Методы исследования в гистологии. Основные принципы и этапы приготовления гистологических препаратов. Структуры, формируемые плазмолеммой Механизм синтеза небелковых веществ

Синтез белка

Важнейшие функции организма: обмен веществ, развитие, рост, движение – осуществляются биохимическими реакциями с участием белков.
Поэтому в клетках непрерывно синтезируются белки: белки-ферменты, белки- гормоны, сократительные белки, защитные белки.

Первичная структура белка (порядок расположения аминокислот в белке) закодирована в молекулах ДНК. Каждый триплет (группа из трех соседних нуклеотидов) кодирует на нити ДНК одну определенную аминокислоту из двадцати.

Последовательность триплетов на нити ДНК представляет собой генетический код.

Зная последовательность триплетов на нити ДНК, то есть генетический код, можно установить последовательность соединения аминокислот в белке.

К настоящему времени расшифрованы триплеты для всех двадцати аминокислот.
Например

Аминокислоту лизин кодирует на нити ДНК триплет ТТТ.

Аминокислоту триптофан кодирует триплет АЦЦ и т.д.

В одной молекуле ДНК может быть закодированы несколько разных белков. Участок ДНК, на котором закодирован белок, называют геном.

Участки ДНК отделяются друг от друга специальными триплетами, которые являются знаками препинания. Они означают начало и окончание синтеза белка.

Поскольку ДНК,в которой хранится генетическая информация о белке не принимает непосредственного участия в синтезе белка, содержится в ядре, а синтез белка происходит в цитоплазме на рибосомах, существует посредник- иРНК. иРНК считывает генетическую информацию о белке с участка ДНК и передает эту информацию с нити ДНК на рибосому. иРНК синтезируется на участке ДНК по принципу комплементарности.
Напротив азотистого основания аденин (А) на нити ДНК располагается урацил
(У) на нити иРНК, напротив азотистого основания тимин (Т) на нити ДНК располагается аденин (А) на иРНК, напротив азотистого основания гуанин (Г) на нити ДНК располагается цитазин (Ц).

Процесс считывания иРНК генетической информации о белке с участка ДНК называется транскрипцией. Этот процесс протекает как матричный синтез, так как одна из нитей ДНК является матрицей.

Синтез белка происходит на рибосомах. На нити иРНК располагается обычно группа рибосом. Такую группу рибосом называют полисомой.

Рибосомы продвигаются на нити иРНК от триплета к триплету.
Каждый триплет на нити иРНК кодирует одну определенную аминокислоту из двадцати аминокислот.

Транспортные РНК присоединяют определенные аминокислоты (каждая тРНК присоединяет одну определенную аминокислоту) и приносит их к рибосомам.

При этом антикодон каждой тРНК должен быть комплементарен одному из триплетов (кодонов) на иРНК.
Например

Антикодон АГЦ на тРНК должен быть комплементарен кодону УГЦ на нити иРНК. рРНК вместе с белками –ферментами учавствует в соединении аминокислот друг с другом, в результате чего на рибосомах синтезируется определенный белок.

Этот процесс называется трансляцией.

Достигнув конечного участка на нити иРНК, рибосомы отделяются от нити РНК. Отсинтезированная молекула белка имеет первичную структуру. Затем она приобретает вторичную, третичную и четвертичную структуры.

В синтезе белка принимают участие большое кол-во ферментов. На синтез белка расходуется энергия АТФ.

Белок затем поступает в каналы эндоплазматической сети, в котором транспортируется к определенным участкам клетки.

Как объяснить, кратко и понятно, что такое биосинтез белка, и какого его значение?

Если вам интересна эта тема, и вы хотели бы подтянуть школьные знания или же повторить пропуски, то эта статья создана для вас.

Что такое биосинтез белка

Сначала стоит ознакомиться с определением биосинтеза. Биосинтезом называется синтез живыми организмами природных органических соединений.

Если быть проще, то это получение различных веществ с помощью микроорганизмов. Этот процесс занимает важную роль во всех живых клетках. Не забываем и о сложном биохимическом составе.

Транскрипция и трансляция

Это два наиглавнейших шага биосинтеза.

Транскрипция с латинского означает «переписывание» – в качестве матрицы применяется ДНК, поэтому происходит синтезирование трёх видов РНК (матричной/информационной, транспортной, рибосомной рибонуклеиновых кислот). Реакция осуществляется с помощью полимеразы (РНК) и с использованием большого количества аденозинтрифосфата.

Выделают два основных действия:

1. Обозначение конца и начала трансляции присоединением иРНК.
2. Событие, осуществляемое благодаря сплайсингу, который в свою очередь удаляет неинформационные последовательности РНК, тем самым происходит уменьшение массы матричной рибонуклеиновой кислоты в 10 раз.

Трансляция с латинского означает «перевод» – используется иРНК в качестве матрицы, синтезируются полипептидные цепочки.

Трансляция включает в себя три этапа, которые можно было представить в виде таблицы:

1. Первый этап. Инициация — формирование комплекса, который участвует в синтезе полипептидной цепочки.
2. Второй этап. Элонгация — увеличение размеров этой цепи.
3. Третий этап. Терминация — заключение выше упомянутого процесса.

Схема биосинтеза белка

По схеме видно, как протекает процесс.

Точкой стыковки этой схемы являются рибосомы , в которых синтезируется белок. В простой форме синтез осуществляется по схеме

ДНК > PHK > белок.

Первым начинается этап транскрипции, в котором молекула изменяется в одноцепочную информационную рибонуклеиновую кислоту (иРНК). В ней содержится информация аминокислотной последовательности белка.

Следующей остановкой иРНК будет рибосома, в которой происходит сам синтез. Происходит это путём трансляции, формирования полипептидной цепочки. После этой заурядной схемы, полученный белок транспортируется в разные места, выполняя определённые задачи.

Последовательность процессоров биосинтеза белка

Биосинтез белка – сложный механизм, который включает в себя два выше упомянутых этапа, а именно транскрипцию и трансляцию. Первым происходит транскрибируемый этап (он разделяется на два события).

После идёт трансляция, в которой участвуют все виды РНК, у каждой есть своя функция:

1. Информационная – роль матрицы.
2. Транспортная – добавление аминокислот, определение кодонов.
3. Рибосомная – образование рибосом, которые поддерживают иРНК.
4. Транспортная – синтез полипептидной цепи.

Какие компоненты клетки участвуют в биосинтезе белка

Как мы уже говорили, биосинтез разделяют на две стадии. В каждой стадии участвуют свои компоненты. На первой стадии это дезоксирибонуклеиновая кислота, информационная и транспортная РНК, нуклеотиды.

Во второй же стадии участвуют компоненты: иРНК, тРНК, рибосомы, нуклеотиды и пептиды.

Каковы особенности реакций биосинтеза белка в клетке

В список особенностей реакций биосинтеза стоит отнести:

1. Использование энергии АТФ для химических реакций.
2. Присутствуют ферменты, задача которых ускорять реакции.
3. Реакция имеет матричный характер, так как белок синтезируется на иРНК.

Признаки биосинтеза белка в клетке

Для такого сложного процесса, конечно же, характерны различные признаки:

1. Первый из них заключается в том, что присутствуют ферменты, без которых сам процесс был бы невозможен
2. Задействованы все три вида РНК, из этого можно сделать вывод, что центральная роль принадлежит РНК.
3. Образование молекул производится мономерами, а именно аминокислотами.
4. Стоит обозначить так же, что специфичность того или иного белка ориентируется расположением аминокислот.

Заключение

Многоклеточный организм — аппарат, состоящий из разных клеточных типов, которые дифференцированы – отличаются структурой и функциями. Кроме белков, присутствуют клетки этих типов, которые синтезируют так же себе подобных, в этом заключается различие.

Не вызывает сомнений, что необходимая для биосинтеза белка специфическая информация каким-то образом заключена в строении дезоксирибонуклеиновых кислот хромосом.

Эта точка зрения полностью подтверждается многочисленными наблюдениями о связи менделирующих генов с определенными молекулами белка. Как мы уже видели, наиболее прямыми доказательствами ее справедливости служат те случаи, когда генетические данные можно сопоставить с физическими и химическими свойствами выделенных гомогенных белков, например гемоглобина, тирозиназы и β-лактоглобулина. Не менее убедительны результаты, полученные бактериологами и вирусологами, которые показали, что хорошо очищенные препараты ДНК могут вызвать изменение как генотипа, так и фенотипа клеток-реципиентов или образование относительно сложного белкового комплекса, характерного для фаговых частиц.

Ясно, однако, что синтез белка возможен и вне ядра. В ретикулоците, например, синтез гемоглобина протекает с большой скоростью и прекращается лишь после того, как клетка становится зрелым эритроцитом. То же самое наблюдается у морской водоросли Acetabularia mediterranea. Ее клетку можно разделить на две части: содержащую ядро и безъядерную. Безъядерный фрагмент в течение некоторого времени синтезирует белок даже с большей скоростью, чем неповрежденная клетка, но вскоре этот синтез прекращается. Поскольку биосинтез химически определенного белка, даже такого специфического, как гемоглобин, может продолжаться и в отсутствие ядра, центром нашего внимания становится механизм, посредством которого необходимая информация переносится в цитоплазму клетки и, по-видимому, временно сохраняется в ней.

Биосинтез белка принадлежит к числу тех биологических явлений, которые в большой степени зависят от структурной организации клетки. Даже если синтез продолжается в отсутствие ядра, то это носит лишь временный характер (хотя прекращение синтеза, вероятно, вызывается недостаточностью какого-либо фактора обмена, лишь косвенно связанного с синтезом белка как таковым). Вследствие такой зависимости синтеза белка от целостности структуры новейшие исследования природы субмикроскопических структур клетки, пожалуй, дали наиболее важные сведения для более четкого понимания природы механизма биосинтеза. Несмотря на то, что эти исследования главным образом касались статической морфологии, на основании их результатов создается представление о клетке как о высокоорганизованной системе, которая состоит из взаимосвязанных метаболических единиц и которая должна соответствовать всем необыкновенным открытиям, сделанным энзимологами и генетиками.

Особенно важную роль в процессе изучения архитектуры клетки сыграли два относительно новых метода - электронная микроскопия ультратонких срезов и дифференциальное центрифугирование клеточных компонентов в растворе сахарозы.

Метод дифференциального центрифугирования дает возможность выделить более или менее гомогенные образцы митохондрий, микросом, ядер и других клеточных включений и позволяет изучить относительную способность этих отдельных фракций включать меченые предшественники в нуклеиновые кислоты и белки. Мы обсудим эти наблюдения ниже, а сейчас обратимся прежде всего к некоторым результатам, полученным при помощи электронной микроскопии и показывающим расположение этих функциональных компонентов неповрежденной клетки.

Представлена электронная микрофотография поджелудочной железы морской свинки, полученная Паладом. Точные наблюдения и измерения множества таких фотографий позволили установить наличие в цитоплазме мембран, расположенных в виде концентрических окружностей и имеющих толщину около 40 А. Эти мембраны, которые называют по-разному - , эргастоплазма или просто внутриклеточные цитоплазматические мембраны, - усеяны мелкими гранулами, мало проницаемыми для электронов. Это те самые гранулы, которые можно выделить из гомогената ткани при дифференциальном центрифугировании в виде отдельной фракции (они обычно прикреплены к обрывкам разорванных мембран). Шёстранд и Хэнзон сообщили, что в их опытах усеянные гранулами мебраны всегда располагались так, чтобы к митохондриям, клеточной оболочке или к другим мембранам была обращена сторона с гранулами, а к ядру - гладкая поверхность мембраны. Правильность этих наблюдений была подтверждена также рядом других исследователей. Такое расположение совместимо со схемой. Здесь эндоплазматическая сеть изображена не в виде множества отдельных мембран, а в виде структуры, подобной смятой оболочке шара, окружающей ядро. При этом гранулы могут иметь ориентацию, наблюдавшуюся Шёстрандом и Хэнзоном, а клетка оказывается разделенной на два главных отдела: один из них содержит ядро, а другой - митохондрии вместе с цитоплазматической жидкостью, в которую они погружены. Подобная структура создает в клетке большую поверхность, необходимую для метаболической активности, и может служить естественной границей между «генетической» частью клетки и ее синтетическим аппаратом.

Следует подчеркнуть, что схема - лишь один из нескольких возможных вариантов, приемлемых для специалистов-цитологов. Эта схема приведена здесь только для того, чтобы показать читателю, насколько подробно изучена субмикроскопическая структура клетки. Единодушие, проявляемое специалистами в истолковании получаемых картин, больше, чем можно было бы ожидать в любой быстро развивающейся области науки; весьма ценно, что наибольшие различия во взглядах среди цитологов касаются относительно незначительных вопросов.

При гомогенизации ткани эндоплазматическая сеть разрушается. Результаты последних исследований ясно показывают, что так называемая микросомная фракция состоит главным образом из гранул, к которым еще присоединены обрывки сети. При обработке препаратов микросом веществами, разрушающими липопротеиды, например дезоксихолатом, удается выделить частицы, содержащие большую часть РНК первоначального препарата и лишь небольшую часть (примерно 1/6) первоначального содержания белка. Однако при электронно-микроскопическом изучении препаратов, обработанных рибонуклеазой, переваривающей и расщепляющей РНК, в них было обнаружено лишь вещество мембран. В некоторых тканях, например в яйцеводе курицы, эргастоплазма не такая хрупкая, и даже после довольно сильной гомогенизации путем центрифугирования при относительно небольшом числе оборотов удается выделить сравнительно малоповрежденные комплексы мембран с гранулами. Происхождение эргастоплазмы не установлено. Недавно было показано, что в клетках печени животных, получивших пищу после продолжительного периода голодания, регенерация мембран начинается по периферии клеток. Эти мембраны лишены гранул и лишь впоследствии приобретают вид, характерный для активно секретирующих клеток, т. е. оказываются усеяны гранулами. Было высказано предположение, что эндоплазматическая сеть представляет собой результат длительного пиноцитоза (поглощения воды) и фагоцитоза (поглощения частиц) на поверхности клетки. Электронно-микроскопические исследования показали, что поглощенная жидкость и твердые частицы окружаются слоем внешней протоплазматической мембраны, захватываемой при проникновении питательных веществ сквозь поверхностный слой клетки. Эта мембрана становится продолжением эндоплазматической сети.

Если эти наблюдения подтвердятся, то придется допустить, что описываемые процессы должны быть связаны с интенсивным обменом. Например, как показали недавно Свердлоу, Дальтон и Беркс, если бы внедрение протоплазматической мембраны в клетки, способные к активному поглощению, такие, как макрофаги, было длительным процессом, то клетки состояли бы только из этих мембран. В таких клетках, безусловно, необходимы активные процессы как для регенерации новой мембраны, так и для разрушения эндоплазматической сети, которая при своем разрастании вдавливается в ядро.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

C возникновением компартментов эукариотическая клетка получает не только очевидные преимущества, но и ряд проблем. Одной из них является сортировка и доставка нужных соединений в нужные органеллы. Прежде всего, это касается белков. Судьба синтезированных белков различна и зависит от мест их последующего функционирования. Существуют два магистральных пути транспорта белков, которые начинаются в разных местах цитоплазмы. Рис. 1.2.

Первая транспортная ветвь работает с белками, которые предназначены для пластид, митохондрий, ядра и пероксисом – то есть для всех компартментов клетки, кроме органелл эндомембранной системы. Синтез этих белков происходит на свободных рибосомах цитозоля. Белки, предназначенные для транспорта, содержат сигналы сортировки, направляющие их в соответствующие органеллы. Подобными сигналами обычно служат один или несколько участков белка, которые называют сигнальными, или лидерными пептидами. В мембране органеллы находится специальный белкок-транслокатор, который «узнает» сигнальный пептид. Молекула транспортируемого белка должна развернуться, чтобы подобно нитке развернувшегося клубка «продеться» через «игольное ушко» белка-транслокатора. В таблице 1.1. представлены некоторые характеристики различных сигналов сортироваки. Этот путь транспорта белков иогда называют цитозольным . Следует отметить, что большинство белков, ситезируемых на свободных рибосомах цитозоля не имеют сигналов сортировки и остаются в цитозоле в качестве постоянных компонентов.

Другая транспортная ветвь используется для секретируемых белков, а также для белков, предназначенных для органелл эндомембранной системы и плазматической мембраны. Синтез этих белков также начинается на рибосомах цитозоля, но после инициации трансляции рибосомы прикрепляются к мембране ЭР, при этом формируется шероховатый ЭР. Образующиеся белки переносятся в ЭР котрансляционно. Это означает, что сразу после синтеза очередного участка полипептидной цепи он пересекает мембрану ЭР. После синтеза некоторые из белков попадают в просвет ЭР, другие остаются закрепленными в мембране и становятся трансмембранными белками ЭР. Эту транспортную ветвь часто называют секреторным путем клетки.

Таблица 1.1. Сигнальные последовательности для транспорта белков в растительной клетке.

Две ветви транспорта различаются по схеме транспортировки. Пути цитозольного транспорта белков параллельны, то есть белки из цитозоля сразу направляется в нужную органеллу. Обычно проходит не больше одной - двух минут с момента высвобождения белка в цитозоль до поступления его в органеллу.

Транспорт белков по секреторному пути происходит последовательно – от органеллы к органелле. До достижения конечного пункта белок может побывать в нескольких органеллах (ЭР, разные отделы АГ). Путь от мембраны ЭР до места назначения может занять десятки, если не сотни минут. В процессе переноса белки могут претерпевать значительные модификации (прежде всего в АГ). На заключительных этапах транспорт может происходить параллельно - в вакуоль, периплазмитическое пространство или в плазмалемму.

И, наконец, два пути транспорта белков различаются по механизму переноса молекул. Для цитозольного пути возможен только мономолекулярный механизм транспорта белков, при котором каждая молекула белка индивидуально пересекает мембрану через соответствующий транслокатор. Для секреторного пути характерен везикулярный механизм транспорта белковых молекул, который опосредован транспортными пузырьками (везикулами). Везикулы отшнуровываются от одного компартмента, при этом происходит захват определенных молекул из его полости. Затем везикулы сливаются с другим компартментом, доставляя в него свое содержимое. При везикулярном транспорте белки не пересекают никаких мембран, транспорт может происходить только между топологически эквивалентными компартментами. Везикулярный механизм транспорта избирательно контролируется с помощью специальных белков, выполняющих функции сигналов сортировки. В транспортный пузырек белок попадает, если его сигнал сортировки связывается с рецептором на мембране везикулы. В настоящее время некоторые сигналы сортировки в составе белков известны, тогда как большинство комплементарных им мембранных рецепторов - нет.

1.2. Растительная клетка – результат двойного симбиоза.

Стратегия существования высших растений обусловлена прежде всего двумя их главными свойствами – фототрофным типом питания и отсутствием активной подвижности. Эти два свойства наложили отпечаток на все уровни организации растительного организма, вплоть до клеточного.

Помимо общих для всех эукариотических клеток признаков, клетки растений обладают рядом особенностей. Главные из них:

наличие пластид; наличие вакуолей; наличие жесткой клеточной стенки.

Схема строения типичной растительной клетки представлена на рис. 1.3.

Присутствие пластид связано, прежде всего, с фототрофным типом питания растений. Пластиды, как и митохондрии, имеют собственный геном. Таким образом, еще одной особенностью растительной клетки является то, что она совмещает в себе три относительно автономные генетические системы: ядерную (хромосомную), митохондриальную и пластидную. Наличие трех геномов является следствием симбиотического происхождения растительных клеток. При этом растительная клетка, в отличие от других эукариотических клеток, образовалась как минимум из трех исходно самостоятельных форм:

1) «хозяйского» организма, генетический аппарат которого переместился в ядро;

2) гетеротрофной бактерии (похожей на родоспириллу), послужившей предшественницей митохондрии;

3) древней бактерии с оксигенным фотосинтезом (похожей на цианобактерию синехоцистис), ставшей родоначальницей пластид.

Длительная коэволюция симбионтов привела к перераспределению функций между ними и их генетическими системами, при этом многие гены митохондриальной и пластидной ДНК были перемещены в ядро.

Представляют собой тельца, ограниченные билипидной мембраной и содержащие электронноплотный матрикс, состоящий из набора

гидролитических белков-ферментов (более тридцати видов гидролаз), способных расщеплять любые полимерные соединения (белки, жиры, углеводы), их комплексы на мономерные фрагменты.

Функция лизосом - обеспечение внутриклеточного пищеварения, т. е. расщепление как экзогенных, так и эндогенных биополимерных веществ.

Классификация лизосом:

1) первичные лизосомы - электронно-плотные тельца;

2) вторичные лизосомы - фаголизосомы, в том числе аутофаголизосомы;

3) третичные лизосомы или остаточные тельца.

Истинными лизосомами называют мелкие электронноплотные тельца, образующиеся в пластинчатом комплексе. Пищеварительная функция лизосом начинается только после слияния с фагосомой (фагоцитируемое вещество, окруженное билипидной мембраной) и образования фаголизосомы, в которой смешиваются фагоцитируемый материал и лизосомальные ферменты. После этого начинается расщепление биополимерных соединений фагоцитированного материала на мономеры - аминокислоты, сахара. Эти молекулы свободно проникают через мембрану фаголизосомы в гиалоплазму и затем утилизируются клеткой - идут на образование энергии или построение новых внутриклеточных макромолекулярных соединений. Некоторые соединения не могут быть расщеплены ферментами лизосомы и поэтому выводятся из клетки в неизмененном виде при помощи экзоцитоза (процесс обратный фагоцитозу). Вещества липидной природы практически не расщепляются ферментами, а накапливаются и уплотняются в фаголизосоме. Данные образования были названы третичными лизосомами (или остаточными тельцами).

В процессе фагоцитоза и экзоцитоза осуществляется рециркуляция мембран в клетке: при фагоцитозе часть плазмолеммы отшнуровывается и образует оболочку фагосомы, при экзоцитозе эта оболочка вновь встраивается в плазмолемму. Поврежденные, измененные или устаревшие собственные органеллы клетки утилизируются ею по механизму внутриклеточного фагоцитоза с помощью лизосом. Вначале эти органеллы окружаются билипидной мембраной, и образуется вакуоль - аутофагосома. Затем с ней сливается одна или несколько лизосом, и образуется аутофаголизосома, в которой осуществляеся гидролитическое расщепление биополимерных веществ, как и в фаголизосоме.

Пероксисомы

Пероксисомы - микротельца цитоплазмы (0,1-1,5 мкм), сходные по строению с лизосомами, однако отличаются от них тем, что в их матриксе содержатся кристаллоподобные структуры, а среди белков-ферментов содержится каталаза, разрушающая перекись водорода , образующуюся при окислении аминокислот.

СИСТЕМА ВНУТРИКЛЕТОЧНЫХ ЦИСТЕРН, РАЗНОВИДНОСТИ. ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ КОНВЕЙЕР СИНТЕЗА БЕЛКОВ, ЖИРОВ И УГЛЕВОДОВ: КОМПОНЕНТЫ, ЗНАЧЕНИЕ.

Система внутриклеточных цистерн, в которых накапливаются вещества, синтезированные клеткой, носит название комплекса (аппарата) Гольджи. Комплекс Гольджи представляет собой скопление цистерн, собранными в небольшой зоне. Отдельная зона скопления этих цистерн называется диктиосомой. Цистерны располагаются в виде стопки. Между стопками располагаются тонкие прослойки гиалоплазмы. В центре мембраны цистерн сближены, а на периферии могут иметь расширения (ампулы). Кроме плотно расположенных плоских цистерн в зоне аппарата Гольджи наблюдается множество вакуолей. Мелкие вакуоли отшнуровываются от расширений на краях плоских цистерн. Принято различать в зоне диктиосомы проксимальный, или формирующийся цис-участок и дистальный, или зрелый, транс-участок. В секретирующих клетках аппарат Гольджи обычно поляризован: с одной стороны мембранные мешочки непрерывно образуются, а с другой – отшнуровываются в виде пузырьков. Цистерны аппарата Гольджи связаны с канальцами ЭПР.

Внутриклеточный конвейер :

рибосома- эндоплазматическая сеть - комплекс Гольджи

ЯДРО КЛЕТКИ: МИКРОСКОПИЧЕСКОЕ, УЛЬТРАМИКРОСКОПИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ ИНТЕРНФАЗНОГО ЯДРА.

Ядро является важнейшим компонентом клетки, содержащим ее генетический аппарат.

Функции ядра:

1 хранение генетической информации (в молекулах ДНК, находящихся в хромосомах);

2 реализацию генетической информации, контролирующей осуществление разнообразных процессов в клетке - от синтетических до запрограммированной гибели (апоптоза);

3 воспроизведение и передачу генетической информации (при делении клетки).

Обычно в клетке имеется только одно ядро, однако встречаются многоядерные клетки, которые образуются вследствие деления клеток, не сопровождающегося цитотомией, или слияния нескольких одноядерных клеток (последние правильнее называть симпластами).

Форма ядра различных клеток неодинакова: встречаются клетки с округлым, овальным, бобовидным, палочковидным, многолопастным, сегментированным ядром; нередко на поверхности ядра имеются вдавле-ния. Чаще всего форма ядра в целом соответствует форме клетки: оно обычно сферическое в клетках округлой или кубической формы, вытянутое или эллипсоидное в призматических клетках, уплощенное -в плоских.

Расположение ядра варьирует в разных клетках; оно может лежать в центре клетки (в клетках округлой, плоской, кубической или вытянутой формы), у ее базального полюса (в клетках призматической формы) или на периферии (например, в жировых клетках).

Величина ядра относительно постоянна для каждого типа клеток, однако она может меняться в определенных пределах, увеличиваясь при усилении функциональной активности клетки и уменьшаясь при ее угнетении.

Компоненты ядра. В ядре неделящейся (интерфазной) клетки выявляются кариолемма (ядерная оболочка), хроматин, ядрышко и кариоплазма (ядерный сок). Как будет видно из дальнейшего изложения ,

хроматин и ядрышко представляют собой не самостоятельные компоненты ядра, а являются морфологическим отражением хромосом, присутствующих в интерфазном ядре, но не выявляемых в качестве отдельных образований.

Ядерная оболочка

Ядерная оболочка (кариолемма) на светооптическом уровне практически не определяется; под электронным микроскопом обнаруживается, что она состоит из двух мембран - наружной и внутренней, - разделенных полостью шириной 15-40 им (перинуклеарным пространством) и смыкающихся в области ядерных пор.

Наружная мембрана составляет единое целое с мембранами грЭПС - на ее поверхности имеются рибосомы, а перинуклеарное пространство соответствует полости цистерн грЭПС и может содержать синтезированный материал. Со стороны цитоплазмы наружная мембрана окружена рыхлой сетью промежуточных (виментиновых) филаментов .

Внутренняя мембрана - гладкая, ее интегральные белки связаны с ядерной пластинкой - ламиной - слоем толщиной 80-300 нм, состоящим из переплетенных промежуточных филаментов (ламинов), образующих кариоскелет. Ламина играет очень важную роль в: (1) поддержании формы ядра; (2) упорядоченной укладке хроматина; (3) структурной организации паровых комплексов; (4) формировании кариолеммы при делении клеток.

Ядерные поры занимают 3-35% поверхности ядерной оболочки. Они более многочисленны в ядрах интенсивно функционирующих клеток и отсутствуют в ядрах спермиев. Поры (см. рис. 3-19) содержат два параллельных кольца (по одному с каждой поверхности кариолеммы) диаметром 80 нм, которые образованы 8 белковыми гранулами. От этих гранул к центру сходятся фибриллы, формируйте перегородку (диафрагму) толщиной около 5 нм, в середине которой лежит центральная гранула (по некоторым представлениям, это - транспортируемая через пору субъединица рибосомы). Совокупность структур, связанных с ядерной порой, называется комплексом ядерной поры. Последний образует водный канал диаметром 9 нм, по которому движутся мелкие водорастворимые молекулы и ионы. Гранулы поровых комплексов структурно связаны с белками ядерной ламины, которая участвует в их организации.

Ядерная оболочка в клетках животных и человека содержит до 2000-4000 поровых комплексов. В ядро из цитоплазмы через них поступают синтезированные белки, в обратном направлении переносятся молекулы РНК и субъединицы рибосом.

Функции комплекса ядерной поры:

1. Обеспечение регуляции избирательного транспорта веществ между цитоплазмой и ядром.

2. Активный перенос в ядро белков, имеющих особую маркировку в виде так называемой последовательности ядерной локализации -Nuclear Localization Sequence (NLS), распознаваемой рецепторами NLS (в комплексе поры).

3. Перенос в цитоплазму субъединиц рибосом, которые, однако, слишком велики для свободного прохождения пор; их транспорт, вероятно, сопровождается изменением конформации перового комплекса.

Хроматин

Хроматин (от греч. chroma - краска) мелкие зернышки и глыбки материала, который обнаруживается в ядре клеток и окрашивается основными красителями. Хроматин состоит из комплекса ДНК и белка и соответствует хромосомам, которые в интерфазном ядре представлены длинными, тонкими перекрученными нитями и неразличимы как индивидуальные структуры. Выраженность спирализации каждой из хромосом неодинакова по их длине. Различают два вида хроматина - эухроматин и гетерохроматин.

Эухроматин соответствует сегментам хромосом, которые деспирализованы и открыты для транскрипции. Эти сегменты не окрашиваются и не видны в световой микроскоп.

Гетерохроматин соответствует конденсированным, плотно скрученным сегментам хромосом (что делает их недоступными для транскрипции). Он интенсивно окрашивается основными красителями, и в световом микроскопе имеет вид гранул.

Таким образом, по морфологическим признакам ядра (соотношению содержания эу- и гетерохроматина) можно оценить активность процессов транскрипции , а, следовательно, синтетической функции клетки. При ее повышении это соотношение изменяется в пользу эухроматина, при снижении - нарастает содержание гетерохроматина. При полном подавлении функции ядра (например, в поврежденных и гибнущих клетках, при ороговении эпителиальных клеток эпидермиса - кератиноцитов, при образовании ретикулоцитов крови) оно уменьшается в размерах, содержит только гетерохроматин и окрашивается основными красителями интенсивно и равномерно. Такое явление называется кариопикнозом (от греч. karyon - ядро и pyknosis - уплотнение).

Распределение гетерохроматина (топография его частиц в ядре) и соотношение содержания эу- и гетерохроматина характерны для клеток каждого типа, что позволяет осуществлять их идентификацию

как визуально, так и с помощью автоматических анализаторов изображения. Вместе с тем, имеются определенные общие закономерности распределения гетерохроматина в ядре: его скопления располагаются под кариолеммой, прерываясь в области пор (что обусловлено его связью с ламиной) и вокруг ядрышка (перинуклеолярный гетерохроматин), более мелкие глыбки разбросаны по всему ядру.

Тельце Барра - скопление гетерохроматина, соответствующее одной Х-хромосоме у особей женского пола, которая в интерфазе плотно скручена и неактивна. В большинстве клеток оно лежит у кариолеммы, а в гранулоцитах крови имеет вид маленькой добавочной дольки ядра ("барабанной палочки"). Выявление тельца Барра (обычно в эпителиальных клетках слизистой оболочки полости рта) используется как диагностический тест для определения генетического пола (обязателен, в частности, для женщин, участвующих в Олимпийских Играх).

Упаковка хроматина в ядре. В деконденсированном состоянии длина одной молекулы (двойной спирали) ДНК, образующей каждую хромосому, равна в среднем, около 5 см, а общая длина молекул ДНК всех хромосом в ядре (диаметром около 10 мкм) составляет более 2 м (что сравнимо с укладкой нити длиной 20 км в теннисный мячик диаметром около 10 см), а в S-период интерфазы - более 4 м. Конкретные механизмы, препятствующие спутыванию этих нитей во время транскрипции и репликации, остаются нераскрытыми, однако очевидна необходимость компактной упаковки молекул ДНК, В клеточном ядре это осуществляется благодаря их связи со специальными основными (гистоновыми) белками. Компактная упаковка ДНК в ядре обеспечивает:

(1) упорядоченное расположение очень длинных молекул ДНК в небольшом объеме ядра;

(2) функциональный контроль активности генов (вследствие влияния характера упаковки на активность отдельных участков генома.

Уровни упаковки хроматина (рис. 3-20). Начальный уровень упаковки хроматина, обеспечивающий образование нуклеосомной нити диаметром 11 нм, обусловлен намоткой двойной нити ДНК (диаметром 2 нм) на блоки дисковидной формы из 8 гистоновых молекул (нуклеосомы). Нуклеосомы разделены короткими участками свободной ДНК. Второй уровень упаковки также обусловлен гистонами и приводит к скручиванию нуклеосомной нити с формированием хроматиновой фибриллы диаметром 30 нм. В интерфазе хромосомы образованы хроматиновыми фибриллами, причем каждая хроматида состоит из одной фибриллы. При дальнейшей упаковке хроматиновые фибриллы образуют петли (петельные домены) диаметром 300 нм, каждый из которых соответствует одному или нескольким генам, а те, в свою очередь, в результате еще более компактной укладки, формируют участки конденсированных хромосом, которые выявляются лишь при делении клеток.
В хроматине ДНК связана помимо гистонов также и с негистоновыми белками, которые регулируют активность генов. Вместе с тем, и гистоны, ограничивая доступность ДНК для других ДНК-связывзающих белков, могут участвовать в регуляции активности генов.

Функция хранения генетической информации в ядре в неизмененном виде имеет исключительно важное значение для нормальной жизнедеятельности клетки и всего организма. Подсчитано, что при репликации ДНК и в результате ее повреждений внешними факторами в каждой клетке человека ежегодно происходят изменения 6 нуклеотидов. Возникшие повреждения молекул ДНК могут исправляться в результате процесса репарации или путем замещения после распознавания и маркировки соответствующего участка.

В случае невозможности репарации ДНК при слишком значительных повреждениях включается механизм запрограммированной гибели клетки (см. ниже). В этой ситуации "поведение" клетки можно оценить как своего рода "альтруистическое самоубийство": ценой своей гибели она спасает организм от возможных негативных последствий репликации и амплификации поврежденного генетического материала.

Способность к репарации ДНК у взрослого человека снижается примерно на 1% с каждым годом. Это снижение может отчасти объяснить, почему старение является фактором риска развития злокачественных заболеваний. Нарушения процессов репарации ДНК характерно для ряда наследственных болезней, при которых резко повышены как чувствительность к повреждающим факторам, так и частота развития злокачественных новообразований.

Функция реализации генетической информации в интерфазном ядре осуществляется непрерывно благодаря процессам транскрипции. Геном млекопитающих содержит около ЗхЮ 9 нуклеотидов, однако не более 1% его объема кодирует важные белки и принимает участие в регуляции их синтеза. Функции основной некодирующей части генома неизвестны.

При транскрипции ДНК образуется очень крупная молекула РНК (первичный транскрипт), которая связывается с ядерными белками с образованием рибонуклеопротеинов (РНП). В первичном РНК-транскрипте (как и в матричной ДНК) имеются дискретные значащие последовательности нуклеотидов (экзоны), разделенные длинными некодирующими вставками (нитронами). Процессинг РНК-транскрипта включает отщепление нитронов и стыковку экзонов - сплайсинг (от англ, splicing - сращивание). При этом очень крупная молекула РНК превращается в достаточно мелкие молекулы иРНК, отделяющиеся от связанных с ними белков при переносе в цитоплазму.Лизосомы: строение, значение. Аппарат внутриклеточного переваривания.

Лизосомы (ранее называемые вторичными лизосомами) - органеллы, активно участвующие в завершающих этапах процесса внутриклеточного переваривания захваченных клеткой макромолекул посредством широкого спектра литических ферментов при низких значениях рН (5.0 и ниже). Они формируются с участием поздних эндосом. Диаметр лизосом обычно составляет 0.5-2 мкм, а их форма и структура могут существенно варьировать в зависимости от характера перевариваемого материала. Как и в случае гидролазных пузырьков, они достоверно идентифицируются только на основании выявления в них гидролитических ферментов. Название отдельных видов лизосом основано на наличии в их просвете морфологически распознаваемого материала;

в его отсутствие используется общий термин лизосома. После переваривания содержимого лизосомы образующиеся низкомолекулярные вещества диффундируют через ее мембрану в гиалоплазму.

1) Фаголизосома формируется путем слияния поздней эндосомы или лизосомы с фагосомой, называемой также гетерофагосомой (от греч. heteros - другой, phagein - поедать и soma - тело) - мембранного пузырька, содержащего материал, захваченный клеткой извне и подлежащий внутриклеточному перевариванию; процесс разрушения этого материала называется гетерофагией;

2) Аутофаголизосома образуется при слиянии поздней эндосомы или лизосомы с аутофагосомой (от греч. autos - сам, phagein - поедать и soma - тело) - мембранным пузырьком, содержащим собственные компоненты клетки, подлежащие разрушению. Процесс переваривания этого материала называют аутофагией, Источником мембраны, окружающей клеточные компоненты, служит грЭПС.

3) Мультивезикулярное тельце (от лат. multi - много и vesicula -пузырек) представляет собой крупную (диаметром 200-800 нм) сферическую окруженную мембраной вакуоль, содержащую мелкие (40-80 нм) пузырьки, погруженные с светлый или умеренно плотный матрикс. Оно образуются в результате слияния ранних эндосом с поздней, причем мелкие пузырьки формируются, вероятно, путем отпочковывания внутрь от мембраны вакуоли. Матрикс тельца содержит литические ферменты и, очевидно, обеспечивает постепенное разрушение внутренних пузырьков.

4) Остаточные тельца - лизосомы, содержащие непереваренный материал, которые могут длительно находиться в цитоплазме или выделять свое содержимое за пределы клетки. Распространенным типом остаточных телец в организме человека являются липофусциновые гранулы - мембранные пузырьки диаметром 0.3-3 мкм, содержащие трудно-растворимьш коричневый эндогенный пигмент липофусцин. Под электронным микроскопом липофусциновые гранулы представляют собой структуры вариабельной формы, содержащие липидные капли, плотные гранулы и пластинки. В связи с их накоплением в некоторых клетках (нейронах, кардиомиоцитах) при старении, липофусцин рассматривают как "пигмент старения" или "изнашивания".

Секреция лизосомальных ферментов за пределы клетки осуществляется у остеокластов - клеток, разрушающих костную ткань, а также фагоцитов (нейтрофилов и макрофагов) при внеклеточном переваривании различных объектов. Избыточная секреция этих ферментов может приводить к повреждениям окружающих тканей.

Роль гетерофагии в нормальной деятельности клеток и значение ее нарушений. Гетерофагия играет очень важную роль в функции клеток всех тканей и органов. Дефицит тех или иных лизо-сомальных ферментов (обычно обусловленный наследственными аномалиями) может приводить к развитию ряда заболеваний, вызванных накоплением в клетках непереваренных веществ (чаще всего гликогена, гликолипидов, гликозаминогликанов), которые нарушают их функцию (болезни накопления). При наиболее распространенных заболеваниях, относящихся к этой группе, повреждаются нейроны, макрофаги, фибро-бласты и остеобласты, что клинически проявляется разнообразными по тяжести нарушениями строения и функции скелета, нервной системы, печени, селезенки.

В почке в результате гетерофагии клетки захватывают белки из просвета канальцев и расщепляют их до аминокислот, которые далее возвращаются в кровь. Гетерофагия в клетках щитовидной железы (ти-роцитах) обеспечивает отщепление йодсодержащих гормонов от белковой матрицы и последующее всасывание их в кровь. Нарушение процесса гетерофагии в указанных клетках вызывает тяжелые расстройства функции этих органов.

Особое значение Гетерофагия имеет для клеток , осуществляющих защитную функцию, в основе деятельности которых лежит поглощение извне и переваривание частиц или веществ. Так, фагоциты (макрофаги и нейтрофильные лейкоциты) захватывают и переваривают микроорганизмы, попадающие в ткани макроорганизма или на их поверхность (например, эпителия слизистых оболочек). При отсутствии или недостаточной активности лизосомальных ферментов, разрушающих микробы (например, при ряде генетически обусловленных нарушений), эти клетки неспособны эффективно осуществлять защитные функции, что приводит к развитию тяжелых хронических воспалительных заболеваний.

Наиболее патогенные микроорганизмы ускользают от повреждающего действия фагоцитов, осуществляя это различным образом. Так, одни (например, возбудитель проказы) обладают устойчивостью к действию лизосомальных ферментов; другие микробы (например, возбудитель туберкулеза) способны подавлять процесс слияния фагосом с ли-зосомами, некоторые могут ускользать от разрушения, разрывая мембраны фагосом или лизосом.

Роль аутофагии в нормальной деятельности клеток и значение ее нарушений. Аутофагия обеспечивает постоянное обновление ("омоложение") клеточных структур благодаря перевариванию участков цитоплазмы, митохондрий, скоплений рибосом, фрагментов мембраны (убыль которых компенсируется их новообразованием). Этот процесс обновления в клетке тонко отрегулирован, причем каждый ее компо-

нент имеет определенную продолжительность жизни. Так, в нейронах пожилого человека, которые функционировали на протяжении многих десятилетий, большинство органелл не старше 1 мес. В клетках печени (гепатоцитах) большая часть цитоплазмы разрушается менее, чем за 1 нед. В некоторых случаях аутофагия может служить реакцией клетки на недостаточное питание. Частным случаем аутофагии является крино-фагия (от греч. krinein - отделяю, секретирую) - лизосомальное разрушение избытка невыведенного секрета в железистых клетках.ВЗАИМООТНОШЕНИЯ КЛЕТКИ С ВНЕШНЕЙ СРЕДОЙ. ЭКЗОЦИТОЗ И ЭНДОЦИТОЗ: ВИДЫ И МЕХАНИЗМЫ.

Гликокаликс (поверхностный слой животных клеток) выполняет прежде всего функцию непосредственной связи клеток животных с внешней средой, со всеми окружающими ее веществами.

Плазматическая мембрана образует барьер, отграничивающий внутреннее содержимое клетки от внешней среды.

На поверхности микроворсинок происходит интенсивное переваривание и всасывание переваренной пищи.
1)Эндоцитоз - транспорт макромолекул, их комплексов и частиц внутрь клетки. При эндоцитозе определенный участок плазмалеммы захватывает, как бы обволакивает внеклеточный материал, заключая его в мембранную вакуоль, возникшую за счет впячивания мембраны. В дальнейшем такая вакуоль, соединяя с лизосомой , ферменты которой расщепляют макромолекулы до мономеров.
Эндоцитоз разделяют на фагоцитоз (захват и поглощение твердых частиц) и пиноцитоз (поглощение жидкости). Путем эндоцитоза осуществляется питание гетеротрофных протистов, защитные реакции организмов (лейкоциты поглощают чужеродные частицы) и др.
2)Экзоцитоз (экзо - наружу), благодаря нему, клетка выводит внутриклеточные продукты или непереваренные остатки, заключенные в вакуоли, или пузырьки. Пузырек подходит к цитоплазматической мембране, сливается с ней, а его содержимое выделяется в окружающую среду. Так выделяются пищеварительные ферменты, гормоны, гемицеллюлоза и др.