Микротрубочки выполняют в клетках еще и структурную роль: эти длинные, трубчатые, достаточно жесткие структуры образуют опорную систему клетки, являясь частью цитоскелета . Они способствуют определению формы клеток в процессе дифференцировки и поддержанию формы дифференцированных клеток; нередко они располагаются в зоне, непосредственно примыкающей к плазматической мембране. Животные клетки, в которых система микротрубочек повреждена, принимают сферическую форму. В растительных клетках расположение микротрубочек точно соответствует расположению целлюлозных волокон, отлагающихся при построении клеточной стенки; таким образом микротрубочки косвенно определяют форму клетки.
Микроворсинки
Микроворсинками называют пальцевидные выросты плазматической мембраны некоторых животных клеток. Иногда микроворсинки увеличивают площадь поверхности клетки в 25 раз, поэтому они особенно многочисленны на поверхности клеток всасывающего типа, а именно в эпителии тонкого кишечника и извитых канальцев нефронов. Это увеличение площади всасывающей поверхности способствует и лучшему перевариванию пищи в кишечнике, потому что некоторые пищеварительные ферменты находятся на поверхности клеток и связаны с ней.
Бахрома микроворсинок на эпителиальных клетках хорошо видна в световом микроскопе; это так называемая щеточная каемка эпителия.
В каждой микроворсинке содержатся пучки актиновых и миозиновых нитей. Актин и миозин - это белки мышц, участвующие в мышечном сокращении. В основании микроворсинок актиновые и миозиновые нити, связываясь с нитями соседних микроворсинок, образуют сложную сеть. Вся эта система в целом поддерживает микроворсинки в расправленном состоянии и позволяет им сохранять свою форму, обеспечивая в то же время и скольжение актиновых нитей вдоль миозиновых (наподобие того, как это происходит при мышечном сокращении).
Электронная микрофотография, на которой видны целлюлозные волокна в отдельных аюях клеточной стенки зеленой морской водоросли Chaetomorpha melagonium. Толщина целлюлозных микрофибрилл составляет 20 нм. Для получения контрастного изображения произведено напьиение сплавом платины с золотом.Клеточные стенки
Растительные клетки, подобно клеткам прокариот и грибов, заключены в сравнительно жесткую клеточную стенку, материал для построения которой секретирует сама находящаяся в ней живая клетка (протопласт). По своему химическому составу клеточные стенки растений отличаются от клеточных стенок прокариот и грибов.
Клеточная стенка , отлагающаяся во время деления клеток растения, называется первичной клеточной стенкой. Позже в результате утолщения она может превратиться во вторичную клеточную стенку. На рисунке воспроизведена электронная микрофотография, на которой можно видеть одну из ранних стадий этого процесса.
Строение клеточной стенки
Первичная клеточная стенка состоит из целлюлозных фибрилл, погруженных в матрикс, в состав которого входят другие полисахариды. Целлюлоза тоже представляет собой полисахарид. Она обладает высокой прочностью на разрыв, сравнимой с прочностью стали. Матрикс состоит из полисахаридов, которые для удобства описания делят обычно на пектины и гемицеллюлозы. Пектины - это кислые полисахариды с относительно высокой растворимостью. Срединная пластинка, скрепляющая стенки соседних клеток, состоит из клейких студнеобразных пектатов (солей пектина) магния и кальция.
Гемицеллюлозы - это смешанная группа полисахаридов, растворимых в щелочах. У гемицеллюлоз, как и у целлюлозы, молекулы имеют форму цепи, однако их цепи короче, менее упорядочены и сильнее разветвлены.
Клеточные стенки гидратированы: 60-70% их массы обычно составляет вода. По свободному пространству клеточной стенки вода перемещается беспрепятственно.
У некоторых клеток , например у клеток мезофилла листа, на всем протяжении их жизни имеется только первичная клеточная стенка. Однако у большинства клеток на внутреннюю поверхность первичной клеточной стенки (снаружи от плазматической мембраны) отлагаются дополнительные слои целлюлозы, т. е. возникает вторичная клеточная стенка. В любом слое вторичного утолщения целлюлозные волокна располагаются под одним и тем же углом, но в разных слоях этот угол различен, чем и обеспечивается еще большая прочность структуры. Такое расположение целлюлозных волокон показано на рисунке.
Некоторые клетки , такие, как трахеальные элементы ксилемы и клетки склеренхимы, претерпевают интенсивную лигнификацию (одревеснение). При этом все слои целлюлозы пропитываются лигнином - сложным полимерным веществом, не относящимся к полисахаридам. Клетки протоксилемы лигнифицируются лишь частично. В других случаях лигнификация бывает сплошной, если не считать так называемых поровых полей, т. е. тех участков в первичной клеточной стенке, через которые осуществляется контакт между соседними клетками при помощи группы плазмолемы.
Лигнин скрепляет целлюлозные волокна и удерживает их на месте. Он действует как очень твердый и жесткий матрикс, усиливающий прочность клеточных стенок на растяжение и в особенности на сжатие (предотвращает прогибы). Это главный опорный материал дерева. Он также предохраняет клетки от повреждения под действием физических и химических факторов. Вместе с целлюлозой, остающейся в клеточных стенках, лигнин придает древесине те особые свойства, которые делают ее незаменимым строительным материалом.
1. Гликокаликс 2. Микроворсинки 3. Межклеточный контакт в виде «замка» 4. Десмосома 5. Плотный контакт
Микроворсинки являются неотъемлемой частью эпителиоцитов тонкого и толстого
кишечника, канальцев почки. В этих органах микроворсинки обеспечивают всасывание
необходимых веществ. Количество микроворсинок (2) в одной клетке может достигать 3000. Большое количество микроворсинок в клетке создает между ними узкие щели. В этих
пространствах действуют капиллярные силы, способствующие присасыванию жидкости. В тонком кишечнике на микроворсинках поверхностного эпителия в гликокаликсе (1) и в плазмолемме сконцентрированы ферменты, обеспечивающие пристеночное пищеварение и всасывание веществ.
В почках микроворсинки всасывают воду и электролиты, в дальнейшем последние переходят в кровь. При некоторых патологических состояниях микроворсинки отделяются от клетки и закрывают просвет почечного канальца (синдром белковых цилиндров)
Назовите структуры, обозначенные цифрами, объясните функции этих структур.
Специальные структуры поверхности клетки: микрореснички в эпителиоцитах
1. Микроресничка 2. Аксонема 3. Базальное тельце 4. Десмосома 5.Базальная мембрана
6. Плазмолемма
Микрореснички относят к специализированным органоидам клетки. Они всегда
присутствуют в эпителии воздухоносных путей, в яйцеводе и обладают подвижностью.
Микроресничка – вырост клетки диаметром 300 нм. Снаружи её покрывает плазмолемма (6), а внутри находится аксонема (2), которая состоит из комплексов микротрубочек. Микротрубочки собраны в комплексы в виде дуплетов: по 9 пар на периферии и одна пара в центре. Микрореснички построены из белка тубулина, который не способен к сокращению. Движение микроресничек обеспечивает белок динеин, который локализован в «ручках» дуплетов микротрубочек.
Аксонема (2) связана с базальным тельцем (3), которое состоит из триплетов микротрубочек без центрального дуплета.
Развитие микроресничек связано с формированием клеточного центра. В этот период происходит многократная редупликация центриолей. Новые центриоли парами мигрируют к апикальной поверхности клетки. Здесь они модифицируются в микрореснички.
Дайте название процессу и его фазам. Опишите изменения, происходящие на каждой из приведенных схем.
Митоз.
1. Клетка в интерфазе 2. Профаза. Хромосомы спирализуются. Распадается оболочка ядра. Центриоли расходятся к полюсам клетки 3. Ранняя анафаза. Наступает после метафазы. При этом хромосомы перемещаются к полюсам со скоростью 0,2-5,0 мкм в мин. 4. Телофаза. Происходит организация ядер в дочерних клетках.
В предмитотической фазе (1) в клетке удваивается число хромосом.
На приведенных схемах 2,3,4 приведены основные фазы митоза. В профазе прекращается транскрипция. Затем начинается спирализация хромосом. К концу профазы видны хромосомы, каждая из которых состоит из двух хроматид. Хроматиды сплетены и не видны отдельно. Характерной чертой профазы является формирование веретена деления. К каждому полюсу отходят по две центриоли и от них образуются микротрубочки. Формирование микротрубочек обеспечивает полимеризация белков тубулинов. С микротрубочками связываются хромосомы.
Метафаза занимает 20-30 минут. В этот период завершено образование веретена деления и хромосомы занимают экваториальную плоскость. К концу метафазы сестринские хроматиды разделяются.
В анафазе (2) сестринские хроматиды становятся самостоятельными хромосомами и расходятся к полюсам. Телофазу разделяют на раннюю и позднюю (3,4). Ранняя телофаза – это завершение расхождения хромосом. В поздней телофазе начинается формирование новых ядер, обособление генетического материала (3). Завершается поздняя телефаза разделением исходной клетки на две дочерние (цитокинез или цитотомия).
Хромосомы начинают транскрибировать РНК. К концу телофазы ядрышко полностью сформировано.
Микроворсинка - вырост эукариотической (обычно животной) клетки, имеющий пальцевидную форму и содержащий внутри цитоскелет из актиновых микрофиламентов. Из микроворсинок состоит воротничок у клеток хоанофлагеллят и у воротничково-жгутиковых клеток губок и других многоклеточных животных. В организме человека микроворсинки имеют клетки эпителия тонкого кишечника, на которых микроворсинки формируют щеточную кайму, а также механорецепторы внутреннего уха - волосковые клетки. За упорядочение актинового цитоскелета микроворсинок отвечают вспомогательные белки, взаимодействующие с актином - фимбрин, спектрин, виллин и др. Микроворсинки также содержат цитоплазматический миозин нескольких разновидностей.
Органоиды: понятие, значение, классификация органоидов по распространенности.
Органоиды: понятие, значение, классификация органоидов по строению.
Органоиды: понятие, значение, классификация органоидов по функции.
Органоиды или органеллы - в цитологии постоянные структуры клеток. Каждый органоид осуществляет определённые функции, жизненно необходимые для клетки. Термин «Органоиды» объясняется сопоставлением этих компонентов клетки с органами многоклеточного организма. Органоиды противопоставляют временным включениям клетки, которые появляются и исчезают в процессе обмена веществ.
Классификация органоидов по распространенности:
Подразделяются на общие , характерные для различных клеток (ЭПС, рибосомы, лизосомы, митохондрии), и специальные (опорные нити тоно-фибрилы эпителиальных клеток), встречающиеся исключительно в клеточных элементах одного вида.
Классификация органоидов по строению:
Подразделяются на мембранные, в основе строения которых лежит биологическая мембрана, и немембранные (рибосомы, клеточный центр, микротрубочки).
Классификация органоидов по функции:
Синтетический аппарат (рибосомы, ЭПС, аппарат Гольджи)
Аппарат внутриклеточного переваривания (лизосома и пероксисома)
Энергетический аппарат (митохондрии)
Аппарат цитоскелета
Органоиды энергопроизводства: понятие, расположение, строение, значение.(см в 30 ответ)
Митохондрии: понятие, расположение в клетке, строение при световой и электронной микроскопии.
Митохондрия - двумембранная гранулярная или нитевидная органелла толщиной около 0,5 мкм.
Процесс энергообразования в митохондриях может быть разбит на четыре основные стадии, первые две из которых протекают в матриксе, а две последние - на кристах митохондрий:
1.Превращение поступивших из цитоплазмы в митохондрию пирувата и жирных кислот в ацетил-СоА;
2.Окисление ацетил-СоА в цикле Кребса, ведущее к образованию НАДН;
3.Перенос электронов с НАДН на кислород по дыхательной цепи;
4.Образование АТФ в результате деятельности мембранного АТФ-синтетазного комплекса.
Органоиды внутриклеточного переваривания: понятие, расположение, строение, значение(см в 32 и 33 ответ)
Лизосомы: понятие, строение, расположение, значение.
Лизосома - клеточный органоид размером 0,2 - 0,4 мкм, один из видов везикул. Эти одномембранные органоиды - часть вакуома (эндомембранной системы клетки)
Лизосомы формируются из пузырьков (везикул), отделяющихся от аппарата Гольджи, и пузырьков (эндосом), в которые попадают вещества при эндоцитозе. В образовании аутолизосом (аутофагосом) принимают участие мембраны эндоплазматического ретикулума. Все белки лизосом синтезируются на «сидячих» рибосомах на внешней стороне мембран эндоплазматического ретикулума и затем проходят через его полость и через аппарат Гольджи.
Функциями лизосом являются:
1.переваривание захваченных клеткой при эндоцитозе веществ или частиц (бактерий, других клеток)
2.аутофагия - уничтожение ненужных клетке структур, например, во время замены старых органоидов новыми, или переваривание белков и других веществ, произведенных внутри самой клетки
3.автолиз - самопереваривание клетки, приводящее к ее гибели (иногда этот процесс не является патологическим, а сопровождает развитие организма или дифференцировку некоторых специализированных клеток). Пример: При превращении головастика в лягушку, лизосомы, находящиеся в клетках хвоста, переваривают его: хвост исчезает, а образовавшиеся во время этого процесса вещества всасываются и используются другими клетками тела.
Пероксисомы: понятие, строение, расположение, значение.
Пероксисома - обязательная органелла эукариотической клетки, ограниченная мембраной, содержащая большое количество ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные реакции (оксидазы D-аминокислот, уратоксидазы и каталазы). Имеет размер от 0,2 до 1,5 мкм, отделена от цитоплазмы одной мембраной.
Набор функций пероксисом различается в клетках разных типов. Среди них: окисление жирных кислот, фотодыхание, разрушение токсичных соединений, синтез желчных кислот, холестерина, а также эфиросодержащих липидов, построение миелиновой оболочки нервных волокон, метаболизме фитановой кислоты и т. д. Наряду с митохондриями пероксисомы являются главными потребителями O2 в клетке.
Органоиды синтеза: понятие, разновидности, расположение, строение, значение.(см в 35,36 и 37 ответ)
Рибосомы: понятие, строение, разновидности, значение.
Рибосома - важнейший немембранный органоид живой клетки сферической или слегка эллипсоидной формы, диаметром 100-200 ангстрем, состоящий из большой и малой субъединиц. Рибосомы служат для биосинтеза белка из аминокислот по заданной матрице на основе генетической информации, предоставляемой матричной РНК, или мРНК. Этот процесс называется трансляцией.
В эукариотических клетках рибосомы располагаются на мембранах эндоплазматической сети, хотя могут быть локализованы и в неприкрепленной форме в цитоплазме. Нередко с одной молекулой мРНК ассоциировано несколько рибосом, такая структура называется полирибосомой. Синтез рибосом у эукариот происходит в специальной внутриядерной структуре - ядрышке.
Эндоплазматическая сеть: понятие, строение, разновидности, значение.
Эндоплазматический ретикулум (ЭПР) или эндоплазматическая сеть (ЭПС) - внутриклеточный органоид эукариотической клетки, представляющий собой разветвлённую систему из окружённых мембраной уплощённых полостей, пузырьков и канальцев.
Выделяют два вида ЭПС:
Гранулярный эндоплазматический ретикулум;
Агранулярный (гладкий) эндоплазматический ретикулум.
Аппарат Гольджи: понятие, строение при световой и электронной миткроскопии, расположение.
Аппарат Гольджи (комплекс Гольджи) - мембранная структура эукариотической клетки, органелла, в основном предназначенная для выведения веществ, синтезированных в эндоплазматическом ретикулуме.
Комплекс Гольджи представляет собой стопку дискообразных мембранных мешочков (цистерн), несколько расширенных ближе к краям, и связанную с ними систему пузырьков Гольджи. В растительных клетках обнаруживается ряд отдельных стопок (диктиосомы), в животных клетках часто содержится одна большая или несколько соединённых трубками стопок.
Органоиды цитоскелета: понятие, разновидности, строение, значение.
Цитоскелет - это клеточный каркас или скелет, находящийся в цитоплазме живой клетки. Он присутствует во всех клетках как у эукариот, так и у прокариот. Это динамичная, изменяющаяся структура, в функции которой входит поддержание и адаптация формы клетки ко внешним воздействиям, экзо- и эндоцитоз, обеспечение движения клетки как целого, активный внутриклеточный транспорт и клеточное деление.Цитоскелет образован белками.
В цитоскелете выделяют несколько основных систем, называемых либо по основным структурным элементам, заметным при электронно-микроскопических исследованиях (микрофиламенты, промежуточные филаменты, микротрубочки), либо по основным белкам, входящим в их состав (актин-миозиновая система, кератины, тубулин-динеиновая система).
Органеллы спец. назначения – это постоянно присутствующие и обязательные для отдельных клеток микроструктуры , выполняющие особые функции, которые обеспечивают специализацию ткани и органа . К ним относят: реснички, жгутики, микроворсинки, миофибриллы.
Реснички и жгутики – это специальные органеллы движения, встречающиеся в некоторых клетках различных организмов. Ресничка представляет собой цилиндрический вырост цитоплазмы. Внутри выроста располагается аксонема (осевая нить) , проксимальная часть реснички(базальное тело) погружена в цитоплазму. Систему микротрубочек реснички описывают по формуле – (9х2) + 2. Основной белок реснички- тубулин.
Тонофибриллы - тонкие белковые волокна, обеспечивающие сохранность формы в некоторых эпителиальных клетках.Тонофибриллы обеспечивают механическую прочность клеток.
Миофибриллы - это органеллы клеток поперечнополосатых мышц, обеспечивающие их сокращение. Служат для сокращений мышечных волокон. Миофибрилла - это нитевидная структура, состоящая из саркомеров. Каждый саркомер имеет длину около 2 мкм и содержит два типа белковых филаментов: тонкие микрофиламенты из актина и толстые филаменты из миозина. Границы между филаментами (Z-диски) состоят из особых белков, к которым крепятся ±концы актиновых филаментов. Миозиновые филаменты также крепятся к границам саркомера с помощью нитей из белка титина (тайтина). С актиновыми филаментами связаны вспомогательные белки - небулин и белки тропонин-тропомиозинового комплекса.
У человека толщина миофибрилл составляет 1-2 мкм, а их длина может достигать длины всей клетки (до нескольких сантиметров). Одна клетка содержит обычно несколько десятков миофибрилл, на их долю приходится до 2/3 сухой массы мышечных клеток.
Включения. Их классификация и морфо-функциональная характеристика.
Включения – это необязательные и непостоянные компоненты клетки, возникающие и исчезающие в зависимости от метаболического состояния клеток. Различают: трофические, секреторные, экскреторные, пигментные включения.
К трофическим относят капельки жиров., гликоген.
Секреторные вкл .- это округлые образования различных р-ров., содержащие БАВ.
Экскреторные вкл .- не содержат каких-либо ферментов. Это обычно продукты метаболизма, подлежащие удалению из кл.
Пигментные вкл.- могут быть экзогенными(каротин, пылевые частицы, красители) и эндогенными (гемоглобин, билирубин, меланин, липофусцин).
Ядро, его значение в жизнедеятельности кл. Основные компоненты ядра. Их структурно-функциональные характеристики. Ядерно-цитоплазматические отношения как показатель функционального состояния кл.
Ядро кл.- – это структура, обеспечивающая генетическую детерминацию, регуляцию белкового синтеза и выполнение других клеточных функций.
Структурные элементы ядра :1) хроматин; 2) ядрышко; 3) кариоплазма; 4) кариолемма.
Хроматин это вещество, хорошо воспринимающее краситель состоит из хроматиновых фибрилл, толщиной 20-25 нм, которые могут располагаться в ядре рыхло или компактно. При подготовке клетки к делению в ядре происходят слирализация хроматиновых фибрилл и превращение хроматина в хромосомы. После делания в Ядрах дочерних клеток происходит деспирализация хроматиновых фибрилл Различают хроматин: ЭУХРОМАТИН – зоны полной деконденсации хромосом и их участков. Активные участки хромосом. ГЕТЕРОХРОМАТИН – зоны конденсированного хроматина. Неактивные участки или целые хромосомы.ПОЛОВОЙ ХРОМАТИН – вторая неактивная Х хромосома в клетках женского организма.
По химическому строению хроматин состоит из:
1) дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК);
2) белков;
3) рибонуклеиновой кислоты (РНК).
Ядрышко - сферическое образование (1-5 мкм в диаметре), хорошо воспринимающее основные красители и располагающееся среди хроматина. Ядрышко не является самостоятельной структурой. Оно формируется только в интерфазе. В одном ядре содержится несколько ядрышек.
Микроскопически в ядрышке различают: 1) фибриллярный компонент (локализуется в центральной части ядрышка и представляет собой нити рибонуклеопротеида); 2) гранулярный компонент (локализуется в периферической части ядрышка и представляет собой Скопление субъединиц рибосом).Кириолемма – ядерная оболочка кот., отделяет содержимое ядра от цитоплазмы,обеспечивает регулируемый обмен веществ м/д ядром и цитоплазмой. Ядерная оболочка принимает участие в фиксации хроматина.
Функции ядер соматических клеток :
1) хранение генетической информации, закодированной в молекулах ДНК;
2) репарация (восстановление) молекул ДНК 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, рибрсомальной и транспортных РНК).
Функции ядер половых клеток:
1) хранение генетической информации;
2) передача генетической информации при слиянии женских и мужских половых кл.
В организме млекопитающих и человека различают следующие типы клеток:
1) часто делящиеся клетки клетки эпителия кишечника;
2) редко делящиеся клетки (клетки печени); .
3) неделящиеся клетки (нервные клетки). Жизненный цикл у этих клеточных типов различен. Клеточный цикл подразделяется на два основных
1) митоз, или период деления;
2) интерфазу - промежуток жизни клетки между двумя делениями.
Фибриллярная система микроворсинок характеризуется структурным постоянством. Центральное место в ней занима-ет пучок микрофиламентов актиновой природы, идущий парал-лельно длинной оси микроворсинки (рис. 7). То, что микрофи-ламенты состоят из актина, доказано в опытах с тяжелым меромиозином, который, специфически связываясь с актином, образует на электроннограммах типичные стрельчатые струк-туры. Отдельные микрофибриллы этого пучка создают пра-вильную систему контактов с субмембранной областью гиало-плазмы и на вершине ворсинки, и на ее боковых поверхностях при помощи коротких поперечных филаментов, расположенных через определенные промежутки. В этих участках обнаружен а-актинии, а на боковых поверхностях микроворсинок присут-ствуют еще и специальные белки, по-видимому, обеспечиваю-щие связь плазматической мембраны со сложной филаментозной системой гиалоплазмы. В основании микроворсинок и в апикальной части всасывающих клеток между пучками актиновых протофибрилл располагается сеть опорных фибриллярных структур. Материал с сайта
Миозин
Важными достижениями последних лет в изучении опорно-сократимой системы микроворсинок всасывающих клеток ки-шечного эпителия млекопитающих были биохимическое выде-ление и тщательный структурный анализ второго основного со-кратимого белка — миозина. Исследование организации над-молекулярной структуры образуемых молекулами немышечного миозина фибрилл показало их существенное отличие от тол-стых миозиновых протофибрилл саркомеров поперечнополоса-тых мышечных волокон. В протофибриллах мышечных воло-кон, как хорошо известно, молекулы миозина собраны так, что их головки направлены в противоположные стороны (рис. 8, А). В фибриллах немышечного миозина нет полярного распреде-ления миозиновых молекул по длинной оси фибриллы. Здесь головки молекул ориентированы не по длинной, а по попереч-ной оси фибриллы (рис. 8, Б). Таким образом, первая половина миозиновой фибриллы на всем протяжении в длину занята молекулами миозина с одним направлением головок, во второй половине головки имеют противоположное направление.
Во всасывающих клетках кишечного эпителия подобные миозиновые фибриллы концентрируются обычно в основании микроворсинок. Следовательно, в специализированных клетках кишечного эпителия существует постоянная механохимическая актин-миозиновая система, по сложности организации вполне сопоставимая с механохимическими системами специализиро-ванных мышечных клеток.
