View
587
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Презентация: "Клетка"
Citation preview
Клетка Клетка – элементарная единица живого, для которой характерны все
свойства живого
Размер клеток зависит от их формы. При форме, близкой к сферической, колеблется от 1 мкм (кокки) до 22 см (ооцит сельдевой акулы).
Средний размер клеток прокариот – 1-3 мкм, эукариот – 15-25 мкм.
Нижние пределы размера клетки ограничиваются необходимостью размещения в ней минимально необходимого набора жизненно важных
структур и макромолекул
Верхние пределы ограничиваются скоростью диффузии молекул, особенно при слабом циклозе или при его отсутствии; важнейшую роль играет
отношение площади поверхности клетки к ее объему – чем оно больше, тем активнее идет обмен веществ клетки с внешней средой.
Стать большой клетка может в двух случаях: либо она очень инертна (яйцеклетка), либо она будет иметь вытянутую либо уплощенную форму с
максимальной площадью поверхности (нейрон, ацетабулярия)
Клетка эукариот
ОболочкаОболочка ЯдроЯдро ЦитоплазмаЦитоплазма
Основа - плазмалемма (клеточная мембрана)
Ниже - кортикальный слой для связывания
плазмалеммы с цитоскелетом
Выше – надмембранные
структуры – гликокаликс, над
которым может быть клеточная стенка
Ядерная оболочка
Кариоплазма
Хромосомы
Могут появляться оптически плотные
зоны - ядрышки
Гиалоплазма
Органоиды
Цитоскелет
Временные включения
Немембранные Мембранные
Рибосомы
Клеточный центр
Органоиды движения
1-мембранные
Вакуолярная система – ЭПС, АГ, лизосомы, пероксисомы,
может быть вакуоль с
клеточным соком
2-мембранные
Митохондрии
У растений пластиды
Плазмалемма и другие мембраны клетки
Жидко-мозаичная модель (1971 г., Зингер-Николсон)Толщина около 7,5 нм. Основа – билипидный слой и белки.
На плазмалемме углеводный компонент образует гликокаликс (по массе 2-10%, связан либо с липидами – гликолипиды, либо с
белками - гликопротеиды). Снаружи внутренних мембран гликокаликса нет.
В составе билипидного слоя преобладают
фосфолипиды; внутренние мембраны мягче, т.к. в них больше
ненасыщенных ж.к. и меньше холестерина.
Незаякоренные молекулы фосфолипидов быстро
перемещаются (до 2 мкм\с).
Мембранные белки плазмалеммы обычно составляют по массе около 50%, но во внутренних мембранах их количество может существенно отличаться – в мембранах митохондрий белки
составляют 75% по массе, т.к. многие из них выполняют каталитические и транспортные функции, обеспечивающие дыхание.
По расположению в мембране белки распределяются на несколько групп.
Мембранные белкиМембранные белки
ПериферическиеПериферические ИнтегральныеИнтегральные
ПогруженныеПогруженные ПронизывающиеПронизывающие(трансмембранные)(трансмембранные)
1
2
31 - вязкий, рыхлый гликокаликс
2 - собственно плазмалемма
3 - кортикальный слой
Свойства мембран клетки: динамичны, упорядочены, избирательно проницаемы, способны к самосборке и
саморегуляции
Примеры саморегуляции:
- при понижении температуры для сохранения текучести мембраны ферменты десатуразы катализируют превращение насыщенных
жирных кислот в ненасыщенные; при повышении температуры
активность этих ферментов снижается
- при необходимости прогибания мембраны с целью захвата частиц в
соответствующем ее участке уменьшается количество холестерина
и изнутри встраиваются молекулы клатрина – таким образом
формируется «окаймленная ямка»
Функции разных слоев клеточной оболочкиГликокаликс создает вязкую поверхность,
которая помогает удерживать и распознавать подошедшие к клетке молекулы и более крупные частицы,
включая другие клетки; толщина 3-4 нм, наиболее развит у клеток эпителия
кишечника
Кортикальный слой толстый – 100-500 нм, заякоривает часть белков
плазмалеммы, обеспечивает их связь с цитоскелетом
У простейших в качестве кортикального слоя обычно выступает пелликула – особый уплотненный слой цитоплазмы, который
включает белковые нити и плоские мембранные пузырьки; служит для опоры
ресничек и координации их работы, помогает клетке держать определенную форму
Функции собственно плазмалеммы
эфир
Только мимо
белков
1. Барьерная – отграничивает внутреннее содержимое клетки, ограничивает
свободную диффузию
2. Транспортная - ведет избирательный транспорт веществ мимо белков-каналов и
белков-переносчиковСпециальные поры только для воды образует белок аквапорин - Питер Эгр, Нобелевская премия 2003 г.
Движение воды по градиенту водного
потенциала
Транспорт
Пассивный - без затраты энергии, по
градиенту концентрации (вода – по градиенту водного потенциала)
Через билипидные
участки - проходят мелкие
незаряженные молекулы
Мимо транспортных
белков – проходят мелкие
заряженные и среднего
размера разные
Простая диффузия по
каналам – вода, некоторые ионы
Облегченная диффузия с помощью белков-
переносчиков – ионы, мономеры (глюкоза симпортно с Na+)
Активный - с затратой энергии, сквозь мембрану
Активный - с затратой энергии, путем эндоцитоза
или экзоцитоза
Любые молекулы
против градиента
концентрации
Крупные молекулы
независимо от градиента
концентрации
Модель аквапорина — молекулы воды могут свободно поступать в клетку через центр
белковой молекулы, образующей канал
Разные варианты транспорта сквозь мембрану
Пассивный – облегченная диффузия
Слева – канал закрыт
Справа – по сигналу
снаружи канал открылся, идет
простая диффузия
Разные варианты активного транспорта сквозь мембрану
К-Na – насос обеспечивает возбудимость клеток
Протонная помпа обеспечивает протекание
энергетически важных процессов в клетке
Разные варианты активного транспорта путем изгибания мембраны
Пользуясь текучестью мембраны, в том месте, где она должна вогнуться для захвата частиц извне, формируется окаймленная ямка с пониженным
содержанием холестерина. Происходит эндоцитоз – прогибание мембраны с захватом либо крупных частиц (фагоцитоз), либо мелких вместе с жидкостью
(пиноцитоз). Эндоцитоз бывает неспецифический, либо рецепторный Аналогичный эндоцитозу, но противоположно направленный процесс по
выведению веществ из клетки - экзоцитоз
клатрин
Роль эндоцитоза: - питание клетки - защита многоклеточного организма от бактерий с помощью фагоцитов - введение в клетку гормонов для регуляции ее работы - обеспечивает возможность последующего транзита через клетку – такой трансцитоз ведут клетки эндотелия капилляров, ворсинок кишечника С помощью рецепторного эндоцитоза клетки получают холестерин – он синтезируется в печени, транспортируется в виде липопротеида, поглощается эндоцитозом, после гидролиза включается в мембраны Аналогично в ооцитах птиц накапливаются белки желточных гранул, которые синтезируются клетками по всему организму
Роль экзоцитоза: - финальный этап трансцитоза - рециклизация мембраны или ее рост - выведение секретов железистыми клетками - выведение остатков, не переваренных после фагоцитоза - выведение гидролитических ферментов для внеклеточного пищеварения - выведение матрикса клеточной стенки – у растений гемицеллюлозы
Электронная микроскопия фагоцитоза
Разные варианты эндоцитоза
Пользуясь механизмом рецепторного эндоцитоза,
сложный вирус обманывает рецепторные белки
мембраны и проникает внутрь
Абсорбцио-опосредованный трансцитозОдним из подвидов везикулярного транспорта является абсорбцио-
опосредованный трансцитоз. Отмечается «прилипание» ряда положительно заряженных веществ (катионов) к отрицательно заряженной клеточной мембране с последующим образованием везикулярного пузырька и его
переносом к противоположной поверхности клетки. Данный вид транспорта также называется катионным. Он проходит относительно быстрее рецептор-
опосредованного трансцитоза.
3. Каталитическая- часть транспортных белков, особенно, если они ведут активный транспорт, обладают каталитической АТФ-азной активностью- наружные периферические белки обычно ведут внеклеточное пищеварение – являются гидролитическими ферментами
4. Рецепторная – восприятие сигнала, его преобразование и передача внутрь клетки
Циклическая АМФ
Рецепторные гликопротеиды
а) Гормон действует на рецепторную молекулу, запускается цепочка реакций, приводящая к образованию из АТФ цАМФ
(аденозин-3’-5’-циклофосфата); действие этого посредника очень разнообразно – обычно он активирует определенные протеинкиназы –
регуляторы активности ферментов; усиливает сигнал гормона в 10 тысяч раз
Одна из моделей процесса преобразования сигнала внутри
обонятельного нейрона. Молекула одоранта (пахучего вещества)
присоединяется к рецепторному белку. Связывание молекулы одоранта с
рецепторным белком активирует так называемый G-белок, расположенный на внутренней стороне клеточной мембраны.
G-белок активирует фермент аденилатциклазу, который преобразует внутриклеточный аденозинтрифосфат
(ATФ) в циклический аденозинмонофосфат (цAMФ). А цAMФ, в свою очередь, активирует ионный канал,
через который в клетку проникают катионы Na+. Таким способом в мембране
генерируется электрический импульс, передающий сигнал с одного нейрона на
другой.
цитоплазма
б) Рецепторы постсинаптической мембраны воспринимают сигнал медиатора; если медиатор возбуждающий (ацетилхолин, норадреналин,
серотонин и др.) – в ответ открываются каналы для ионов натрия, они заходят в клетку, что приводит к деполяризации мембраны – она перезаряжается, тем
самым переводя потенциал покоя (-70мВ) в потенциал действия
Если медиатор тормозящий (ГАМК) – происходит гиперполяризация мембраны
При генерации потенциала действия сначала открываются натриевые каналы. Они впускают ионы натрия с наружной поверхности мембраны (где их много)
в цитоплазму нейрона (где их мало). Затем открываются калиевые каналы, выпускающие из клетки скопившиеся там ионы калия. Эти ионные токи идут
по градиенту концентрации ионов и не требуют энергетических затрат. После этого мембрана возвращается в исходное, рабочее состояние благодаря
деятельности насосов-обменников, которые откачивают из клетки натрий и одновременно закачивают туда калий. На этот раз ионы перемещаются
против градиентов, поэтому процесс идет с затратой энергии АТФ.
Две группы нейропептидов - эндорфины и энкефалины обладают анальгетическими (уменьшающими боль), галюциногенными, а также
некоторыми другими свойствами (вызывают ощущение удовлетворения и эйфории, их активация учащает пульс и повышает температуру тела).
Обезболивающий эффект этих соединений может быть связан с тем, что эти нейропептиды препятствуют выделению медиаторов из некоторых нервных окончаний. Энкефалины и эндорфины присутствуют в задних рогах спинного мозга, т.е. в той области, где в спинной мозг входят чувствительные пути, и в
частности передающие болевые сигналы.
Торможение с помощью тормозных медиаторов – ГАМК, глицин и другие.1. Открытие каналов для ионов хлора в постсинаптической мембране нейрона позволяет отрицательно заряженным ионам быстро диффундировать снаружи внутрь постсинаптического нейрона, увеличивая таким образом отрицательный заряд внутри нейрона – происходит гиперполяризация мембраны. 2. Увеличение проводимости мембраны для ионов калия позволяет положительным ионам диффундировать наружу, что приводит к тому же результату.3. Активация ферментов, отвечающих за клеточные метаболические функции, которые увеличивают число тормозных рецепторов или уменьшают количество возбуждающих синаптических рецепторов.
Структура электрического синапса. Характерные особенности: узкая (2-4 нм) синаптическая щель и наличие каналов, образованных белковыми молекулами.
Электрические синапсы широко распространены в нервной системе
беспозвоночных, а у млекопитающих встречаются крайне редко. Вместе с тем
электрические синапсы у высших животных широко распространены в
сердечной мышце, гладкой мускулатуре внутренних органов печени,
эпителиальной и железистых тканях.
Электрические синапсы обладают рядом функциональных свойств:Синаптическая задержка практически отсутствует, т.е. интервал между приходом импульса в пресинаптическое окончание и началом постсинаптического потенциала, отсутствует. В электрических синапсах двустороннее проведение, хотя геометрические особенности синапса делают проведение в одном направлении более эффективным. Электрические синапсы в отличие от химических могут обеспечить передачу только одного процесса - возбуждения. Электрические синапсы менее подвержены воздействию различных факторов (фармакологических, термических и т.д.)
в) Рецепторы мембраны создают систему маркеров, благодаря которым решается ряд важных задач: - образуются тканевые комплексы - конъюгируют бактерии и инфузории - соединяются гаметы – происходит оплодотворение - клетки иммунной системы узнают чужеродные агенты и адекватно на них реагируют
Т-лимфоциты на поверхности раковой клетки
г) С помощью специфических компонентов плазмалеммы клетка реагирует на физические раздражители: - у прокариот на плазмалемме находится хлорофилл либо бактериохлорофилл для фотосинтеза - в составе мембраны палочек сетчатки находится зрительный пигмент – родопсин – трансмембранный хромопротеид, связанный с G-белком трансдуцином; под действием света хромофорная группа изомеризуется, конформация белковой части меняется, трансдуцин активируется, фермент цГМФ-фосфодиэстераза активируется, падает концентрация цГМФ, закрываются натриевые каналы, концентрация ионов натрия внутри клетки падает, мембрана гиперполяризуется, фоторецептор выделяет меньше тормозного медиатора глутамата, контактирующий с фоторецептором биполярный нейрон растормаживается, возникает нервный импульс.
В темноте исходная форма родопсина восстанавливается за 30 минут.
5. Осуществление межклеточных соединений – с помощью мембраны между соседними клетками могут образовываться
соединения разного типа: - простое за счет слипания (адгезии) гликокаликсов - запирающее в эпителиях разного типа - заякоривающее за счет связи с цитоскелетом – обеспечивает механическую прочность и совместное изменение формы - коммуникативное – щелевой контакт, между кардиомиоцитами – нервный импульс проходит без синапса, и между ооцитами и клетками фолликул – для питания ооцитов - синаптический контакт
- плазмодесмы – между клетками цитоплазматические мостики диаметром 20-40 нм – у растений, при сперматогенезе у животных между сперматогониями и сперматоцитами
плазмодесма
6. Участие в построении специализированных структур –
микроворсинок, жгутиков и ресничек у эукариот
Благодаря микроворсинкам увеличивается площадь поверхности
клетки для более интенсивного пристеночного пищеварения и
всасывания веществ
7. Мембрана участвует в построении клеточной стенки у всех царств, кроме животных – образует ее каркас
Пока растительная клетка молодая, она способна к росту, - ее стенка растягивается, т.к. нити целлюлозы в ней относительно короткие (около 2 тыс.
остатков глюкозы), и она составляет 30% от массы стенки. Во вторичной стенке длина микрофибрилл до 14 тысяч остатков, 60-90% от массы стенки
Стенка придает клетке прочность,
держит форму, препятствует разрыву
мембраны в гипотоничной среде
Кроме каркаса в состав клеточной стенки входят компоненты матрикса (гемицеллюлоза, пектин, белки),могут входить инкрустирующие компоненты (лигнин – тогда одревеснение, суберин – тогда опробковение, гибель клетки)
и вещества, откладывающиеся на поверхности оболочки (кутин и воск).
Функции остальных мембран клетки
Все мембраны клетки составляют 4% от сухой массы клетки. В животной клетке доля плазмалеммы – 2%, мембран вакуолярной
системы – 58%, мембран митохондрий – 40%, ядерной мембраны – 0,2%.
Внутренние мембраны- делят клетку на компартменты, в каждом из которых идут свои химические реакции, резервируются определенные вещества
- за счет большой площади поверхности внутренних мембран на них можно разместить много ферментов, ведущих сложные сети, либо
циклы химических реакций
Место формирования клеточных мембран Все мембраны, кроме мембран митохондрий и пластид, образуются за счет работы ЭПС и тех рибосом, которые размещаются на поверхности
гранулярной ЭПСМембраны митохондрий и пластид строятся из молекул, которые
приходят из гиалоплазмы, либо образуются внутри этих органоидов