Структурные компоненты клетки

ЦИТОЛОГИЯ

Это учение о строении и жизнедеятельности клетки. Несмотря на внешние отличил, все клет­ки организма человека и животных имеют общий план строения. Они состоят из цитоплазмы и ядра и отделены от окружающей среды клеточной оболочкой.

Цитоплазма - часть клетки, отделённая от окружающей среды клеточной оболочкой и включающая в себя гиалоплазму, органеллы и включения.

Все мембраны в клетках имеют общий план строения, который обобщён в понятии универ­сальная биологическая мембрана.

Универсальная биологическая мембрана образована двойным слоем молекул фосфолипидов общей толщиной 6 нм. При этом гидро­фобные («боятся воды») хвосты молекул фосфолипидов обращены внутрь, навстречу друг другу, а полярные гидрофильные головки обра­щены наружу мембраны, навстречу воде. Липиды обеспечивают основные физико-химические свойства мембран, в частности, их текучесть при температуре тела. В этот двойной слой липидов встроены белки. Их подразделяют на ин­тегральные (пронизывают весь бислой липидов), полуинтегральные (проникают до полови­ны липидного бислоя), или поверхностные (рас­полагаются на внутренней или наружной по­верхности липидного бислоя). При этом белко­вые молекулы располагаются в липидном бислое мозаично и могут «плавать» в «липидном море» наподобие айсбергов, благодаря текуче­сти мембран. По своей функции эти белки могут быть структурными (поддерживать определён­ную структуру мембраны), рецепторными (об­разовывать рецепторы биологически активных веществ), транспортными (осуществляют транспорт веществ через мембрану), фер­ментными (катализируют определённые хими­ческие реакции). Это наиболее признанная в настоящее время жидкостно-мозаичная модель биологической мембраны была предложена в 1972 г. Singer и Nikolson.

Мембраны выполняют в клетке разграничи­тельную функцию. Они разделяют клетку на от­секи, компартменты, в которых процессы и хи­мические реакции могут идти независимо друг от друга. Например, агрессивные гидролитические ферменты лизосом, способные расщеплять большинство органических молекул, отделены от остальной цитоплазмы с помощью мембраны. В случае её разрушения происходит самопереваривание и гибель клетки.

Имея общий план строения, разные биологи­ческие мембраны клетки различаются по своему химическому составу, организации и свойствам, в зависимости от функций структур, которые они образуют.

Клеточная оболочка (цитолемма)

Цитолемма (плазмолемма) - биологическая мембрана, окружающая клетку снаружи. Это самая толстая (10 нм) и сложно организованная мембрана клетки. В её основе лежит универ­сальная биологическая мембрана, покрытая снаружи гликокаликсом, а изнутри, со стороны цитоплазмы, подмембранным слоем. Гликокаликс (3-4 нм толщины) представлен наружными, углеводными участками сложных белков - гликопротеинов и гликолипидов, входящих в состав мембраны. Эти углеводные цепочки играют роль рецепторов, обеспечивающих распознавание клеткой соседних клеток и межклеточного веще­ства и взаимодействие с ними. В этот слой так­же входят поверхностные и полуинтегральные белки, функциональные участки которых нахо­дится в надмембранной зоне (например, имму­ноглобулины). В гликокаликсе находятся рецеп­торы гистосовместимости, рецепторы многих гормонов и нейромедиаторов.

Подмембранный, кортикальный слой обра­зован микротрубочками и сократимыми микрофиламентами, которые являются частью цитоскелета клетки. Подмембранный слой обеспе­чивает поддержание формы клетки, создание её упругости, обеспечивает изменения клеточной поверхности. За счёт этого клетка участвует в эндо- и экзоцитозе, секреции, движении.

Цитолемма выполняет множество функций:

1) разграничительная (цитолемма отделяет, отграничивает клетку от окружающей среды и обеспечивает её связь с внешней средой);

2) распознавание данной клеткой других кле­ток и взаимодействие с ними;

3) распознавание клеткой межклеточного ве­щества и прикрепление к его элементам (волок­нам; базальной мембране);

4) транспорт веществ и частиц в цитоплазму и из неё;

5) взаимодействие с сигнальными молекула­ми (гормонами, медиаторами, цитокинами), бла­годаря наличию на поверхности цитолеммы спе­цифических рецепторов к ним.

6) обеспечивает движение клетки (образова­ние псевдоподий) благодаря связи цитолеммы с сократимыми элементами цитоскелета.

В цитолемме расположены многочисленные рецепторы, через которые биологически ак­тивные вещества (лиганды, сигнальные моле­кулы, первые посредники: гормоны, медиаторы, факторы роста) действуют на клетку. Рецепторы представляют собой генетически детерминиро­ванные макромолекулярные биосенсоры (белки, глико- и липопротеины), встроенные в цитолемму или расположенные внутри клетки и специализированные на восприятии специфических сигналов химической или физической природы. Биологически активные вещества при взаимо­действии с рецептором инициируют образова­ние внутриклеточных сигнальных молекул - вторичных посредников, вызывающих каскад био­химических изменений в клетке, приводящих к определенному физиологическому ответу (изменению функции клетки).

Все рецепторы имеют общий плен строения и состоят из трёх частей:

1) надмембранной. осу­ществляющей взаимодействие с веществом (лигандом);

2) внутримембранной. осуществля­ющей перенос сигнала

3) внутриклеточной, погружённой в цитоплазму.

Транспорт через цитолемму. Через цитолемму происходит обмен веществ между клеткой и окружающей средой;<или с дру­гими клетками. Вещества могут проходить через неё несколькими способами: 1) путём простой диффузии и пассивного переноса (для мелких молекул, из области их высокой концентрации в зону их низкой концентрации, то есть по гради­енту концентрации); этот способ характерен для воды, кислорода, углекислого газа и ряда ионов; 2) путём активного транспорта с затратой энергии, против градиента концентрации (для Сахаров, аминокислот), с помощью белков-транспортёров; 3) путём облегчённого транс­порта ионов - механизм, обеспечивающий из­бирательный перенос некоторых ионов с помо­щью трансмембранных белков ионных каналов.

Примером механизмов, обеспечивающих ак­тивный транспорт ионов, служит натриево-калиевый насос (представленный белком-пере­носчиком Na⁺-К⁺-АТФазой), благодаря которому ионы Na выводятся из цитоплазмы, а ионы К одновременно переносятся в неё.

Крупные молекулы или частицы могут про­ходить через цитолемму путей эндоцитоза (по­ступление веществ внутрь клетки) или экзоци­тозе (выход веществ из клетки в окружающую среду). Эндоцитоз частиц или микроорганизмов происходит путём фагоцитоза; капли растворённых веществ и жидкостей - путём пиноцитоза. В обоих случаях происходит инвагинация цито­леммы в области частицы, затем она окружается цитолеммой, которая далее отшнуровывается и пиноцитозный пузырёк или фагосома поступают внутрь клетки. В последующем она сливается с первичной лизосомой, и образуется фаголизосома, в которой происходит разрушение (пере­варивание) поступившего в клетку вещества.

Экзоцитоз - процесс выведения веществ из клетки, происходящий в результате слияния с цитолеммой внутриклеточных секреторных пу­зырьков и последующего высвобождения их со­держимого наружу клетки.

Цитолемма может образовывать выпячива­ния, выросты, а также микроворсинки, которые значительно увеличивают площадь поверхности клетки. Это особенно важно для клеток, участ­вующих во всасывании.

Цитолемма участвует также в образовании специальных структур - межклеточных соеди­нений, контактов, которые обеспечивают тесное взаимодействие между рядом расположенными клетками. Различают простые и сложные соединения. В простых - цитолеммы клеток сближаются на расстояние 15-20 нм, молекулы их гликокаликса взаимодействуют друг с другом. Иногда выпячивание цитолеммы одной клетки входит в углубление соседней клетки, образуя зубчатые и пальцевидные соединения («по типу замка»).

Сложные межклеточные соединения бы» воют нескольких видов: запирающие, сцепляющие и коммуникационные. К запирающим соединениям относят плотный контакт или запирающую зону. При этом интегральные белки гликокаликса соседних клеток образуют подобие ячеистой сети по периметру соседних эпители­альных клеток в их апикальных частях. Благода­ря этому межклеточные щели запираются, от­граничиваются от внешней среды.

К сцепляющим, заякоревающим соединени­ям относят адгезивный поясок и десмосомы. Десмосомы (пятна сцепления) - парные структуры размером около 0,5 мкм. В них гликопротеиды цитолеммы соседних клеток тесно взаи­модействуют, а со стороны клеток в этих участках в цитолемму вплетаются пучки промежуточных филаментов цитоскелета клеток. Адгезивный поясок располагается вокруг апикальный частей клеток однослойного эпителия в виде по­лосы. В этой зоне интегральные гликопротеиды гликокаликса соседних клеток взаимодействуют между собой, а к ним со стороны цитоплазмы подходят подмембранные белки, включающие пучки промежуточных филаментов.

К коммуникационным соединениям относят щелевидные соединения (нексусы) и синапсы. Нексусы имеют размер 0,5-3 мкм. В них цитолеммы соседних клеток сближаются до 2-3 нм и имеют многочисленные ионные каналы. Через них ионы могут переходить из одной клетки в другую, передавая возбуждение, например, между клетками миокарда. Синапсы характерны для нервной ткани и встречаются между нервными клетками, а также между нервными и эффекторными клетками (мышечными, желези­стыми). Они имеют синаптическую щель, куда при прохождении нервного импульса из пресинаптической части синапса выбрасывается нейромедиатор.

Дата добавления: 2014-01-07