Пятница, 24.11.2017, 23:14
Приветствую Вас Гость
Главная | Регистрация | Вход
УФ ГПОУ "Тульский областной медицинский колледж"
Главная » Файлы » Студентам » Лекции по анатомии и физиологии человека

«ОТДЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ЦИТОЛОГИИ. КЛЕТКИ»
[ Скачать с сервера (81.5Kb) ] 08.06.2017, 15:28

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ  МАТЕРИАЛ  по ТЕМЕ:

«ОТДЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ЦИТОЛОГИИ. КЛЕТКИ»

 

История цитологии.

 

            История цитологии тесно связана с изобретением, использованием и усовершенствованием микроскопа. С момента первого описания англичанином Р.Гуком целлюль, или клеток, в тонком срезе пробковой ткани дерева накопилось огромное количество сведений, фактов и доказательств клеточного состава растений, животных и микроорганизмов.

            Одним из крупнейших обобщений XIX в. стала клеточная теория, изложенная в трудах Т.Шванна, М.Шлейдена и Р.Вирхова. В XIX – XX вв. благодаря применению цитологического анализа были получены новые данные, позволившие подтвердить, уточнить и дополнить клеточную теорию.

 

Современная клеточная теория

 

            Современная клеточная теория включает следующие положения:

- все живые организмы состоят из клеток (исключение составляют вирусы); клетки одноклеточных и многоклеточных животных и растительных организмов сходны (гомологичны) по строению, химическому составу, принципам обмена веществ и основным проявлением жизнедеятельности; именно клетка обладает всей совокупностью черт, характеризующих живое. Клеткаэлементарная структурная, функциональная и генетическая единица живого.

- все живые организмы развиваются из одной или группы клеток : каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки. Клетка – элементарная единица развития живого;

- в сложных многоклеточных организмах клетки дифференцируются, специализируясь по выполнению определенной функции; клетки объединены в ткани и органы, функционально связанные в системы, и находятся под контролем межклеточных, гуморальных и нервных форм регуляции. Клетка – функциональная единица в многоклеточном организме.

Клетка – это элементарная живая система, способная к самообновлению, саморегуляции и самовоспроизведению.

 

Типы клеточной организации

 

            Среди всего многообразия ныне существующих на Земле организмов выделяют две группы: вирусы и фаги, не имеющие клеточного строения; все остальные организмы представлены разнообразными клеточными формами жизни. Различают два типа клеточной организации: прокариотический и эукариотический.

            Клетки прокариотического типа устроены сравнительно просто. В них нет морфологически обособленного ядра, единственная хромосома образована кольцевидной ДНК и находится в цитоплазме; мембранные органеллы отсутствуют (их функцию выполняют различные впячивания плазматической мембраны); в цитоплазме имеются многочисленные мелкие рибосомы; микротрубочки отсутствуют, поэтому неподвижна, а реснички и жгутики имеют особую структуру. Особенности структуры прокариотических клеток определяют специфический характер процессов обмена веществ, жизнедеятельности и размножения. К прокариотам относят бактерий. Они были единственной формой жизни на Земле по крайней мере в течение 2 млрд. лет. Одну из групп фотосинтезирующих бактерий (синезеленые водоросли или цианобактерии) раньше относили к водорослям. Однако в настоящее время их рассматривают как специфическую группу бактерий. Большинство современных живых организмов относится к одному из трех царств – растений, грибов и животных, объединяемых в надцарство эукариот.

            Для растительных клеток характерно наличие толстой целлюлозной клеточной стенки, различных пластид, крупной центральной вакуоли, смещающей ядро к периферии. Клеточный центр высших растений не содержит центриоли. В качестве резервного питательного углевода клетки растений запасают крахмал.

            В клетках грибов клеточная оболочка содержит хитин, в цитоплазме имеется центральная вакуоль, отсутствуют пластиды. Только у некоторых грибов в клеточном центре встречается центриоль. Главным резервным полисахаридом является гликоген.

            Животные клетки  имеют, как правило, тонкую клеточную стенку, не содержат пластид и центральной вакуоли, для клеточного центра характерна центриоль. Запасным углеводом является гликоген.

            В зависимости от количества клеток, из которых состоят организмы, последние делят на одноклеточные и многоклеточные. Одноклеточные организмы состоят из одной – единственной клетки, выполняющей функции целостного организма. Многие из этих клеток устроены гораздо сложнее, чем клетки многоклеточного организма. Одноклеточными являются все прокариоты, а также простейшее, некоторые зеленые водоросли и грибы. Тело многоклеточных организмов состоит из множества клеток, объединенных в ткани, органы и системы органов. Клетки многоклеточного организма специализированы для выполнения определенной функции и могут существовать вне организма лишь в микросреде, близкой к физиологической (например, в условиях культуры тканей). Клетки в составе многоклеточного организма различаются по размерам, форме, структуре и выполняемым функциям. Несмотря на индивидуальные особенности, все клетки построены по единому плану и имеют много общих черт.

                                           Биологические мембраны
  Основу структурной организации клетки составляют биологические мембраны. Они обрауют плазматическую мембрану клетки  и мембранные органоиды.  Мембраны состоят из белков и липидов. Липиды ( в основном фосфолипиды) образуют жидкий бимолекулярный слой, в котором гидрофобные хвосты молекул обращены внутрь мембраны, а гидрофильные к ее поверхностям. Молекулы белков способны перемещаться в слоях липидов, располагаясь либо на внешней или внутренней поверхности мембраны, либо пронизывая ее насквозь. В состав мембран входят также углеводы в виде гликолипидов и гликопротеинов, располагающихся на внешней поверхности  мембран. Набор белков и углеводов на поверхности мембраны каждой клетки специфичен и определяет ее «паспортные» данные.

Мембраны обладают свойством избирательной проницаемости (способны пропускать одни вещества и не пропускать или хуже пропускать другие), а также свойством самопроизвольного восстановления целостности структуры.

 

Строение эукариотической клетки

           

            Типичная эукариотическая клетка состоит из трех компонентов: оболочки, цитоплазмы и ядра.

 

Клеточная оболочка

 

            Снаружи клетка окружена оболочкой, основу которой составляет плазматическая мембрана, или плазмалемма, имеющая типичное строение и толщину 7,5 нм. Углеводный компонент в составе клеточных оболочек разных клеток выражен в различной степени. В животных клетках он относительно тонок (толщина 10 – 20 нм), представлен олигосахаридными группами гликопротеинов и гликолипидов мембраны и называется гликокаликсом. В растительных клетках углеводный компонент клеточной оболочки выражен и представлен целлюлозной клеточной стенкой.

            Клеточная оболочка выполняет важные и весьма разнообразные функции: определяет и поддерживает форму клетки; защищает клетку от механических воздействий и проникновения повреждающих биологических агентов; осуществляет рецепцию (узнавание) многих молекулярных сигналов (например, гормонов); ограничивает внутреннее содержимое клетки; регулирует обмен веществ между клеткой и окружающей средой, обеспечивая постоянство внутриклеточного состава; участвует в формировании межклеточных контактов и различного рода специфических выпячиваний цитоплазмы (микроворсинок, ресничек, жгутиков). Обмен веществ между клеткой и окружающей ее средой происходит постоянно. Механизмы транспорта веществ в клетку и из нее зависят от размеров транспортируемых частиц. Малые молекулы и ионы транспортируются клеткой непосредственно через мембрану в форме пассивного и активного транспорта. Пассивный транспорт  осуществляется без затрат энергии, путем простой диффузии, осмоса или облегченной диффузии с помощью белков – переносчиков; активный транспорт – с помощью белков – переносчиков и требует затрат энергии. Перенос макромолекул и более крупных частиц происходит за счет образования окруженных мембраной пузырьков. В зависимости от вида и направления транспорта различают эндоцитоз и экзоцитоз. Поглощение и выделение твердых и крупных частиц получило название фагоцитоз и обратный фагоцитоз, жидких или растворенных частичек – пиноцитоз и обратный пиноцитоз.

 

Цитоплазма. Органоиды и включения.

 

            Цитоплазма представляет собой внутреннее содержимое клетки и состоит из основного вещества, или гиалоплазмы, и находящихся в нем разнообразных внутриклеточных структур. Гиалоплазма (матрикс) – это водный раствор неорганических и органических веществ, способный изменять свою вязкость и находящийся в постоянном движении. Способность к движению, или течению цитоплазмы, называют циклозом. В процессе циклоза происходит перемещение находящихся в цитоплазме веществ и структур. Матрикс – это активная среда, в которой протекают многие химические и физиологические процессы , которые объединяют все компоненты клетки в единую систему. Цитоплазматические структуры клетки представлены включениями и органоидами. Включения – относительно непостоянные, встречающиеся в клетках некоторых типов в определенные моменты жизнедеятельности, например в качестве запаса питательных веществ (зерна крахмала, белков, капли гликогена) или продуктов, подлежащих выведению из клетки (гранулы секрета). Органоиды постоянные и обязательные компоненты большинства клеток, имеющие специфическую структуру и выполняющие жизненно важные функции. К мембранным органоидам эукариотической клетки относят эндоплазматическую сеть, пластинчатый комплекс Гольджи, лизосомы, митохондрии, пластиды.

            Эндоплазматическая сеть (ретикулум) – это разветвленная система соединенных между собой полостей, трубочек и каналов, отграниченных от цитоплазмы одиночной мембраной. Выделяют две разновидности эндоплазматической сети: шероховатую и гладкую. На мембране шероховатой (гранулярной) эндоплазматической сети располагаются рибосомы. Часть синтезируемых ими белков включаются в состав мембраны эндоплазматической сети, другие поступают в просвет ее каналов, где преобразуются и транспортируются к аппарату Гольджи. Мембраны гладкой (агранулярной) эндоплазматической сети рибосом не имеют, но содержат ферменты синтеза почти всех клеточных липидов. Таким образом, эндоплазматическая сеть служит «фабрикой» для производства мембранных и транспортируемых белков и липидов, а также осуществляет и систему их транспорта внутри клетки. Пластинчатый комплекс или аппарат Гольджи, состоит из 5 – 20 как бы собранных стопкой уплощенных дисковидных мембранных полостей и отшнуровывающихся от них микропузырьков.

Попадающие в полость комплекса Гольджи белки и липиды подвергаются различным преобразованиям, накапливаются, сортируются, упаковываются в секреторные пузырьки и транспортируются по назначению: к различным внутриклеточным структурам или за пределы клетки. Мембраны аппарата Гольджи способны также синтезировать полисахариды и образовывать лизосомы. Лизосомы выполняют функцию внутриклеточного переваривания макромолекул  пищи и чужеродных компонентов, поступающих в клетку при фаго – и пиноцитозе, обеспечивая клетку дополнительным сырьем для химических и энергетических процессов. При голодании клетки лизосомы переваривают некоторые органоиды и на какое – то время пополняют запас питательных веществ. В процессе развития у животных нередко происходит гибель отдельных клеток и даже органов, осуществляющаяся при непременном участии лизосом. Для осуществления этих функций лизосомы содержат около 40 ферментов, разрушающих белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы и т.д. Различают первичные и вторичные лизосомы. Первичные лизосомы – это отшнуровывающиеся от полостей аппарата Гольджи микропузырьки, окруженные одиночной мембраной и содержащие набор ферментов. После слияния первичных лизосом с каким – нибудь субстратом, подлежащим расщеплению, образуются вторичные лизосомы. Примером вторичных лизосом являются пищеварительные вакуоли простейших. Эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы представляют собой функционально связанные внутриклеточные структуры, ограниченные от цитоплазмы одинарной мембраной. Они составляют единую канальцево – вакуолярную систему клетки. В клетках эукариот имеются также органеллы, изолированные от цитоплазмы двумя мембранами. Такими органеллами являются  митохондрии и пластиды. Согласно симбиотической гипотезе о происхождении эукариотической клетки, они являются потомками древних прокариотических клеток – симбионтов: бактерий и сине - зеленых водорослей. Это органеллы называют полуавтономными, поскольку они обладают собственным аппаратом биосинтеза белка (кольцевидной ДНК, рибосомами, тРНК, ферментами) и синтезируют часть функционирующих в них белков.

Митохондрии содержатся почти во всех аэробных эукариотических клетках, за исключением зрелых эритроцитов млекопитающих. Число их в разных клетках различно и зависит от уровня функциональной активности клетки. Митохондрии имеют весьма вариабельные размеры и форму (палочковидная, овальная, округлая). Снаружи митохондрии ограничены гладкой наружной мембраной, сходной по составу с плазмалеммой. Внутренняя мембрана образует многочисленные выросты (кристы) и содержат многочисленные ферменты, участвующие в процессах преобразования энергии пищевых веществ в энергию АТФ. В митохондриях происходит также синтез стероидных гормонов.

Пластиды – органеллы, характерные только для клеток фотосинтезирующих эукариотических организмов. В зависимости от окраски различают три основных типа: хлоропласты, хромопласты и лейкопласты.

Хлоропласты – относительно крупные структуры клетки овальной или дисковидной формы. Содержимое пластид называют стромой. Наружная мембрана гладкая. внутренняя – образует пластинчатые впячивания – тилакоиды, большая часть которых укладывается в виде стопки монет и образует граны. В мембранах гран находится хлорофилл, придающий хлоропласту зеленую окраску и обеспечивающий протекание световой фазы фотосинтеза. Хромопласты устроены проще, гран не имеют, к фотосинтезу не способны, содержат разнообразные пигменты: желтые, оранжевые и красные каротины и ксантофиллы. Они придают яркую окраску цветам и плодам, привлекая животных, и способствуют таким образом опылению растений и расселению семян.

Лейкопласты почти лишены тилакоидов, пигменты в них находятся в неактивной форме  (протохлорофиллы). Лейкопласты бесцветны, содержатся в клетках подземных или неокрашенных частей растений (коней, корневищ, клубней). Способны накапливать запасные питательные вещества, в первую очередь крахмал, липиды и белки. На свету могут превращаться в хлоропласты (например, при цветении клубней картофеля). Обязательными для большинства клеток являются также органоиды, не имеющие мембранного строения. К ним относятся рибосомы, микрофиламенты, микротрубочки, клеточный центр.

Рибосомы – самые многочисленные структуры, обнаруженные во всех типах клеток. Рибосомы имеют округлую форму, состоят из примерно равных по массе количеств рРНК и белка, представлены двумя субъединицами: большой и малой. Функция рибосом – сборка белковых молекул.

Микротрубочки и микрофиламенты – нитевидные структуры, состоящие из различных сократительных белков и обуславливающие двигательные функции клетки. Микротрубочки имеют вид длинных полых цилиндров, стенки которых состоят из белков – тубулинов. Микрофиламенты представляют собой очень тонкие, длинные, нитевидные структуры, состоящие из актина и миозина. Микротрубочки и микрофиламенты пронизывают всю цитоплазму клетки, формируя ее цитоскелет, обусловливают циклоз, внутриклеточные перемещения органелл, расхождение хромосом при делении ядерного материала и т.д. Помимо свободных микротрубочек, пронизывающих цитоплазму, в клетках имеются определенным образом организованные микротрубочки, формирующие центриоли клеточного центра, базальные тельца, реснички, жгутики.

Клеточный центр или центросома, обычно находится вблизи ядра, состоит из двух центриолей, располагающихся перпендикулярно друг другу. Каждая центриоль имеет вид полого цилиндра, стенка которого образована девятью триплетами микротрубочек. Центриоли клеточного центра участвуют в формировании митотического веретена клетки. В процессе эволюции разные клетки приспосабливались к обитанию в различных условиях и выполнению специфических функций. Это требовало наличия в них особых органоидов, которые называют специализированными в отличие от рассмотренных выше органоидов общего значения. К их числу относят сократительные вакуоли простейших, миофибриллы мышечного волокна, нейрофибриллы и синаптические пузырьки  нервных клеток, микроворсинки  эпителиальных клеток, реснички и жгутики  некоторых простейших.

Жгутики и реснички – это органоиды движения, представляющие собой своеобразные выросты цитоплазмы клетки. Остов жгутика или реснички имеет вид цилиндра, по периметру которого располагаются  девять парных микротрубочек,  и две в центре.

Клеточное ядро – наиболее важный компонент эукариотических клеток. Большинство клеток имеют одно ядро, но встречаются и многоядерные клетки ( у ряда простейших, в скелетных мышцах позвоночных). Некоторые высоко специализированные клетки утрачивают ядра (эритроциты млекопитающих и клетки ситовидных трубок у покрытосеменных растений). Ядро, как правило, имеет шаровидную или овальную форму, реже может быть сегментированным или веретеновидным. В состав ядра входят ядерная оболочка и кариоплазма, содержащая хроматин (хромосомы) и ядрышки.

Ядерная оболочка образована двумя мембранами (наружной и внутренней) и содержит многочисленные поры, через которые между ядром и цитоплазмой происходит обмен различными веществами.

Кариоплазма (нуклеоплазма) представляет собой желеобразный раствор, в котором находятся разнообразные белки, нуклеотиды, ионы, а также хромосомы и ядрышко.

Ядрышко – небольшое округлое тельце, интенсивно окрашивающееся обнаруживающееся в ядрах неделящихся клеток. Функция ядрышка – синтез рРНК и соединение их с белками, т.е. сборка субчастиц рибосом.

Хроматин – специфически окрашивающиеся некоторыми красителями глыбки, гранулы и нитчатые структуры, образованные молекулами ДНК в комплексе с белками. Различные участки молекул ДНК в составе хроматина обладают разной степенью спирилизации, а потому различаются интенсивностью окраски и характером генетической активности. Хроматин представляет собой форму существования генетического материала в неделящихся клетках и обеспечивает возможность удвоения и реализации заключенной в нем информации. В процессе деления клеток происходит спирализация ДНК и хроматиновые структуры образуют хромосомы.

 

Кариотип

Кариотип – количественная и качественная характеристика хромосом, характерная для определенного вида.

Хромосомы – плотные, интенсивно окрашивающиеся структуры, которые являются единицами морфологической организации генетического материала и обеспечивают его точное распределение при делении клетки. Хромосомы лучше всего различимы (и изучаются) на стадии метафазы митоза. Каждая метафазная хромосома состоит из двух хроматид.

Хроматиды – сильно спирализованные идентичные молекулы ДНК, образовавшиеся в результате репликации. Хроматиды соединяются между собой в области первичной перетяжки, или центромеры.  Центромера делит хромосому на два плеча. В зависимости от места положения центромеры различают хромосомы равноплечие, неравноплечие и палочковидные. Некоторые хромосомы имеют вторичные перетяжки, отделяющие спутники. Вторичные перетяжки ряда хромосом участвуют в образовании ядрышка. Число хромосом в клетках каждого биологического вида постоянно. Обычно в ядрах клеток тела (соматических) хромосомы представлены парами, в половых клетках они непарны. Одинарный набор хромосом в половых клетках называют гаплоидным (n), набор хромосом в соматических клетках диплоидным (2n). Хромосомы разных организмов различаются размерами и формой. Диплоидный набор хромосом клеток конкретного вида живых организмов, характеризующийся числом, величиной и формой хромосом, называют кариотипом. В хромосомном наборе соматических клеток парные хромосомы называют гомологичными, хромосомы из разных пар – негомологичными.

Гомологичные хромосомы одинаковы по размерам, форме, составу и порядку расположения генов, но различны по происхождению (одна унаследована от отцовского, другая – от материнского организма). Хромосомы в составе кариотипа делят на аутосомы, или неполовые хромосомы, одинаковые у особей мужского и женского пола и гетерохромосомы, или половые хромосомы, участвующие в определении пола и различающиеся у самцов и самок. Кариотип человека представлен 46 хромосомами (23 пары) : 44 аутосомы и 2 половые хромосомы ( у женщины две одинаковые, у мужчин – Х и Y – хромосомы). Ядро осуществляет хранение и реализацию генетической информации, управление процессом биосинтеза белка, а через белки – всеми другими процессами жизнедеятельности. Ядро участвует в репликации и распределении наследственной информации между дочерними клетками, а следовательно и в регуляции клеточного деления и процессов развития организма.

 

Жизненный цикл клетки, деление, митоз.

 

            Период в жизни клетки от момента её возникновения в результате деления материнской клетки до её собственного деления называется жизненным ( или клеточным) циклом. Описано три способа деления эукариотических клеток: амитоз (прямое деление),

митоз (непрямое деление) и мейоз (редукционное деление).

Митоз состоит из 3 главных стадий:

1.Интерфаза  - период интенсивного синтеза, роста и удвоения ДНК.

2.Митоз (кариокинез)  - это процесс деления ядра, при котором хроматиды отделяются одна от другой и перераспределяются в виде хромосом между дочерними клетками.

3.Цитокенез – деление цитоплазмы.

 

1)Интерфаза – разделяется на три периода: пресинтетический G1, синтетический S и постсинтетический G2. Содержание генетической информации обозначают n – набор хромосом, с – количество ДНК. При пресинтетическом периоде G1 идет интенсивный рост клетки, образование органоидов (митохондрий, хлоропластов ЭПС и т.д.); биосинтез всех видов РНК: рибосомной, матричной, информационной, биосинтез белка. набор хромосом в клетке 2n2с. В синтетическом S – периоде происходит удвоение ДНК. Каждая хромосома превращается в две хромотиды. Набор хромосом становится 2n4с.

В постсинтетическом  периоде G2 происходит интенсивный синтез веществ, синтез АТФ. Удвоение центриолей клеточного центра ( в клетках , где они имеются) и начало образования веретена деления.

2)Митоз (кариокинез) – это основной способ деления соматических клеток. Процесс митоза подразделяют на 4 стадии: профазу, метафазу, анафазу и телофазу, которым предшествует интерфаза. В профазе происходит увеличение объема ядра, начинается спирализация  хроматиновых нитей, расхождение центриолей к полюсам клетки и формирование веретена. Исчезает ядрышко.  К концу профазы распадаются ядра и ядерная оболочка, хромосомы свободно располагаются в цитоплазме. К центромерам  хромосом прикрепляются нити веретена деления и хромосомы устремляются к центру клетки. Содержание генетической информации при этом 2n2с.

Метофаза – самая короткая фаза, когда хромосомы располагаются на экваторе клетки. В этой стадии достигается наибольшая спирализация хромосом, когда их удобнее всего изучать. Содержание генетической информации остается прежней. Анафаза: происходит разделение хроматид в области центромер. Нити веретена деления сокращаются и хроматиды (дочерние хромосомы) расходятся к полюсам клетки. Содержание генетической информации становится 2n2с у каждого полюса. Телофаза: формируются ядра дочерних клеток, хромосомы деспирализуются, строятся ядерные оболочки, в ядре появляются ядрышки. Митоз заканчивается цитокинезом – делением цитоплазмы материнской клетки. В конечном итоге образуются две дочерние клетки, каждая из которых имеет двойной набор хромосом с одной хроматидой в хромосоме 2n2с.

3) Цитокинез. Деление цитоплазмы называют цитокинезом. Цитокинез следует за телофазой и ведет в период G1 интерфаза. Клеточные органоиды равномерно распределяются по двум полюсам дочерней клетки. В животных клетках плазматическая мембрана начинает впячиваться внутрь в плоскости экватора. В конце концов клеточной мембраны в области борозды смыкаются, полностью разделяются две клетки. Набор хромосом 2n2с, в каждой клетке.

Значение митоза

  1. Генетическая стабильность. В результате митоза каждая дочерняя клетка получает такой же набор хромосом, как материнская.
  2. Рост. В результате митозов число клеток в организме удваивается, что представляет собой один из главных механизмов роста.
  3. Бесполое размножение, регенерация и замещение клеток.

 

 

Категория: Лекции по анатомии и физиологии человека | Добавил: Lida
Просмотров: 130 | Загрузок: 13
Copyright MyCorp © 2017