Опорно-двигательная система клетки (цитоскелет)

5.1 Какие структуры образуют опорно-двигательную систему клетки?

Цитоплазма – это не просто гелеобразная масса, в которой разбросаны ядро и другие органеллы, она имеет развитую структуру. Пространство между ядром и внутренней поверхностью плазматической мембраны заполнено филаментами (нитями) так называемого клеточного матрикса или опорно-двигательной системы. Она представляет собой динамическую систему микротрубочек, микрофиламентов, промежуточных филаментов и микротрабекул.

5.2 Какие функции выполняют структуры цитоскелета?

1. Определяют форму клетки и ее сложное внутреннее строение, или ее структурированность.

2. Ответственные за двигательные реакции в клетке, а именно:

а) изменение формы клетки;

б) движение хромосом к полюсам клетки;

в) движение клеточной поверхности, которое обусловливает такие процессы как эндо- и экзоцитоз;

г) за внутриклеточный транспорт везикул и органелл;

д) за обменные процессы, обусловленные токами цитоплазмы;

в) за сократимость мышечных клеток, которая приводит к движениям различные органы и организм в целом;

5.3 Как классифицируют структуры цитоскелета?

Впервые микроскописты обнаружили нити в цитоплазме некоторых клеток еще в 19-м столетии. В 1950-60 годах с помощью электронного микроскопа удалось обнаружить 3 различные системы нитчатых структур. Биохимические и иммунологические исследования позволили идентифицировать белки, свойственные каждой из этих систем.

5.4 Классификация компонентов. Три системы филаментов различают как по химическому составу, так и по своей ультраструктурой. Так, по диаметру выделяют:

1. Тонкие нити-микрофиламенты, диаметр которых – 6 нм. Их основной химический компонент – белок актин.

2. Микротрубочки имеют диаметр 22нм, состоящие из белка тубулина.

3. Промежуточные филаменты, диаметр которых составляет 7-11нм, они разные по белковому составу.

Рисунок 4.4 – Филаменты цитоскелета

5.5 Как располагаются в клетке структуры цитоскелета?

С помощью иммунофлуоресцентной микроскопии можно изучать порядок расположения компонентов опорно-двигательного аппарата клетки. Актиновые микрофиламенты были обнаружены в виде пучков, которые параллельны клеточной поверхности. Микротрубочки не сконцентрированы у плазматической мембраны, а расходятся от расположенного около ядра клеточного центра и тянутся к плазматической мембраны. Промежуточные филаменты располагаются по-разному в клетках различных тканей.

Названные три системы филаментов не являются абсолютно отдельными и независимыми элементами цитоскелета. Обсуждается гипотеза, что три системы филаментов образуют общую сеть, с которой могут связываться не только органеллы, но и ферменты и растворимые белки. Некоторые исследователи считают, что три системы филаментов объединяются четвертой системой. Эту роль отводят так называемой "микротрабекулярной сети", которую можно наблюдать на микрофотографиях с помощью высоковольтного электронного микроскопа. Она выглядит как система нитей неравномерной толщины (от 2 до 10 нм).

Рисунок 4.5 – Структуры цитоскелета

5.6 Какие структурно - функциональные особенности характерны для микрофиламентов?

Это тонкие белковые нити диаметром 5-7 нм, которые располагаются в цитоплазме одиночно, в виде сети и пучками.

Состоят из глобулярного белка - G-актина, который в присутствии цАМФ и Са полимеризуются в длинные цепи - F-актина. Такая полимерная цепь имеет вид двух спирально закрученных нитей. В микрофиламентах актин взаимодействует с рядом актин-связывающих белков (несколько десятков видов). Некоторые из них регулируют степень полимеризации актина, другие,например, филамин в кортикальном слое или фимбрин и вилин в микроворсинках способствуют связыванию отдельных филаментов в системы.

Таким образом, актиновые микрофиламенты - лабильные структуры, т.е. могут полимеризоваться и деполимеризоваться. Примером быстрой полимеризации мономеров актина может служить образование отростков в кровяных пластинках (тромбоцитах). Это фрагменты клеток, которые не имеют ядра и рибосом, но способны быстро изменять свою форму и выделять в кровь определенные вещества в ответ на повреждение сосуда. В процессе этой реакции кровяные пластинки образуют много тонких отростков, которые играют важную роль в формировании и сжатии кровяного сгустка. Эти выросты содержат большое количество актиновых микрофиламентов, которые быстро образуются из фракции растворимого актина.

Функции микрофиламентов:

1. Обеспечение двигательных реакций плазмолеммы, а именно – эндо - и экзоцитоз, амебоидные движения и миграции клеток.

2. Транспорт органелл, пузырьков и других структур.

3. Обеспечение определенной жесткости клетки.

4 Образование каркаса для микроворсинок и стереоцилий.

5. Участие в организации структуры межклеточных контактов.

6. Формирование сократительной перепонки при цитотомии.

7. Обеспечение сокращения мышечных клеток при взаимодействии с миозином.

5.7 Какие структурные особенности характерны для микротрубочек?

Микротрубочки – наиболее крупные компоненты цитоскелета. Это цилиндрические структуры, имеющие форму трубочек, длиной до нескольких микрометров (в жгутике – 50 нм), диаметром около 24-25 нм, с толщиной стенки 5 нм и диаметром просвета 14-15 нм.

Стенка микротрубочки состоит из спиралеобразно расположенных нитей – протофиламентов толщиной 5 нм, которые образованы димерами из белковых молекул альфа-и бета-тубулина.

Микротрубочки являются лабильной системой, в которой наблюдается равновесие между полимеризацией и деполимеризацией. В микротрубочке можно выделить 2 конца: один конец закреплен, а второй - свободный, который может удлиняться или деполимеризоваться.

Рисунок 4.6 – Строение микротрубочек

5.8 Где образуются микротрубочки?

Образование микротрубочек происходит в сферических тельцах-саттелитах клеточного центра или базальных тельцах и также в центромерах хромосом. Скорость роста микротрубочек –- 1мкм/мин, а вся цитоплазматическая сеть восстанавливается за полтора часа.

5.9 Как происходит регуляция сборки микротрубочек?

Угнетение полимеризации микротрубочек вызывают ингибиторы митоза: колхицин, винбластин, винкристин. Поэтому эти вещества успешно используют для химиотерапии опухолей. Блокаторы полимеризации микротрубочек нарушают также транспортные процессы в цитоплазме, приводят к изменению формы клетки и дезорганизации ее структуры и распределения органелл.

5.10 Как располагаются микротрубочки в клетке?

Известно несколько систем:

1.В виде отдельных элементов, которую формируют сеть.

2. В пучках, они связаны поперечными мостиками (нейроны, манжетки сперматиды, периферическое кольцо тромбоцитов).

3. В виде пар (дуплетов в аксонеме ресничек и жгутиков) и триплетов (в базальных тельцах и центриолях).

5.11 Какие функции выполняют микротрубочки?

1. Поддержание формы и полярности клетки, распределение ее компонентов.

2. Обеспечение внутриклеточного транспорта.

3. Обеспечение движений ресничек, хромосом в митозе.

4. Образование основы других органелл (центриолей, ресничек).

Рисунок 4.7 – Строение микротрубочки

5.12 Какие структурные особенности характерны для промежуточных филаментов?

Это прочные и устойчивые в химическом отношении белковые нити толщиной около 10 нм. Они встречаются в клетках различных тканей и располагаются в виде трехмерных сетей в разных участках цитоплазмы, окружающих ядро, входят в состав десмосом и полудесмосом эпителиальных клеток, лежат по всей длине отростков нейронов. Промежуточные филаменты - стабильные структуры, которые представляют собой фибриллярные белковые нити сплетенные в виде каната.

Рисунок 4.8 – Строение микротрубочек

5.13 Какие известны виды промежуточных филаметов?

По химическому составу различают 6 классов промежуточных филаментов:

1. Кератиновые (тонофиламенты), которые локализуются в эпителии.

2. Десминовые - в мышечных тканях.

3. Виментиновые - в разных клетках мезенхимного происхождения и гладкие мышечные клетки.

4. Нейрофиламенты – в нейронах.

5. Глиальные –в глиальных клетках (астроциты, олигодендроциты)

6. Ламины - в ядре (кариоскелет) - все типы клеток.

Какие функции выполняют промежуточные филаменты?

1. Структурно-поддерживающая, обеспечение распределения органелл.

2. Обеспечение равномерного распределения сил деформации между клетками ткани.

3. Участие в образовании рогового слоя в эпителии кожи.

4. Поддержание формы отростков нейронов.

5. Фиксация миофибрилл в мышечных тканях и прикрепления их к плазмолемме.

6. В поврежденной клетке промежуточные филаменты собираются у ядра, концентрируются и тем самым связывают между собой поврежденные органеллы для внутриклеточного переваривания.

5.15 Какое значение для клинической практики имеют значение знания о промежуточных филаментах?

В клинической практике важное значение имеет идентификация классов промежуточных филаментов. Так, идентификация промежуточных филаментов имеет значение в диагностике опухолевых клеток для выявления клеточной принадлежности, может определить выбор лечения и прогноз. Наибольшее диагностическое значение имеет вияление цитокератинов, десмина и глиального фибриллярного кислого белка, которые являются маркерами опухолей эпителиального, мышечного и глиального происхождения.

ТЕМА: «СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЯДРА»

Рисунок 5.1. – Строение ядра (схема№1)

1. Дайте определение понятия «ядро клетки»

Ядро (nucleus) клетки – структура, обеспечивающая генетическую детерминацию и регуляцию белкового синтеза.

Рисунок 5.2. – Белковый синтез в клетке (схема)

Ядро представляет собой важную составную часть клетки. Вместе с цитоплазмой ядро образует единую интегрированную систему, которая находится в состоянии динамического равновесия. Клетка не может долго существовать без ядра и быстро умирает в случае его удаления (энуклеации).

2. Каково количество ядер и их форма в клетке?

В организме человека содержатся только эукариотические (ядерные) типы клеток. Безъядерные структуры (эритроциты, тромбоциты, роговые чешуйки) являются вторичными образованиями, так как они образуются из ядерных клеток в результате их специфической дифференцировки.

Большинство клеток содержит одно ядро, лишь редко встречаются двухядерные (клетки печени) и многоядерные клетки (остеокласты-клетки костной ткани).

Форма ядра чаще всего округлая (сферическая) или овальная. В зернистых лейкоцитах ядро подразделяется на сегменты.

Перечисляем основные формы ядер, встречающиеся в клетках:

1. Округлая (клетки эпителиальной, нервной, соединительной ткани, кровь).

2. Овальная (клетки эпителиальной, нервной, соединительной ткани, поперечно-полосатая мышечная ткань).

3. Палочковидная (клетки гладкой мышечной ткани).

4. Подковообразная (сегментированные лейкоциты).

5. Кольцевидная (сегментированные лейкоциты).

6. Сегментированная (сегментированные лейкоциты).

7. Лопастная (сегментированные лейкоциты).

3. Какова локализация ядра в клетке?

Локализуется ядро обычно в центре клетки (центральное расположение ядра). Смещение ядра от центра клетки называется эксцентрическим расположением ядра. В клетках эпителиальной ткани, имеющих цилиндрическую форму, ядро может быть сдвинуто к базальному полюсу (базальное положение ядра).

4. Каковы размеры ядер в клетках?

В зависимости от вида ткани и региональной принадлежности клеток, размеры их ядер варьируют от 3-4 до 40 мкм.

5. Дайте определение клеток цитоплазматического и ядерного типа. Индекс Гертвига.

Каждый тип клеток имеет свое постоянное соотношение между объемом ядра и цитоплазмы. Эта константа имеет название индекса Гертвига. Большой индекс Гертвига имеют клетки ядерного типа, малый – клетки цитоплазматического типа.

Рисунок 5.3. – «Форма ядер, встречающаяся в клетках организма человека»

(микрофотографии)

Рисунок 5.4. – Мазок крови человека. Окраска по Романовскому-Гимзы

Х 100. Безъядерные клетки

l – эритроциты (форма двояковогнутых дисков с небольшими просветлениями в центре)

Рисунок 5.5. – Мазок крови человека. Окраска по Романовскому- Гимзы.

Х1000. Клетки с сегментированными ядрами

1 – сегментоядерные нейтрофильные лейкоциты.

6. Перечислите основные структурные элементы ядра. К структурным элементам ядра относятся: 1) хроматин; 2) ядрышко; 3) кариоплазма; 4) кариолемма (ядерная оболочка), 5) ядерный матрикс.

Рисунок 5.6. – Строение ядра(схема№2)

7. В какой период клеточного цикла наиболее видны структурные элементы ядра? Интерфазное ядро.

Ядро может быть в двух состояниях: митотическом (во время деления) и интерфазном (между делениями) или же метаболическом, что подчеркивает его функциональное состояние.

Структурные элементы ядра четко выражены только в определенный период клеточного цикла — в интерфазу. В период деления клетки (митоза или мейоза) происходят выраженные изменения структур клеток: одни исчезают, другие значительно преобразуются.

8. Какова роль ядерных структур в жизнедеятельности клетки?

Ядро обеспечивает две группы общих функций: одну, связанную собственно с хранением и передачей генетической информации, другую — с ее реализацией, с обеспечением синтеза белка.

Хранение и поддержка наследственной информации в виде неизменной структуры ДНК связаны с наличием так называемых репарационных ферментов, ликвидирующих спонтанные повреждения молекул ДНК. В ядре происходит воспроизведение, или редупликация, молекул ДНК, что дает возможность при митозе двум дочерним клеткам получить совершенно одинаковые в качественном и количественном отношении объемы генетической информации.

Другой группой клеточных процессов, обеспечиваемых активностью ядра, является создание собственно аппарата белкового синтеза. Это не только синтез, транскрипция на молекулах ДНК разных информационных РНК (иРНК), но и транскрипция всех видов транспортных и рибосомных РНК (тРНК, рРНК). В ядре происходит также образование субъединиц рибосом путем комплексирования синтезированных в ядрышке рРНК с рибосомными белками, которые синтезируются в цитоплазме и переносятся в ядро.

Таким образом, ядро является не только вместилищем генетического материала, но и местом, где этот материал функционирует и воспроизводится. Вот почему выпадание или нарушение любой из перечисленных выше функций гибельно для клетки в целом. Все это указывает на ведущее значение ядерных структур в процессах синтеза нуклеиновых кислот, определяющих синтез белков.

9. Каковы функции ядер соматических клеток?

Ответ: 1) хранение генетической информации, закодированной в молекулах ДНК; 2) репарация (восстановление) молекул ДНК после их повреждения с помощью специальных репаративных ферментов; 3) редупликация (удвоение) ДНК в синтетическом периоде интерфазы; 4) передача генетической информации дочерним клеткам во время митоза; 5) реализация генетической информации, закодированной в ДНК, для синтеза белка и небелковых молекул: образование аппарата белкового синтеза (информационной, рибосомальной и транспортных РНК).

В организме млекопитающих и человека различают следующие типы клеток:

1) часто делящиеся клетки эпителия кишечника;

2) редко делящиеся клетки (клетки печени);

3) неделящиеся клетки (нервные клетки).

10. Каковы функции ядер половых клеток?

Ответ: 1) хранение генетической информации;2) передача генетической информации при слиянии женских и мужских половых клеток.

11. Какова структура и химический состав клеточного ядра? Ядро состоит из хроматина (хромосом), ядрышка и других продуктов синтетической активности (перихроматиновые гранулы и фибриллы, интерхроматиновые гранулы) ядерного белкового остова (матрикс), кариоплазмы (нуклеоплазма) и ядерной оболочки, отделяющей ядро от цитоплазмы.

12. Что собой представляет хроматин ядра?

«Хроматин» (от греч. chroma – цвет, краска) – это зоны плотного вещества ядра клетки (хроматиновые фибриллы, толщиной 20-25 нм), которые хорошо воспринимают разные красители, особенно основные. Хроматин выявляется при наблюдении как живых, так и фиксированных клеток.

Такими же свойствами обладают и хромосомы, которые отчетливо видны как плотные окрашивающиеся тельца во время митотического деления клеток. В неделящихся (интерфазных) клетках хроматин, выявляемый в световом микроскопе, может более или менее равномерно заполнять объем ядра или же располагаться отдельными глыбками. Хроматиновые фибриллы могут располагаться в ядре рыхло или компактно.

В состав хроматина входит НК в комплексе с белками. По химическому строению хроматин состоит из: 1) дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК); 2) белков; 3) рибонуклеиновой кислоты (РНК).

При подготовке клетки к делению в ядре происходят спирализация хроматиновых фибрилл и превращение хроматина в хромосомы. После деления в ядрах дочерних клеток происходит деспирализация хроматиновых фибрилл.

«Ультрамикроскопическое строение различных форм ядер интерфазной клетки»

Рисунок 5.7. Ядро круглой формы

Дата добавления: 2015-10-30