УДК 611:018(075.8) ББК 28.05+28.06

Печатается по решению Центрального координационно-методического совета Казанского государственного медицинского университета

Авторы-составители:

Бойчук Н.В., Исламов Р.Р., Челышев Ю.А.

Рецензенты:

Доцент кафедры нормальной физиологии КГМУ Ахтямова Д.А. Заведующий кафедрой анатомии КГАВМ профессор Ситдиков Р.И.

Тезисы лекций по гистологии, цитологии и эмбриологии. Учебно-методическое пособие/ Бойчук Н.В., Исламов Р.Р., Челышев Ю.А. – Казань: КГМУ, 2011. –148 с.

Учебно-методическое пособие составлено в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования (ФГОС-3) и типовой Учебной программой по дисциплине «Гистология, цитология и эмбриология». В Учебно-методическом пособии изложены цели и задачи изучения дисциплины, указаны формируемые компетенции, приведён список рекомендуемой литературы и электронных ресурсов. Тезисы лекций содержат материал по всем разделам дисциплины, изложенный в лаконичной и рубрицированной форме и имеющий медицинскую направленность.

Учебно-методическое пособие предназначено для студентов младших курсов медицинских факультетов и медицинских вузов.

© Казанский государственный медицинский университет, 2011

Содержание

Введение……………………………………………………………………………..4 Литература…………………………………………………………………….…….7

Содержание дисциплины. Исторические сведения.

Методы исследования………………………………………………….….8

Клетка………………………………………………………………………………10

Внутриутробное развитие……………………………………………………….…9

Ткани……………………………………………………………………………….24

Эпителиальные ткани и экзокринные железы …………………….…………….26

Соединительные ткани…………………………………………………………….28

Хрящевая ткань………………………………………………….…………………31

Костная ткань………………………………………………..……………………..33 Кровь…………………………………………………………………………..……35

Кроветворение……………………………………..……………………….….…..39 Мышечная ткань………………………………………………………………….. 41

Нарвная ткань и нервная система……………………………………..………….47

Центральная нервная система…………………………………………….………53

Органы чувств…………………………………………………………….……….56

Кожа и её придатки………………………………………………………………..62

Сердечно-сосудистая система…………………………………………………….67

Иммунная защита. Органы кроветворения и иммунной защиты………………75

Эндокринная система………………………………………………………..…….82

Пищеварительная система…………………………………………………….…..90 Дыхательная система…………………………………………………………….113

Мочевыделительная система……………………………………………………117

Развитие половых систем………………………………………………………..124 Мужская половая система……………………………………………………….128

Женская половая система………………………………………………………..133 Провизорные органы…………………………………………………………….138

Молочная железа…………………………………………………………………144

Врождённые пороки развития…………………………………………………..145

4

Введение

Учебно-методическое пособие составлено в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования (ФГОС-3) и типовой Учебной программой по дисциплине «Гистология, цитология и эмбриология» и содержит основной лекционный материал по всем разделам дисциплины. Тезисы лекций, как составная часть Учебно-методического комплекса по дисциплине, помогут студенту успешно освоить гистологию, цитологию и эмбриологию, достичь цели, поставленной при изучении дисциплины, а также будут способствовать формированию компетенций, необходимых будущему специалисту.

Цель. Целью освоения дисциплины «Гистология, цитология и эмбриология» является формирование у студентов научных представлений о микроскопической функциональной морфологии и развитии клеточных, тканевых и органных систем человека, обеспечивающих базис для изучения клинических дисциплин и способствующих формированию врачебного мышления.

Место дисциплины

Дисциплина «Гистология, эмбриология, цитология» относится к математическому, естественнонаучному, медико-биологическому циклу дисциплин высшего профессионального медицинского образования. Основные знания, необходимые для изучения дисциплины, формируются в цикле математических, естественнонаучных, медико-биологических дисциплин, наряду с биологией, физикой, общей химией, органической биологической химией, анатомией человека, нормальной физиологией. Изучение дисциплины «Гистология, эмбриология, цитология» предшествует дисциплинам: патологической анатомии, патологической физиологии, фармакологии, топографической анатомии, дисциплинам профессионального цикла.

Требования к знаниям и умениям

В результате освоения дисциплины студент должен:

знать:

химико-биологическую сущность процессов, происходящих в живом организме на молекулярном и клеточном уровнях; основные закономерности развития и жизнедеятельности организма человека на основе структурной организации клеток, тканей и органов; гистофункциональные особенности тканевых элементов; методы их исследования;

уметь:

пользоваться учебной, научной, научно-популярной литературой, сетью Интернет для профессиональной деятельности; пользоваться лабораторным оборудованием; работать с увеличительной техникой при изучении гистологических, цитологических, иммуногистохимических препаратов; анализировать гистофизиологическое состояние различных клеточных, тканевых и органных структур человека;

5

владеть:

медико-функциональным понятийным аппаратом; навыками постановки предварительного диагноза на основании результатов лабораторного и гистологического исследования.

Процесс изучения дисциплины «Гистология, цитология и эмбриология» направлен на формирование ряда компетенций, в том числе:

•способности и готовности анализировать социально-значимые проблемы и процессы, использовать на практике методы гуманитарных, естественнонаучных, медико-биологических и клинических наук в различных видах профессиональной и социальной деятельности (ОК-1);

•способности и готовности анализировать закономерности функционирования отдельных органов и систем, использовать знания анатомо-физиологических основ, основные методики клиникоиммунологического обследования и оценки функционального состояния организма взрослого человека и подростка для своевременной диагностики заболевания и патологических процессов (ПК16).

Образовательные технологии

•Работа студентов с литературой

•Поиск учебной и научной информации в Интернете

•Подготовка рефератов

•Подготовка выступлений с использованием мультимедийных презентаций

Требования к посещаемости

Посещаемость лекций обязательна. Пропущенные лекции отрабатываются в соответствии с графиком, разрабатываемым кафедрой.

Отработки пропущенных лекций

При отработке лекции студент должен сдать теоретическую часть в виде:

•написания реферата;

•создания презентации,

•выступления с докладом.

Оформление реферата Структура реферата: 1) титульный лист, 2) оглавление, 3) введение, 4) основная часть, 5) заключение, 6) список использованной литературы.

Оформление реферата: бумага формат А4; основной текст пишется от руки в объёме 10–15 страниц. Параметры страницы: верхнее, нижнее, правое поля 1.5, левое поле 2,0; количество строк на странице — 24, интервал между строками двойной. Каждый раздел начинается с новой страницы.

6

Материально-техническое обеспечение

Комплекты лекционных слайдов Мультимедийные презентации лекций

Проекционный аппарат Kindermann, слайд-проектор Difocus AF150, оверхед-

проекторы Kindermann и Quabra H1100

Телевизор для демонстрации видеолекций и видеопрактикума JVC Мультимедийный проектор LG DX120 DLP

Видеолекции

Программное обеспечение и Интернет-ресурсы

Общесистемное и прикладное программное обеспечение Поисковые системы Yandex, Google, Yahoo www.histology.narod.ru

Medline база данных EBSCO

Электронная библиотека E-library

Электронная библиотека «Консультант студента» www.studmedlib.ru www.meduniver.com

www.Medicalplanet.su www.medcurs.ru www.humbio.ru

Гистология в Internet - электронный каталог русскоязычных Web-ресурсов по гистологии, цитологии и эмбриологии

www.infodoctor.ru/handbooks

Страница кафедры на сайте КГМУ www.kgmu.kcn.ru/теоретические кафедры/кафедра гистологии.

7

Литература

Основная литература:

1.Гистология с компакт-диском (ред. Улумбеков Э.Г., Челышев Ю.А.). – М.: ГЭОТАР-Медицина, 2007.

2.Гистология (ред. Улумбеков Э.Г., Челышев Ю.А.). – М.: ГЭОТАРМедицина, 2001.

3.Гистология. Комплексные тесты (ред. Кузнецов С.Л., Челышев Ю.А.). – М.: ГЭОТАР-Медицина, 2007.

4.Гистология. Атлас для практических занятий. Учебное пособие. Н.В. Бойчук, Р.Р. Исламов, С.Л. Кузнецов, Ю.А. Челышев. – М.: «ГЭОТАР-

Медиа», 2008.

5.Кузнецов С.Л., Мушкамбаров Н.Н., Горячкина В.Л. Атлас по гистологии, цитологии и эмбриологии. – М.: МИА, 2002.

6.Елисеев В.Г., Афанасьев Ю.И., Котовский Е.Ф., Яцковский А.Н. Атлас микроскопического и ультрамикроскопического строения клеток, тканей и органов. – М.: Медицина, 2004.

Дополнительная литература:

1.Гистология (введение в патологию) (ред.Улумбеков Э.Г., Челышев Ю.А.).

– М.: ГЭОТАР, 1997.

2.Международные термины по цитологии и гистологии человека с официальным списком русских эквивалентов./Под ред. Чл.-корр. РАМН В.В. Банина и проф. В.Л. Быкова. - М.: «ГЭОТАР-Медиа», 2009.

3.Руководство по гистологии в 2-х томах (ред. Данилов Р.К.). – М., 2001.

4.Данилов Р.К., Боровая Т.Г. Общая и медицинская эмбриология. — М., 2003.

5.Валькович Э.И. Общая и медицинская эмбриология. — М., 2003.

6.Юшканцева С.И., Быков В.Л. Гистология, цитология и эмбриология. Краткий атлас. — С.-Петербург, 2006.

7.Гунин А.Г. Гистология в таблицах и схемах. — М., 2005.

8

Содержание дисциплины Исторические сведения. Методы исследования

Содержание дисциплины

Эмбриология (общая и частная) Цитология Гистология (общая и частная)

Цель Формирование базисных знаний о развитии, строении и функции организма

человека на молекулярном, клеточном, тканевом, органном уровнях. Введение в патологию Применение методов гистологии в диагностике и лечении заболеваний

Становление гистологии как науки

•Французский анатом Marie Francois Bichat (1771-1802 гг.) вводит в

биологию термин «ТКАНЬ» и описывает 21 тип.

•В 1819 (от греч. histos — ткань и logos — учение) немецкий исследователь Paul Mayer вводит термин «Гистология»

•В1839 г немецкий физиолог Theodore Schwann создаёт клеточную теорию

•Основоположник современной гистологии немецкий анатом Rudolf Kolliker в 1852 г вводит современную классификацию тканей.

Краткие сведения по истории кафедры гистологии цитологии и эмбриологии КГМУ.

Карл Августович Арнштейн (17.03.1840, Москва — 10.06.1919, Казань ) - один из основоположников отечественной гистологии, основатель Казанской нейрогистологической школы, Заслуженный ординарный профессор, Почетный член Казанского университета, декан медицинского факультета Казанского университета (1883-1886, 1890-1892). Заведовал кафедрой гистологии на медицинском факультете Казанского университета с 1871 по1903 гг.

Периоды развития кафедры гистологии

1.Организация кафедры (1864-1871). Кучин – первый заведующий

2.Закладка базиса Казанской нейрогистологической школы, изучение нервной ткани метиленовым синим (модификация метода Эрлиха) (18711917). Арнштейн, Смирнов, Догель, Тимофеев

3.Внедрение экспериментального подхода и окраски нервной ткани азотнокислым серебром (1921 - 1958). Миславский, Лаврентьев, Колосов. Забусов

4.Современный период - изучение регенерации в нервной системе. Электронная микроскопия, гистохимия, иммуногистохимия, культура клеток, генная инженерия.

9

Методы исследования в гистологии

•Окрашивание гистологическими красителями, имеющими различное сродство к тканевым структурам

•Гистохимия (окрашивание продукта химической реакции между реактивом и субстратом-мишенью)

•Клеточные маркёры (ферментные, дифференцировочные антигены, иммунные, опухолевые)

•Иммуногистохимия (специфическое взаимодействие меченых антител с тканевыми антигенами-мишенями)

•Радиоавтография (фотореакция между 32P и фотоэмульсией)

•Гибридизация in situ (взаимодействие нуклеиновых кислот, связанных с меткой, с комплементарной последовательностью РНК в клетке)

•Цитофотометрия (количественное определение веществ в клетке по характеристическому поглощению этими веществами света определённого спектра)

•Клеточная, тканевая и органная культуры

Гистологическая техника

Подготовка материала

¾Фиксация Обезвоживание Заливка Приготовление срезов

¾Микротом. Криостат (интраоперационная диагностика) Процессирование срезов (окрашивание гистологическими красителями, гистохимия, иммуногистохимия, гибридизация)

Гистологические красители

Способность тканевых (внутриклеточных) компонентов по-разному окрашиваться зависит от кислотно-щелочных свойств молекул, входящих в их состав.

•Кислые красители связываются со структурами или веществами, имеющими щелочную реакцию. По окрашиванию секреторных гранул различают ацидофильные клетки аденогипофиза, эозинофилы крови.

•Щелочные красители связываются с кислыми молекулами (например, нуклеиновые кислоты ядра и рибосом). По окрашиванию секреторных гранул различают базофильные клетки аденогипофиза, базофилы крови.

•Стандартные красители. Часто используют смеси кислых и щелочных красителей (например, гематоксилин + эозин).

•Импрегнация солями серебра (окраска по Гольджи и Кахалю).

Клеточные маркёры

Ферментные

¾кислая фосфатаза — лизосомы,

¾щелочная фосфатаза — эндотелий кровеносных капилляров,

¾сукцинатдегидрогеназа (СДГ) и цитохромоксидаза — митохондрии,

¾глюкозо-6-фосфатаза — эндоплазматическая сеть.

10

Дифференцировочные антигены

CD-маркёры — фенотипирование стволовых клеток, мониторинг клеточной дифференцировки

Т-лимфоциты CD4+, CD8+

Маркёры клеточного типа и его фенотипов

¾Кератин

¾Десмин

¾Виментин

¾Белки нейрофиламентов

Микроскопия

Светооптическая, темнопольная, фазово-контрастная, интерференционная, поляризационная, люминесцентная, электронная микроскопия (просвечивающая, сканирующая), лазерная конфокальная.

11

Открытие клетки и клеточная теория

А. Левенгук создал первые микроскопы. Впервые наблюдал микроорганизмы, сперматозоиды (1679), эритроциты (1684). Р.Гук ввел термин «клетка» (1665). Р. Браун увидел в клетках руководящий центр – ядро (1833). Т.Шванн сформулировал клеточную теорию (1839).

Организация клетки

Клеточная мембрана (плазмолемма), ядро, цитоплазма (содержит цитоскелет, органеллы, включения).

•Включения – накопления инертного материала.

•Органеллы – метаболически активные внутриклеточные структуры:

Плазматическая мембрана

Общепринята жидкостио-мозаичная модель. Для интегральных белков

мазков. В начале 19 века Ян Эвангелист Пуркинье впервые применил краситель индиго.

•Темнопольная, фазово-контрастная, интерференционная, поляризационная микроскопия служит для получения контрастного изображения неокрашенных живых клеток и тканей (оптика Номарского).

•Люминесцентная микроскопия применяется для наблюдения флюоресцирующих объектов. Фильтр перед образцом пропускает свет длины волны, возбуждающей флюоресценцию вещества. Другой фильтр пропускает свет длины волны, излучаемой объектом.

•Электронная микроскопия (просвечивающая, сканирующая). Материал

•Лазерная конфокальная микроскопия позволяет создать пространственную реконструкцию флюоресцирующих объектов.

Системы анализа изображения

•Морфометрические исследования

•Фотометрия (денситометрия)

•Хромосомный анализ

•Автоматизированный анализ мазка крови

•Виртуальный препарат

•Телемедицинская станция

Клетка

Клетка — главный гистологический элемент. Зукариотическая клетка состоит из трёх основных компартментов: плазматическая мембрана, ядро и цитоплазма.

участке мембраны – кэппинг.

Химический состав Белки составляют более 50% массы мембран. Большинство мембранных «белков

имеет глобулярную структуру. Интегральные мембранные белки прочно встроены в липидный бислой. Периферические мембранные белки (фибриллярные и

•Интегральные функциональные белки - транспортные (белки ионных каналов, белки-переносчики), рецепторные гликопротеины (мембранные рецепторы)

•Периферические белки – локализованы на наружной или внутренней поверхности плазмолеммы и связаны с интегральными белками (например, белки адгезии, белки, ассоциированные с цитоскелетом, протеинкиназа С, вторые посредники и др.)

•Трансмембранные волокнистые белки - связаны с цитоскелетом, участвуют в образовании контактов типа «клетка-клетка» или «клетка-матрикс».

Липиды составляют до 45% массы мембран. Это:

-фосфолипиды. Молекула фосфолипида состоит из полярной (гидрофильной) части (головка) и аполярного (гидрофобного) двойного углеводородного хвоста. В водной фазе молекулы фосфолипидов автоматически агрегируют хвост к хвосту, формируя каркас биологической мембраны в виде двойного слоя (бислой).

•Арахидоновая кислота. Из мембранных фосфолипидов, содержащих в

основе глицерол, с участием фосфолипазы A2 (PLA2) освобождается арахидоновая кислота — предшественник простагландинов, тромбоксанов,

лейкотриенов и ряда других биологически активных веществ с множеством функций (медиаторы воспаления, вазоактивные факторы

идр.).

-сфинголипиды (миелиновые оболочки нервных волокон)

12

- гликолипиды - олигосахаридсодержащие липиды наружного слоя.

Холестерин распределён по обоим слоям. Холестерин участвует в формировании рафтов – подвижных липидных плотиков. Рафты связывают белки, участвуют в эндоцитозе.

Углеводы (преимущественно олигосахариды) входят в состав гликопротеинов и гликолипидов мембраны, составляя 2–10% её массы. Цепи олигосахаридов выступают на наружной поверхности мембран клетки и формируют поверхностную оболочку – гликокаликс. Функции гликокаликса: участие процессах межклеточного узнавания, межклеточного взаимодействия, пристеночного пищеварения.

Проницаемость плазмолеммы

Гидрофобный характер сердцевины бислоя определяет возможность непосредственного проникновения через мембрану различных с физикохимической точки зрения веществ. Неполярные вещества (например, холестерин и его производные) свободно проникают через биологические мембраны. Полярные вещества (например, белки и ионы) не могут проникать через биологические мембраны. Данная функция плазмолеммы обеспечивает поддержание клеточного гомеостаза, оптимального содержания в клетке ионов, воды, ферментов и субстратов.

Пути реализации: пассивный транспорт, облегчённая диффузия, активный транспорт.

Простая диффузия (пассивный транспорт)

перемещение частиц (небольших или жирорастворимых) из области высокой концентрации в область более низкой концентрации без затрат энергии

по осмотическому градиенту (молекулы воды)

Диффузия О2, СО2, N2.

Облегченная диффузия

Осуществляется по градиенту концентрации и без непосредственных затрат энергии Диффузия крупных жиронерастворимых молекул с использованием:

мембранных белков-переносчиков

белков мембранных каналов

Вряде случаев одновременно осуществляется сочетанный или обменный транспорт ионов, чаще Na+. Для реализации трансмембранного переноса существуют ионные каналы – каналы утечки и воротные каналы. Ионные каналы образованы несколькими белковыми субъединицами, формирующими в мембране небольшую пору. Просвет поры сформирован остатками гидрофильных аминокислот и заполнен водой.

1.Каналы утечки позволяют ионам перемещаться по градиенту концентрации в клетку или из неё. Калиевые каналы утечки — наиболее распространённый тип ионных каналов.

13

2.Воротные каналы постоянно закрыты и открываются в ответ на действие различных стимулов. Воротные каналы подразделяют на потенциалозависимые, внеклеточный лиганд-активируемые, внутриклеточный лиганд-управляемые и механочувствительные, или регулируемые объёмом клетки.

a.Каналопатии — наследуемые болезни, вызванные мутациями генов, кодирующих синтез субъединиц ионных каналов.

Активный транспорт

Активный транспорт энергозависимый перенос ионов против электрохимического градиента.

•Натрий-калиевая АТФаза (мембранный потенциал, генерация потенциала действия)

•Протонная и калиевая АТФаза (париетальные клетки желудка, остеокласты)

•Кальциевая АТФаза выкачивает Са2+ из цитоплазмы во внутриклеточное депо.

Функции плазмолеммы

Избирательная проницаемость, межклеточные взаимодействия, эндоцитоз, экзоцитоз.

1.Избирательная проницаемость поддерживает клеточный гомеостаз, оптимальное содержание в клетке ионов, воды, ферментов и субстратов. Пути реализации: пассивный транспорт, облегчённая диффузия, активный транспорт.

2.Межклеточные взаимодействия осуществляются в расках концепции «сигнал – ответ»: Сигнальная молекула (первый посредник) Æ рецептор Æ второй посредник Æ ответ (изменение режима функционирования клетки). Клетка, воспринимая и трансформируя различные сигналы, реагирует на изменения окружающей её среды. Восприятие сигналов осуществляется с участием рецепторов.

Мембранные рецепторы

¾Каталитические (рецепторная тирозин киназа). Каталитические рецепторы — трансмембранные белки, наружная часть которых содержит связывающий лиганд участок, а цитоплазматическая часть функционирует как протеинкиназа (тирозинкиназа).

¾Лиганд-зависимые каналы. Взаимодействие лиганда с рецептором оказывает влияние на воротный механизм связанного с рецептором канала, в результате чего канал открывается или закрывается.

¾Связанные с G-белком. Рецепторы, связанные с G-белком, представляют собой трансмембранные белки, ассоциированные с ионным каналом или ферментом, расположенным вблизи цитоплазматической поверхности плазмолеммы. Белок-рецептор может быть связан с гетеротримерным или с мономерным G-белком.

14

Ядерные рецепторы - активируемые лигандом транскрипционные факторы. Ядерные рецепторы — белки-рецепторы стероидных гормонов, ретиноидов, тиреоидных гормонов, жёлчных кислот, витамина D3.

Межкеточные взаимодействия в организации ткани осуществляются также с участием:

Адгезионные фокальные контакты

¾Интегрины

¾Молекулы межклеточного матрикса

Межклеточные контакты

¾Формирование ткани

¾Барьер проницаемости

¾Межклеточная коммуникация

3.Эндоцитоз – поглощение (интернализгщия) клеткой веществ, частиц и

микроорганизмов. Варианты зндоцитоза – пиноцитоз, фагоцитоз и опосредуемый рецепторами зндоцитоз.

•Пиноцитоз – процесс поглощения жидкости и растворённых веществ с образованием небольших пузырьков. Пиноцитозные пузырьки формируются в специ-ализированных областях плазматической мембраны – окаймлённых ямках.

•Фагоцитоз – поглощение крупных частиц (например, микроорганизмов или остатков клеток.

•Опосредуемый рецепторами эндоцитоз характеризуется поглощением из внеклеточной жидкости конкретных макромолекул.

4.Экзоцитоз – процесс, при котором внутриклеточные секреторные пузырьки (например, синаптические) и секреторные гранулы сливаются с плазмолеммой, а их содержимое освобождается из клетки (секреция).

Ядро

Ядро состоит из хроматина, ядрышка и нуклеоплазмы, окружённых ядерной оболочкой. Хранение и реализация генетической информации (транскрипция Æ процессинг Æ трансляция Æ посттрансляционная модификация), а также ряд других функций ядра происходят при участии ДНК и разных видов РНК.

Хроматин

Хроматин представлен хроматиновыми волокнами диаметром 11 нм, состоящими из сферических структурных единиц — нуклеосом. Гистоны (H2A, H2B, H3 и H4) в составе нуклеосом содержат большое количество положительно заряженных аминокислот аргинина и лизина, что увеличивает аффиность гистонов к отрицательно заряженной ДНК. Соотношение ДНК и белков в хроматине составляет 1:1.

15

•Гетерохроматин — транскрипционно неактивный, конденсированный хроматин интерфазного ядра.

•Эухроматин — менее конденсированная (диспергированная) часть хроматина, локализуется в более светлых участках ядра между гетерохроматином. Эухроматин составляет 90% от общего хроматина, где 10% транскрипционно активная часть и 80% неактивная.

•Хромосома содержит одну длинную двуцепочечную молекулу ДНК и ДНК-связывающие белки.

•Центромер специализированная последовательность нуклеотидов в области первичной перетяжки хромосомы.

•Теломер локализованная на концах хромосом теломерная ДНК, представленная многочисленными короткими повторами (GGGTTA) длиной от 2 до 20 тыс. пар оснований. Теломер предотвращает деградацию и слияние хромосом в митозе. В линейных ДНК для полной репликации концов их молекул используется РНК-содержащий фермент теломераза, отвечающая за репликацию концевой ДНК, поскольку ДНК-полимеразы неспособны обеспечить полную репликацию ДНК.

•Теломераза РНК-зависимая ДНК-полимераза (обратная транскриптаза). В состав этого фермента входит РНК, используемая в качестве матрицы для синтеза теломерной ДНК. Высокая теломеразная активность выявлена

встволовых и в т.ч. половых клетках. Хромосомы этих клеткок имеют теломеры, состоящие из наибольшего числа ДНК-повторов и содержащие все необходимые белки для нормальной пролиферации. В клетках, вступивших в дифференцировку, активность теломеразы падает, а теломерная ДНК укорачивается.

Кариотип описывает количество и структуру хромосом. Гаплоидный

набор — 23 хромосомы — характерен для гамет. Диплоидный набор — стандарт хромосом (23×2) — для соматических клеток.

Молекула ДНК построена из двух (смысловой и антисмысловой) полинуклеотидных цепей, кодирующих ядерный геном клетки. ДНК служит матрицей для синтеза РНК.

•Смысловая цепь ДНК кодирует информацию о первичной структуре белка и РНК (тРНК, рРНК, интерферирующей РНК).

•Антисмысловая цепь служит матрицей для сборки РНК, по сути,

являющейся копией смыловой цепи ДНК.

Ядерный геном — полный комплект генов в 46 хромосомах диплоидной

клетки.

Ген — участок ДНК, отвественный за образование одной функциональной молекулы РНК. Экспрессия гена, кодирующего последовательность аминокислот в полипептидной цепи: транскрипция (синтез первичного транскрипта на матрице ДНК) Æ процессинг (образование мРНК) Æ трансляция (считывание информации с мРНК) Æ сборка полипептидной цепи (включение аминокислот в полипептидную цепь на рибосомах) Æ посттрансляционная модификация

16

(добавление к полипептиду разных химических группировок, например, фосфатных [фосфорилирование], карбоксильных [карбоксилирование] и т.д.).

РНК — полинуклеотид, сходный по химическому составу с ДНК, но содержащий в нуклеотидах рибозу вместо дезоксирибозы и азотистое основание урацил (U) вместо тимина (T). Различают мРНК, тРНК, рРНК. Синтез полимеров рРНК, мРНК и тРНК на матрице ДНК катализируют соответственно РНКполимераза I, II и III.

Матричная РНК (мРНК, информационная РНК) содержит сотни и тысячи нуклеотидов и переносит генетическую информацию из ядра в цитоплазму и непосредственно участвует в сборке полипептида на рибосомах (трансляция).

Транспортная РНК (тРНК) содержит около 80 нуклеотидов и доставляет аминокислоты к рибосоме, где они присоединяются к растущей полипептидной цепи.

Рибосомная РНК (рРНК) взаимодействует с мРНК и тРНК в ходе сборки полипептида, в комплексе с белками (в т.ч. ферментами) образует рибосому.

Интерферирующая РНК комплементарно взаимодействует с мРНК, инициируя деградацию мРНК-мишени, и как следствие, прекращение трансляции чужеродного или эндогенного белка.

экспрессия гена обозначает считывание генетического (наследственного) кода с матрицы ДНК и трансляцию (передачу) полученной информации в клетку в виде белка или РНК (тРНК, рРНК, интерферирующая РНК, РНК-затравка).

Транскрипция (синтез молекул мРНК на матричной ДНК) — первый этап реализации генетической информации в клетке. Уровень транскрипции мРНК регулируют такие процессы как метилирование ДНК, ацетилирование гистонов и факторы транскрипции. Обратная транскрипция — процесс синтеза ДНК на матрице РНК; обычно реализуется под действием обратной транскриптазы (РНКзависимой ДНК-полимеразы).

Ядрышко

Ядрышко — неокружённая мембраной компактная структура в ядре интерфазных клеток, содержащая петли ДНК 13, 14, 15, 21 и 22 хромосом.

•фибриллярный центр — слабоокрашенный компонент, содержащий транскрипционно неактивную ДНК

•плотный фибриллярный компонент состоит из транскрипционно активных участков ДНК

•гранулярный компонент содержит зрелые предшественники рибосомных субъединиц, имеющих диаметр 15 нм.

Основные функции — синтез рРНК (транскрипция и процессинг рРНК) и образование субъединиц рибосом. Транскрипция рРНК происходит в ядрышковых организаторах.

Нуклеоплазма

Состоит из ядерного матрикса и ядерных частиц. Фибриллярные элементы ядра и рибонуклеопротеиновая сеть формируют матрикс, в который погружены

17

ядерные рецепторы, ферменты (АТФаза, ГТФаза, НАД-пирофосфатаза, ДНК- и РНК-полимеразы) и другие молекулы, образующие ассоциации — ядерные частицы. На транскрипцию и процессинг РНК в матриксе влияют ядерные рецепторы, канцерогены, транскрипционные факторы, белки теплового шока, вирусы.

Ядерная оболочка

В состав ядерной оболочки входят наружная и внутренняя ядерные мембраны, перинуклеарные цистерны, ядерная пластинка, ядерные поры. На поверхности наружной ядерной мембраны расположены рибосомы, где синтезируются белки, поступающие в перинуклеарную цистерну, рассматриваемые как часть гранулярной эндоплазматической сети.

Ядерная пора имеет диаметр 80–150 нм, содержит канал поры и комплекс ядерной поры. Перенос макромолекул через ядерные поры осуществляют кариоферины, которые специфически распознают и связывают свои молекулы и курсируют между ядром и цитоплазмой, перенося связанную молекулу в одном направлении: из цитоплазмы в ядро (импортины) или из ядра в цитоплазму (экспортины). Ядерные поры осуществляют диффузию воды, ионов и транспорт множества макромолекул (в т.ч. разных РНК, рецепторы стероидных и тиреоидных гормонов, транскрипционные факторы, ДНК и РНК полимеразы) между ядром и цитоплазмой.

Цитоплазма

Органелла – специализированный для выполнения конкретной функции и метаболически активный элемент цитоплазмы, К органеллам относят свободные рибосомы, гранулярную эндоплазматическую сеть (шероховатый эндоплазматический ретикулум), гладкую эндоплазматическую сеть (гладкий эндоплазматический ретикулум), митохондрии, комплекс Гольджи, центриоли, окаймлённые пузырьки, лизосомы, пероксисомы.

Рибосомы подразделяют на митохондриальные и цитоплазматические. Функция рибосом — трансляция (считывание кода мРНК и сборка полипептидов). Полирибосома (полисома) – комплекс нескольких рибосом, расположенных на одной молекуле мРНК. Свободные полирибосомы синтезируют белки и ферменты для самой клетки (конститутивный синтез), а полирибосомы гранулярной эндоплазматической сети — предназначенные для хранения или выведения из клетки (синтез на экспорт).

Гранулярная эндоплазматическая сеть – система плоских мембранных цистерн с рибосомами на наружной поверхности. Здесь происходит синтез белков для плазматической мембраны, лизосом, пероксисом, а также синтез белков на экспорт, т.е. предназначенных для экзоцитоза.

Гладкая эндоплазматическая сеть – система анастомозирующих мембранных каналов, пузырьков и трубочек. Функции гладкой эндоплазматической сети многообразны: синтез стероидных гормонов, депо Са2+, детоксикация.

18

Митохондрии – преобразователи энергии для внутриклеточных реакций, занимают значительную часть цитоплазмы клеток, сосредоточены в местах высокого потребления АТФ, а в нейронах – в синапсах. Функции: окисление в цикле Кребса, транспорт электронов, фосфорилирование АДФ, сопряжение окисления и фосфорилирования, разобщение окислительного фосфорилирования, теплопродукция, контроль внутриклеточной концентрации Са2+. Синтез белков осуществляют митохондриальные рибосомы.

Комплекс Гольджи расположен около ядра и часто вблизи центриоли, образован стопкой из 3–10 уплощённых и слегка изогнутых цистерн с расширенными концами. Функции:

•модификация секреторного продукта, концентрирование секреторных продуктов происходит в конденсирующих вакуоляк, расположенных на транс-стороне,

•Деградация клеточных белков. Убиквитиновый сигнальный путь. Протеасома (цитозольный протеолиз).

Окаймлённые пузырьки окружены оболочкой, прилежащей к наружной поверхности мембраны, участвуют во внутриклеточной сортировке белков, образуют две разновидности – окружённые клатрином пузырьки и не содержащие клатрин пузырьки.

Лизосомы – округлые пузырьки, окружённые мембраной; их размеры и электронная плотность значительно варьируют. Содержимое – более 50 ферментов. Лизосомы участвуют во внутриклеточном пищеварении.

Пероксисомы – органеллы, аналогичные лизосомам, имеют меньшие размеры (0,1–1,5 мкм), содержат более 40 ферментов. Основные функции: окисление органических веществ с помощью оксидазы и использованием молекулярного кислорода O2; окисление длинных цепей жирных кислот до коротких цепей; биосинтез эфиров фосфолипидов (плазмалогенов).

Цитоскелет

Цитоскелет – трёхмерная цитоплазматическая сеть волокнистых и трубчатых структур различного типа. К цитоскедету относят: микротрубочки, промежуточные филаменты, микрофиламенты.

Микротрубочки (24 нм)

¾Поддержание формы клеток

¾Внутриклеточный транспорт (аксонный)

¾Входят в состав аксонемы, базального тельца, центриоли

¾Участие в расхождении хромосом при делении клеток

¾Участие в транспорте органелл. Микротрубочки - составная часть хемомеханических преобразователей (тубулин-кинезинового, тубулиндинеинового).

Промежуточные филаменты (8-11 нм)

¾Создают внутриклеточный каркас

19

¾Стабилизируют адгезионные межклеточные контакты

¾Состоят из белков, специфичных для определённого клеточного типа (кератин, десмин, виментин, глиальный фибриллярный кислый белок, белки нейрофиламентного триплета).

Микрофиламенты (6 нм)

•Входят в состав примембранного цитоскелета

•Участвуют в образовании контактов (точечного адгезионного контакта, промежуточного контакта)

•Обеспечивают подвижность клеток, формируя псевдоподии

•Участвуют в эндоцитозе, фагоцитозе, экзоцитозе, формируя мембранные ямки, кавеолы, пузырьки

•Стабилизируют микроворсинки

Включения

Включения – скопления в цитозоле различных гранул и капель (например, метаболически активный материал – гликоген и липиды, а также липофусцин).

Клеточный цикл

В клеточном цикле различают митоз — сравнительно короткую фазу M и более длительный период — интерфазу. Фаза M состоит из профазы, прометафазы, метафазы, анафазы и телофазы; интерфаза складывается из фаз G1, S и G2. Клетки, выходящие из цикла, более не делятся и вступают в дифференцировку. Клетки в фазе G0 обычно не возвращаются в цикл.

Интерфаза

G1 . Следует за телофазой митоза. Синтез РНК и белков.

G0. Клетки могут выйти из цикла и находиться в фазе G0. Дифференцировка клеток.

S. Синтез белка, репликация ДНК, разделяются центриоли.

G2. Продолжается синтез РНК и белка. Накапливается АТФ для последующего митоза.

Внутриутробное развитие

Основные понятия

Многоклеточный организм развивается из оплодотворенной яйцеклетки (зигота) не только путем увеличения количества клеток (пролиферация). Одновременно определяется судьба образующихся клеток, т.е. клетка выбирает один из многих возможных путей развития. Этот процесс – детерминация. Детерминированные клетки специализируются (приобретают определенную структуру) и оказываются способными выполнять конкретную функцию – дифференцировка. Одновременно осуществляется морфогенез: клетки координированным образом формируют органы и реализуют план пространственной организации тела. Таким образом, детерминация,