Одним из наиболее сложных моментов является репликация ДНК. В процессе раскрутки молекулы ДНК и последующего достраивания комплементарных цепей часто возникают спонтанные разрывы и нарушения структуры ДНК.
В этой ситуации в клетке синтезируется белок р53, который воспринимает происходящие нарушения и останавливает клетку при прохождении ею G1 или G2 фаз клеточного цикла. В связи с чрезвычайно важной ролью данного белка его называют хранителем генома и молекулой века.
В случае нарушения репликации ДНК р5S инициирует самоуничтожение клетки. Существуют и некоторые другие белки, определяющие повреждения ДНК и прерывающие клеточный цикл и митоз - это так называемые опухоль-супрессирующие белки.
Гибель
Естественная Насильственная (также как и орган в целом, и любая клетка стареет, либо «заболевает» и включает программу самоуничтожения, или апоптоз)
Поддержание жизнедеятельности организма основано на законах клеточной генетики - сбалансированности во времени явлений -рождение новых и гибель старых клеток
Гибели клеток как физиологическому явлению уделялось мало внимания. Первые публикации об этом появились в литературе еще в конце XIX века.
Различают две формы гибели клеток: некроз и апоптоз.
Некроз - гибель клетки при действии на неё неадекватных факторов (биологических, химических, физических, механических и других). Изменения цитоплазмы могут проявляться в виде изменений физико-химических свойств гиалоплазмы - переход из состояния «золь» в
состояние «гель»; либо развитие отёка цитоплазмы и последующего её лизиса (растворения).
Апоптоз . Термин обозначает запрограммированный природой ■'осенний листопад». Термин «апоптоз» используется в научном обиходе (ЛЯ обозначения гибель клетки, то есть гибель без воспаления.
Существует предположение, что явление «апоптоз» выработано в процессе эволюции у многоклеточных организмов для регуляции самих к исток и установления определенного характера взаимоотношений между отдельными клетками.
11ри апоптозе в ядре запускается каскад реакций запрограммированной I кбели клетки, что активирует гены самоуничтожения, меняется метаболизм, и клетка гибнет.
• Изменения в ядре могут выражаться в виде его сморщивания (парипикноз), распад его на части (кариорексис) и дальнейшего их растворения (кариолизис).
13,25,5)Ядро.
Клеточное ядро открыто Брауном) в 1833 году. Ядро выполняет в клетке несколько функций, связанных с биосинтезом белка. В разные периоды жизненного цикла клетки эти функции различны.
• в интерфазе ядро хранит закодированную в ДНК информацию о белковом синтезе и обеспечивает синтез чех белковых молекул, которые необходимы для процессов роста, дифферепцировки и физиологической регенерации клетки: в ядре синтезируются рибосомальные, информационные и транспортные РНК, формируются и выделяются в цитоплазму предшественницы субъедипиц рибосом;
» при подготовке клетки к делению ядро удваивает генетическую информацию о белковом синтезе для передачи ее дочерним клеткам. Таким образом, ядру принадлежит главная роль в обеспечении важнейшего жизненного процесса клетки белкового синтеза, хранении и передачи генетического кода этого синтеза последующим поколениям клеток.
Различным функцио-нальным состояниям ядра соответствуют особенности его светооптического строе-пия и ультраструктуры.
В интерфазном ядре присутствуют: оболочка - кариолемма, хроматин, ядерный сок - кариоплазма, ядрышко. Отношение между цитоплазмой и матриксом ядра в разных клетках различно и может варьировать. В связи с этим возникает понятие ядерно-цшпоплизматическое
Согласно соврёТйёТгатлм" представлениям, в ядре, как структурно-функциональной системе, выделяют следующие субсистемы: ядерная
оболочка, хроматин, ядрышко, ядерный белковый матрикс, пуклеопротеидные комплексы, кариоплазма.
Кариолемма - это мембранный барьер, отделяющий ядро от цитоплазмы. Она контролирует перемещение макромолекул между кариоплазмой и цитозолем, участвует в заякоревании хромосом и цитоскелета, являясь частью регуляторного механизма экспрессии. Ядерная оболочка, обладая спецификой строения и функций, представляет собой, как полагают, начальную часть внутриклеточной мембранной системы, продолжающейся в эндоплазматическую сеть, комплекс Гольджи.
В световом микроскопе кариолемма как отдельная структура не видна - о ее присутствии свидетельствуют четко очерченные контуры
ядра.
Ультраструкт^рный
анализ. В состав ядерной оболочки входят мембрана, ядерный поровый комплекс и ядерная пластинка (ламина)
Ядерная_мембрана имеет сложное строение и состоит из внутреннего и наружного мембранных листков, между которыминаходится
щелевидная полость перинуклеарное пространство. Наружная мембрана
переходит в г-ЭПС, и обеспечивает присоединениеструктурныхэлементов
цитоплазмы. Со стороны гиалоплазмы она окружена сетью виментиновых промежуточных филаментов и имеет на своей поверхности свободные рибосомы, прикрепленные большими субъединицами. Рибосомы наружного листка синтезируют мембранные и секретируемые белки, которые транспортируются в полости канальцев гранулярной
эндоплазматической сети.
Внутренняя мембрана выстлана белками - ламининами, образующими ядерную пластинку. Они связаны между собой липопротеиновьш комплексом. Поскольку ядерная пластинка динамична и способна легке перестраиваться, то ихсвязь не является жесткой. Совместно ою закрепляют различные ядерные структуры и прежде всего, участвуют : фиксации интерфазных хромосом.
Перинукле арное пространство прерывается множеством пор, Ширина перинуклеарного пространства варьирует в прямой зависимости от функциональной активности клетки и ядерно-плазматических отношений.
Схематично прерываемую порами кариолемму можно представить состоящей из нескольких расплющенных мембранных мешков (фрагментов мембранной канальцевой системы клетки), которые при митозе переходят в гиалоплазму - в систему канальцев эндоплазматической сети. Обратный процесс - формирование кариолеммы у дочерних клеток - происходит из ресурсов канальцев эндоплазматической сети.
Ядерная пластинка (ламина) проДОТЙВЛЯС! собой решётку, которая прилежит к внутреннему листку кариолеммы па всем протяжении, за исключением пор. Она достаточно прочная благодаря чему ядро не утрачивает своей формы даже после экспериментального удаления кариолеммы. От ламины вглубь ядра отходи Г есть белковых фибрилл -собственно ядерный матрикс, ОН служит основой для расположения хроматина в интерфазном ядре.
Ядерные поры на светооптическом уровне НС ВИДНЫ. В электронном микроскопе при больших увеличениях пора представляют собой сквозной туннель (восьмиугольный цилиндр) в состав которого входят белки (-100 - 200), сообщающий содержимое ядра и гиалоплазмы. Стенка поры образована слившимися листками кариолеммы. В области пор отсутствует гетерохроматин, поэтому в общей субмикроскопической картине ядра в области расположения пор видны «светлые дорожки».
Размеры ядерных пор во всех клетках стандартны (около 9 нм), иначе кариолемма не исполняла бы строго избирательной транспортной функции (смотрите ниже), а численность пор варьирует в зависимости от функционального состояния клетки и ядра. Поровые туннели не Свободны - они заполнены поровыми комплексами. Последние состоят из тух поровых колец - внутреннего и наружного (прерывистых белковых Диафрагм), каждое из которых построено из 8-ми белковых субъединиц. «)т каждой субъединицы радиально к центру поры отходят множественные тонкие фибриллы, свободные центральные концы которых ограничивают просвет поры, диаметр которого постоянен и равен 9 нм.
Функциональное значение ядерных пор заключается в избирательном транспорте веществ между ядром и гиалоплазмой, при этом комплекс поры выполняет не только роль переносчика, но и сортировщика, узнающего и отбирающего молекулы, лодлежащие транспорту. В ядро через поры поступают ионы, сахара, нуклеотиды, АТФ, некоторые гормоны. Многие белки, транспортируемые через поровые комплексы в обоих направлениях, переносятся против градиента концентраций и имеют в своем составе определенные последовательности (последовательности ядерной локализации), благодаря которым допускаются к транспорту. Молекулы с массой < 9кО свободно проходят через канал поры, а молекулы с массой > 9Ш перемещаются путем активного транспорта используя ядерный сигнал с затратой энергии ГТФ. Импортин - белок (бОкБ), который узнает сигнальную последовательность из 6 аминокислот в полипептиде, который транспортируется через ядерную оболочку. В ядерном импорте участвуют и другие различные цитоплазматические факторы. Из ядра в гиалоплазму транспортируются предшественницы субъединиц рибосом, АДФ, электролиты, все виды синтезированной в ядре РНК. Полагают, что предшественницы субъединиц рибосом, а также крупные молекул в процессе транспорта конформируются, поскольку их размеры превышают диаметр ядерных пор.
Ядерный ^матрикс - это каркас ядра. На светооптическом уровне не виден. На ультраструктурном уровне он представляет собой систему фибриллярных белков, выполняющих как структурную (скелетную) функцию, так и регуляторную в организации процессов репликации, транскрипции, процессинга (созревании молекул РНК) и перемещении их как внутри ядра, так и за его пределами.
Ядерный матрикс не является застывшей структурой — он достаточно быстро перестраивается в зависимости от фазы клеточного цикла.
Хромати н в световом микроскопе виден как мелкая базофильная зернистость внутри ядра.
В зависимости от степени деспирализации (деконденсации) различают гетерохроматин - остающиеся спирализованными участки хромосом, в| которых в период интерфазы не происходит считывание информации И образование и-РНК, и эухроматин - деспирализованные локусы хромосом, с которых происходит транскрипция. По соотношению содержания эу- и гетерохроматина в ядре можно судить о степени синтетической активности и уровне специализации клетки. Во всем клетках, независимо от уровня их дифференцировки, в период интерфазы существуют постоянно конденсированный (так называемый конститутивный) хроматин, соответствующий центромерными и теломерным участкам хромосом. В интерфазном ядре гетерохроматин представляет собой окрашенные участки, расположенные преимущественно по периферии Эухроматин практически не окрашивается, и о степени его выраженности можно косвенно судить па светлым зонам ядра.
Субмикроскопически хроматин СОСТОИТ ИЗ ДНК и белка, и представляет собой деспирализованные в период пптерфазы хромосомы. У особей! женского пола к категории конститутивного хроматина принадлежат! тельца Барра. Тельце Барра - это ПЛОТНО окрашиваемый крупный участок] хромосомы" круглой или палочковидной формы; расположенный на периферии ядра соматической клетки женского' организма; представляет собой конденсированную Х-хромосому.
Крупная глыбка хромосомы В ядре соматической клетки мужского' организма, ярко светящаяся при окраске флнюрохромами (производными акридинового оранжевого, например, акрихином) представляет собой] конденсированный участок длинного плеча У-хромосомы - мужской половой хроматин.
Хромосомы прикрепляются к внутреннему листку кариолеммы с помощью теломерного, прсцептромерпого, околоядрышкового! хроматина.
Конститутивный хроматин генетически пассивен, предполагают, чтя он имеет значение в структурировании ядра в иитерфазе. Остальная часть хроматина может изменяться - переходить из состояния эухроматина в гетерохроматин, что определяется активностью происходящих в клетке процессов.
В период митоза хроматин приобретает наивысшую степень конденсации (спирализации) - при этом хромосомы становятся, видимы в световой микроскоп.
Роль ДНК в структуре хроматина состоит в кодировании белкового синтеза; значение белковых молекул вспомогательное - с помощью гистоновых белков, поступающих в ядро из гиалоплазмы, протяженные спирали молекул ДНКкомпактно упаковываются сначала в
нуклеосомные нити, затем - в хроматиновые фибриллы и далее - в петельные домены.
Кариоплазма - жидкое внутреннее содержимое ядра, в которое погружен ядерный матрикс с расположенными в нем хроматином и ядрышками. Состоит из воды, ионов, гликопротеинов, содержит РНК и ферментные белки.
5)Митоз (, з. непрямое деление, з. кариокинез) - обеспечивает уиеличение популяции клеток с равнонаследственным распределением I епетического материала. Эти процессы достигаются за счёт удвоения хромосом (хроматид) в материнской клетке с последующим их расхождением в дочерние клетки. Митозом делятся преимущественно малодифференцированные клетки. В период деления митозом клетки не ныполняют свои специфические функции.
В профазе митоза происходит спирализация и конденсация хромосом. Они приобретают базофильные свойства и полностью окрашиваются основными красителями - митотические хромосомы. В конце профазы они начинают раскручиваться и в каждой из них становятся заметными роматиды (, 8. идентичные, §. сестринские хромосомы). В профазе происходит исчезновение нуклеолеммы и ядрышка. Центриоли расходятся по полюсам клетки, формируется веретено деление (м итотический аппарат), а его ахроматиновые нити (микротрубочки) прикрепляются к кинетохору хромосом.
В метафазе митоза завершается образование митотического аппарата, хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости веретена, образуя метафазную пластинку хромосом - материнскую звезду.
В анафазе митоза в митотических хромосомах хроматиды одновременно теряют связь друг с другом в области центромер и синхронно начинают перемещаться к полюсам делящейся клетки. Расходятся хроматиды, то есть гомологичные хромосомы.
В телофазе митоза происходит реконструкция ядра и разделение цитоплазмы (цитотомия)^ в результате чего образуются две дочерние клетки с кариотипом (набором хромосом) идентичным кариотипу исходной материнской клетки.
Митозу предшествует длительная интерфазная подготовка. В интерфазе выделяют ностмиготический (g1) период, синтетический (s период, постсинтетический (g2) период. Фазность митотического цикла генетически детерминирована.
В каждой клетке существует внутренняя система контроля жизненного цикла и митоза. При нарушениях прохождения клеткой фаз жизненного цикла она под влиянием собственных факторов регуляции либо
шдерживается в одной из фаз цикла, либо элиминируется путем запуска Программы апоптоза.
Ключевое значение в прохождении каждой фазы клеточного цикла и подготовки клетки к вступлению в следующую фазу имеет сочетанное инияпие внутриклеточных циклинов и циклин-зависимых киназ Группа циклинов включает Оьциклины , циклины s-фазы циклины М-фазы Соответственно этим формам циклинов в Клетке существуют циклин-зависимые киназы 01, 8 и М фаз цикла. В ходе цикла содержание циклинов существенно меняется, в то время как уровни Цз-К остаются относительно стабильными.
Увеличение уровня тех или иных циклинов является сигналом, побуждающим клетку к прохождению очередной фазы цикла. Например,упеличение уровня G1Ц является сигналом для подготовки хромосом к репликаций, а вхождение клетки в 8 фазу стимулируют факторы, приводящие к репликации ДНК и центриолей'.
По завершении репликации ДНК уровень указанных циклинов снижается и возрастает уровень митотических циклинов. Митоз Юзникает при активации М-фазу-стимулирующего фактора, который Является комплексом митотических циклинов и циклин-зависимой киназы М-фазы. М-фазу-стимулирующий фактор инициирует сборку митотического веретена, разрушение ядерной оболочки,конденсацию хромосом и вхождение клетки в метафазу митоза. С этого момента активируется другой пептидный комплекс - стимулирующий анафазу, Олагодаря которому сестринские хроматиды начинают расходиться к полюсам клетки, при этом циклины М-фазы разрушаются, и в клетке инициируется синтез 01 циклинов для следующего цикла (но уже дочерних клеток).
Одним из наиболее сложных моментов является репликация ДНК. В процессе раскрутки молекулы ДНК и последующего достраивания комплементарных цепей часто возникаютспонтанные разрывы и нарушения структуры ДНК.
В этой ситуации в клетке синтезируется белок р53, который воспринимает происходящие нарушения и останавливает клетку при прохождении ею G1 или G2 фаз клеточного цикла. В связи с чрезвычайно важной ролью данного белка его называют хранителем генома и молекулой века.
В случае нарушения репликации ДНК р5S инициирует самоуничтожение клетки. Существуют и некоторые другие белки, определяющие повреждения ДНК и прерывающие клеточный цикл и митоз - это так называемыеопухоль-супрессирующие белки.роль клеточного центра Функция - образование веретена деления. Клеточный центр - это локомотивный (двигательный) аппарат клетки.роль микротрубочек- участие в формировании митотического аппарата делящейся клетки-веретана деления
Разделение цитоплазмы (цитотомия) следует за делением ядер (кариотомия), но, как правило, отстаёт от него.
. В составе веретена деления два основных типа микротрубочек: отходящие от полюсов (полюсные) и от кинетохоров хромосом (хромосомальные). Расхождение хромосом происходит в результате укорочения хромосомальных микротрубочек, скольжения их относительно полюсных и удлинения последних;
. Ядерная ламина поддерживает ядерную мембрану и контактирует с хроматином и ядерными РНК. Важной функцией полипептидов ядерного матрикса является дезинтеграция ядерной оболочки в процессе митоза
4,12,17)Система связанный с плазмалеммой мембранных органелл Лизосомы ) - органонеллы обще клеточного значения, мембранного принципа строения. Они входят в состав метаболической системы клетки. Лизосомы открыл в 1955 г. бельгийский учёный, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине (1974 г.) Де Дюв В лизосомах происходит разрушение комплексов лиганд-рецептор, метаболизм холистерола, а её гидролазы разрушают белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты При световой микроскопии визуализируются, используя способ гистохимических реакций в виде округлых структур (тельца) серого цвета. Строение первичных лизосом (ультраструктура). Они окружены одной мембраной, имеют округлую форму, содержат кристаллоид -комплекс гидролитических ферментов и других веществ, действующих в кислой среде. Внутри лизосом поддерживается стационарное значение рН клетки (постоянный рН = 5), обеспечиваемый АТР-зависимой помпой («водородная помпа»), которая посредством антипорта №+ и Н+ закачивает Н+ внутрь лизосомы. рН поддерживается так же С1-ионными каналами. Ферменты лизосом: рибонуклеаза, дезоксирибонуклеаза, фосфатаза, глико-зидазы, арилсульфатазы (органические эфиры серной кислоты), коллагеназа, катепсины, липазы идругие (более 100). Гликозилирование собственных мембранных белков предотвращает самопереваривание лизосом. Формы лизосом (зависят от их функционального состояния): первичные—» вторичные, или фаголизосомы (аутофаголизосомы и гетерофаголизосомы)—* остаточные тельца (телолизосомы), отражающие последовательность их образования в процессе внутриклеточного пищеварения. Активация лизосом происходит только после контакта с агентом. Таким образом, первичные лизосомы обеспечивают захват агента, а вторичные лизосомы ответственны запроцесс гидролитического расщепления. Функции: а) «внутриклеточное пищеварение» - гидролиз веществ экзогенного и/или эндогенного происхождения, б) контроль внутриклеточной концентрации ионов кальция, в) накопление продуктов расщепления, г) участие в гибели клетки. Аутофагия . При длительном голодании клетка берет энергию и необходимые компоненты для своего выживания разрушая некоторые органеллы. В разрушении оргапелл участвуют лизосомы. Гетероцитоз - слияние ЛИЗОСОМЫ с энДОСОМами эндо- и фагоцитоза. Мембранные элементы лизосом защищены от действия кислых гидролаз олигосахаридными участками, которые не узнаются ферментами, или мешают гидролазам взаимодействовать с ними Цитоплазматические белки могут разрушаться в лизосомах. Разрушаемые белки имеют специфический участок, узнаваемый шаперонами. {Шапероны - класс белком, главная функция которых состоит в восстановлении ПРАВИЛЬНОЙ третичной структуры повреждённых белков, а также образование и диссоциация белковых I комплексов). Они транспортируют белки к рецепторам на мембране лизосомы. Белок расплетается шаперонами и проникает в канал, ведущий внутрь лизосомы, на другом конце которого протеаза разрезает белок на мелкие фрагменты. (АКТИВНОСТЬ какого нуги заметно снижена в фибробластах и клетках печени. Такое снижение способствует накоплению ненужных белков, нарушая различные клеточные процессы). В некоторых дифференцированных клетках лизосомы могут выполнять I специфические функции, образуя дополнительные органеллы. Например: | меланосомы; неспецифическис гранулы лейкоцитов (нейтрофилов, эозинофилов, базофилов и лимфоцитов) и тромбоцитов; ламеллярные тельца клеток ацинуса лёгкого (альнеолоциты И-го типа); тельца Вейбеля-Палладе (в эндотелиальных клетках); гранулы остеокласов и другие. Эндоплазматический ретикулум (сеть /ЭПС/) - органелла общеклеточного значения, построенный по мембранному принципу. ЭПС иходит в состав метаболической системы клетки. Это замкнутая система мембранных трубочек внутри клетки, образующих сложную переплетающуюся сеть. Замкнутая мембрана занимает порядка 10% объема клетки. ЭПС была открыта американским учёным К.Р. Портером (Кекп К.. РоПег) на электронной микроскопиив 1945 г. в фибробластах. При световой микроскопии
не визуализируются, но о её активности судят по базофилии цитоплазмы (за счёт биосинтеза белка с участием рибосом). Например,
Разделы сайта |