Тема лекции: «Биология клетки.

Тема лекции: «Биология клетки.

Строение эукариотической клетки»

В современной биологической литературе имеются различные варианты определения «Клетка - …». Одно из них: «Клетка – это живая открытая биологическая система, способная к саморегуляции, само-обновлению и самовоспроизведению».

Под саморегуляцией понимают способность клетки самосто-ятельно регулировать собственный метаболизм веществ, начиная с поступления их в клетку, затем превращения веществ в ходе реакций ассимиляции и диссимиляции, заканчивая выведением из клетки продуктов обмена.

Самообновление – это способность клетки восстанавливать свои собственные структуры, утраченные в процессе жизнедеятельности. Продолжительность жизни различных клеток может составлять дни, месяцы, годы. В течение этого времени часть органоидов разрушаются (аутофаголизосомы) и возникает потребность в их возобновлении.

Самовоспроизведение определяется способностью клетки к делению. Большинство клеток многоклеточного организма способны образовывать новые дочерние клетки. Увеличение количества клеток и увеличение их объема обусловливают рост организмов, а согласованная функция отдельных клеток обеспечивает жизнедеятельность всего организма. Следовательно, чтобы понять закономерности жизнедеятельности всего организма, надо знать закономерности жизнедеятельности отдельной клетки.

В настоящее время описаны около 200 различных клеток в организме человека, и все они входят в состав 4-х тканей: эпителиальной, мышечной, нервной и соединительной.

Основные признаки эукариотической клетки

Признак	Строение и организация
ДНК	Имеет линейную структуру и связана в различными белками, в ядре образуют хроматиновые нити.
Мембраны	Плазмолемма и мембраны органоидов имеют сход-ное строение: бислой фосфолипидов и встроенные в него белки, которые выполняют различные функции.
Дыхание	Аэробное дыхание происходит в митохондриях.
Органоиды	Являются динамическими структурами и могут уве-личиваться или уменьшаться в размерах, располага-ются в клетках не хаотично; каждый компонент за-нимает определенное место в клетке для выполнения специализированной функции.

В каждой клетке можно выделить три основных компонента:

- плазмолемму

- цитоплазму

- ядро

I.Плазмолемма

В составе плазмолеммы входят:

- мембранный комплекс (бислой липидой и встроенные в него белки)

- надмембранный комплекс (гликопротеины и гликолипиды)

- субмембранный комплекс (микротрубочки, мио- и микрофиламенты)

Рис. Компоненты плаз­матической мембраны.

А — холестерин;

В — олигосахарид в составе ликопротеина на наружной поверхности;

С и D — интегральные белки;

Е — молекулы фосфолипидов;

F — хвосты жирных кис­лот в составе фосфолипидов;

G — полярные головки фос­фолипидов;

Н — перифери­ческий белок

Функции плазмолеммы:

1. Ограничение и обособление клеток. Обособлениеклеток от межклеточной среды обеспечивается плазматической мембраной, защищающей клетки от механического и химического воздействий. Плазматическая мембрана обеспечивает также сохранение разности концентраций метаболитов и неорганических ионов между внутриклеточной и внешней средой.

2. Контролируемый транспорт веществ и ионов определяет внутреннююсреду клетки и обеспечивает подержание внутри-клеточного гомеостаза.

3. Восприятие внеклеточных сигналов (рецепторная функция)и их передача внутрь клетки.

4. Контактное взаимодействие с межклеточным матриксом и взаимодействие с другими клеткамипри слиянии клеток и образовании тканей.

6. Соединение с элементамицитоскелета обеспечивает поддер-жание формы клеток и движение гиалоплазмы внутри клетки.

Учитывая разнообразия веществ, которые должны поступать или выводиться из клетки, существуют различные механизмы транспорта. С основы разделения механизмов положены следующие принципы: наличие или отсутствие переносчика, использование для транспорта АТФ (транспорт без затрат АТФ – пассивный, с затратами АТФ – активный), изменение конформации мембраны

Транспорт веществ
Непосредственный (без переносчика)	Опосредованный (с переносчиком)	С изменением конформации мембраны
Диффузия (без затрат АТФ)	Облегченная диффузия (без затрат АТФ)	Активный (с затратами АТФ)
О2, СО2, Неполярные в-ва	-ионные каналы (К, Са, Cl) - водные каналы	Белки-перенос- чики (Na-K-насос)	Эндоцитоз Экзоцитоз

Эндоцитоз – процесс транспорта в клетку макромолекул, жидко-стей или частиц (бактерии, остатки клеток). Различают механизмы эндоцитоза: пиноцитоз, фагоцитоз и опосредованный рецепторами эндоцитоз.

Последний характеризуется следующим:

- осуществляется через образование окаймленных пузырьков (вокруг поглощаемого вещества образуется оболочка из белка кластрина)

- в области эндоцитозных ямок располагаются рецепторы к специфическому веществу

Таким способом в клетки проникают иммуноглобулины, факторы роста клеток, ЛНП, вирусы.

Экзоцитоз – процесс, при котором внутриклеточные пузырьки, содержащие ферменты, гормоны или другие биологически активные вещства, сливаются с плазмолеммой, и их содержимое выводится из клетки.

Связь с клиникой.

1. Рецепторы гистосовместимости (переливание крови, трансплантация

органов).

2. Нарушение структуры белков-рецепторов.

3. Контактное торможение роста клеток (опухолевые клетки).

4. Нарушение транспорта ЛНП в клетки (развитие атеросклероза)

II. Цитоплазма

Цитоплазма – внутреннее содержимое клетки за исключением ядра. В состав цитоплазмы входят: гиалоплазма, органоиды клетки и включения.

Классификация органоидов по строению

Мембранные	Немембранные
Одно-	Двух-
Гр ЭПС гл ЭПС комплекс Г. лизосомы пероскисомы	митохондрии	Рибосомы	Микротрубо- ки	Филаменты
	- центриоли - веретено деления - реснички и жгутики	- микро- (актин) - микро- (миозин)

Микротрубочки и филаменты

формируют цитоскелет клетки

Функции цитоскелета:

1. Поддерживает форму клетки и разделяет ее на отдельные компоненты
2. Обеспечивает движение гиалоплазмы
3. Участвует во внутриклеточном транспорте веществ
4. Участвует в образовании межклеточных контактов

Лизосомы

Лизосомы — это органеллы диаметром 0,2-2,0 мкм, окруженные простой мембраной, способные принимать самые разные формы. Обычно на клетку приходится несколько сотен лизосом. Функция лизосом заключается в разрушении веществ или частиц, поступивших в клетку, или разрушении собственных клеточных компонентов. Это достигается за счет присутствия в лизосомах около 40 типов различных расщепляющих ферментов — гидролаз с оптимумом действия в кислой области. Главный фермент лизосом — кислая фосфатаза. В мембране лизосом находятся АТФ-зависимые протонные насосы вакуольного типа. Они обогащают лизосомы протонами, вследствие чего для внутренней среды лизосом рН 4,5-5,0 (в то время как в цитоплазме рН 7,0-7,3). Лизосомные ферменты имеют оптимум рН около 5,0, т. е. в кислой области. При рН, близких к нейтральным, характерным для цитоплазмы, эти ферменты обладают низкой активностью. Очевидно, это служит механизмом защиты клеток от самопереваривания о том случае, если лизосомный фермент случайно попадет в цитоплазму.

Первичные лизосомы образуются в аппарате Гольджи.

Вторичные лизосомы (фаголизосомы) образуются при слиянии лизосомы с фагосомой (осуществляется переваривание веществ, захваченных клеткой извне) или органоидом клетки (аутофаголизосома). Лизосомы, содержащие непереваренный материал, называют остаточные тельца.

Первичные лизосомы образуются в аппарате Гольджи.

Связь с клиникой.

1.При гипоксии клеток (наложение жгута, синдром длительного сдавления) происходит активизации лизосом.

2. Некоторые редко встречающиеся заболевания связаны с гене-тическими дефектами лизосомных ферментов, так как эти ферменты участвуют в расщеплении гликогена (гликогенозы), липидов (липидозы) и протеогликанов (мукополисахаридозы). Продукты, которые не могут участвовать в метаболизме из-за дефектов или отсутствия соответствующих ферментов, накапливаются в остаточных телах, что приводит к необратимому повреждению клеток и как результат к нарушению функций соответствующих органов.

Пероксисомы

Пероксисомы - клеточные органеллы диаметром ~0,5 мкм, имеющиеся во всех эукариотических клетках и состоящие из одинарной мембраны происходящей и из гладкого эндоплазматического ретику-лума. Пероксисомы не содержат ДНК; все белки приходят из цитозоля.
Пероксисомы содержат окислительные ферменты (каталаза, уратоксидаза, оксидаза-D-аминокислот) в высокой концентрации.

Наряду с митохондриями являются главным местом утилизации O₂. Фермент пероксисом пероксидаза катализирует реакцию RH₂+O₂ = R+H₂O₂. Фермент каталаза катализирует реакцию H₂O₂+RH₂ = R+2H₂O, окисляя фенолы, муравьиную кислоту, формальдегид и спирты. При накоплении H₂O₂ происходит распад перекиси: H₂O₂ = 2H₂O+O_2.
В пероксисомах происходит окисление жирных кислот, с образованием ацетил-CoA, который переходит в цитозоль для повторного использования в метаболических реакциях.

Митохондрии

Митохондрии являются «силовой станцией» клетки, поскольку за счет окислительного распада питательных веществ в них синтезируется большая часть необходимого клетке АТФ (АТР). В митохондриях локализованы следующие метаболические процессы: превращение пирувата в ацетил-КоА, цитратный цикл; дыхательная цепь, сопряженная с синтезом АТФ (сочетание этих процессов носит название «окислительное фосфорилирование»); расщепление жирных кислот путем β-окисления и частично цикл мочевины. Митохондрии также поставляют клетке продукты промежуточного метаболизма и действуют наряду с ЭР как депо ионов кальция, которое с помощью ионных насосов поддерживает концентрацию Са²⁺ в цитоплазме на постоянном низком уровне.

Митохондрии являются главными потребителями кислорода в организме. Кислородная недостаточность (гипоксия) как результат недостаточного снабжения крови кислородом (ишемия) является причиной повреждения тканей вплоть до некроза. Первым признаком гипоксии является набухание митохондрий.

Учитывая то, что митохондрии в значительной степени обеспечивают энергетический обмен клетки, поэтому любое нарушение в них неизбежно отрицательно скажется на основных функциях организма. Нарушения генома ДНК митохондрий являются причиной митохондриальных наследственных болезней человека. Эти болезни наследуются по материнской линии, поскольку в зиготе оказываются митохондрии из яйцеклетки (митохондрии сперматозоида не попадают в оплодотворенную яйцеклетку). Митохондриальные болезни могут проявиться на разных стадиях индивидуального развития. Одним из опасных заболеваний, которое проявляется сразу после рождения, является метаболический ацидоз (рН в клетках изменяется в кислую сторону), связанный с накоплением молочной кислоты. Дефектные митохондрии могут только ограниченно использовать продукт гликолиза (пировиноградную кислоту) в цикле Кребса, а значительная часть которого в цитоплазме превращается в молочную кислоту.

Реснички и жгутики.

Жгутик у человека имеют только сперматозоиды. При патологии жгутиков возникает неподвижность сперматозоидов, что является одной из причин бесплодия.

Реснички присутствуют в эпителиальных клетках воздухопро-водящих путей и половых органов. Неподвижность ресничек маточных труб может привести к бесплодию у женщин.

Включения

Включения – временные и необязательные структуры клетки. Могут возникать в клетках как в норме, так и при патологических процессах. Появление включений в клетках может служить маркером (признаком), на основании которого ставиться диагноз.

Трофические включения (липиды, гликоген). Жировые включения в клетках печени при хроническом алкоголизме, увеличение зерен гликогена в эпителии почечных канальцев при сахарном диабете.

Секреторные включения – мембранные пузырьки, содержащие ферменты, гормоны, слизь.

Экскреторные включения – содержат продукты обмена веществ, которые подлежат удалению из клетки.

Пигментные включения: экзогенные (частицы пыли, красители) и эндогенные (гемоглобин, гемосидерин – накапливается при геломизе эритроцитов, билирубин, меланин, липофусцин – при старости, длительном голодании, при хронических заболеваниях сердца).

«Молекулярно-генетический уровень организации живого. Поток информации, вещества и энергии в клетке»

Вопросы для самостоятельной подготовки:

1. Клетка как открытая система. Поток вещества, энергии и информа-

ции в эукариотической клетке.

2. Обмен веществ в живых организмах. Классификация организмов по

способу питания и пути получения энергии. Эволюция типов мета-

болизма.

3. Химическая организация генетического материала. Строение нукле-

иновых кислот. Уникальные и повторяющиеся последовательности

ДНК, их функциональное значение.

4. Ген – функциональная единица наследственности. Особенности

структурной организации гена. Функциональные группы генов.

Свойства генов.

5. Кодирование и реализация наследственной информации. Этапы био-

биосинтеза белка (транскрипция, посттранскрипционные процесссы,

трансляция, посттрансляционные процессы).

6. Оперон. Регуляция активности структурных генов.

7. Репликация ДНК: принципы, ферментативные системы, механизмы

контроля репликации ДНК. Значение репликации ДНК в процессах

онтогенеза организма и при смене поколений.

8. Репарация ДНК как механизм поддержания генетического гомеоста-

за. Виды репарации.

Дата добавления: 2015-08-28