Клітка, як структурно-функціональна одиниця тканини. Загальний план будови еукаріотичних клітин.
Основою будови еукаріотичних організмів є найменша одиниця живого - клітина. Клітка - це обмежена активною мембраною. упорядкована, структурована система біополімерів, які становлять ядро і цитоплазму, беруть участь в єдиній сукупності метаболічних і енергетичних процесів, що здійснюють підтримку і відтворення всієї системи в цілому. Вміст клітини відокремлено від зовнішнього середовища або від сусідніх клітин плазматичноїмембраною (плазмолеммой). Все еукаріотичні клітини складаються з двох основних компонентів: ядра і цитоплазми. В ядрі - хроматин (хромосоми), ядерця, ядерна оболонка і нуклеоплазма (каріоплазма). Цитоплазма неоднорідна за своїм складом і будовою включає в себе гіалоплазму (основну плазму), в якій знаходяться органели, кожна з них виконує обов'язкову клітинну функцію. Частина органел має мембранне будова: ЕРС, комплекс Гольджі, лізосоми, пероксисоми і мітохондрії. Немембранні органели: центриоли, рибосоми, мікротрубочки і мікрофіламенти. Так само зустрічаються включення: жирові краплі, пігментні гранули і ін.
Біологічні мембрани клітин, їх будова, хімічний склад і функції.
У ліпідному Біслі фосфоліпідні гідрофобні групи звернені всередину, а гідрофільні назовні. Білкові молекули (інтегральні білки) вмонтовані в плазмалему. Якщо білкова молекула пронизує всю товщу мембрани - це трансмембранний білок. Якщо білкова молекула прикріплюється до поверхні мембрани - це периферичні білки (внутрішні - білки цитоскелету, зовнішні - рецепторні білки). Трансмембранні білки утворюють іонні канали. Мембранні білки: прикріплюють філаменти цитоскелету до клітинної мембрани; прикріплюють клітини до екстрацелюлярного матриксу (адгезійні молекули); транспортують молекули в клітину або з неї (білки-переносники, білки мембранних насосів, білки іонних каналів); діють як рецептори хімічної взаємодії між клітинами; мають специфічну ферментативну активність. У клітинній мембрані також присутні гліколіпіди, холестерин (обмежує латеральну плинність фосфоліпідів, робить мембрану менш текучої і більш стабільною). Гліколіпіди залучені в міжклітинні взаємодії. На поверхні виступають і молекули вуглеводів, з'єднані або з гліколіпідами, або з білками. Між хвостами протилежних молекул фосфоліпідів є лише слабкі гідрофобні зв'язку, які утримують дві половини мембрани разом. При заморожуванні-сколюванні клітинна мембрана розщеплюється вздовж так, що велика частина інтегральних білків відходить до внутрішнього листка, і лише деякі з них - зовнішньому.
Функції. встановлення структурної цілісності клітини; селективна проникність; регуляція міжклітинних взаємодій; впізнавання, через рецептори. антигенів, пошкоджених клітин, чужих клітин; трансдукция зовнішнього хімічного і фізичного сигналу до внутрішньоклітинного подія; служить розділом середовищ між цитоплазмою і зовнішнім оточенням; утворює транспортні системи для особливих молекул, як, наприклад, глюкоза.
Гликокаликс - тонка филаментозному мережу на поверхні клітин, що відходить від зовнішнього листка плазмалемми, що складається з олігосахаридів, ковалентно пов'язаних з гліколіпідами і глікопротеїнами плазмалемми. Відіграє важливу роль у визначенні імунологічних властивостей клітини і її взаємодії з іншими клітинами.
Кортикальний шар утворений жорсткої мережею поперечно пов'язаних білкових ниток з актину і актин-пов'язаних білків, з яких найпоширеніший - філамін. Утворює шар, що вистилає Р-поверхня плазмалемми.
Ядро, його значення в життєдіяльності клітин, основні компоненти та їх структурно-функціональна характеристика. Ядерно-цитоплазматичні відношення як показник функціонального стану клітини.
Ядро клітини - система генетичної детермінації і регуляції білкового синтезу. Ядро забезпечує дві групи загальних функцій: одну, пов'язану власне з зберіганням і передачею генетичної інформації, іншу - з її реалізацією, із забезпеченням синтезу білка. Ядро складається з хроматину, ядерця, каріоплазми (нуклеоплазми) і ядерної оболонки, яка відділяє його від цитоплазми. У складі хроматину - ДНК в комплексі з білком. Хроматин являє собою хромосоми, які розрихлюються, деконденсіруются. Зони повної деконденсаціі - еутохроматін. Неповна деконденсація - гетерохроматин. Хромосоми клітин можуть знаходиться в двох структурно-функціональних станах: в активному (робочому) - за участю хромосом в інтерфазних ядрі відбуваються процеси транскрипції і редуплікації; в неактивному - стан метаболічного спокою при максимальній їх конденсированности, коли вони виконують функцію розподілу і перенесення генетичного матеріалу в дочірні клітини. Ядро - похідне хромосоми, не є самостійною структурою або органели. Є місцем утворення рибосомних РНК і рибосом, на яких відбувається синтез поліпептидних ланцюгів як я ядрі, так і в цитоплазмі. Ядерна оболонка складається із зовнішнього і внутрішнього мембран. розділених перінуклеарним простором. Містить ядерні пори. Зовнішня мембрана (контактує з цитоплазмою клітини) - власне мембранна система ЕРС. Внутрішня мембрана пов'язана з хромосомним матеріалом ядра.
Цитоплазма. Загальна морфофункціональна характеристика.
Цитоплазма клітини, відокремлена від навколишнього середовища мембраною, включає в себе гіалоплазму, що знаходяться в ній обов'язкові компоненти - органели, а також різні непостійні структури, включення. Гіалоплазма - матрикс цитоплазми, являє справжню середу клітини. Є складною колоїдної системою, що включає в себе різні біополімери: білки, нуклеїнові кислоти, полісахариди та ін. Система здатна переходити з золеобразного (рідкого) стану в гелевидний і назад. До найважливіших ферментів гіалоплазми відносяться ферменту метаболізму цукрів, азотистих основ, амінокислот, ліпідів і інших важливих сполук. У гіалоплазме відбувається синтез білків на полірібосомамі. Через гіалоплазму здійснюється більша частина внутрішньоклітинних транспортних процесів: перенесення амінокислот, ЖК, нуклеотидів, цукрів. Тут же відбувається відкладення запасних продуктів: глікогену, жирових крапель, деяких пігментів.
Головні мембранні цитоплазматические органели: мітохондрії, ЕРС (гранулярна і гладка), апарат Гольджі, лізосоми. Головні немембранні органели: вільні рибосоми і полісоми, мікротрубочки, центріолі, вії, джгутики і філаменти (мікрофіламенти, проміжні філаменти).
ЕРС:
Гранулярна - замкнуті мембрани, які утворюють на перетинах сплощень мішки, цистерни або ж мають вигляд трубочок. Відмінною рисою цих мембран є те, що вони з боку гіалоплазми покриті рибосомами. Роль - процес сегрегації, відокремлення цих синтезованих білків гіалоплазми клітини; є місцем освіти як самих мембран вакуолярної системи, так і плазматичноїмембрани; на рибосомах відбувається синтез інтегральних білків, які вбудовуються в товщу мембрани.
Гладка - мембрани, що утворюють дрібні вакуолі і трубки, канальці, які можуть гілкуватися, зливатися один з одним. Діяльність її пов'язана з метаболізмом ліпідів і деяких внутрішньоклітинних полісахаридів. Сильно розвинена в клітинах, які секретують стероїди. Функція депонування іонів кальцію в поперечно-смугастих м'язах.
Апарат Гольджі: в діктіосоме розташовані плоскі мембранні мішки, або цистерни, між якими розташовуються тонкі прошарки гіалоплазми. Крім цистерн спостерігається безліч вакуолей. які зустрічаються в периферичних ділянках зони пластинчастого комплексу. Мембранні елементи комплексу беруть участь в сегрегації і накопиченні продуктів, синтезованих в цитоплазматичної мережі, беруть участь в їх хімічних перебудовах, дозріванні, в цистернах відбувається синтез полісахаридів, відбувається процес виведення готових секретів за межі клітини.
Лізосоми: різноманітний клас вакуолей, обмежених одиночної мембраною. Характерна ознака - гідролітичні ферменти (гідролази), що розщеплюють різні біополімери. Первинні лізосоми - дрібні мембранні пухирці, заповнені безструктурним речовиною, що містить активну кислу фосфатазу, маркерний для лізосом фермент. Вторинна лизосома (вакуоль) - первинні лізосоми + фагоцитарні або піноцитозні вакуолі. Аутофагосоми - відносяться до вторинних лізосом, але з тією відмінністю, що в складі вакуолей зустрічаються фрагменти або цілі цитоплазматичні структури. Роль - участь в процесах внутрішньоклітинного розщеплення як екзогенних, так і ендогенних біологічних макромолекул.
Мітохондрії: обмежені двома мембранами. Зовнішня відокремлює їх від гіалоплазми (рівні контури і замкнута - мембранний мішок). Внутрішня обмежує власне внутрішнє вміст мітохондрій, її матрикс. Характерна риса внутрішніх мембран мітохондрій - наявність крист. Функція - окислення органічних сполук і використання звільняється при розпаді цих сполук енергії для синтезу АТФ.
Микротрубочки: білкові структури, які не мають мембранного будови, в цитоплазмі можуть утворювати тимчасові складні освіти, наприклад веретено клітинного ділення. Микротрубочки, виділені з різних джерел, мають подібний склад і містять білки - тубуліну. Функція - беруть участь у створенні ряду тимчасових або постійних структур - внутрішньоклітинний каркас або цитоскелет, веретено клітинного ділення, вії і джгутики. центриоли.
Включення: необов'язкові компоненти. Виникають і зникають в залежності від метаболічного стану клітин. Розрізняють трофічні, секреторні, екскреторні, пігментні. До включень відносяться крапельки нейтральних жирів, які можуть накопичуватися в гіалоплазме. У разі нестачі субстратів для життєдіяльності клітини ці крапельки можуть реабсорбироваться. Іншим видом включень резервного характеру є глікоген, полісахарид, що відкладається також у гіалоплазме.
Ендоплазматична мережа, її структура і функції.
Гранулярна - замкнуті мембрани, які утворюють на перетинах сплощень мішки, цистерни або ж мають вигляд трубочок. Відмінною рисою цих мембран є те, що вони з боку гіалоплазми покриті рибосомами. Роль - процес сегрегації, відокремлення цих синтезованих білків гіалоплазми клітини; є місцем освіти як самих мембран вакуолярної системи, так і плазматичноїмембрани; на рибосомах відбувається синтез інтегральних білків, які вбудовуються в товщу мембрани.
Гладка - мембрани, що утворюють дрібні вакуолі і трубки, канальці, які можуть гілкуватися, зливатися один з одним. Діяльність її пов'язана з метаболізмом ліпідів і деяких внутрішньоклітинних полісахаридів. Сильно розвинена в клітинах, які секретують стероїди. Функція депонування іонів кальцію в поперечно-смугастих м'язах.
Включення, їх класифікація, хімічна та морфофункціональна характеристика. Фізико-хімічні властивості гіалоплазми.
Необов'язкові компоненти. Виникають і зникають в залежності від метаболічного стану клітин. Розрізняють трофічні, секреторні, екскреторні, пігментні. До включень відносяться крапельки нейтральних жирів, які можуть накопичуватися в гіалоплазме. У разі нестачі субстратів для життєдіяльності клітини ці крапельки можуть реабсорбироваться. Іншим видом включень резервного характеру є глікоген, полісахарид, що відкладається також у гіалоплазме.
Розрізняють два основних способи розмноження клітин:
мітоз (каріокенез) - непрямий поділ клітин, яке притаманне в основному соматичним клітинам;
мейоз або редукційний поділ - характерно тільки для статевих клітин.
Мітоз підрозділяється на 4 фази: профази; метафаза; анафаза; телофаза.
У кожній фазі відбуваються певні структурні перетворення.
Профаза характеризується морфологічними змінами ядра і цитоплазми. В ядрі відбувається: конденсація хроматину та освіту хромосом, що складаються з двох хроматид, зникнення ядерця, розпад каріолемми на окремі бульбашки. У цитоплазмі відзначається редупликация (подвоєння) центриолей і розбіжність їх до протилежних полюсів клітини. формування з мікротрубочок веретена поділу, репродукція зернистої ендоплазматичної мережі, а також зменшення числа вільних і прикріплених рибосом.
У метафазі відбувається утворення метафазної пластинки, або материнської зірки, неповне відокремлення сестринських хроматид один від одного.
Анафаза характеризується повним відокремленням (розбіжністю) хроматид і утворенням двох рівноцінних диплоїдних наборів хромосом, розбіжністю хромосомних наборів до полюсів митотического веретена і розбіжністю самих полюсів.
Телофаза характеризується деконденсація хромосом кожного хромосомного набору, формуванням з бульбашок ядерної оболонки, цитотомії - перетяжкой двуядерной клітини на дві дочірні самостійні клітини, появою ядерця в ядрах дочірніх клітин.
Интерфаза підрозділяється на 3 періоди:
J1, або пресинтетичний; S, або синтетичний; J2, або постсинтетичний.
Амитоз - прямий поділ клітини, у якій ядро знаходиться в интерфазном стані. При цьому не відбувається конденсації хромосом і утворення веретена поділу.
Життєвий цикл клітини: його етапи, морфофункціональна характеристика.
Збільшення числа клітин, їх розмноження відбувається шляхом поділу вихідної клітини. Поділу клітин передує редупликация їх хромосомного апарату, синтез ДНК. Це правило є загальним для прокариотических і еукаріотів. Час існування клітини як
такий, від поділу до поділу або від поділу до смерті, називають клітинним циклом (cyclus cellularis). У дорослому організмі вищих хребетних клітини різних тканин і органів мають неоднакову здатність до поділу. Зустрічаються популяції клітин, повністю втратили властивість ділитися. Це здебільшого спеціалізовані, диференційовані клітини (наприклад, зернисті лейкоцити крові). В організмі є постійно оновлюються тканини - різні епітелії, кровотворні тканини. У таких тканинах існує частина
клітин, які постійно діляться, замінюючи відпрацювали або гинуть клітинні типи (наприклад, клітини базального шару покривного епітелію, клітини крипт кишечника, кровотворні клітини кісткового мозку). Багато клітини, які не розмножуються в звичайних умовах. і набувають знову це властивість при процесах репаративної регенерації органів та тканин. Розмножуються клітини мають різною кількістю ДНК в залежності від стадії клітинного циклу. Це спостерігається при розмноженні як соматичних, так і статевих клітин.
припиняється під час мітозу. Синтез білка під час мітозу досягає свого максимуму в G2-періоді. У зростаючих тканинах рослин і тварин завжди є клітини, які знаходяться як би поза циклом. Такі клітини прийнято називати клітинами Go-періоду. Це клітини, які після мітозу не вступають в пресинтетичний період (G1). Саме вони являють собою покояться, тимчасово або остаточно перестали розмножуватися клітини. У деяких тканинах такі клітини можуть перебувати тривалий час, не змінюючи своїх морфологічних властивостей: вони зберігають здатність до поділу. Це камбіальні клітини (наприклад, стовбурові в кровотворної тканини). Найчастіше втрата здатності ділитися супроводжується спеціалізацією і диференціюванням. Такі диференціюються клітини виходять з циклу, але в особливих умовах можуть знову входити в цикл. Наприклад, більшість клітин печінки знаходиться в G0-nepіоде; вони не синтезують ДНК і не діляться. Однак при видаленні частини печінки у експериментальних тварин багато клітини починають підготовку до мітозу (G1-період), переходять до синтезу ДНК і можуть мітотично ділитися. В інших випадках, наприклад в епідермісі шкіри, після виходу з циклу розмноження і диференціювання клітини деякий час функціонують, а потім гинуть (ороговілі клітини покривного епітелію). Багато клітини втрачають повністю
здатність повертатися в мітотичний цикл. Так, наприклад, нейрони головного мозку, а також міокарда постійно знаходяться в G0-періоді (до смерті організму).
Основні положення клітинної теорії і значення в розвитку біології і медицини.
Клітка - найменша одиниця живого. «Клітка є останній морфологічний елемент всіх живих тіл, і ми не маємо права шукати справжньої життєдіяльності поза нею»; «Життя є спосіб існування білкових тіл, і цей спосіб існування полягає по своїй суті в постійному самооновлення хімічних складових частин цих тіл».
Подібність клітин різних організмів за будовою. Подібність, гомологія, в будові клітин визначається подібністю загальноклітинними функцій, пов'язаних з підтриманням самої живої системи.
Розмноження клітин шляхом поділу вихідної клітини. «Будь-яка клітина від клітини». Розмноження клітин відбувається тільки шляхом ділення вихідної клітини, якому передує відтворення її генетичного матеріалу. Види поділу: мітоз, мейоз, амитоз.
Клітини як частини цілісного організму. Кожен прояв діяльності цілого організму. будь то реакція на роздратування або рух, імунні реакції і багато іншого, здійснюється спеціалізованими клітинами.