2 курс / Гистология / Лекции_по_гистологии_ТГМУ_ч_1

Рис. 17. Микротрубочки. Схематические показано, как похожие по структуре и молекулы тубулина соединяются с образованием гетеродимаров, которые, в свою очередь собираются продольно в протофиламенты при помощи полярных частей по принципу «замок-ключ». Аналогичные взаимодействия позволяют протофиламентам соединяться в цилиндрическую закрученную структуру, называющую 13 протофиламентов, и молекулы тубулина в микротрубочке расположены в шахматном порядке (по К. де Дюву).

Микрофиламенты – это второй компонент цитоскелета. Есть два вида микрофиламентов: 1) актиновые; 2) промежуточные. Кроме того, цитоскелет включает множество вспомогательных белков, которые связывают филаменты друг с другом или с другими клеточными структурами.

Актиновые филаменты построены из белка актина и образуются в результате его полимеризации. Актин в клетке находится в двух формах: 1) в растворенной форме (G- актин, или глобулярный актин); 2) в полимеризованной форме, т.е. в виде филаментов (F- актин). В клетке существует динамическое равновесие между 2 формами актина. Как в миуротрубочках, в актиновых филаментах имеются (+) и (-) полюсы, и в клетке идет постоянный процесс распада этих филаментов на отрицательном и созидание на положительном плюсах. Этот процесс называются тредмиллингом. Он играет важную роль в изменении агрегатного состояния цитоплазмы, обеспечивает подвижность клетки, участвует в перемещении ее органелл, в формировании и исчезновении псевдоподий, микроворсинок, протекании эндоцитоза и экзоцитоза. Микротрубочки создают каркас микроворсинок, а также участвуют в организации межклеточных включений.

Промежуточные филаменты. Филаменты имеющие толщину 8-10 нм. Они тоньше микротрубочек, но толще микрофиламентов, за что получили свое название. Это самые стабильные филаменты клеток. Выполняют опорную функцию. Например, эти структуры лежат по всей длине отростков нервных клеток, в области десмасом, в цитоплазме гладких миоцитов. В клетках разного типа промежуточные филаменты отличаются по составу. В нейронах образуются нейрофиламенты, состоящие из трех различных полипептидов. В клетках нейроглии промежуточные филаменты содержат кислый глиальный белок. В эпителиальных клетках содержатся кератиновые филаменты (тонофиламенты) (рис. 18). В мышечных клетках (за исключением миоцитов сосудов) промежуточные филаменты состоят из белка десмина. В различных клетках мезенхимного происхождения, в том числе и в миоцитах сосудов, содержатся виментиновые филаменты.

Рис. 18 Кератиновые филаменты, формирующие сеть, выявленные методом иммунофлуоресценции (по К. де Дюву).

Клеточный центр. Это видимая ы световой микроскоп органелла, однако ее тонкое строение позволил изучить только электронный микроскоп (рис. 19). В интерфазной клетке, клеточный центр состоит из двух цилиндрических полостных структур длиной до 0,5 мкм и диаметром до 0,2 мкм. Эти структуры называются центриолями. Они образуют диплосому. В диплосоме дочерние центриолы лежат под прямым углом друг к другу. Каждая центриоль состоит из расположенных по окружности 9 тирплетов микротрубочек, которые частично сливаются по длине. Кроме микротрубочек, в состав центриолей входят «ручки» из белка динеина, которые соединяют соседние триплеты в виде мостиков. Центральные микротрубочки отсутствуют и формула центриолей (9х3)+0. Каждый триплет микротрубочек связан также со структурами сферической формы сателлитами. От сателлитов расходятся в стороны микротрубочки, центросферу.

Рис.19 Строение клеточного центра в полюсе митотического веретена клетки. а – клеточный центр в делящейся яйцеклетке аскариды, микрофотография;

б – схема; в – электронная микрофотография; 1-актиновая материнская центриоль, окруженная тонкофибриллярными матриксом, от которой отходят микротрубочки полярной лучистости (2); 2-триплеты материнской центриоли (по К. де дюву); 3- неактивная дочерняя центриоль (по Ю.С. Ченсову).

Центриоли являются динамичными структурами и претерпевают изменения в митотическом цикле. В неделящейся клетке парные центриолы (центросома) лежат в

околоядерной зоне клетки. В S-периоде митотического цикла они дуплицируются, при этом под прямым углом в каждый зрелой центриоли образуются дочерняя центриоль. В дочерних центриолях в начале имеется только 9 единичных микротрубочек, но по мере созревания центриолей они превращаются в триплеты. Далее пары центриолей расходятся к полюсам клетки, становясь центрами организации микротрубочек веретена деления.

Значение центриолей:

1.Являются центром организации микротрубочек веретена деления.

2.Образование ресничек и жгутиков.

3.Обеспечение внутриклеточного передвижения органелл.

Реснички и жгутики.

Среди специальных органелл мы рассматриваем также мерцательные реснички и жгутики (рис. 20) как наиболее распространенные. Описание остальных специальных органелл дано в соответствующих разделах курсов эмбриологии, общей и частной гистологии.

Рис. 20 Строение ресничек и жгутиков.

а – световая микроcкопия: на поверхности ресничатых клеток эпителия трахеи видна тонкая полоска, образованная ресничниками; б – электроннограмма поперечного сечения жгутика: 1 – млазмолемма;

2 – димер из трубулина; 3 – центральные микротрубочки, окруженные центральной капсулой; 4 – радиальные спица; 5 – динеиновые ручки.

Ресничка представляет собой вырост клетки, окруженный цитолеммой. Они имеются в некоторых клетках – сперматозоидах, эпителиоцитах трахеи и бронхов, семявыводящих путей мужчины и др. В световом микроскопе реснички и жгутики выглядят как тонкие выросты. В электронном микроскопе установлено, что в основании

ресничек и жгуитков лежат мелкие гранулы-базальные тельца, одинаковые по строению с центриолями. От базального тельца, являвшегося матрицей при росте ресничек и жгутиков, отходит тонкий цилиндр из микротрубочек осевая нить, или аксонема. Она состоит из 9 дуплетов микротрубочек, на которых находятся «ручки» из белка динеина. Аксонема покрыта цитолеммой. В центре находится пара микротрубочек, окруженная специальной оболочкой-муфтой, или внутренний капсулой. От дуплетов к центральной муфте идет радиальные спицы. Следовательно, формула ресничек и жгутиков-(9х2)+2.

Основу микротрубочек жгутиков и ресничек составляет несократимый белок тубулин. Белок «ручек»-динеин обладает АТФазной активностью расщепляет АТФ, за счет энергии которой происходит смещение дуплетов микротрубочек друг по отношению к другу. Так совершаются волнообразные движения ресничек и жгутиков.

Существует генетически обусловленное заболевание синдром Картагенера, при котором в аксонеме отсутствуют либо динеиновые ручки, либо центральная капсула и центральные микротрубочки синдром неподвижных ресничек. Такие больные страдают рецивирующими бронхитами, синуситами и трахеитами. У мужчин из-за неподвижности спермиев отмечается бесплодие.

Миофибриллы находятся в мышечных клетках и миосимпластах, и их строение рассматривается в теме «Мышечные ткани». Нейрофибриллы находятся в нейронах и состоит из нейротубул и нейрофиламентов. Их функция – опорная и транспортная.

Включения.

Включения – это непостоянные компоненты клетки, не имеющие строго постоянной структуры (их структура может меняться). Включениями называют скопления веществ в клетке, возникающие как продукты ее метаболизма или попавшие в клетку извне. Выявляются в клетке только в определенные периоды жизнедеятельности или жизненного цикла. Среди включений довольно условно различают трофические, пигментные, секреторные, экскреторные и специальные.

1.Трофические включения представляют собой депонированные питательные вещества; К таким включениям относятся включения гликогена, жира и белковые гранулы. Эти вещества накапливаются в клетке, и затем расходуются ею при возникновении соответствующих функциональных потребностей.

2.Пигментные включения. Примером таких включений являются гемоглобин в эритроцитах, меланин в меланоцитах. В некоторых клетках (нервные, печеночные, кардиомиоциты) при старении в лизосомах накапливается пигмент старения коричневого цвета липофусцин, не несущий как полагают, определенной функции и образующийся в результате изнашивания клеточных структур. Следовательно, пигментные включения представляют собой химически, структурно и функционально неоднородную группу. Гемоглобин участвует в транспорте газов, меланин выполняет защитную функцию, а липофусцин является конечным продуктом обмена. Пигментные включения, за исключением липофусциновых, не окружены мембраной.

3.Секреторные включения, выявляются в секреторных клетках и состоят из продуктов, представляющих собой биологически активные вещества и другие, необходимые для осуществления функций организма вещества (включения белка, в том числе и ферментов, слизистые включения в бокаловидных клетках и др.). Эти включения имеют вид окруженных мембраной пузырьков, в которых секретируемый продукт, может, иметь, различную электронную плотность и часто окружен светлым бесструктурным ободком.

5. Экскреторные включения-включения, подлежащие выведению из клетки поскольку состоят из конечных продуктов обмена. Примером являются включения мочевины в клетках почки и т.д. По структуре похожи на секреторные выключения.

6. Специальные включения – фагоцитированные частицы (фагосомы), поступающие в клетку, путем эндоцитоза. Различные виды включений представлены на рис. 21.

Рис. 21. Различные виды включений.

а – жировые включения в клетках печени аксалотля; б – включения гликогена в гепатоцитах крысы; в – пигментные включения (включения меланина) в клетках эпидерма кожи; г – секреторные включения в клетках ацинусов поджелудочной железы (отмечены стрелками); д – специальные включения (фагоцитированные частицы туши в макрофагах лимфатического узла).

Межклеточные взаимодействия. Межклеточные контакты.

Межклеточные взаимодействия это взаимодействия клеток друг с другом. При контакте клеток друг с другом их цитолемма вступают во взаимодействия. При этом образуются особые объединяющие структуры межклеточные соединения. Они образуются при образовании многоклеточного организма, во время эмбрионального развития и при образовании тканей. Межклеточные соединения подразделяются на простые (дистантные) и сложные (контактные).

Дистантные взаимодействия осуществляются при помощи растворимых веществ, секретируемых клетками в окружающую их среду и воздействующих на другие клетки. Эти вещества называются медиаторами, или посредниками. В качестве медиаторов могут выступать гормоны, биогенные амины, антитела и многие другие биологически активные вещества. Все эти вещества воздействуют на рецепторный аппарат клеток, с которыми взаимодействует выделивший медиатор клетки.

Кроме того, в многоклеточном организме все клетки связаны между собой при помощи межклеточных контактов (контактные межклеточные взаимодействия). Контактные взаимодействия состоят из нескольких фаз и включают как начальный этап дистантные взаимодействия:

1.Узнавание одной клеткой другой клетки (может быть дистантными при посредстве медиаторов и контактным при посредстве рецепторов).

2.Установление между клетками непрочных связей.

3.Формирование устойчивых межклеточных контактов. Вторая и третья фаза, осуществляются при помощи молекул клеточной адгезии.

Все межклеточные контакты делятся на три основных типа (рис. 22).

1.Адгезионные контакты, которые механически соединяют клетки между собой. Основной тип адгезионных контактов – десмосомы. Бывают трех типов:

–точечные десмосомы (пятно десмосомы). Они скрепляют клетки в отдельных местах. При этом с внутренней стороны клеточных мембран двух клеток, находится электронноплотная пластинка, связанная с сетью кератиновых микрофиламент. Эти филаменты заканчиваются в пластинке или проходят вдоль ее поверхности. Прилегающие друг к другу пластинки двух клеток соединены через межклеточные пространство;

–опоясывающие десмосомы (зоны десмосомы). Они идут вблизи апикального конца клеток по их периметру в виде полосы. Эта полоса состоит из пучков актиновых филаментов, локализующихся со стороны цитоплазмы. В межклеточном пространстве есть электронноплотный материал;

–полудесмосомы. Представляют собой как бы половинку точечной десмосомы. Прикрепляют эпителиальные клетки к базальной мембране. В функционировании адгезионных контактов, важную роль играют адгезионнные молекулы, такие, как Е- кадгерин, десмоколлины, десмоглеины и др.

2.Плотные контакты. Это разновидность замыкающих контактов. Данный тип контактов нет только механически связывают клетки, друг с другом, но и препятствует прохождению между ними молекул. В плотных контактах клеточные мембраны подходят друг к другу на расстояние до 5 нм и связываются друг с другом при помощи специальных белков.

3.Проводящие контакты. В этих контактах может осуществляться передача малых молекул из одной клетки в другую. При этом мембраны двух клеток подходят друг

к другу на расстояние до нм и образуют каналы коннексоны. Через коннексоны между клетками осуществляется свободный обмен низкомолекулярными веществами (эдетролитами, витаминами, нуклеотидами, АТФ, сахарами, аминокислотами и др.). Таким образом, этот тип контактов играет важную роль не только в механической, но и в химической коммуникации клеток. Пример таких контактов щелевые контакты: нексусы между мышечными клетками в гладкой и сердечной мускулатуре. При этом возбуждение передается с одной клетки на другую. Второй пример синапсы-контакты между нервными клетками.

Рис. 22 Схема строения межклеточных контактов.

I – плотный контакт; 1 – замыкающий элемент; 2 – цитоплазматические филоаменты. II – адгезионные контакты: 1 – опоясывающая десмосома; 2 – точечная десмосома. III – проводящий контакт (щелевой нексус) (по К. де Дюву)

Кроме этих основных видов межклеточных контактов, выделяют также интердигитации или межпальцевые соединения, когда цитоплазма покрывающей ее цитолеммой одной клетки в виде пальца, вклинивается в цитоплазму другой клетки и наоборот. Интердигитации резко увеличивают межклеточных взаимодействий, благодаря чему возрастает межклеточный обмен метаболитами.

Механизмы транспорта веществ в клетку. Эндоцитоз и экзоцитоз. Определение, значение,морфологические основы.

Необходимые клетки вещества могут поступать в нее разными путями. Мелкие молекулы транспортируются путем пассивного и активного транспорта. Пассивный транспорт не требует затраты энергии и осуществляется по градиенту концентрации через спецмальные транспортные каналы (водные поры), образованные тарнсмембранными белками, при помощи белков переносчиков (также трансмембранные белки). Активныей транспорт осуществляется против градиента концентрации веществ и требует затраты энергии в виде АТФ. Он также осуществляется специальными белками переносчиками. Крупные молекулы транспортируются в клетку путем эндоцитоза.

Эндоцитоз – это процесс поступления в клетку макромолекул веществ из внеклеточного пространства. Он подразделяется на фагоцитоз (поступление в клетку твердых корпускулярных веществ) и пиницитоз (поступление растворенных в виде веществ и жидкостей). В зависимости от механизмов эндоцитоза он делится на рецепторного опосредованный и рецепторно непосредованном эндоцитозе внеклеточный объект эндоцитоза захватывается в области инвагинации плазмолеммы клетки (рис.. 22). В начале фагоцитируемое вещество оказывает неспецифическое воздействие на поверхностные рецепторы клетки, которое передается на под мембранный слой микрофиламент и далее на цитоскелет. Элементы последнего вызывают впячивание цитолеммы – нишу или ямку. В нее поступает транспортируемое вещество. Ямка все более углубляется, затем края ее смыкаются, образуется пиноили фагоцитозной пузырек. Он отцепляется от основной мембраны и проникает внутрь клетки. Если пузырек содержит фагоцитируемую частицу, то он называется фагосомой, если жидкость и растворенные в ней вещества-пиноцитозным пузырьком. Фагосома может сливаться с первичными лизосомами с образованием фаголизосом.

Вторая разновидность эндоцитоза опосредуется поверхностными рецепторами клетки, с которыми специфически связываются молекулы объекта эндоцитоза (лиганда). При этом происходит более быстрое поглощение лиганда в комплексе с рецепторами клетки. Примером рецепторно опосредованного эндоцитоза может быть фагоцитоз лейкоцитом окруженных антителами бактерий (рис. 23). В данном случае иммуноглобулины (опсонины) исползуются как рецпторы лиганда, с которыми комплементарно взаимодействуют поверхностные рецепторы фагоцита.

Рис. 23. Схема эндоцитоза (а) и экзоцитоза (б) (по А. Стивенсу, Д. Леве).

Экзоцитоз – явление, в определенной степени противоположенное эндоцитозу, «эндоцитоз наоборот» (рис. 23, 24). Это выделение клеткой продуктов секреции или конечного обмена. В случае секрета секреторные гранулы, окруденной мембраной, полученной в комплексе Гольджи, передвигаются в результате сокрещения цитоскелета к цитолемме, сливаются с ней. Затем секреторный пузырек раскрывается, и секрет оказывается за пределами клетки. Экзоцитоз лежит в основе так называемой мерокриновой секреции желез (см. железы).

Выделяемые из клетки путем экзоцитоза вещества могут оставаться на ее оболочке

ввиде рецепторов, могут входить в состав межклеточного вещвства либо после попадания

вмежклеточную жидкость играть роль сигнальных молекул (гормоны и др.). Проницитозные пузырки могут оставаться в клетке, но могут мигрировать на противополжную сторону клетки и там открываться с выделением их содержимого. Это явление называется трансцитозом и служит для транспорта веществю. Следовательно, трансцитоз совмешает в себе эндоцитоз и экзоцитоз. Особенно интенсивно он протекает в клетках кровеносных и лимфатических сосудов – эндотелиоцитах.

Цитоскелет. Цитоскелет это совокупность опорно-сократительных структур клетки, система идущих в разных направлениях и образующих трехмерную сеть актиновых филамент, микротрубочек, микротрабекул и промежуточных филамент (см. рис. 17,18). Актиновые филаменты лабильны, могут быстро расседаться и снова собираться (тредмиллинг). В результате изменяется форма клеток и обеспечивается их подвижность. Микротрубочки также обладают способностью распадаться и снова собираться. Они вместе с промежуточными филаментами выполняют опорную функцию.

Рис. 24 Эндоцитоз и экзоцитоз.

а – фагоцитоз эритроцита макрофагом мыши, видно как тонкий ободок цитоплазмы макрофага, полностью обхватывает фагоцитируемый эритроцит × 25000; б – два изображения пиноцитоза, осуществляемые моноцитом человека. Инвагинации цитолеммы вскоре сомкнутся и отделяются от цитолеммы в виде везикул. Внутренняя поверхность

пузырьков выстлана клатрином × 50000; в – экзоцитоз секреторных гранул клетками экзокринной части поджелудочной железы: ПМ – плазматическая мембрана, ЗГ – зимогенная гранула, ЭК – экзоцитоз содержимого гранулы во внеклеточную среду ×

50000 (по К. де Дюву).

Микротрабекулы как элемент цитоскелета видны только при высоковольтной электронной микроскопии и являются наименее изученным компонентом цитоскелета. Имеют толщину 2-10 нм. Микротрабекулы формируют в клетке нежную сеть, которая интегрирует все другие элементы цитоскелета и плазмолемму. В узлах микротрабекулярной сети находятся рибосомы и полисомы. Химический состав микротрабекул не выяснен.

Цитоскелет, с другой стороны, связан с под мембранным слоем клеточной оболочки и интегральными белками плазмолеммы, с другой с многими органеллами в цитоплазме и с ядром. Внеклеточные сигналы, в том числе и от молекул межклеточного матрикса (фибронектин), действуя через циторецепторы, могут реализоваться цитоскелетом через под мембранный слой.

Функции цитоскелета.

1.Опорная. Создает жесткий каркас клетки.

2.Регуляция вязкости и формы клетки, обеспечение ее движения.

3.Участие в эндо- и экзоцитозе и связанных с ними клеточных процессах (пимоцитоз, фагоцитоз, секреция и др.).

4.Участие цитотомии при митозе.

5.Внутриклеточный транспорт макромолекул и органелл.

6.Обеспечение латеральной подвижности рецепторных белков в липидном бислое цитолеммы и кеппинга, имеющего значение в ответной реакции клетки на раздражитель.

7.Промежуточные филаменты являются показателем тканевой принадлежности клеток, поскольку клетки каждого тканевого типа имеют свой специфический

белковый состав.

Эпителиальные клетки содержат кератиновые филаменты, мышечные в основном десминовые, соединительнатканевые клетки виментиновые, нервные – нейрофиламенты, глиальные клетки – глиальные филаменты, содержащие кислый фибриллярный глиальный белок.

Внеклеточный матрикс. Внеклеточный матрикс это вещество, находящееся между клетками. В соединительных тканях межклеточный матрикс является одним из тканевых элементов и называется межклеточным веществом, которое состоит из волокон (коллагеновые, эластическое, ретикулярные) и основного или аморфного вещества. Аморфное вещество состоит из воды и различных макромолекул: белков, углеводов (гликозаминогликаны и др.), а также других веществ. В эпителиальной ткани, состоит в основном из аморфного вещества. Особой формой межклеточного матрикса в эпителях являются базальные мембраны. Одним из наиболее важных молекул внеклеточного матрикса, играющих роль в межклеточных взаимодействиях и во взаимодействиях «клетка – внеклеточный матрикс», являются ламинин, фибрононектин и нидоген\энтактин. Они взаимодействуют с рецепторами на поверхности клеток – (интегринами), которые через внутриклеточные белки таллин, винкулин и - актинин, передают информацию на актиновые филаменты цитоскелета. Поэтому механические, физические и химические изменения в внеклеточный матрикс ведут к изменению функций клеток. Существует и образованный путь передачи информации от внутриклеточных структур на внеклеточный матрикс.

Функции внеклеточного матрикса:

1. Опорная.

2.Обеспечение обменных процессов и поступление в клетку веществ.

3.Регуляторная. Осуществляет регуляцию деятельности клеток.

4.Морфогенетическая. Кроме того внеклеточный матрикс участвует в чисто – и органогенезе, канцерогенезе и метастазировании опух левых клеток, заживлении ран.

5.Транспортная. Внеклеточный матрикс обеспечивает поступление к клетке необходимых регуляторных и питательных веществ.

6.Взаимодействие структур клетки в процессе ее метаболизма на примере синтеза белковых и небелковых веществ.

Все клеточные органеллы и структуры тесно связаны между собой при выполнении клеткой ее функции. В клетках постоянно осуществляется обмен веществ, или метаболизм, который представляет собой совокупность процессов ассимиляции (реакций биосинтеза сложных биологических молекул из более простых) и диссимиляции (реакций расщепления). Это можно продемонстрировать на примере синтеза клеткой и небелковый секретов.

При синтезе белковых веществ наблюдается следующая цепь событий:

1.Происходит транскрипция ДНК и образуется и РНК.

2.В ядрышке образуются рибосомы, которые поступают в цитоплазму.

3.В случае синтеза белка на экспорт рибосомы присоединяются с ЭПС.

4.В митохондриях образуется АТФ, необходимая для биосинтеза белка.

5.На гранулярной ЭПС синтезируется и частично процессируется полипептидная цепь.

6.Она поступает в комплекс Гольджи, где превращается в сложный белок, а также упаковывается в мембранный пузырек. Образуется секреторные гранулы.

7.Секреторные гранулы в результате сокращения движутся к поверхности клетки и

выделяются путем экзоцитоза.

При синтезе небелковых веществ происходят следующие события:

1.Происходит транскрипция ДНК с образованием и РНК. В ядрышке образуется рибосомальная РНК и и осуществляется сборка предшественников рибосом, которые поступают в цитоплазму.

2.На свободных рибосомах в цитоплазме синтезируются ферменты биосинтеза небелковых веществ.

3.Они переходят в гиалоплазму или в гладкую ЭПС, где синтезируются небелковые вещества – углеводы, липиды.

4.Эти вещества поступают в комплекс Гольджи, там окружаются мембранами, а

далее формируются секреторные гранулы, выделяемые из клетки.

Таким образом, все компоненты клетки тесно функционально связаны между

собой.

Следует отметить также, что в клетке существует постоянный поток клеточных мембран – рециклинг (оборот мембран, мембранный конвейер). Белковые компоненты мембран синтезируются на рибосомах, липидные и углеводные в цитозоле и в гладкой ЭПС. После сборки они включаются в ЭПС, от которой могут отделяться в виде пузырьков и присоединяться к комплексу Гольджи, входя уже в состав его мембран. Транс-сторона комплекса Гольджи отделяет секреторные пузырьки, которые затем выделяет свое содержимое путем экзоцитоза.

При этом их мембрана встраивается в цитолемму (плюс-мембрана). С другой стороны, при эндоцитозе часть цитолеммы идет на построение оболочки эндосом (минусмембрана). Оба процесса мембранного конвейера клетки строго уравновешены, и обычно не происходит ни уменьшения, ни увеличения площади поверхности клетки.