2 курс / Гистология / Ядро клетки

Ядро клетки – система генетической детерминации и регуляции белкового синтеза.

Ядро обеспечивает 2 группы общих функций: одну, связанную собственно с хранением и передачей генетической информации, другую – с её реализацией, с обеспечением синтеза белка.

Хранение и поддержание наследственной информации в виде неизменной структуры ДНК связаны с наличием так называемых репарационных ферментов, ликвидирующих спонтанные повреждения молекул ДНК. В ядре происходит воспроизведение или редупликация молекул ДНК, что даёт возможность при митозе двум дочерним клеткам получить совершенно одинаковые в качественном и количественном отношении объёмы генетической информации.

Другой группой клеточных процессов, обеспечиваемых активностью ядра, является создание собственного аппарата белкового синтеза. Это синтез и транскрипция и-РНК, т-РНК и р-РНК, образование субъединиц рибосом (комплексирование р-РНК и рибосомных белков).

Ядро – не только вместилище генетической информации, но и место, где этот материал функционирует и воспроизводится.

Ядро состоит из хроматина, ядрышка, кариоплазмы и ядерной оболочки.

Хроматин способен окрашиваться основными красителями. В его состав входят ДНК и белки. Во время митотического деления клеток отчётливо видны хромосомы. Хроматин интерфазных ядер представляет собой деконденсированные хромосомы, потерявшие свою компактную форму. Зоны полной деконденсации – эухроматин. Не полностью деконденсированный хроматин – гетерохроматин (конденсированный хроматин). Чем диффузнее распределён хроматин в интерфазном ядре, тем выше в нём синтетические процессы. Максимально конденсирован хроматин во время митотического деления клеток. В это время хромосомы не выполняют никаких синтетических функций.

Таким образом, можно выделить 2 структурно-функциональных состояния хромосом:

1. Активное – процессы транскрипции и редупликации.

2. Неактивное – функция распределения и переноса генетического материала в дочерние клетки.

В электронном микроскопе видны элементарные хромосомные фибриллы (хромонемы) толщиной 20-25 нм. Хромонемы – сложные комплексы дезоксирибонуклеопротеидов (ДНП), в состав которых входит ДНК, белки – гистоны и РНК в соотношении: 1:1,3:2. Длина ДНК достигает нескольких см (1-я хромосома содержит ДНК длиной 7 см). Суммарная длина ДНК одной клетки около 170 см (6*10^-12г).

Репликоны – места независимой репликации ДНК. Средний размер: 30 мкм. В геноме человека – более 50 000 репликонов. В некоторых хромосомах репликация начинается на концах хромосомы и заканчивается в центромерном районе. Наиболее поздно начинается репликация конденсированного хроматина (тельце Барра).

Белки хроматина составляют 60% от его сухой массы. Среди них негистоновые белки составляют 20% от количества гистоновых. Гистоны – щелочные белки, обогащённые основными аминокислотами лизином и аргинином. Гистоны расположены по длине хромосомы блоками. 1 блок = 8 гистонов = нуклеосома (10 нм). Хромонема – нить бус, каждая из которых – нуклеосома. Функции гистонов: структурная (обеспечивают укладку ДНК), регуляторная (регулируют транскрипцию).

В ядре помимо хроматиновых участков выделяют перихроматиновые фибриллы, перихроматиновые гранулы и интерхроматиновые гранулы. Все они содержат и-РНК и белки.

Ядрышко (1-5 мкм) – окрашиваются основными красителями, богаты РНК. Ядрышко – самая плотная структура ядра, производная хромосомы – один из локусов с наиболее высокой концентрацией и активностью синтеза РНК в интерфазе.

Ядрышко – место образования р-РНК и рибосом.

Образование ядрышек и их число связаны с активностью и числом ядрышковых организаторов (участки хромосом, расположенные в зонах вторичных перетяжек). Изменение числа ядрышек связано с их слиянием или с изменением числа хромосом с ядрышковым организатором.

Вокруг ядрышка – гетерохроматин ядрышкового организатора – интегральная часть сложной структуры ядрышка. ДНК ядрышкового организатора представлен сотнями копий генов р-РНК. На них синтезируется РНК-предшественник, из которого получается РНК, которая присоединяет белок и образует субъединицу рибосомы.

Рибосомы – сложные рибонуклеопротеиды, состоящие из РНК и белка в равных весовых отношениях. Размер: 25*20*20 нм. Состоит из большой и малой субъединиц.

Ядрышко неоднородно по своему строению. В нём различают гранулярный (диаметр гранул 20 нм) и фибриллярный (длина фибрилл 8 нм) компоненты. Фибриллярный компонент сосредоточен в центральной части ядрышка, а гранулярный – по периферии. Фибриллярный компонент представляет собой рибонуклеопротеидные тяжи предшественников рибосом. Гранулярный компонент образует нитчатые структуры – нуклеолонемы – созревающие субъединицы рибосом. В зоне фибрилл – участки ДНК ядрышковых организаторов.

При высоком уровне синтеза р-РНК в ядрышке много гранул, при прекращении синтеза – количество гранул падает, ядрышки превращаются в плотные фибриллярные тельца базофильной природы. Такой же результат вызывает и действие многих веществ: актиномицин, митомицин, канцерогены и др.

Ядерная оболочка состоит из внешней и внутренней мембран, разделённых перинуклеарным пространством. Ядерная оболочка содержит ядерные поры.

Внешняя мембрана ядерной оболочки имеет ряд особенностей, позволяющих отнести её к собственно мембранной системе эндоплазматического ретикулума. Внутренняя мембрана связана с хромосомным материалом ядра.

За счёт слияния двух ядерных мембран образуется перфорация, диаметром 90 нм. Эти отверстия заполнены сложно организованными глобулярными и фибриллярными структурами. Совокупность перфораций и этих структур – комплекс ядерной поры (октагональная симметрия). По границе круглого отверстия – три ряда по 8 гранул (размер 25 нм). От них – фибриллярные отростки, образующие диафрагму поры.

Чем выше синтетические процессы в клетке, тем больше пор в ядерной оболочке.

Функции: барьер, ограничивающий свободный доступ в ядро; участие в создании внутриядерного порядка – фиксации хромосомного материала в трёхмерном пространстве.

Струтурно-функциональные аппараты клетки – комплексы клеточных структур, которые объединяются для выполнения жизненно важных функций клеток.

Основные аппараты:

1. Генетический

2. Аппарат внутриклеточного синтеза и структуризации

3. Аппарат внутриклеточного пищеварения и дезинтоксикации

4. Энергетический

5. Опорно-двигательный.

Во всех аппаратах выделяют условно 2 группы структур:

1. Основные – рабочие

2. Вспомогательные – структуры-участники, обесп. работу основных.

Генетический аппарат.

Основная структура: ядро (структурные компоненты – кариолемма, хроматин, ядрышки, кариоскелет – ламинарные белки; бесструктурные компоненты - кариоплазма).

Функции:

1. Хранение

2. Восполнение наследственной

3. Передача информации

4. Реализация

Время существования ядра определяется периодом интерфазы.

Аппарат внутриклеточного синтеза и структуризации.

Основные структуры:

1. Рибосомы (свободные / связанные)

2. ЭПС (гранулярная / агранулярная)

3. комплекс Гольджи

4. Митохондрии (белоксинтезирующие структуры)

5. Ц ентриоли центры матричного комплексирования

6. Базальные тельца тубулиновых белков.

Вспомогательные структуры:

1. Цитолемма

2. Митохондрии (аппарат энергообеспечения)

3. Цитоскелет

4. Ядро (центр информации)

Функции:

1. Синтез белков (на экспорт – ЭПС, для внутреннего пользования - рибосомы)

2. Небелковый синтез (гликоген, холестерин, фосфолипиды) – гЭПС, кГ.

3. Накопление, концентрация, упаковка, создание транспортных форм – сегрегация.

4. Структуризация синтезированного: гранулообразование, мембраногенез, тубулогенез.

5. Внутриклеточный транспорт синтезированного (канальцевый / цитоскелет)

Аппарат внутриклеточного пищеварения и дезинтоксикации (вакуолярный).

Основные структуры:

1. Лизосомы (вторичные, аутолизосомы)

2. комплекс Гольджи

3. Эндосомы

4. Пищеварительные вакуоли (аутофаголизосомы)

5. Пероксисомы

6. Свободные рибосомы, синтезирующие ферменты.

Вспомогательные структуры: см. предыдущий аппарат.

Функции:

1. Эндоцитоз (поглощение клеткой чего-либо)

2. Аутофагия (фагоцитоз устаревших и ненужных компонентов)

3. Аутолизис (внутриклеточное растворение - аутофаголизосомы).

   1. у здоровых клеток 2 и 3 – протекают постоянно (гепатоциты обновляются за 1 неделю)

   2. смерть организма – массовый аутолизис

   3. отравление – аутолизис

4. Дезинтоксикация.

Энергетический аппарат.

Основные структуры:

1. Митохондрии (наследуются от матери, имеют свой аппарат репликации, транскрипции, трансляции; бывшие бактерии; живут 10 суток). Воспроизведение митохондрий: деление и внутримитохондриальная регенерация.

Функции:

1. Энергообеспечение энергоёмких процессов

2. Собственный белковый синтетический процесс

Опорно-двигательный аппарат (локомоторный).

Основные структуры:

1. Цитоскелет (микротрубочки и микрофиламенты)

2. Центриоли

3. Базальные тельца

4. Реснички, жгутики

5. Кариоскелет

Функции:

1. Опорная, скелетная

2. Формообразующая

3. Внутриклеточное перемещение структур

4. Двигательная функция клетки (передвижение клетки и чего-то по клетке)

5. Участие в создании межклеточных контактов.

Воспроизведение клетки – репродукция.

2 пути:

1. репродукция с делением – пролиферация

2. воспроизведение без пролиферации

3-е положение клеточной теории: «Клетка от клетки».

Группировка клеток по способности к делению:

1. Клетки, делящиеся всю жизнь – стволовые, полустволовые, эпителиальные, эмбриональные.

2. Клетки, делящиеся на начальных этапах дифференцирования. Дифферон – ряд от общей клетки до специализированной. Половые клетки, клетки крови

3. Клетки, утратившие способность к делению. Но после встречи с каким-либо агентом, они дедифференцируются и делятся. Лимфоциты.

4. Клетки, делящиеся на ранних этапах эмбриогенеза; после того, как их популяция достигнет определённого предела – не делятся, а восстанавливаются. Нейроны, кардиомиоциты.

Делящиеся молодые клетки – бласты. Неделящаяся (дифференц.) клетка – цит.

Способы деления:

1. Митоз – универсальный способ деления

2. Дробление

3. Мейоз

4. Амитоз

Клеточный цикл – промежуток жизни клетки от деления до деления или до естественной смерти клетки. Если деление митозом – митотический цикл:

М

R – точка рестрикции

S – синтетический период

G₂ G₁ G₂ – постсинтетический период

G₁ – пресинтетический период

R M – митоз

S

Пресинтетический период:

1. Рост

2. Дифференцирование

3. Интеграция структурно-функционального аппарата

4. Функционирование клетки

5. Старение клетки

6. Апоптоз

В ядре преобладает эухроматин (транскрипция и рибосомообразование). Максимальная функциональная активность.

Точка рестрикции: если клетка вошла и прошла эту точку, то наступает синтетический период. Если не прошла, то клетка вышла из митотического периода. Наступает период G₀ для нейронов и кардиомиоцитов. Регуляторы перехода через точку – триггерные белки – активизаторы синтеза гистонов. Это белки упаковки и спирализации хромосом. Синтезируются на рибосомах кариолеммы. Синтез триггерных белков регулируется соматотропным гормоном. Наибольшая активизация – в светлое время суток. Сам митоз идёт ночью.

Группировка клеток по продолжительности пресинтетического периода:

1. менее 30% от всего цикла – молодые, малодифференцированные, стволовые

2. более 30% - высокоспециализированные гепатоциты

3. составляет 100% - нейроны

Синтетический период:

1. репликация ДНК

2. удвоение и спирализация хромосом

3. усиление синтеза структурных белков гистонов и тубулинов

4. дупликация центриолей с помощью механизмов матричного синтеза.

Длительность 8-12 часов

Постсинтетический период:

1. дозревание центриолей, формирование центросферы

2. концентрация тубулинов около центриолей

3. накопление в ядре около центромер митохорных белков

4. накопление АТФ

5. уменьшение количества гранулярной ЭПС

6. увеличение свободных рибосом

Длительность 2-4 часа

Митоз.

Профаза: 4n4c

1. конденсация хромосом

2. исчезновение ядрышек

3. разрушение ядерной оболочки

4. уменьшение количества гранулярной ЭПС

5. формирование веретена деления

Метафаза:

1. заканчивается образование веретена деления

2. хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости веретена

3. плечи сестринских хромосом расходятся (связь в центромере)

Анафаза:

1. хромосомы теряют связь друг с другом в области центромер

2. хромосомы удаляются к противоположным полюсам клетки

3. расхождение самих полюсов

Телофаза:

1. остановка разошедшихся хромосом

2. деконденсация

3. образование ядерной оболочки

4. образование ядрышек

5. цитотомия / цитокинез

Длительность митоза 30-60 минут, ночью.

Частота митозов регулируется факторами:

1. Внутриклеточные факторы:

   1. ядерно-цитоплазматическое соотношение

   2. метаболиты

   3. триггерные белки

2. Межклеточные взаимодействия – местный тканевой уровень

   1. межклеточные контакты (контактное торможение)

   2. кейлоны (тормозят)

   3. антигены

3. Центральные механизмы:

   1. гуморальные механизмы (соматотропный гормон)

   2. нервные механизмы (+/-)

В пределах ткани существует определённое количество клеток. Если больше – гиперплазия.

Амитоз – может его и не существует. В норме – это способ деления полиплоидных клеток без выключения функций. При этом делится только ядро или ядро и клетка (кариотомия и цитотомия). Характерен для патологических процессов (опухоли).

Внутриклеточная регенерация – эндорепродукция – универсальный способ восстановления любой клетки. Эти процессы идут в норме постоянно. При изменении условий существования клетки эти процессы или увеличиваются или замедляются.

Факторы изменения интенсивности:

1. изменение функциональной активности

2. при заболеваниях

3. при выздоровлении

4. при медицинских воздействиях.

Интеграция действия всех внутриклеточных аппаратов.

Этапы при активизации клеток:

1. удвоение ДНК и хромосом внутри ядра – эндоредупликация – образование суперядра (эндомитоз, эндорепродукция).

2. усиление транскрипции РНК и рибосомообразования

3. увеличение процессов трансляции

4. увеличение количества органелл

5. увеличение размера клетки – рабочая гипертрофия

6. увеличение функциональной активности клетки

7. возврат к исходному состоянию.

Реактивность клетки – способность отвечать на действие раздражителей, усиливая или ослабляя процессы жизнедеятельности.

Раздражители:

1. экзогенные (снаружи)

2. эндогенные (изнутри)

3. адекватные (запрограммированные, к ним есть рецепторы)

4. неадекватные (незапрограммированные, к ним нет рецепторов)

Реакции клетки:

1. обратимые (физиологические реакции)

2. необратимые (патологические реакции)

Структурные проявления обратимых реакций:

в ядре

1. изменение конфигурации ядра

2. увеличение или уменьшение пол кариолеммы

3. увеличение или уменьшение перинуклеарного пространства

4. изменение количества ядрышек

5. преобладание эухроматина

в цитоплазме

1. изменение интенсивности гранулообразования

2. изменение количества митохондрий

3. изменение количества рибосом

4. расширение канальцев ЭПС и комплекса Гольджи

Структурные проявления необратимых реакций:

в ядре

1. признак трёх К

   1. кариопигноз – сжатие ядра – гетерохроматин

   2. кариорексис – распад ядра

   3. кариолизис – растворение ядра

в цитоплазме

1. блокируется гранулообразование и мембраногенез

2. исчезают гранулы

3. грубые деструктивные изменения органелл

4. накопление остаточных телец

5. активация аутолизосом. Вся клетка завалена остаточными тельцами.

Паранекроз – состояние клетки около смерти – пограничное состояние, характеризующееся обратимыми изменениями на действие неадекватного раздражителя. Если фактор не убрать, то клетка погибнет.

Смерть клетки:

1. Апоптоз – запрограммированная смерть в G₁ или G₀

2. Некроз – смерть в любую стадию под действием неадекватного раздражителя

Апоптоз – самоуничтожение клетки согласно генетической программе. Есть гены – аутокиллеры. Эндонуклеазы активизируют синтез агрессивных гистоновых белков – белков, извращающих упаковку хромосом.

Структурные проявления – необратимые:

1. в ядре:

   1. кариопигноз

   2. кариорексис

2. в цитоплазме:

   1. увеличение вязкости гиалоплазмы

   2. уменьшение транспортных процессов

   3. органеллы складываются в агрегаты

   4. накапливаются остаточные тельца и пигменты старения

   5. падает функциональная активность клетки.

3. в цитолемме:

   1. вскипание цитолеммы – пузырьки с обломками органелл и ядра

   2. накопление апоптозных телец.

Апоптозные тельца поглощаются соседними клетками той же ткани. При этом отсутствуют макрофагические реакции.

Цитолемма теряет все свои поверхностные структуры, разрываются межклеточные контакты. Апоптирующая клетка изгоняется. Происходит аутолизис клетки.

Некроз – также необратимый процесс. Проявляется:

1. в ядре – симптом 3-х К

2. в цитоплазме – деструкция, лизис, уничтожение макрофагами.