объединенные в целостные интегрированные системы тканей и органов, подчиненные и связанные межклеточными, гуморальными и нервными формами регуляции.

Броун – открыл яйцеклетку млекопитающего.

Пуркинье – описал ядра в животных клетках, ввел понятие протоплазма.

1837 – Шлейден и Шванн – основные положения клеточной теории. Заслуги теории: единство происхождения жизни, общие принципы организации живой материи.

1885 – Вирхофф – 3-е положение клеточной теории: каждая клетка от клетки, создал книгу «Клеточная патология»

Лавдовский – разработал методику импрегнации нервных элементов р-ром серебра, вместе с Догелем изучал ЦНС и ПНС.

Догель – метод окраски метиленовым синим.

Келликер и Лейдиг назвали 4 типа тканей.

Биологические мембраны.

К клеточным мембранам относятся плазмолемма, кариолемма, мембрана митохондрий, ЭПС, аппарата Гольджи, лизисом, пероксисом. Общей чертой всех мембран клетки является то, что они представляют собой тонкие пласты липопротеидной природы (липиды в комплексе с белками). Основные химические компоненты – липиды и белки, встречаются углеводы. Липиды (фосфолипиды, сфингомиелины и холестерин). Липиды (2 части – гидрофобная и гидрофильая). Белки – 2 части: полярная часть, насущая ак, и неполярная часть. Неполярная – в жирной части мембраны, полярная – в сторону водной фазы. Белки: интегральные, полуинтегральные и мембранные. Биологическая роль белков: ферменты, переносчики, рецепторная и структурная. Углеводы связаны с липидами и белками – гликопротеиды и гликолипиды (мало).

ПЛАЗМОЛЕММА – поверхностная периферическая структура, ограничивающая к-ку снаружи и обеспечивающая связь с внутриклеточной средой. Основа – липопротеиновый комплекс. Снаружи от плазмолеммы – гликокаликс (белки, не связанные с билипидным слоем – ферменты)

Ф-ИИ ПЛАЗМОЛЕММЫ: - разграничение цитоплазмы с внешней средой

- рецепторная

- транспортная: активный, пассивный, фагоцитоз, пиноцитоз, экзоцитоз

МЕЖКЛЕТОЧНЫЕ КОНТАКТЫ – структуры, обеспечивающие межклеточное взаимодействие

1) простые – плазмолеммы взаимодействуют в гликокаликсе

2) сложные

· запирающие (изолирующие) – плотный контакт – плазмолеммы соседних клеток соединяются очень плотно и контактируют интегральными белками, эти белки образуют переплетающиеся полоски, зерна которых непроницаемы для ионов. Ф-Я – химическая изоляция.

· Сцепляющие (заякоривающие)

o Адгезивный поясок – лента, опоясывающая клетку. Клетки связаны интегральными гликопротеидами. Со стороны цитоплазмы слой примембранных белков, в котором находится винкулин. К примембранному слою присоединяется пучок актиновых микрофиламентов. При сокращении актина может изменяться рельеф эпителия. Разновидность – фокальный контакт – контакт клетки с компонентами межклеточного вещества (фибробласты+коллагеновые волокна)

o Десмосома – имеет вид пятна. Клетки контактируют интегральныи белками (десмоглинами). В субмембранном слое – десмоплакины. К этому слою подходят пучки промежуточных филаментов. Десмосомы встречаются в эпителии, миокарде и гладких мышечных тканях.

o Коммуникационные соединения

§ Щелевидные (нексус) – клетки контактируют интегральными белками (коннексонами), при этом обр-ся каналы из одной клетки в другую. Ф-Я: перенос ионов.

§ Синапсы – нервная ткань.

Органеллы – постоянно присутствующие и обязательные для всех клеток микроструктуры, выполняющие жизненно важные функции

КЛАССИФИКАЦИИ:

Морфологическая: - мембранные (ЭПС, комплекс Гольджи, митохондрии, лизосомы, пероксисомы, плазмолемма.)

- немембранные (рибосомы, центриоли, компоненты цитоскелета, полисомы, микротрубочки, филаменты, клеточный центр)

Функциональная: - метаболического и катаболического обмена (ЭПС, комплекс Гольджи, лизосомы)

- энергетического обмена (митохондрии, пластиды)

- синтеза белка (рибосомы, полисомы)

ОРГАНЕЛЛЫ, УЧАСТВУЮЩИЕ В БИОСИНТЕЗЕ В-В:

ЭПС – система уплощенных цистерн и трубочек. Гладкая и гранулярная, могут переходить друг в друга, располагаются под ядром, степень развития различна.

Гранулярная: синтез белков; обработка белка, укладка белка и транспорт, начальные этапы сортировки.

Гладкая: обезвреживание; синтез липидов, предшественников стероидных гормонов, депо кальция, запас питательных в-в, обмен углеводов

КОМПЛЕКС ГОЛЬДЖИ: - система уплощенных мешочков, трубочек и везикул. Располагается над или вокруг ядра. Большие скопления – диктиосомы.

Вертикальная полярность – выпуклая цис часть (мембрана похожа на мембрану ЭПС) и вогнутая транс часть (мембрана сходна с плазмолеммой)

Горизонтальная полярность – по длине цистерны – участки с разными веществами.

Ф-ИИ: конденсация секреторных продуктов, обработка и сортировка белка, построение углеводного компонента гликокаликса, образование лизосом.

РИБОСОМЫ – состоит из малой и большой субьединиц. По химическому составу – рибонуклеопротеид. В состав входят 4 молекулы РНК и около 70 видов белка.

Органеллы, участвующие во внутриклеточном пищеварении, обезвреживающих и защитных реакциях.

ЛИЗОСОМЫ: первичные лизосомы – мелкие пузырьки, окруженные мембраной, содержат набор гидролаз. Маркерный фермент – кислая фосфотаза. Фермент в неактивной форме (рН=5). Вторичные лизосомы – первичные лизосомы+фагосомы. Ферменты активируются, идет пищеварение, непереваренные – остаточные тельца (удаляются или остаются )- гетерофагический цикл. Функции – внутриклеточное пищеварение. Аутофагический цикл - перевариваются органоиды клетки (регенерация и эндогенное питание в условиях голодания)

ПЕРОКСИСОМЫ: сходны с лизосомами, маркерный фермент – пероксидаза. Ф-ии: окисление субстрата с образованием Н2О2, который утилизируется каталазами.

КОМПЛЕКС ГОЛЬДЖИ: - система уплощенных мешочков, трубочек и везикул. Располагается над или вокруг ядра. Большие скопления – диктиосомы.

Вертикальная полярность – выпуклая цис часть (мембрана похожа на мембрану ЭПС ) и вогнутая транс часть (мембрана сходна с плазмолеммой)

Горизонтальная полярность – по длине цистерны – участки с разными веществами.

Ф-ИИ: конденсация секреторных продуктов, обработка и сортировка белка, построение углеводного компонента гликокаликса, образование лизосом.

Органоиды, участвующие в энергопроизводстве:

МИТОХОНДРИИ двумембранная структура (наружная гладкая, внутренняя образует кристы) . Межмембранное пространство. Матрикс – внутри митохондрии. Наружная и внутренняя отличаются. Наружная – неэластична, легко разрывается, обладает неспецифической проницаемостью, бедна ферментами. Внутренняя мембрана – лабильна. Легко сморщивается и расправляется, обладает избирательной проницаемостью, богата ферментами (ферменты дыхательной цепи, переноса электронов, ферменты фосфорилирования, транспортные системы). На внутренней поверхности – грибовидные тельца, отвечающие за фосфорилирование. Матрикс – тонкозернистая структура, здесь – ферменты цикла Кребса и окисления жирных кислот, митохондриальные ДНК, РНК и рибосомы. Митохондрии обладают собственной системой синтеза белка, основную массу белка получают из цитоплазмы.

Функции: синтез АТФ, белка, депо кальция, синтез стероидный гормонов, аккумулируют яды

СУБМЕМБРАННЫЙ АППАРАТ – структуры, расположенные в периферическом слое гиалоплазмы. Представлены:

СИСТЕМА МИКРОФИЛАМЕНТОВ – основа – белок актин (консервативный, мономерный, глобулярный белок). G-актин→F-актин (двунитчатая спираль, главное свойство – способность к полимеризации и деполимеризации, 3 типа актина, α-актин – мышечные клетки, β и γ в немышечных). Б-миозин характеризуется вариабельностью, есть шарнирные участки, бывают мышечные и немышечные формы. Актин-миозин: обеспечивают цитотомию (образование перетяжки) при делении клетки, в микроворсинках кишечного эпителия, сократительное кольцо в тромбоцитах.

ТУБУЛИНОВЫЕ МИКРОТРУБОЧКИ– 11-13 субъединиц (чередование α и β), присутствует консервативный белок, который способен к де- и полимеризации. «+» концы – быстро растущие, направлены дистально от микротрубочкоорганизующего центра (МТОЦ). «-» конец – заякорен в МТОЦ. Микротрубочки быстро растут и обеспечивают транспорт веществ и органоидов. На полимеризацию микротрубочек оказывают влияние: де- и фосфорилирование белков, концентрация ионов Са, колхицин – блокирует рост, таксол – стимулирует. Создавая внутриклеточный скелет, микротрубочки могут быть факторами ориентированного движения клетки в целом и ее внутриклеточных компонентов

Стабильные микротрубочковые системы –

реснички, выросты цитоплазмы, состоят из аксонемы (9*2+2) и базального тельца (9*3+0)

жгутики (9*2+2) и хвост сперматозоида

ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ФИЛАМЕНТЫ –главное свойство ткани – специфичность. В эпителиях – кератины, в мезенхиме – виментин, в мышцах – десмин, в нервных – нейрофиламенты.

ВКЛЮЧЕНИЯ –необязательные компоненты клетки, возникающие и исчезающие в зависимости от ее метаболической активности.

ТРОФИЧЕСКИЕ – жировые, углеводные, белковые (гликоген, капли жира)

СЕКРЕТОРНЫЕ – БАВ (гормоны, ферменты)

ЭКСКРЕТОРНЫЕ – конечные продукты метаболизма, подлежащие удалению из клетки (мочевина)

ПИГМЕНТНЫЕ

o ЭКЗОГЕННЫЕ (поступают в клетку извне – пылевые частицы, красители, каротин)

o ЭНДОГЕННЫЕ – меланин, гемоглобин, гемосидерин, билирубин, липофусцин

ФУНКЦИИ ЯДРА:хранение и поддержание наследственной информации, учатсие в синтезе белка.

В ядре эукариотических клеток выделяют следующие субсистемы:

Ø ПОВЕРХНОСТНЫЙ АППАРАТ ЯДРА:

o ЯДЕРНАЯ ОБОЛОЧКА – состоит из двух мембран – наружной и внутренней, между ними – перинуклеарное пространство. В ядерной оболочке имеются ядерные поры, заполненные поровыми комплексами. Мембраны ядерной оболочки сходны с другими мембранами клетки. Наружная мембрана переходит в гЭПС. Перинуклеарное пространство связано с полостью ЭПС, возможны временные связи перинуклеарного пространства с комплексом Гольджи.

o СУБМЕМБРАННАЯ ПЛОТНАЯ ПЛАСТИНКА – находится под внутренней мембраной, образована белками-ламинами А, В, С. Пластинка обеспечивает связь ядерного матрикса с внутренней мембраной ядерной оболочки. Степень развития пластинки зависит от функционального состояния ядра и степени дифференцировки клетки. Пластинка связана поровыми комплексами. Комплекс ядерной поры:2-3 кольца, каждое из 8 глобул, в центре – гранула, которая связана с периферическими глобулами фибриллами, которые формируют диафрагму ядерной поры. В центре глобулы проходит канал, через который идет транспорт белков и РНК.

o ИНТЕРХРОМАТИНОВЫЙ ЯДЕРНЫЙ МАТРИКС – комплекс фибриллярных белков, который формирует скелет ядра, обеспечивает структурную организацию всех его компонентов

Ø ХРОМАТИН – по химическому составу является дезоксирибонуклеопротеидом (ДНП) Состоит из ДНК, белка и РНК в соотношении 1:1,3:0,2 соответственно. ДНК – две спирально закрученные нити. При биохимическом анализе выделяют три фракции: уникальные последовательности, умеренно повторяющиеся и высокоповторяющиеся (сателитные). Белки: гистоновые (5 фракций, принимают участие в укладке ДНК), негистоновые (гетерогенная по химическому составу группа, ферменты, обеспечивающие репликацию и транскрипцию). Упаковка ДНК: нуклеосомный уровень, соленоидный, петельный (взаимодействие ДНП с белками ядерного матрикса), хромонемный, хромосомный. Хроматин и хромосома по химическому составу сходны, отличаются только степенью спирализации.

Виды хроматина: эухроматин (деконденсированный, активно работающий), гетерохроматин (частично конденсированный) два подтипа: конституитивный – не может переходить в эухроматин, факультативный – может.

Ядрышко – составная часть хроматина. Этот участок называется ядрышковым организатором, в митотической хромосоме он расположен в области вторичной перетяжки. Ядрышко состоит из двух компонентов: постоянно конденсированный участок – из конституитивного гетерохроматина, деспирализованный участок– расположена рибосомальная РНК. Морфологически различают: центральную – фибриллярную часть (ДНК и рРНК), периферическую – глобулярную часть (субъединицы рибосом). Ф-ИИ: формирование рибосом.

Ø КАРИОПЛАЗМА – аналогична гиалоплазме, создает микросреду для ядерных структур.

ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ (РЕПРОДУКЦИЯ) КЛЕТКИ

Клеточный (митотический) цикл – жизнь клетки от одного деления до другого.

1) ПРЕСИНТЕТИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (постмитотический) – в дочерних клетках содержание белка и РНК в два раза меньше чем в материнской. Идет синтез РНК и белка. Клетка содержит диплоидный набор ДНК.

2) СИНТЕТИЧЕСКИЙ ПЕРИОД – происходит удвоение ДНК, клетки тетраплоидны

3) ПОСТСИНТЕТИЧЕСКИЙ (премитотический) – идет синтез иРНК, синтез белков, преимущественно тубулинов. В конце этого периода синтез белков снижается, и клетка вступает в митоз.

4) МИТОЗ

• ПРОФАЗА – хромосом 2n, ДНК 4c, каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид, идет конденсация хромосом, ичезновение ядрышек, разрушение ядерной оболочки. Образуется веретено деления, центриоли расходятся к противоположным полюсам, от них отходят микротрубочки веретена деления. Микротрубочки образуются в результате полимеризации тубулина в области центриолей и кинетохоров, которые располагаются в области перевичной перетяжки хромосом.
• МЕТАФАЗА – заканчивается образование веретена деления, хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости, образуя метафазную пластинку или материнскую звезду. Происходит обособление сестринских хроматид, они контактируют только центриолями.
• АНАФАЗА – сестринские хроматиды теряют связь друг с другом и начинают расходится к полюсам клетки.
• ТЕЛОФАЗА – начинается с остановки хромосом, они начинают деконденсироваться, формируется ядерная оболочка и ядрышки, происходит разделение клетки – цитотомия (у животных – путем перетяжки).

ХРОМОСОМЫ: равноплечие, акроцентрические. Кинетохор – в области первичной перетяжки. Вторичная перетяжка отделяет спутник хромосомы.

G0 период – это клетки, находящиеся вне митотического цикла. Представляют собой покоящиеся, временно или окончательно переставшие делится клетки. Потеря способности делиться сопровождается способностью к специализации. Клетки печени могут вновь вернуться в митотический цикл.

Жизненный цикл клетки – жизнь клетки от деления до гибели.

1. деление
2. рост
3. дифференцировка
4. активное функционирование
5. старение
6. гибель: - Некроз – под воздействием неблагоприятных факторов изменяется ионный состав, падает активность синтетических и метаболических процессов, набухание мембраны, активируются лизосомальные ферменты, и происходит гибель.

- Апоптоз – запрограммированная гибель к-ки, активируются рецепторы самоуничтожения, при этом синтетические процессы остаются в норме. Мембрана не изменяется, происходит активация эндонуклеаз, под их влиянием клетка рассыпается на фрагменты.

ПОЛИПЛОИДИЯ – образование клеток с повышенным содержанием ДНК. Появляются в результате полного отсутствия или незавершенности отдельных этапов митоза. Может наблюдаться при блокаде деления клеточного тела. Особый способ полиплоидизации – эндоредуплекация – происходит несколько циклов редупликации ДНК без образования хромасом и последующего митоза.