Синтез белка в клетке

На данном примере рассматриваются общие закономерности клеточного метаболизма.

• Биосинтез белков в клетке удобно представить себе как взаи­модействие трех потоков — вещества, информации и энергии, пере­секающихся на уровне рибосомы.

• Поток вещества: поступающие в клетку аминокислоты акти­вируются и присоединяются к тРНК (процесс катализируется ферментным комплексом — кодазой и нуждается в АТФ).

• Поток информации можно подразделить на два “каскада”:

1) транскрипцию, т.е. синтез пре-иРНК, представляющую со­бой “слепок” с определенного участка ДНК-транскриптона; этот участок состоит из структурного гена и нескольких регуляторных генов; катализируется РНК-полимеразой);

2) посттранскрипционную модификацию, т.е. превращение пре-иРНК в иРНК путем отщепления той части молекулы, кото­рая является репликой с регуляторных генов транскриптона; ка­тализируется несколькими ферментами при участии малых ядер­ных РНК.

• Поток энергии: поставка молекул АТФ из митохондрий в компартменты (структурные компоненты) клетки, где протекают энергоемкие реакции — плазмалемму (трансмембранный перенос аминокислот), эухроматин (транскрипция), гиалоплазму (рекогниция), свободные рибосомы и гранулярную цитоплазматическую сеть (трансляция).

• Трансляция: процесс сборки полипептидной молекулы на мат­рице иРНК при участии тРНК в рибосоме.

Б) Жизненный цикл клетки

1) Определение

Жизненным циклом называют совокупность событий от момен­та образования клетки (в результате деления материнской) до ее гибели или последующего деления.

• Стадии — деление, рост, дифференцировка, активное функциони­рование, старение, гибель.

2) Деление (митоз).

3) Рост — увеличение массы и размеров клетки.

— Механизмы: преобладание анаболизма над катаболизмом, сборка органелл и других структур.

4) Дифференцировка — процесс прогрессивной химической, структурной и функциональной специализации клетки.

• Главные направления дифференцировки клеток:

— электрогенез (способность к генерации электрических им­пульсов);

— сокращение;

— секреция;

— экскреция (способность избирательно накапливать из внут­ренней среды организма конечные продукты обмена и выделять их во внешнюю среду);

— всасывание.

• Биохимическая основа: дифференцированные клетки харак­теризуются строго определенным набором белков (ферментных, транс­портных, рецепторных, сократительных и др.), которые позволяют им выполнять свои специфические физиологические функ­ции.

• Морфологические проявления: уменьшение ядерно-плазмен­ного отношения (в основном, за счет нарастания объема цитоп­лазмы), увеличение количества органелл, в том числе и специ­ального значения, появление включений, приобретение клеткой формы, соответствующей выполняемой функции.

5) Активное функционирование

6) Старение — необратимый генетически запрограммирован­ный процесс угасания общих и специальных функций клетки, сопровождающийся нарушением ее генетической, химической и структурной организации.

• Структурные проявления: увеличение числа дефектных органелл, появление в цитоплазме особого пигмента старения (липо­фусцина), грубые “поломки” хромосом (хромосомные аберрации).

7) Гибель — остановка всех жизненных процессов — дыхания, обмена веществ, общих и специальных функций и др.

• Формы гибели клетки.

а) Некроз.

— Причинные факторы: резкое изменение окружающей клет­ку среды (ожог, обморожение, дефицит кислорода, изменение рН, контакт с кислотами, щелочами и др.).

— Высокая скорость процесса (от нескольких минут до одного часа).

— Структурные преобразования начинаются с цитоплазмы (на­рушение структуры митохондрий, разрушение лизосом), затем нарушается проницаемость плазмалеммы для ионов и воды, клет­ка набухает, мембрана разрушается, клетка гибнет.

б) Апоптоз.

— Причинный фактор: генетическая запрограммированность (в результате действия специальных генов, контролирующих дан­ный процесс).

— Низкая скорость процесса (1—12 ч).

— Структурные перестройки начинаются с ядра (уплотнение хроматина, изменение контура кариолеммы, распад ядра на фраг­менты), затем происходит постепенное сморщивание клетки, со­провождающееся образованием складок и выростов плазмалем­мы, после чего клетка распадается на части (апоптозные тельца), которые поглощаются клетками-фагоцитами; важную роль в ини­циации и развитии апоптоза играют активные формы кислорода, в избытке образующиеся в митохондриях и других мембранных структурах, некоторые митохондриальные белки, освобождающи­еся в гиалоплазму в этих условиях, а также особые гидролитические ферменты – каспазы, расщепляющие различные клеточные белки и ферменты лизосом.

— Процесс регулируется не только внутриклеточными (упоми­навшимися выше) специальными генами, но и внеклеточными механизмами с участием лейкоцитов, гормонов, антител и др.

— Биологическое значение: наряду с митозом является важ­ным фактором, поддерживающим постоянство клеточных попу­ляций. Обеспечивает удаление из последних генетически дефект­ных клеток. Играет важную роль в формообразовательных процес­сах в эмбриональном периоде онтогенеза. Например, зачатки ко­нечностей у зародыша млекопитающего закладываются в форме ласт. В определенный момент в местах, соответствующих будущим межпальцевым промежуткам, происходит запрограммированная массовая гибель клеток, в результате чего пальцы обособляются. Аналогичным образом образуются лопасти и перфорации у лис­тьев растений.

— Медицинское значение: изменение интенсивности апоптоза является одним из причинных факторов возникновения ряда патологических явлений. Повышение интенсивности приводит к развитию волчьей пасти. Понижение интенсивности нарушает обособление анатомических структур – сросшиеся пальцы.

Основные положения общей гистологии

Определение понятия "ткань". Классификация тканей.

1) Ткань - исторически сложившаяся система клеток и неклеточных элементов, выполняющая определенные функции

2) Классификация тканей

ТКАНИ

общего значения специального значения

эпителиальные соединительные мышечные нервная

Примечания: с морфологической точки зрения для тканей специального значения в плане морфологии характерны высокий уровень дифференцировки составляющих их структурных элементов и наличие в их составе тканевых компонентов других тканей, в плане физиологии – монофункциональность (в случае, если они выполняют несколько функций, наличие среди них ведущей); эти ткани составляют группу возбудимых тканей, так как в ответ на специфический раздражитель мембраны их клеток определенным образом изменяют ионную проницаемость, что приводит к генерации электрического потенциала

3) Общие принципы структурной организации тканей

ТКАНЬ

клеточные элементы неклеточные элементы

клетки постклеточные симпласты синцитии межклеточное

структуры вещество

(1) (2) (3) (4) (5)

1 - типичные клетки

2 - структуры, образующиеся в результате предельной дифференцировки

клеток и в той или иной мере утратившие характерное для них строение (пр.: роговые чешуйки эпидермиса, мертвые клетки древесины)

3 - крупные образования, состоящие из единой цитоплазмы с множеством

ядер и покрытые единой плазмалеммой; возникают в результате слияния нескольких или многих клеток (пр.: скелетные мышечные волокна)

4 - структуры, сходные по строению с симпластами; образуются в результате многократного митотического деления ядра без последующей цитотомии (пр.: эпителий канальцев семенника)

5 - вещество, заполняющее пространства между клетками; как правило, состоит из аморфного компонента и волокон; обязательный элемент соединительных тканей

Эпителиальные ткани

1) Функции

а) барьерная и защитная

б) внешний обмен

в) секреторная (в наибольшей степени выражена у желез; к железистым эпителиям относятся те, клетки которых синтезируют продукт, участвующий в дальнейшем обмене веществ в организме, например, амилаза слюны, инсулин)

г) экскреторная (специфическое накопление конечных продуктов обмена из внутренней среды организма и выведение их наружу, пр.: выделение мочевины клетками эпителия почечных канальцев)

д) сенсорная (чувствительная; эпителиальные элементы входят в структуру некоторых органов чувств, например, органов слуха, вкуса)

2) Общая морфологическая характеристика

а) занимают пограничное положение (у некоторых разновидностей эпителиев - вторично утрачено)

б) представляют собой сплошной клеточный пласт (пр.: эпидермис кожи, кишечный эпителий) или объемное скопление клеток (паренхима; пр.: печень, почка)

в) клетки эпителия лежат на базальной мембране

г) эпителии и составляющие их клетки характеризуются полярностью, т.е. наличием частей, различающихся по строению и функции

д) не содержат кровеносных и лимфатических сосудов

е) находятся в тесных структурных и функциональных отношениях с соединительными тканями

е) обладают высокой регенераторной способностью

3) Классификация

ЭПИТЕЛИИ

покровные железистые

однослойные многослойные

однорядный многорядный ороговевающий неороговевающий переходный

- плоский - призматический

- кубический

- призматический

4) Развитие в эмбриогенезе

- каждый конкретный эпителий берет свое начало из своего зародышевого зачатка (листка)

- кожная эктодерма дает начало эпидермису кожи и эпителию переднего и заднего отделов пищеварительной трубки

- кишечная энтодерма является источником эпителия среднего отдела пищеварительной трубки

- мезодерма дает начало эпителиальным структурам почки и

органов половой системы, а также эпителию серозных оболочек (брюшины, плевры, сердечной сумки)

- нейроэктодерма является источником эпителия, выстилающего центральный канал спинного мозга и желудочков головного мозга

- мезенхима дает начало эпителию, выстилающему внутренние полости сердца, кровеносные и лимфатические сосуды

5) Морфофункциональная характеристика однослойных

эпителиев

- разновидности и их распространение в организме;

особенности строения

- номенклатура

- полярность

- понятия “горизонтальный изоморфизм”и

“горизонтальный анизоморфизм”

- локализация камбия

- ориентация вектора регенерации

6) Морфофункциональная характеристика многослойных

эпителиев

- разновидности и их распространение в организме;

особенности строения

- номенклатура

- полярность

- понятие “вертикальный анизоморфизм”

- локализация камбия

- ориентация вектора регенерации

7) Железы

а) определение

- особые органы, части органов или отдельные клетки, специализированные на выработке определенных биологически значимых продуктов (секретов) и выделяющие их во внешнюю или внутреннюю среду организма

б) классификация

- по месту выделения секрета

+ экзокринные (пр.: печень, сальная железа)

+ эндокринные (пр.: щитовидная железа, надпочечник)

+ смешанные (пр.: поджелудочная железа)

- по числу клеток

+ одноклеточные (пр.: бокаловидные клетки кишечного эпителия)

+ многоклеточные (пр.: печень)

- по строению (применительно к многоклеточным железам, состоящим из выводного протока и концевых отделов)

+ простые (выводной проток не ветвится; пр.: железы слизистой оболочки матки)

+ сложные (выводной проток ветвится; пр.: слюнная

железа)

- по химической природе вырабатываемого секрета

+ белковые (пр.: поджелудочная железа)

+ слизистые (пр.: железы пищевода)

+ смешанные (белково- слизистые; пр.: подчелюстная слюнная железа)

+ сальные (пр.: сальные железы кожи)

+ солевые (пр.: потовые железы кожи)

+ стероидные (пр.: корковое вещество надпочечников, эндокринные клетки половых желез)

в) секреторный цикл

- железистые клетки функционируют в прерывистом (периодическом) режиме; их рабочий цикл включает в себя четыре фазы: фазу поглощения исходных продуктов, фазу синтеза секрета, фазу накопления секрета и фазу выведения секрета

Приложение.