цитоплазма + мембрана - Волгоградский государственный
advertisement
Волгоградский государственный медицинский университет Кафедра гистологии, гистологии, эмбриологии, эмбриологии, цитологии лекция для студентов I курса лечебного факультета Волгоград, Волгоград, 2012 2012 1 Цели: Цели: 1. Дать определение цитологии и клетке, клетке, как структурное единице тканей. тканей. Описать функциональные атрибуты клетки. клетки. 2. Выделить основные компоненты клети. клети. Сформулировать принципы классификаций органелл по различным признакам. признакам. 3. Описать жидкостномодель строения жидкостно-мозаичную клеточной мембраны. . Охарактеризовать ее свойства, мембраны свойства, виды трансмембранного транспорта. . транспорта 4. Классифицировать и описать виды межклеточных контактов. контактов. 5. Идентифицировать различные органеллы и включения по их размерам и отличительным признакам морфологии под световым и электронным микроскопом. 6. Проанализировать, как характерные структурные особенности каждой органеллы позволяют ей выполнять определенные функции. 7. Классифицировать компоненты цитоплазмы по строению, функциональной значимости, степени 2 полезности/вредности, диапазону изменчивости. 1 I. ЦИТОЛОГИЯ – наука, изучающая все стороны своего предмета: развитие, строение, химию и функции. Клетка – это сложная динамическая структура из ядра и цитоплазмы, в которой идет непрерывный процесс обмена веществ, самообновления и самовоспроизведения, непрерывные химические реакции, которые порождают и поддерживают определенные структуры (В.Г.Елисеев). Клетка – это одна из основных форм организации живого вещества, лежащая в основе строения, развития и жизнедеятельности человека (животных и растений). Она является наиболее распространенной живой системой, возникающей в ходе эволюции органического 3 мира. II. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ АТТРИБУТЫ КЛЕТКИ: КЛЕТКИ: Возбудимость – способность реагировать на действие химических веществ, электрических импульсов и проч. Проводимость – стимулы могут изменять ионную проницаемость клеточной мембраны, и это изменение может распространяться по поверхности клетки в виде волны возбуждения. Сократимость – стимулы могут вызывать укорочение клетки в некоторых измерениях. Поглощение и ассимиляция – клетки поглощают и утилизируют питательные вещества и различные исходные материалы, в которых она нуждается для синтеза своих продуктов. Дыхание – кислород требуется клетке для продукции энергии, путем окисления своих продуктов. 4 2 II. Функциональные атрибуты клетки: Секреция – некоторые клетки синтезируют вещества для наружного использования и активно выводят их наружу. Экскреция – клетки избавляются от потенциально вредных побочных продуктов метаболизма, позволяя им диффундировать наружу через клеточную мембрану. Рост – клетки увеличиваются в размерах, синтезируя все больше клеточного вещества. Репродукция – клетки, обычно, избегают безудержного роста, делясь на две новые клетки, но с приобретением высокой специализации утрачивают способность к 5 делению. III. Вариации в структуре клеток: клеток: 1. Размер (от 5 до 200 мкм). 2. Форма (плоская, кубическая, цилиндрическая, округлая, овальная, веретеновидная, пирамидная; с ровной поверхностью и с выростами (отростками, филоподиями, псевдоподиями, ламеллоподиями, микроворсинками, ресничками). 3. Количество клеток в организме человека - 10131014. 4. Количество типов клеток – свыше 200. 6 3 Общий план строения клетки Внутреннее содержимое клеток – протоплазма – делится на цитоплазму и нуклеоплазму. Все органеллы, включения и 7 элементы цитоскелета строго компартментализованы. IV. Организация клетки: клетки: Клетки имеют следующие основные компоненты: 1. Центральное ядро, 2. Окружающую цитоплазму, 3. Периферическую клеточную мембрану – плазмалемму. Основные компоненты цитоплазмы: 1. Органеллы – постоянно присутствующие в цитоплазме структуры, специализированные на выполнении определенных функций, 2. Гиалоплазма – цитоплазменный матрикс – макромолекулярный комплекс, который окружает органеллы, 3. Включения – непостоянные компоненты цитоплазмы, образованные в ходе метаболизма (гликоген, липиды, пигмент). 8 4 IV. Классификации органелл: органелл: Органеллы делятся на мембранные и немембранные: 1. Мембранные: комплекс Гольджи, митохондрии, лизосомы, эндоплазматическая сеть, окаймленные пузырьки. 2. Немембранные: рибосомы, центриоли, фибриллярные структуры (цитоскелет). Органеллы делятся на органеллы общего и специального значения: 1. Органеллы общего значения постоянно находятся в клетке, имеют мембранное строение (кроме рибосом) и выполняют определенные функции. 2. Если клеточная структура не обладает свойством постоянно присутствовать в клетке, независимо от уровня дифференцировки, ее следует рассматривать как специализированую (микроворсинки, реснички, синаптические пузырьки, базальные складки, миофибриллы?, тонофибриллы?... 9 IV. Классификации органелл: ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ОРГАНЕЛЛ (общего значения): 1. Органеллы с защитной функцией (лизосомы, пероксисомы). 2. Органеллы с синтетической функцией (ЭПС – белки, липиды; рибосомы – белки, комплекс Гольджи – гликопротеины). 3. Органеллы с функцией обеспечения энергией (митохондрии). 10 5 Десмосома, TEM, x 80,000. Одинарная мембрана, окружающая клетку и каждую клеточную органеллу, имеют общую структуру, - это липидный слой, содержащий интегрированные белки в ассоциации с поверхностными углеводами (жидкостно-мозаичная модель). 11 Клеточная мембрана Двигательные нейроны, световая микроскопия, окраска по Нисслю, x 400 12 6 ПЛАЗМАЛЕММА, TЭМ, x 100,000 Под просвечивающим электронным микроскопом плазмалемма выглядит трехслойной: два темных слоя (наружный и внутренний) и один светлый - посередине. Каждый слой толщиной 2,5 нм. Однако по теории жидкостно-мозаичной модели, она является двухслойной.13 7 Клеточная мембрана В липидном бислое фосфолипидные гидрофобные группы обращены во внутрь, а гидрофильные – наружу. Белковые молекулы (интегральные белки) вмонтированы в плазмалемму. Если белковая молекула пронзает всю толщу мембраны – это трансмембранный белок. Если белковая молекула прикрепляется к поверхности мембраны – это периферические белки (внутренние – белки цитоскелета, наружные – рецепторные белки). Трансмембранные белки образуют ионные каналы. 15 Молекула фосфолипида Молекулы фосфолипидов – главный компонент клеточной мембраны, определяющие ее свойства в целом. Полярные головки состоят из глицерина, к которым положительно заряженные азотистые группы присоединяются отрицательно заряженными фосфатными группами. Два хвоста жирных кислот, один из которых 16 сатурирован, ковалентно связан с глицерином. 8 V. КЛЕТОЧНАЯ МЕМБРАНА Мембранные белки: Прикрепляют филаменты цитоскелета к клеточной мембране Прикрепляют клетки к экстрацеллюлярному матриксу (адгезионные молекулы) Транспортируют молекулы в клетку или из нее (белки-переносчики, белки мембранных насосов, белки ионных каналов). Действуют как рецепторы химического взаимодействия между клетками (например, рецепторы гормонов). Обладают специфической ферментной 17 активностью. Жидкостно-мозаичная модель плазмалеммы В клеточной мембране присутствуют также гликолипиды, холестерин (ограничивает латеральную текучесть фосфолипидов, делает мембрану менее текучей и более стабильной). Гликолипиды вовлечены в межклеточные взаимодействия. На поверхности выступают и молекулы 18 углеводов, соединенные либо с гликолипидами, либо с белками. 9 Схематическое изображение E- и P-поверхности плазмалеммы Между хвостами противолежащих молекул фосфолипидов есть лишь слабые гидрофобные связи, удерживающие две половины мембраны вместе. При замораживаниискалывании клеточная мембрана расщепляется вдоль так, что большая часть интегральных белков отходит к внутреннему листку (Р-поверхность, протоплазматическая), и лишь некоторые из них – к наружному (Е- поверхность, 19 наружная (external). V. Плазмалемма 1. Функции: Установление структурной целостности клетки Селективная проницаемость Регуляция межклеточных взаимодействий Узнавание, через рецепторы, антигенов, поврежденных клеток, чужих клеток Трансдукция внешнего химического и физического сигнала во внутриклеточное событие Служит разделом сред между цитоплазмой и внешним окружением Образует транспортные системы для особых молекул, как, например, глюкоза. 20 10 ГЛИКОКАЛИКС: ГЛИКОКАЛИКС: Тонкая филаментозная сеть на поверхности клеток, отходящая от наружного листка плазмалеммы, состоящая из олигосахаридов, ковалентно связанных с гликолипидами и гликопротеинами плазмалеммы. Играет важную роль в определении иммунологических свойств клетки и ее взаимодействии с другими клетками. В тонкой кишке важен для пристеночного пищеварения 21 Подмембранный (кортикальный) слой плазмалеммы Кортикальный слой образован жесткой сетью поперечно связанных белковых нитей из актина и актин-связанных белков, из которых самый распространенный – филамин. Образует слой, 22 выстилающий Р-поверхность плазмалеммы. 11 Трансмембранный транспорт (пассивный) Трансмембранный транспорт бывает активный и пассивный. Пассивный транспорт происходит без затрат энергии, используя лишь градиент концентраций: 1) Простая диффузия – некоторые неполярные молекулы (бензол, кислород, азот) и незаряженные полярные молекулы (вода, глицерин) проходят через плазмалемму по градиенту концентрации. 2) Облегченная диффузия – большинство ионов и мелких молекул проходят через мембрану даже по градиенту концентраций лишь по белковым каналам (натриевые каналы, блокируемые антагонистами – местные анестетики, антиаритмическими препаратами) или с белками 23 переносчиками. 12 АКТИВНЫЙ ТРАНСМЕМБРАННЫЙ ТРАНСПОРТ Активный транспорт несет затраты энергии. Он позволяет мелким молекулам двигаться против градиента концентраций. Только белки-переносчики могут медиировать активный транспорт. Он может быть одинарным или парным: обеспечивающим перемещение в 25 одном или разных направлениях. 13 Транспорт более крупных молекул идет с активным участием плазмалеммы (эндо- и экзоцитоз). Пиноцитоз – перенос жидкости и мелких молекул в пузырьках до 100 нм диаметром. Фагоцитоз – поглощение веществ с образованием крупных эндосом (250 нм и более). Виды эндоцитоза: - неселективный - селективный 27 14 Неселективный эндоцитоз 4 1 2 3 Клеточная мембрана инвагинирует (1) и сливается (2) с образованием эндосомы (3). Слияние мембран идет с образованием активного фузогенного комплекса (4). Он образуется при взаимодействии NSF (Nэтилмалеимид-чувствительного белка слияния) и SNAPS (NSF-связывающего белка). 29 Селективный эндоцитоз a 3 b 1 c 2 d 4 e Гормоны захватываются рецептор- зависимым пиноцитозом. Рецепторы распределены в плазмалемме. a) Участок мембраны, несущий рецепторы (1), укрепляется окаймляющим белком (2) (клатрином) и связывает экстрацеллюлярный лиганд (3). Клатрин образует гексагональную решетку вокруг окаймленной ямки (4). b),c),d) Сборка это решетки усиливает инвагинацию, и ямка превращается в окаймленный пузырек. e) Как только пузырек провалился в клетку, клатрин сбрасывается с его поверхности и возвращается на поверхность клетки, где 30 встраивается в плазмалемму. 15 КАВЕОЛЫ Окаймленные пузырьки и кавеолы – это два основных типа пузырьков, осуществляющих селективный эндоцитоз. Кавеолы окаймлены 31 белком кавеолином. Фузогенные белки липидный бислой пузырек противолежание прилипание слияние Экзоцитоз – это выведение продуктов из клетки без нарушения целостности клеточной мембраны. При этом избыток мембраны удаляется при эндоцитозе, что предотвращает бесконечное увеличение поверхности клетки. 32 16 Межклеточные соединения Эпителиальные клетки образуют особые контакты друг с другом, другом, которые называются межклеточные соединения. соединения. Различают 3 основных типа межклеточных соединений: соединений: I. Соединения замыкательного (окклюзионного) окклюзионного) типа (замыкательный поясок = zonula occludens и замыкательная фасция = fascia occludens). occludens). Они связывают клетки с образованием непроницаемого барьера. барьера. Этот тип контактов встречается только в эпителии. эпителии. При образовании этих контактов мембраны соседних клеток сливаются. сливаются. 2. Соединения типа слипания (адгезионного типа) типа) (поясок слипания = zonula adherens, adherens, десмосома = пятно слипания = macula adherens, adherens, фасция слипания = fascia adherens). adherens). Они соединяют клетки. клетки. 3. Щелевые соединения = нексусы позволяют молекулам перемещаться от одной клетки к другой, другой, соседней. соседней. При этом узкая щель между клетками пересекается многочисленными трубчатыми мостиками, мостиками, по которым и проходит обмен молекулами между клетками. клетками. 33 СОЕДИНЕНИЯ ЗАМЫКАТЕЛЬНОГО ТИПА 1. Они связывают соседние клетки вместе, создавая их интеграцию, обеспечивающую барьерные свойства эпителиев. Они разделяют апикальный и базальнолатеральный домены клетки. 2. У них есть две основные функции: - предотвращение диффузии молекул между соседними клетками, в чем и заключается создание барьера, - Предотвращение латеральной миграции специализированных мембранных белков, в чем и заключается разграничение и создание в эпителиоцитах специализированных доменов. 3. Они особенно хорошо развиты в тонком кишечнике, где они: - предотвращают проникновение молекул переваренной пищи между клетками, - Ограничивают специализированную область плазмалеммы с люминальной стороны клетки, которая предназначена для всасывания ими секреции. 4. Они имеют особое значение у клеток, которые активно транспортируют вещества (например, ионы) против градиента концентраций, где они способствуют предотвращению обратной диффузии транспортированных веществ. 34 17 запечаты- апикаль- межклеточное вающие ная мем- пространство полоски брана ЗАМЫКАТЕЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ 600 нм a) внутримембранные белки Соединения типа сцепления особенно выражены между эпителиоцитами с секреторной или всасывающей функцией. Воротничок замыкательного соединения присутствует вокруг каждой клетки, и он заклеивает клетки, создавая плотный барьер между ними. Внутримембранные белки, образующие эти соединения, организованы таким образом, что образуют змеевидные переплетающиеся линии (заклеивающие полоски, которые сшивают вместе мембраны соседних клеток. В месте соединения присутствуют клаудины или окклюдины, трансмембранные соединительные белки обеих мембран, которые, соединяясь вместе, запечатывают таким образом межклеточное пространство. 35 O A D D Соединительный комплекс между эпителиоцитами В соединениях типа сцепления (O) мембраны соседних клеток сближаются друг с другом, их наружные листки сливаются, затем расходятся, затем опять сливаются несколько раз на протяжении примерно 0.10.3 мкм. Плотность соединения обусловлена количеством этих заклеивающих полосок между клетками. Соединительный комплекс между кубическими и призматическими эпителиоцитами (чаще всего – кишки) начинается с верху клеток соединением замыкательного типа (O), за которым следует соединение по типу слипания (A), под которым располагается еще один вид соединения - десмосома (D). Таким образом, классический соединительный комплекс описывается 36 формулой = O + A + D 18 Zonulae occludentes – это замыкательные соединения между наружными листками плазмалемм соседних клеток, которые, сливаясь, предотвращают просачивание молекул между клетками из просвета в подлежащую соединительную ткань. Они пролегают по всей окружности клеток. Zonulae adherentes располагаются сразу под zonulae occludentes и характеризуются присутствием Eкадгеринов - трансмембранных гликопротеинов, которые осуществляют соединение между внутриклеточными актиновыми микрофиламентами (AF) соседних клеток. ESвнеклеточное пространство. полоски мембранных белков мембраны клеток межклеточ ное пространство ES AF десмосома щелевые соединения Межклеточное соединение 37 Соединительный комплекс, нексус и гемидесмосома. * Zonulae occludentes обеспечивают барьер диффузии между клетками и барьер между апикальным и базальнолатеральным доменом клетки. Соединения по типу слипания (zonulae adherentes) характерны для эпителиальных пластов и образуют прочные межклеточные контакты, способные противостоять действию механических сил. Они соединяют друг с другом цитоскелеты соседних клеток. Zonulae adherentes как и zonulae occludentes опоясывают всю окружность клетки. 38 19 АДГЕЗИОННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Филаменты, составляющие цитоскелет соседних клеток, соединяются друг с другом через внутриклеточные связывающие белки, которые прикрепляют филаменты цитоскелета к трансмембранным связывающим белкам, имеющим соединение с внутриклеточными связывающими белками разных клеток. Внеклеточная часть соединения может подкрепляться дополнительными внеклеточными белками или ионами, например Ca++. плазмалемма внутриклеточный связывающий белок Соединения типа слипания: zonula adherens, fascia adherens, macula adherens = десмосома 1. Они прикрепляют цитоскелеты клеток друг к другу или к подлежащим тканям. 2 Они обеспечивают механическую стабильность соединений клеток. 3. Чаще всего они располагаются по направлению к вершине прилежащих кубических и цилиндрических клеток, где они связывают подмембранные актиновые пучки (актиновый поясок). Они видны в световой микроскоп в виде эозинофильной полосы - терминальная полоска. 4. Актиновые филаменты прилежащих клеток соединяются через актинсвязывающие белки (альфа-актинин или винкулин) с трансмембранными белками, которые относятся к семейству гликопротеинов, медиирующих клеточную адгезию (кадгеринов). В адгезионных контактах Е-кадгерины связывают клетки в присутствии Ca++. внеклеточные дополнительные связывающие белки или ионы филамент цитоскелета трансмембранные связывающие белки межклеточное пространство цитозоль 39 zonula occludens zonula adherens macula adherens Соединительный комплекс, TЭМ, большое увеличение 40 (Fawcett, 1981). 20 Соединения типа слипания: 1) Поясовидные соединения, которые соединяют клетки друг с другом, 2) Обычно расположены базальнее zonulae occludentes и также окружают всю клетку, 3) Межклеточное пространство при этом соединении 15-20 нм между наружными листками соседних плазмалемм, и оно заполнено экстрацеллюлярными молекулами кадгеринов. Эти Ca++-зависимые интегральные белки клеточных мембран являются трансмембранными связывающими протеинами. Их внутрицитоплазменный конец прикрепляется к специализированному участку цитоскелета клетки, в частности к пучку актиновых филаментов, которые идет параллельно цитоплазменной поверхности латеральной плазмалеммы. Актиновые филаменты соединены друг с другом и с плазмалеммой посредством белков винкулина и альфа-актинина. Внеклеточный участок кадгериновых молекул связывается одной клетки связывается с таковым кадгериновых молекул другой клетки, участвующей в образовании zonula adherens. Таким образом, данное соединение не только соединяет клеточные мембраны, но связывает цитоскелеты соседних клеток через трансмембранный связывающий белок. Fascia adherens: 1) Аналогична zonula adherens, но не огибает всю окружность клетки, т.е. это скорее не «поясковый», а «ленточный» контакт. 2) Продольные поверхности кардиомиоцитов соединяются посредством 41 fascia adherens. пучок акФокальный адгезионный тиновых контакт аналогичен филаzonula adherens в плане ментов вовлечения актинового цитоскелета, но отличен тем, что вместо кадгеринов используются белальфаки другого семейства актинин трансмембранных протеивинкулин нов - интегринов. Кроме того, они присоединяют талин клетку не к другой клетке, а к внеклеточному матриксу. Пучки актиновых филаментов, как видно на диаграмме, взаимодействуют с актин-связывающими белками (альфаактинин, винкулин, талин), чтобы присоединиться к интегрин белок экстрацелюляртрансмембранному ного матрикса соединяющему белку из (фибронектин) класса адгезионных 42 молекул – интегрину. ФОКАЛЬНЫЙ ЯКОРНЫЙ (АДГЕЗИОННЫЙ) КОНТАКТ 21 ДЕСМОСОМА, ТЭМ (Fawcett, 1981). Десмосома (= macula adherens) (стрелки) – это последний их трех компонентов соединительного комплекса. Это соединение «шовного» типа, которое помогает преодолеть действие режущих сил. Они присутствуют и в однослойных, и во многослойных эпителиях (эпидермисе). 43 межклеточное пространство CM CM P трансмембранные белки (десмоглеины) X внутриклеточ ная пластинка CF десмоплакина прикрепленные промежуточные филаменты CF b) CM CM a) плазмалемма a) Каждая десмосома состоит из внутриклеточной пластинки, образованной несколькими связывающими белками (главный тип – десмоплакины), в которую вплетаются цитокератиновые промежуточные филаменты. Клеточная адгезия осуществляется с помощью белков десмоглеинов. b) Дисковидная адгезионная пластинка (P) в соседних клетках видна в виде электроноплотных областей, к которым прикрепляются цитокератиновые филаменты (CF). Клеточные мембраны (CM) между адгезионными пластинками разделены друг от друга расстоянием в 30 нм, между 44 ними также может находится электроноплотная полоска (X). 22 Десмосома. TЭM. (Fawcett, 1981). Видно плотное скопление внутриклеточных промежуточных филаментов (стрелка), присоединенных к прикрепительной пластике. цитозоль Дисковидные прикрепительные пластинки расположены напротив друг друга на цитоплазменной поверхности плазмалемм противолежащих клеток. Каждая пластинка состоит из серии прикрепительных белков, среди которых десмоплакины и плакоглобины. Цито-кератиновые филаменты вплетаются в прикре-пительную пластинку, делая около нее шпильковидный поворот и возвращаясь назад в цитоплазму. Эти филаменты ответственны за распределение режущих сил, действующих на клетку. В области десмосомы пространство между плазмалеммами соседних клеток в 30 нм, заполнено волокнистым материалом с тонкой плотной вертикальной полоской в середине. Она образована десмоглеином – экстрацеллюлярным компонентом Caзависимого трансмембранного связывающего белка семейства кадгеринов. Цитоплазменная поверхность трансмембранных связывающих белков соединяется с десмоплакинами и плакоглобинами, составляющими прикрепительную пластинку. 45 цитокератиновые промежуточные филаменты, прикрепленные к десмоплакиновой пластинке внутриклеточная десмоплакиновая пластинка экстрацеллюлярный матрикс трансмемранный адгезивный белок плазмалемма Полудесмосома Полудесмосома похожа на десмосому, но прикрепляет клетку не к другой клетке, а к базальной мембране. В противоположность десмосоме цитокератиновые филаменты (тонофиламенты) обычно заканчиваются на прикрепительной пластинке, а не делают на ней петлю, как в десмосоме. Белковый состав десмосом и полудесмосом 46 различен. 23 Maculae adherentes (десмосомы) содержат десмоглеиновые и е-кадгериновые... . plaque гемидесмосомы прикрепляют эпителиоцит в базальной пластинке ...гликопротеины, чьи цитоплазменные концы прикрепляются к десмоплакиновой прикрепительой пластинке. Промежуточные филаменты в виде шпильки входят в пластинку петлей к ллазмалемме и выходят из нее. Межклеточные соединения плазмалеммы клеток коннексоны интегрины – Щелевые контакты являются коммуникационными, так как через трансмембранные них от клетки в клетку переходят ионы и мелкие молекулы. Они рецепторные связывают клетки метаболически и электрически. 47 белки 2-4 нм плазмалеммы соседних клеток коннексон пора 1.5 нм в диаметре Щелевое соединение Коммуникационные соединения дают клеткам возможность общаться на прямую. Они обеспечивают селективную диффузию молекул между соседними клетками и облегчают прямое межклеточное взаимодействие. Обычно этих соединений много в эмбриогенезе, а во взрослом организме плотность их в эпителии снижается, что указывает на их роль в пространственной организации клеток при гистогенезе. В кардиомиоцитах и гладкомышечных клетках щелевые контакты передают от клетки к клетке сигналы к сокращению. Каждое щелевое соединение пронизано сотнями пор, образованных белковыми субъединицами – коннексонами, которые пронзают плазмалеммы соседних клеток. Поры позволяют мелким молекулам 48 перемещаться от клетки к клетке. 24 Щелевые соединения: 1) или нексусы – это соединения коммуникационного типа, области межклеточного взаимодействия, 2) они широко распространены в эпителиях, миокарде, гладкой мышце и у нейронов. При этом щель между клетками не превышает размеров 2-3 нм, 3) в их образовании принимают участие 6 плотно упакованных трансмембранных белков (нексинов), которые собираются вместе с образованием структур под названием коннексоны или водные поры, которые, пронзая плазмалемму, продолжаются в межклеточное пространство. Два коннексона сливаются, образуя межклеточный коммуникационный канал диаметром 1.5-2нм. Этот гидрофильный канал пропускает через себя ионы, аминокислоты, цAMФ, молекулы массой менее 1 кД и некоторые гормоны, 4) регулируются pH среды и концентрацией Ca++ Каналы закрываются при снижении pH и повышении концентрации Ca++ и наоборот. 49 КЛИНИЧЕСКИЕ КОРРЕЛЯЦИИ 1. Мутации гена коннексина вызывают генетически обусловленную глухоту и болезнь кожи erythrokeratodermia variabilis. Кроме того, с мутацией данного гена связано нарушение миграции клеток нервного гребня, что приводит к нарушению развития легочных артерий и вен. 2. У некоторых людей вырабатываются антитела против белков десмосом, особенно в коже, что приводит к развитию заболевания пузырчатки. Связывание аутоантител с белками десмосом приводит к распространенному появлению пузырей на кожи и потери через это большого количества жидкости. В отсутствие лечения заболевание может приводить к смерти. Лечение стероидными препаратами и иммунодепрессантами позволяет стабилизировать состояние. 50 25 Цитоплазма = гиалоплазма (цитоплазменный матрикс) + органеллы + включения 51 Гепатоцит, TЭM, x50,000. Митохондрии (m) – это палочковидные/ овальные органеллы диаметром 0,5-1 мкм, длиной до 7 мкм. В клетках бывает до 2000 митохондрий. Через окислительное фосфорилирование они производят АТФ для энергоемких процессов. m 52 26 Надпочечник, митохондрии трубчатого типа Миокард, темные митохондрии кристного типа Эпифиз, светлые митохондрии кристного типа Митохондрии: саморепродуцирующиеся, могут делиться и сливаться, содержат ДНК и РНК, являются энергетическими станциями клетки Надпочечник, митохондрии мешотчатого типа (сетчатая зона) Митохондрии описал швейцарский ученый Келликер в скелетной 53 мышце в 1857 году. Митохондрия, TЭM, 120,000x Митохондрии ограничены внутренней и наружной мембраной, между ними – межмембранное пространство. Между кристами расположен матрикс. 54 27 На внутренней мембране иммобилизована дыхательная цепь: 1) NADHдегидрогеназный комплекс, 2) Комплекс цитохромов b-c1 3) цитохромоксидазный комплекс. Эти комплексы образуют цепь транспортировки электронов и работают как протонный насос, который транспортирует H+ из матрикса в межмембранное пространство создавая электрохимический градиент, обеспечивающий энергию для деятельности ATP синтазы. Дыхательные ферменты вовлекаются в окислительное фосфорилирование. 55 Компартменты митохондрий Матрикс содержит 50% белков, ответственных за постепенное расщепление жирных кислот и пирувата с образованием промежуточного продукта ацетил-КоА и последующего его окисления в цикле трикарбоновых кислот. 56 28 ФУНКЦИИ КОМПАРТМЕНТОВ МИТОХОНДРИЙ Синтез липидов, липидов, метаболизм жирных кислот Наружная мембрана Дыхательная цепь Продукция АТФ Внутренняя мембрана Цикл Кребса Матрикс Окислительное фосфорилирование Межмембранное пространство 57 Комплекс Гольджи TЭM. X 20,318. Осуществляет синтез углеводов, а также сортировку, посттрансляционную модификацию и упаковку белков, синтезированных в ГЭС. 58 29 КОМПЛЕКС ГОЛЬДЖИ 59 КОМПЛЕКС ГОЛЬДЖИ 60 30 КОМПЛЕКС ГОЛЬДЖИ 61 ЭПС 62 31 ГЕПАТОЦИТ, ТЭМ X 20,318. 63 ГЭС 64 32 ГЭС, TЭM, X100,000 Посттрансляционная модификация (сульфатирование, гликозилирование, укладка, также осуществляются здесь. 65 ПЛАЗМАЦИТ, TEM, x30,000 66 33 СВЯЗЬ ГЭС и АЭС с КОМПЛЕКСОМ ГОЛЬДЖИ 67 Синтез стероидов, триглицеридов, а также синтез и утилизация углеводов. АЭС 68 34 АЭС важна для детоксикации алкоголя, барбитуратов. 69 АЭС, TEM, X100,000 Фосфолипиды плазмалеммы - АЭС 70 35 “ПЕРВИЧНАЯ ЛИЗОСОМА”, TEM, x 50,000 40 типов кислых гидролаз (Сульфатазы. Протеазы. Липазы). 71 “Вторичная лизосома”, TEM, x 100,000 Функционирует в клетке как внутриклеточная пищеварительная система, которая «переваривает» либо материал, поглощенной клеткой (макромолекулы, микроорганизмы и их части), либо изношенные компоненты клетки (стареющие митохондрии, ГЭС и проч.). Таким образом, это определение охватывает совокупность мембранных органелл, имеющих различные источники происхождения и различную 72 функциональную роль. 36 Лизосомы, TEM, x 30,000 73 74 37 75 Многие болезни вызываются молекулярными повреждениями на уровне определенных органелл (лизосомальные болезни). 76 38 77 ПЕРОКСИСОМЫ, TEM, x 80,000 Бета-окисление очень длинных цепей жирных кислот. Содержат Каталазу для нейтрализации перекиси водорода. 78 39 Рибосомы, TEM, x 40,000 79 Полирибосомы 80 40 81 Центриоли TEM 82 41 МИКРОТРУБОЧКА 83 Цитоскелет имеет 3 основных компонента: тонкие филаменты (микрофиламенты), промежуточные филаменты (микрофибриллы) и микротрубочки. Они образуют трехмерную сеть, ответственную для поддержание клеточной морфологии, двигательной активности клетки и ее органелл. Тонкие филаменты – это актиновые филаменты, взаимодействующие с миозиновыми филаментами, чтобы вызвать движение внутри клетки или самой клетки. Промежуточные филаменты имеют диаметр 8-10 мкм (промежуточный между толстыми и тонкими филаментами). ЦИТОСКЕЛЕТ 84 42 Промежуточные филаменты составлены из белков, которые по составу варьируют у разных типов клеток и являются тканеспецифическими: Эпителиальные клетки – цитокератины, Соединительнотканные клетки – виментин, Мышечная ткань – десмин Нервная ткань – нейрофиламентозный белок (нейроны) глиальный фибриллярный кислый белок (астроциты) Промежуточные филаменты эпителия, X 100,000 85 Гранулы зимогена Гликоген Мембранные структуры (в эпителии желудка, поджелудочной железы), содержат разные секреторные продукты (белки, гликопротеины, ферменты). Полимер глюкозы, бывает в альфа- и бета-формах (частицы и розетки соответственно). Липофусцин Мембранные структуры – пигмент старения. Липидные капли АЭС Немембранные структуры, содержащие нейтральные жиры. Разные продукты могут накапливаться в клетках в виде 86 включений. 43 87 Органеллы и включения Рис. 1. – Нейроны спинного мозга. Окраска по Нисслю. Fig. 2. – Эпителий тонкой кишки. Щеточная каемка. 88 44 Поверхностные модификации клеток. клеток. Рис.3. Рис.3. Проток придатка. Главные клетки со стереоцилиями. 89 Поверхностные модификации клеток Рис. 4. Яйцевод. Реснитчатые клетки. 90 45 M AF Микроворсинки эпителия тощей кишки, ТЭМ AC Электронная микрофотография поверхности эпителиальной выстилки тощей кишки изображает микроворсинки (M) в виде пальцевидных выростов, у которых есть стержень из активых филаментов (AF), который сливается с актиновой клеточной корой (AC) 91 (терминальной сетью). Микроворсинка латеральный якорный белок (миозин) плазмалемма соединение с плазмалеммой актиновая клеточная кора, связанная со спектрином Микроворсинка – это пальцевидное выпячивание клеточной мембраны, стабилизированное пучком актиновых филаментов, жестко разделенных расстоянием в 10 нм актин-связывающими актиновый белками (фимбрином и филамент фасцином). Актиновый пучок прикрепляется к латеральной фимбрин и поверхности микроворсинки фасцин (актин- спиралевидно расположенными связывающие молекулами миозина, которые с белки одной стороны связаны с актиновым филаментом, а с другой стороны – с внутренней спектрин поверхностью плазмалеммы. Пучок также прикреплен к вершине микроворсинки, где находится белок виллин – это аморфная область якорных белков, которая предотвращает деполимеризацию актина. В основании микроворсинки входящий актиновый пучок стабилизируется актиново-спектриновой корой, под которой расположены цитокератиновые 92 цитокератиновые филаменты. филаменты аморфная область верхушки (виллин) 46 C Реснички (C) образуют волосяной слой на апикальной поверхности клеток. Реснички – это подвижные волосовидные выросты, которые отходят от поверхности некоторых клеток. Эпителиоциты дыхательных путей и яйцеводов содержат сотни ресничек, отходящих от поверхности клетки в определенном порядке. Волосковые клетки кортиева органа внутреннего уха имеют только одну ресничку (стереоцилию), которая обеспечивает звуковую чувствительность. Внутреннее строение реснички с удивительным постоянством повторяется в растительном и животном мире. Реснички многорядного мерцательного эпителия трахеи, Г.-Э. 93 СТРОЕНИЕ АКСОНЕМЫ РЕСНИЧКИ плазмалемма Стержень реснички содержит комплекс организованных микротрубочек – аксонему. Аксонема состоит из постоянного числа продольных трубочек, организованных по формуле 9+2. Две центральные микротрубочки (синглеты) окружены равномерно расположенными 9 парами микротрубочек. Две центральные микротрубочки разделены друг от друга, на поперечном срезе они имеют вид окружности, каждая из которых состоит из 13 протофиламентов. Каждая из 9 пар периферических микротрубочек состоит из 2-х субъединиц. Субъединица А также содержит 13 протофибрилл, а субъединица В содержит лишь 10 протофиламентов, образующих неполный циркулярный профиль и плазмаделящих 3 протофиламента с лемма субъединицей А. центральная пара микротрубочек периферические пары микротрубочек триплеты микротрубочек базальное тельце 94 47 динеиновые рукоятки, каждые 24 нексин, каждые 86 нм нм выросты центрального влагалища, каждые 14 нм 9 наружных пар микротрубочек построены из белка тубулина, а рукоятки к ним, которые инициируют движение, построены из белка динеина (обладающего АТФазной плазмаактивностью). Рукоятки лемма расположены с интервалом 24 нм по всей длине реснички и взаимодействуют с парами микротрубочек как «молекулярный мотор», заставляя их изгибаться. Связи между соседними парами образованы еще одним белком – нексином, молекулы которого разделены расстоянием в 86 нм, они удерживают пары микротрубочек на своих местах. Радиально отходящие спицы простираются наружные от каждой пары микротрубочек по пары тубули- направлению к центральной паре новых микро- микротрубочек на расстоянии 29 нм друг от друга, в то время как трубочек выросты центрального влагалища располагаются через каждые 14 нм. 95 спицы, каждые 29 нм. центральная пара микротрубочек 0.25 mcm ДИАГРАММА РЕСНИЧКИ Респираторный эпителий с ресничками, ТЭМ Основание каждой реснички (C) начинается как специализированное производное центриолей – базальное тельце (BB), содержащее триплеты микротрубочек (9), однако центральная пара микротрубочек здесь отсутствует. Наружные пары микротрубочек стержня реснички начинаются прямо от наружного триплета базального тельца. CM – плазмалемм; Cy – цитоплазма. C CM BB Cy 96 48 Электронная микрофотография реснички. A – продольный срез (x40,000). B – поперечный срез, демонстрирующий организацию микротрубочек (x80,000). A B 97 98 49