Тема 2. Морфологія клітини. Структурні компоненти цитоплазми та ядра.
ВИД ЗАНЯТТЯ: лабораторно-практичне, час проведення 2 години.
АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ: знання закономірностей існування ядра та цитоплазматичних компонентів дозволяє орієнтуватися в процесах життєдіяльності клітин та організмів в умовах норми та патології.
МЕТА (загальна): 1. Засвоїти морфофізіологічні властивості клітини та трактувати значення порушення основних принципів її функціонування у виникненні патологічних процесів у людини та сучасні методи вивчення структури та функцій клітин.
2. Трактувати сучасні об’єктивні та суб’єктивні методи вивчення каріотипу людини та принципи класифікації її хромосом.
3. Інтерпретувати значення вивчення каріотипу людини для діагностики спадкових хвороб.
КОНКРЕТНА МЕТА: уміти
- на гістологічних препаратах знаходити:
а. при світловому мікроскопіюванні: ядро, ядерце, каріоплазму, гетерохроматин;
б. на електронограмах: ядерну оболонку, пори в ядерній оболонці, перинуклеарний простір;
- схематично зображати субмікроскопічну структуру хромосоми;
- описувати хромосоми та обчислювати центромірний індекс.
При підготовці до заняття користуватися літературою:
Основна:
1. Медична біологія: Підручник /за ред.В.П.Пішака, Ю.І.Бажори.- Вінниця: Нова книга, 2004.- С.60-70, 79-80.
2. Биология В 2кн. Кн.1: Учеб. для мед.спец. вузов /Под ред. В.Н.Ярыгина. 6-е изд. -М.: Высш. шк., 2004.- С.41-43, 54-55.
3. Слюсарєв А.О., Жукова С.В. Біологія: Підручник / Пер. з рос. В.О.Мотузний. - К.: Вища шк., 1992. - С.17-28.
Додаткова:
4. Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки: В 3-х т. Т.2. М.: Мир, 1994.- С.5-170.
5. Ченцов Ю.С. Общая цитология: Учебник: 2-е изд.- М.: Изд-во Моск. ун-та, 1984. – С.52-123.
6. Хэм А., Кормак Д. Гистология: Пер. с англ. – М.: Мир, 1983. – т.1. – С.61-68, 98-110, 137-157, 174-232.
7. Медична біологія: Посібник з практичних занять /За ред.О.В.Романенка. – К.: Здоров’я, 2005. – С.7-13.
8. Лекційний матеріал.
9. Графлогічної структури
Теоретичні питання:
1. Структурно-функціональна організація еукаріотичної клітини.
2. Хімічний склад клітини: макро- та мікроелементи.
3. Вода, значення водневих зв’язків у процесах життєдіяльності клітини.
4. Органічні сполуки – вуглецевмісні речовини живих організмів.
5. Цитоплазма і цитоскелет. Циклоз.
6. Органели цитоплазми – мембранні та немембранні, призначення і принципи функціонування.
7. Включення в клітинах, їхні функції.
8. Ядро – центральний інформаційний апарат клітини. Структура інтерфазного ядра.
9. Хромосомний і геномний рівні організації спадкового матеріалу. Хроматин: еухроматин, гетерохроматин.
10. Методи вивчення структури та функціонування клітини.
АЛГОРИТМ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ:
Методичні вказівки до роботи студентів.
Коротка характеристика клітинних структур
1. Ознайомитися із класифікацією органел цитоплазми за ознакою присутності біологічної мембрани.
Ендоплазматична сітка. Ендоплазматична сітка це органелла яка являє собою розгалужену мережу каналів і порожнин в цитоплазмі клітини і зв'язана з перінуклеарним просівом. Особливо багато каналів цієї мережі в клітинах з інтенсивним обміном речовин. У середньому об'єм ендоплазматичної сітки складає від 30 до 50% всієї клітини.
Розрізнюють два типи мембран ендоплазматичної сітки: гладенькі і зернисті (гранулярні). На мембранах гладенької ендоплазматичної сітки знаходяться ферментні системи, що беруть участь в жировому і вуглеводному обміні. Такі мембрани переважають в клітинах сальних залоз, де здійснюється синтез жирів, в клітках печінки (синтез глікогену), в клітинах, багатих на запасні поживні речовини (насінинах рослин). Основна функція зернистих мембран ендоплазматичної сітки - синтез білків, який здійснюється в рибосомах, прикріплених до мембран.
По їх каналах транспортуються речовини, в тому числі синтезовані на мембранах. Мембрани ендоплазматичної сітки - виконують ще одну функцію просторового розділення ферментах систем, що необхідні для їх послідовного входження в біохімічні реакції.
Таким чином, ендоплазматична сітка загальна внутрішньоклітинна циркуляційна система, по каналах якої здійснюється транспорт речовин, а на мембранах цих каналів знаходяться численні ферменти, що забезпечують життєдіяльність клітини.
Комплекс Гольджі. Основний структурний елемент комплексу Гольджі - гладка мембрана, яка утворює пакети сплющених цистерн, великих вакуоль, або дрібних пухирців. Синтезовані на мембранах ендоплазматичної мережі білки, полісахариди, жири транспортуються до комплексу Гольджі, конденсуються всередині його структур і "упаковуються" у вигляді секрету, готового до виділення, або використовуються в самій клітині в процесі її життєдіяльності. Тут же формуються і лізосоми, що беруть участь у внутрішньоклітинному травленні.
Мітохондрії. Ці органоїди е практично у всіх типах еукариотичних клітин одноклітинних і багатоклітинних організмів. Загальне поширення мітохондрій в тваринному і рослинному світі вказує на важливу роль, яку вони виконують у клітині. Мітохондрії мають форму сферичних, овальних або циліндричних тілець, можуть бути також ниткоподібної форми. Розміри їх від 0,2 до 1 мкм в діаметрі і до 7 мкм по довжині. Довжина ниткоподібних форм досягає 15-20 мкм. Кількість мітохондрій в різних тканинах неоднакова і залежить від функціональної активності клітини: їх більше там, де інтенсивніше проходять синтетичні процеси або великі затрати енергії. Число мітохондрій може швидко збільшуватися шляхом розподілу, що зумовлено наявністю молекули ДНК в їх складі.
Стінка мітохондрій складається з двох мембран - зовнішньої і внутрішньої. Зовнішня гладка, а від внутрішньої в глиб - органоїду відходять перегородки, або кристи (від лат. сrista - гребінь). На мембранах крист розташовуються численні ферменти, що беруть участь в енергетичному обміні. Кількість гребенів, що визначає площу поверхні мембрани, зайняту прикріпленими до неї ферментами, залежить від функції клітин. У мітохондріях м’язів гребенів дуже багато, вони займають всю внутрішню порожнину органоїду. У клітинах зародка кристи поодинокі. Основна функція мітохондрій - синтез універсального джерела енергії АТФ, у синтезі стероїдних гормонів й деяких амінокислот (глютамінової).
Лізосоми - невеликі овальні тільця діаметром біля 0,4 мкм, оточені однією мембраною. У лізосомах знаходиться біля 40 різних ферментів (наприклад, протеази, нуклеази, ліпази, фосфоліпази та ін.) здатних розщеплювати білки, нуклеїнові кислоти, полісахариди, ліпіди тощо. Розщеплення речовин за допомогою ферментів називається лізисом (від лат. lysis - розщеплення), звідки і походить назва органоїду. Лізосоми утворюються з структур комплексу Гольджі або безпосередньо зендоплазматичної сітки. Вони наближаються до піноцитозних або фагоцитозних вакуолей і вводять в їх порожнину свій вміст. Таким чином, одна із функцій лізосом - участь у внутрішньоклітинному травлені поживних речовин.
Крім того, лізосоми можуть руйнувати структури самої клітини при її відмиранні, в ході ембріонального розвитку, коли відбувається заміна зародкових тканин на постійні, і в ряді інших випадків. Перетравлення структур, утворених самою кліткою відіграє важливу роль в нормальному обміні речовин. Однак поки що невідомо, яким чином лізосоми "розпізнають" внутрішньоклітинний матеріал, що підлягає руйнуванню. Перетравлення структур або цілих клітин називають аутофагією.
Пероксісоми - мембранні органоїди округлої форми, близькі за розмірами до лізосом. Містять ферменти, регулюючі метаболізм перекису водню.
Рибосоми. Рибосоми являють собою частки діаметром 15,0-35,0 нм, що складаються з двох субодиниць. Вони містять білки і рибосомальну РНК. Рибосомальна РНК (р-РНК) синтезується в ядрі на молекулі ДНК однієї або декількох хромосом в зоні ядерця. Там же формуються рибосоми, які потім покидають ядро. У цитоплазмі рибосоми можуть розташовуватися вільно або бути прикріпленими до зовнішньої поверхні мембран ендоплазматичної сітки. У залежності від типу білка, що синтезується, рибосоми можуть "працювати" поодинці або об'єднуватися в комплекси - полірибосоми. У таких комплексах рибосоми пов'язані однією молекулою і-РНК.
У процесі біосинтезу білка на етапі трансляції важливу роль виконують рибосоми в їх активному центрі (аміноацил-т-РНК-зв'язуюча і пептнділ-т-РНК-зв'язуюча дільниці) відбувається взаємодія антикодону т-РНК з кодоном і-РНК. Рибосоми пересуваються по молекулі і-РНК триплет за триплетом. Отже, головна задача рибосом полягає в тому, щоб зробити кодони РНК послідовно доступними для контакту з антикодонами транспортних РНК. Це дозволяє завжди реалізовувати одну і ту ж послідовність нуклеотидів і-РНК в однакові послідовності амінокислот поліпептидних ланцюгів.
Клітинний центр - центросома - складається з двох дрібних тілець циліндричної форми, розташованих під прямим кутом один до одного. Ці тільця називаються центрілолями. Стінка центріолі; складається з 9 пучків що включають по три мікротрубчки, їх діаметр -- 24 нм. Центріолі відносяться до самооновлюючих органоїдів цитоплазми. Їх відтворення, мабуть, здійснюється шляхом самоскладання білковнх субодиниць.
Центросома відіграє важливу роль в клітинному розподілі - від центріолі починається ріст веретена розподілу (ахроматинового веретена). Крім цього, білки клітинного центру беруть активну участь в процесі переміщення дочірніх хромосом до різних полюсів в анафазі мітозу.
Цитоскелет. Одною з відмінних особливостей еукариотичної клітини є розвиток в її цитоплазмі скелетних утворень у вигляді мікротрубочок і пучків білкових волокон (мікрофіламентів). Появу внутрішнього клітинного скелету вважають одним з великих ароморфозів, що супроводиться виникненням еукариотичних клітин на рубежі архейської і протерозойської ери.
Елементи цитоскелету тісно пов'язані із зовнішньою цитоплазматичною мембраною і ядерною оболонкою і утворюють складні переплетення в цитоплазмі. Опорні елементи цитоплазми визначають форму клітини, забезпечують рух внутрішньоклітинних структур і переміщення всієї клітини. У деяких типів клітин, наприклад у найпростіших (тип інфузорії, клас джгутикові), елементи цитоскелету добре виражені протягом майже усього життєвого циклу. Вони займають постійне місце у цитоплазмі іпомітні при невеликому збільшенні мікроскопа або лупи. У інших випадках цитоскелет мобільний, легко перебудовується, наприклад, у амеб і в клітинах багатоклітинних тварин – (лейкоцити) забезпечуючи швидку зміну форми клітини, утворення псевдоподій тощо.
Цитоскелет формує три основних компоненти, які містять різні білки. Це - мікротрубочки, мікрофіламенти та проміжні філаменти. Мікротрубочки - полі циліндри, стінка котрих утворена фібрилами, які містять молекули глобулярного білка тубуліну. Мікрофіламенти - тонкі ниточки, утворені актином (активові мікрофіламенти) та міозином (міозинові мікрофіламенти). Мікротрубочки та мікрофіламенти забезпечують рухомі процеси у клітині, а також здійснюють опорну функцію. Проміжні філаменти містять білкові ниточки, склад яких має тканеву специфічність. Вони виконують тільки опорну функцію.
Рис. 1. Рибосома
1 – мала та 2 – велика субодиниці, зв’язані між собою атомом магнію
Рис. 2. Клітинний центр (центросома):
а – клітинний центр (видимий в світловому мікроскопі); б – схема субмікроскопічної організації центріолі.
Рис. 3. Цитоскелет
1 – мікротрубочки (містять білок тубулін);
2 – мікрофіламенти (утворені глобулярним білком – актином);
3 – проміжні філаменти (контінація мікрофіламентів)
Рис. 4. Ядро
1 – ядерце; 2 – хроматин; 3 – ядерні пори, 4 – зовнішня мембрана,
5 – внутрішня мембрана; 6 – перенуклеарний простір.
Джгутики і війки. Це органели спеціального призначення - органели руху, характерні як для одноклітинних організмів (джгутикові і інфузорії), так і для деяких клітин багатоклітинних організмів (клітини деяких епітеліїв, сперматозоїдів. Джгутики і війки мають загальний план будови. Велика частина органоїда, звернена у бік оточуючого середовища, являє собою циліндр, стінку якого утворять 9 пар мікротрубочок; в центрі розташовані дві осьові мікротрубочки. Ця частина повністю або частково покрита ділянкою зовнішньої цитоплазматичної мембрани. У основі органел, в зовнішньому шарі цитоплазми, розташоване базальне тільце. Базальне тільце має схожість з компонентом клітинного центра - центріолею. Рух джгутиків і війок зумовлено ковзанням мікротрубочок кожної пари один відносно одного, при якому затрачується велика кількість енергії у вигляді АТФ.
Ядро є компартменом клітини, що має двомембранну оболонку, між мембранами якої лежить перинуклеарний простір. Цей простір з’єднується з ендоплазматичним ретикулом. Ядерна оболонка має пори, через які здійснюється обмін речовинами з цитоплазмою. Під ядерною оболонкою знаходиться колоїдна маса – водний розчин органічних і неорганічних речовин. Дуже важливий компонент ядра – хроматин (комплекс нуклеїнових кислот та гістонових білків). він виконує основні функції ядра – збереження генетичної інформації. Її реалізацію, подвоєння та передачу від клітини до клітини та від особини до особини під час розмноження останніх.
