Укажите количественные методы исследования химического состава и метаболизма клеток и тканей.

В настоящее время наряду с качественными методами разработаны и применяются количественные гистохимические методы определения содержания различных веществ в клетках и тканях. Особенность количественно-гистохимических (в отличие от биохимических) методов исследования заключается в возможности изучения концентрации и содержания химических компонентов в конкретных структурах клеток и тканей.

К таким методам относятся следующие количественные методы:

Цитоспектрофотометрия –метод количественного изучения внутриклеточных веществ по их абсорбционным спектрам.

Цитоспектрофлюориметрия –метод количественного изучения внутриклеточных веществ по спектрам их флюоресценции или по интенсивности флюоресценции на одной заранее выбранной волне (цитофлюориметрия).

Современные микроскопы — цитофлюориметры позволяют обнаружить в различных структурах малые количества вещества (до 1014—10~16 г) и оценить локализацию исследуемых веществ в микроструктурах.

Интерферометрия. Этот метод позволяет оценить сухую массу и концентрацию плотных веществ в живой и фиксированной клетках. С помощью этого метода, например, можно установить суммарное содержание белков в живых и фиксированных клетках.

19. Какие методы анализа изображения клеточных и тканевых структур Вы знаете?

Полученные изображения микрообъектов в микроскопе, на телевизионном экране дисплея, на электронных микрофотографиях могут подвергаться специальному анализу — выявлению морфометрических, денситометрических параметров и их статистической обработке.

Таким образом, применение новых методов исследований в гистологии, цитологии и эмбриологии позволяет выяснить общие закономерности организации тканей и клеток, структурные основы биохимических процессов, определяющих функцию конкретных структурных компонентов клетки.

Тема 2 «Клеточная оболочка (поверхностный аппарат, плазмолемма)»

Организм человека и животных представляет собой целостную систему, в которой можно выделить ряд иерархических уровней организации живой материи: клетки – ткани – органы – системы органов. Каждый уровень структурной организации имеет морфофункциональные особенности, отличаючие его от других уровней.

Изучением общих черт строения и функционирования клеток занимается наука цитология, или, как ее теперь называют, биология клетки.

1. Что же такое «клетка»?

Клетка – элементарная структурная, функциональная и генетическая единица в составе всех растительных и животных организмов, которая составляет основу их жизнедеятельности и обладающая всеми признаками живого: раздражимостью, возбудимостью, сократимостью, обменом веществ и энергии, хранением генетической информации и передачей ее в ряду поколений (способностью к размножению). Количество клеток во взрослом организме человека – 10¹³ , которые можна разделить на 200 типов.

2. Какое строение имеют клетки?

Общая структурная организация клетки:

1. Ядро (ядерна оболочка, хроматин, кариоплазма, ядрышко, ядерный матрикс).

2. Цитоплазма:

а) гиалоплазма (цитозоль, структурированный матрикс);

б) органеллы:

-мембранные (митохондрии, аппарат Гольджи, лизосомы, гладкая ЭПС, гранулярная ЭПС, мембранные пузырьки);

- немембранные (рибосомы, микротрубочки, центриоли, реснички, жгутики, микрофиламенты, промежуточные филаменты;

в) включения (трофические, секреторные, пигментные, экскреторные).

3. Клеточная мембрана (плазмолемма).

3. Как классифицируют клетки?

Клетки, которые имеют ядро, называются эукариотическими, а клетки, которые не имеют ядра, называются прокариотическими.

Плазмолемма

Плазмолемма – это клеточная мембрана, которая, с одной стороны, отделяет цитоплазму клетки от окружающей среды, а с другой – обеспечивает ее связь с этой средой.

4. Какой химический состав плазмолеммы?

Основными химическими компонентами клеточных мембран являются липиды (40%) и белки (60%); кроме того, во многих мембранах обнаружены углеводы (5-10%).

5. Какое строение имеет плазмолемма?

Строение плазмолеммы:

1. Надмембранный комплекс (гликокалекс).

2. Элементарная биологическая мембрана (белково-липидный комплекс).

3. Подмембранный комплекс (кортикальный слой).

Структура плазмолеммы. Плазмолемма – самая толстая из кле­точных мембран. Она имеет трехслойное строение. Средний слой представлен элементарной биологической мембраной, которая построена из двойного слоя молекул липидов, между которыми располагаются молекулы белков.

К липидам относится большая группа органических веществ, обладающих плохой растворимостью в воде (гидрофобность) и хорошей растворимостью в органических растворителях и жирах (липофильность). Состав липидов в разных мембранах неодинаков. Например, плазматическая мембрана в отличие от мембран эндоплазматической сети и митохондрий обогащена холестерином. Характерными представителями липидов, встречающихся в клеточных мембранах, являются фосфолипиды (глицерофосфатиды), сфингомиелины, а из стероидных липидов — холестерин.

Особенностью липидов является разделение их молекул на две функционально различные части: гидрофобные неполярные, не несущие зарядов («хвосты»), состоящие из жирных кислот, и гидрофильные, заряженные полярные «головки». Это определяет способность липидов самопроизвольно образовывать двухслойные (билипидные) мембранные структуры толщиной 5—7 нм. В мембране гидрофобные цепи обращены внутрь бислоя, а гидрофильные головки – кнаружи. Липиды обеспечивают основные физико-химические свойства мембран, в частности их текучесть при температуре тела.

Мембранные белкиудерживаются в липидном бислое за счет гидрофобных взаимодейст­вий с молекулами липидов. Они обеспечивают специфические свойства мембраны (типы белков и их содержание в мембране отражают ее фун­кцию). По биологической роли белки мембран можно разделить на белки-ферменты, белки-переносчики, рецепторные и структурные белки. По своему расположе­нию относительно липидного бислоя мембранные белки разделяются на две основные группы - интегральные и периферические.

Периферические белки непрочно связаны с поверхностью мем­браны и обычно находятся вне липидного бислоя.

Интегральные белкилибо полностью (собственно интегральные белки), либо частично (полуинтегральные белки)погружены в липид­ный бислой; часть белков целиком пронизывает всю мембрану ( трансмембранные белки).

Рисунок 2.1 – Строение клеточной мембраны (схема):

1 – липиды; 2 – гидрофобная зона бислоя липидных молекул; 3 – интегральные белки мембраны; 4 – полисахариды гликокаликса

6. Какое строение имеет надмембранный слой плазмолеммы?

Снаружи от плазмолеммы располагается надмембранный слой – гликокаликс. Толщина этого слоя около 3-4 нм, он обнаружен практически во всех живых клетках, но степень его выраженности различна. Гликокаликс представляет собой ассоциированный с плазмолеммой гликопротеиновый комплекс, в состав которого входят различные углеводы. Углеводы образуют длинные, ветвящиеся цепочки полисахаридов, связанные с белками (гликопротеины) и липидами (гликолипиды), входящими в состав плазмолеммы. Углеводные участки гликолипидов и гликопротеинов придают поверхности клетки отрицательный заряд. Эти участки служат рецепторами, обеспечивающими распознавание клеткой соседних клеток и межклеточного вещества, атакжеадгезивные взаимодействияс ними.

В состав гликокаликса, помимо угле­водных компонентов, входят периферические мембранные белки и полуинтегральные белки, функциональные участки которых находятся в надмембранной зоне (например, иммуноглобулины). В гликокаликсе нахо­дятся рецепторы гистосовместимости, некоторые ферменты, рецепторы гормонов.

7. Какое строение имеет третий слой плазмолеммы?

Третий слой плазмолеммы называется кортикальным слоем. Подмембранный комплекс образован специализированной периферической час­тью цитоплазмы, прилежащей к плазмолемме и со­держащей элементы цитоскелета, преимущественно микрофиламенты. Более глубоко располагаются промежуточные филаменты, микротрубочки и периферические белки. Благодаря сокращению сети микрофила- ментов, связанных с белками плазмолеммы, происходят изменения фор­мы клетки и ее отдельных участков, формирование псевдоподий, вырос­тов, перемещение клетки в пространстве.

Рисунок 2.2 – Общая модель строения плазмолеммы

8. Какие функции выполняет плазмолемма?

Функции плазмолеммы:

1. Рецепторная - взаимодействие с гормонами, медиаторами и другими химическими факторами.

2. Транспортная – транспорт веществ в середину клетки называется – эндоцитоз, а из клетки – экзоцитоз.

3. Образование межклеточных контактов.

Мембранные рецепторы являются преимущественно гликопроте­инами, которые расположены на поверхности плазмолеммы клеток и обладают способностью высокоспецифически связываться со своими лигандами.Они выполняют рядфункций:

1) регулируют проницаемость плазмолеммы, изменяя конформа­цию белков и ионных каналов;

2) регулируют поступление некоторых молекул в клетку;

3) действуют как датчики, превращая внеклеточные сигналы во внутриклеточные;

4) связывают молекулы внеклеточного матрикса с цитоскеле­том. Эти рецепторы, называемые интегринами, играют важную роль в формировании контактов между клетками; клеткой и компонентами межклеточного вещества.

Рецепторы, связанные с каналами, взаимодействуют с сигнальной молекулой ( нейромедиатора), которая временно открывает или закры­вает воротный механизм, в результате чего инициируется или блокиру­ется транспорт ионов через канал.

Каталитические рецепторы включают внеклеточную часть (соб­ственно рецептор) и цитоплазматическую часть, которая функциони­рует как протеинкиназа (посредством таких рецепторов на клетки воз­действуют инсулин и некоторые факторы роста).

Рецепторы, связанные с С-белками – трансмембранные белки, ас­социированные с ионным каналом или ферментом – состоят из рецептора, взаимодействующего с сигнальной молекулой (первый посредник), и G-белка (связывающего регуляторного белка), который передаст сигнал на связанный с мембраной фермент (аденилатциклазу) или ионный канал, вследствие чего активируется второй внутриклеточный посредник– чаще всего циклический АМФ (цАМФ) или Са²+. Около 80% всех гормо­нов и нейромедиаторов действуют через рецепторы, связанные с эффекторными механизмами посредством G-белков.

В составе плазмолеммы находятся клеточные адгезионные молекулы (KAM) – трансмембранные белки, которые служат рецепторами для внеклеточных фибриллярных макромолекул фибронектина и ламинина. Фибронектин связывается с клетками и молекулами внеклеточного матрикса (коллагеном, гепарином, фибрином). Таким образом, фибронектин служит в качестве адгезионного мостика между клеткой и компонентами межклеточного вещества. Между тем, внутриклеточная часть молекулы через ряд других их белков связана с цитоскелетом.

9. Какой бывает транспорт веществ?

Транспорт малых молекул

1. Пассивный (по градиенту концентрации):

а) простая диффузия;

б) облегченная диффузия (мембранные каналы и белки-переносчики).

2. Активный транспорт (против градиента концентрации).

Транспорт макромолекул и частичек (эндо- и экзоцитоз).

1. Эндоцитоз:

а) фагоцитоз;

б) пиноцитоз.

Мембранный транспорт веществ может включать однонаправ­ленный перенос молекулы какого-то вещества или совместный транс­порт двух различных молекул в одном или противоположных направ­лениях.

Пассивный транспорт – включает простую и облегченную диффузии – процессы, не требующие затраты энергии. Механизмом простой диффузии осуществляется перенос мелких молекул (например О₂, Н₂О. СО₂); этот процесс протекает со скоростью пропорциональной градиенту концентрации транспортируемых молекул по обеим сторонам мембраны. Облегченная диффузия осуществляется через каналы и (или) белки-переносчики, которые обладают специфичностью в отношении транспортируемых молекул. В качестве ионных каналов выступают трансмембранные белки, образующие мелкие водные поры, через которые транспортируются мелкие водорастворимые молекулы и ионы. Белки-переносчики также являются трансмембранными белками, которые претерпевают обратимые изменения конформации, обеспечивающие транс­порт специфических молекул через плазмолемму. Они функционируют в механизмах как пассивного, так и активного транспорта.

Активный транспорт является энергоемким процессом, благодаря которому перенос молекул осуществляется с помощью белков-переносчиков против электрохимического градиента. Примером механизма, обеспечивающего противоположно направленный активный транспорт ионов, служит натриево-калиевый насос (представленный белком-переносчиком Na+ - K+ - АТФазой), благодаря которому ионы Na+ выводятся из цитоплазмы, а ионы К⁺ одновременно переносятся в нее. Этот механизм обеспечивает поддержание постоянства объема клетки (путем регуляции осмотического давления), а также мембранного потенциала. Активный транспорт глюкозы в клетку осуществляется белком-переносчиком и сочетается с однонаправленным переносом иона Na+.

Дата добавления: 2015-10-30