Лекция № 1. Цитология.

Цитология, производная от греческих слов "клетка" и "изучение", изучает структуру и функции клеток. Важно понимать, что все живые организмы состоят из клеток, которые служат их основными строительными блоками. Несмотря на разнообразие различных типов клеток, они имеют общие структурные характеристики, которые тесно связывают их с гистологией.

Клетки эукариот имеют общую фундаментальную структуру, состоящую из трех основных компонентов: плазматической мембраны, ядра и цитоплазмы. Плазматическая мембрана служит барьером, который регулирует вход в клетку и выход из нее. В ядре содержится генетический материал, в то время как цитоплазма содержит различные органеллы, необходимые для функционирования клетки.

Плазмолемма, клеточная мембрана, состоит из трех основных компонентов: фосфолипидов, белков и углеводов. Фосфолипиды образуют двойной слой, гидрофильные части которого обращены наружу, а гидрофобные - внутрь. Такая структура обеспечивает избирательную проницаемость; полярные вещества, такие как белки, не могут легко проникать через мембрану без специальных транспортных систем. В отличие от этого, неполярные вещества могут легче проникать через мембрану благодаря своему составу.

Липосомы - это искусственно созданные мембранные пузырьки из фосфолипидов, обычно около 25 нанометров в диаметре, способные инкапсулировать лекарственные препараты. Они могут прикрепляться к поверхности клеток и встраиваться в плазматическую мембрану, облегчая прямую доставку лекарств в клетки. Плазматическая мембрана состоит в основном из белков (более 50% по массе), которые включают трансмембранные рецепторы, охватывающие весь липидный бислой, и периферические белки, расположенные с обеих сторон. Кроме того, углеводы составляют около 5% состава плазматической мембраны в виде олигосахаридов на ее внешней поверхности, образуя защитный слой, известный как гликокаликс.

Специализированные структуры клеточной мембраны размером около 50 нанометров включают микроворсинки, которые выступают из апикальной плазмы и помогают в процессах пищеварения и всасывания. Другая структура - реснички, которые способствуют перемещению слизи по поверхности клетки. Кроме того, жгутики похожи на реснички, но крупнее; они встречаются только на сперматозоидах человека. И, наконец, базальные инвагинации происходят у основания клеток, где плазматические мембраны сворачиваются внутрь.

Ядро: структура и функции Ядро содержит геном, который состоит примерно из 7 генов, объединенных в 23 пары хромосом. Ядро играет решающую роль в производстве макромолекул, которые регулируют синтетические процессы в цитоплазме, в частности, с помощью информационной транспортной РНК. Ключевые структурные компоненты включают хроматин, ядерную оболочку, ядрышко и нуклеоплазму.

Состав хроматина и ядерная оболочка Хроматин состоит примерно на 40% из ДНК и примерно на 1% из РНК; белки составляют примерно 60%. Существует два типа хроматина: эухроматин (участки, окрашивающие светлые участки, активно участвующие в синтезе) и гетерохроматин (более темные участки с более плотной структурой). Ядерная оболочка состоит из внешней и внутренней мембран с порами, облегчающими связь между ядром и цитоплазмой, в то время как прикрепленные к ней рибосомы синтезируют белки, необходимые для выполнения клеточных функций.

Ядерные поры, насчитывающие около 3-4 тысяч в одном ядре, хорошо видны под сканирующим микроскопом и имеют диаметр около 80 нанометров. Эти поры облегчают транспорт между ядром и цитоплазмой клетки. Каждая пора состоит из двух основных компонентов: самого канала и рецепторных белков, которые регулируют его функцию.

Ядрышко, сферическая структура внутри ядра размером 1-2 микрометра в диаметре, в основном состоит из РНК. Оно играет решающую роль в синтезе РНК, и его количество может указывать на активность клеточного синтеза.

Цитоплазма состоит из двух основных компонентов: цитозоля и органелл. Цитозоль - это матрица, которая объединяет все клеточные структуры, в то время как органеллы выполняют специфические функции внутри клеток. Органеллы можно разделить на общие, которые присутствуют во всех типах клеток, и особые, которые встречаются только в определенных клетках. К общим органеллам относятся мембраносвязанные структуры, такие как митохондрии, и немембранные, такие как рибосомы.

Рибосомы представляют собой крошечные гранулы размером до 20 нанометров, состоящие из двух субъединиц: большой и маленькой. В зависимости от их расположения их можно разделить на митохондриальные рибосомы, которые находятся в митохондриях, и цитоплазматические рибосомы. Цитоплазматические рибосомы крупнее, чем их митохондриальные аналоги. Кроме того, существуют свободные рибосомы, расположенные непосредственно в цитоплазме клетки, и связанные рибосомы, прикрепленные к гранулярному эндоплазматическому ретикулуму. Основной функцией всех типов рибосом является трансляция кода информационной РНК (мРНК) в полипептидные цепи.

Гранулярный эндоплазматический ретикулум (ER) характеризуется наличием прикрепленных к его поверхности рибосом, которые необходимы для синтеза белка. Присутствие этих рибосом указывает на активную выработку белка в цитоплазме клетки, что часто приводит к базофильному окрашиванию, указывающему на высокий уровень активности рибосом. Напротив, агранулярный эндоплазматический ретикулум лишен этих рибосом и выполняет другие функции, не связанные с прямым синтезом белка.

Структура и функции митохондрий Митохондрии - это органеллы, ответственные за синтез углеводов и стероидных гормонов, которые выглядят как длинные нити длиной до 5 микрометров. Они состоят из двух мембран с межмембранным пространством толщиной около 10 нанометров; внутренняя мембрана имеет складки, называемые кристами, которые увеличивают площадь поверхности. Митохондрии содержат свою собственную ДНК и рибосомы, которые функционируют главным образом для производства и накопления энергии в молекулах АТФ.

Комплексы Гольджи и функции Лизосом Комплекс Гольджи расположен вблизи клеточного ядра и напоминает сеть взаимосвязанных везикул, в которых происходит гликозилирование белков и модификация липидов. Он концентрирует вещества перед упаковкой в гранулы для транспортировки. Лизосомы представляют собой сферические структуры, содержащие ферменты, необходимые для внутриклеточного пищеварения; они варьируются от первичных лизосом (неактивных) до вторичных, участвующих в процессах аутофагии при слиянии с поврежденными органеллами или материалами, проглоченными в результате фагоцитоза.

Строение и функции центриолей Центриоли представляют собой цилиндрические структуры, состоящие из триплетных микротрубочек диаметром около 150 нанометров и длиной до 500 нанометров. Они играют решающую роль в процессе деления клеток и обычно расположены вблизи ядра, рядом с аппаратом Гольджи. От плазматической мембраны отходят реснички длиной около 10 микрометров и толщиной до 0,2 микрометра; их движение необходимо для переноса жидкости по поверхности эпителия.

Типы ячеистых включений Жгутики напоминают реснички, но крупнее, достигая примерно 50 микрометров в длину и толщиной около 0,5 микрометра; они также содержат аксонему, отвечающую за движение. Сперматозоиды представляют собой один из типов клеток человека, обладающих жгутиками. Клеточные включения широко варьируются: трофические включения включают углеводы, в то время как белковые гранулы выполняют функции накопления или секреции, такие как ферменты или гормоны; пигменты, такие как меланин, придают цвет коже, волосам, глазам, а липофусцин связан с процессами старения.

Гликоген обнаруживается в клетках печени в виде белковых включений, которые можно увидеть при гистохимическом окрашивании. Эти гранулы крупнее частиц гликогена и видны при электронной микроскопии. Кроме того, при микроскопическом исследовании липидные капли в цитоплазме выглядят черными рядом с розовыми ядрами. Наличие крупных липидных капель указывает на значительное содержание жира в этих клетках.

Цитоскелет является важнейшим компонентом клеточной биологии, о котором часто забывают в системе общего образования. Он играет важную роль в практическом здравоохранении и современных методах анализа цитоскелета для различных применений. Цитоскелет состоит из трехмерной сети, состоящей из волокнистых и трубчатых структур внутри клеток, включая микротрубочки, промежуточные нити, микрофиламенты и другие компоненты.

Понимание микротрубочек и их роли Микротрубочки состоят из трех типов тубулина, расположенных по спирали. Они являются неотъемлемой частью клеточного каркаса и содержатся в таких структурах, как центриоли и базальные тельца. Промежуточные волокна различаются в зависимости от типа ткани; например, кератин присутствует в эпителиальных тканях, а виментин - в соединительных тканях. Эти белки сохраняют идентичность клеток даже при патологических изменениях, позволяя точно идентифицировать их с помощью иммуногистохимии.

Идентификация типов Тканей с помощью Белковых Маркеров Иммуногистохимия выявляет в клетках специфические белки, которые указывают на их тканевое происхождение. Например, обнаружение кератина подтверждает наличие эпителиальных клеток, в то время как идентификация мышечных волокон показывает наличие белка миозина. Отсутствие или присутствие этих маркеров помогает эффективно различать различные типы клеток — например, распознавать нервные клетки с помощью окрашивания нейрофиламентов — и дает представление об основных состояниях, основанных на морфологических изменениях.

Микрофиламенты - это тип соединительной ткани, характеризующийся тонкой трубчатой структурой диаметром всего 6 нанометров. Они состоят из переплетенных актиновых нитей, которые можно отчетливо наблюдать под электронным микроскопом. К основным функциям микрофиламентов относится образование псевдоподий, которые обеспечивают перемещение и вытягивание немышечных клеток через выступы плазматической мембраны. Кроме того, эти псевдоподии играют решающую роль в облегчении фагоцитоза.

Микротрабекулы - это элементы цитоскелета, состоящие из тонкой сети нитей толщиной всего 2 нанометра. Понимание их функций имеет решающее значение для изучения гистологии как в общем, так и в специфическом контексте. Переход из золя в гель-состояние иллюстрирует важные концепции, необходимые для активного применения в научных исследованиях. Рекомендуется просмотреть обучающие видеоролики, созданные студентами факультета гистологии, которые рассказывают о клеточных структурах, включая мейоз, митоз, синтез ДНК в белки и процессы РНК-интерференции.