Цитоплазма клетки: органеллы общего и специального значения

1. Цитология Цитоплазма клетки: органеллы общего и специального значения

СВФУ Медицинский институт: Заведующая кафедрой гистологии и
микробиологии, доцент,
к.б.н. Пшенникова Елена Виссарионовна

2. Основные компоненты клетки

• Плазмолемма
(цитолемма)
• Цитоплазма
(гиалоплазма,
органеллы,
включения)
• Ядро

3. Клеточные мембраны

• К клеточным мембранам относят
плазмолемма, кариолемма, мембраны
органелл
• Тонкие липопротеидные пласты 6-10 нм
• липиды (билипидный слой) – 40%,
• белки – 50-55%,
• углеводы (гликокаликс) – 5-10%

4. МЕМБРАННЫЕ ЛИПИДЫ

• Липиды – гидрофобны (плохорастворимы в
воде) и липофильны (растворимы в
органических растворителях и жирах)
• Состав липидов разнообразен
(фосфолипиды, сфинголипиды, холестерол)
• Молекулы липидов состоят:
• Головки – гидрофильные,
• Хвосты – гидрофобные (жирные кислоты).
• Образуют билипидный слой

5. МЕМБРАННЫЕ ЛИПИДЫ

Фосфоглицерины
(фосфолипиды)
• Фосфатидилхолин
• Фосфатидилэтанолами
н
• Фомфатидилинозитол
• Фосфатидилсерин
Сфинголипиды
• Церамид
• Сфингомиелин
• Цереброзид
• Ганглиозид
Холестерол

6. ЛИПИДНЫЕ РАФТЫ / МИКРОДОМЕНЫ

• Липидные рафты – фрагменты плазматической
мембраны с повышенной концентрацией молекул
холестерина и длинных ненасыщенных кислот.
• Предназначены для удержания вместе
функциональносвязанных белков
• Выделяют два типа рафатов
• Плоскостные (белок флотилин)
• Кавеолярные (кавеолин)

7. ГЛИКОКАЛИКС

• Функции
• Идентификация клеток
иммунной системой
(распознавание)
• Формирование
межклеточных
контактов
• Структурная функция в
удержании некоторых
молекул близко к
поверхности клеток

8. Плазмолемма

• Белки –
интегральные (из
двух участков –
полярные (несущие
заряд) из а/к и
неполярные (глицин,
аланин, валин,
лейцин),
полуинтегральные,
примембранные.
• Биологическая роль
белков – белкиферменты, белки
переносчики,
рецепторные,
структурные.

9.

10.

11. ТРАНСПОРТ В/ИЗ КЛЕТКИ

Трансмембранный
• Пассивный (диффузия)
• Осмос
Активный
• Первичный
• Вторичный
• симпорт – перенос
вместе с Na+ в клетку,
• антипорт – перенос
против направления
движения Na+, т.е. из
клетки

12.

13. ТРАНСПОРТ В / ИЗ КЛЕТКИ

Везикулярный
Эндоцитоз
• Фагоцитоз
• Пиноцитоз
• Рецепторопосредованный
эндоцитоз
Экзоцитоз
• Непрерывный
(конститутивный)
• Регулируемый

14.

15. Функции плазмолеммы

• Разграничение,
• Рецепторная
• Транспортная - активный и пассивный,
экзоцитоз и эндоцитоз
• Формирование межклеточных контактов
• Образование поверхностных структур

16. Межклеточные соединения

• Контакты простого
типа –
• простые
межклеточные
соединения 15-20
нм(1) и
интердигитации
(пальцевидные
соединения) (2).

17. Межклеточные соединения

• Сложные соединения:
• Запирающие (с помощью
интегральных белков ячеистая сеть в виде пояска
(4)
• Сцепляющего
(заякоривающего) типа –
десмосомы (белки
десмоплакины, десмоглеины,
промежуточные
филаменты)(5) и адгезивные
пояски (белок винкулин,
актиновые филаменты).
• Коммуникативные (нексус,
синапс)

18. Десмосомы

19. Адгезивный поясок

• По структуре
данный контакт
похож на
десмосомный
• По форме контакт
представляет
собой ленту,
которая
опоясывает клетку.

20. Плотное соединение

Контакты
коммуникационного
типа
Щелевидные
соединения (нексусы,
или gap-junctions)
Синапсы.

21. Нексус

• Диаметром 0,5 – 3 мкм.
• Плазмолеммы сближены на расстояние 2 нм
• Пронизаны полыми трубочками – белковыми
каналами (3)
• Каждая трубочка состоит из двух половин –
коннексонов.
• Коннексоны образуют каналы - могут
диффундировать неорганические ионы и
низкомолекулярные органические соединения:
сахара, аминокислоты, промежуточные продукты их
метаболизма.
• Ионы Са2+ меняют конфигурацию коннексонов – так,
что просвет каналов закрывается.

22. Состав цитоплазмы

• Гиалоплазма (другое название –
цитозоль),
• Органеллы - обязательные компоненты
цитоплазмы
• Включения – необязательные
компоненты цитоплазмы

23. ГИАЛОПЛАЗМА

• Гиалоплазма – греч. Hyalinos – прозрачный.
• Сложная коллоидная система – биополимеры (2025% белки, н.к., полисахариды, ферменты
метаболизма сахаров, азотистых оснований,
ферманты активации а/к, липидов, т-РНК и др.)
• Жидкое ↔гелеобразное состояние
• Объединяет все клеточные структуры, химическое
взаимодействие
• Транспорт веществ, ионов, молекул АТФ (постоянный
поток ионов к плазматической мембране и к
митохондриям, ядру, вакуолям)
• Отложение запасных продуктов (гликогена, липидов,
пигментов)

24. Основные компоненты клетки: Гиалоплазма

• Это матрикс, внутренняя среда клетки.
• Состав: вода – 90%
• различные
биополимеры:
белки,
нуклеиновые кислоты, полисахариды,
аминокислоты, моносахара, нуклеотиды,
ионы и другие низкомолекулярные
вещества, которые образуют коллоидную
систему (цитозоль или цитогель)
• Обеспечивает взаимосвязь между всеми
компонентами клетки.

25. Основные компоненты клетки: Включения цитоплазмы

• Это непостоянные компоненты
цитоплазмы, которые могут возникать или
исчезать в различные функциональные
состояния клеток.
• Различают:
• трофические (белковые, углеводные,
липидные),
• секреторные (ферменты, гормоны),
• экскреторные (продукты метаболизма)
• пигментные – эндогенные (гемоглобин,
меланин, липофусцин) и экзогенные
(каротин, красители).

26.

27. Органеллы клетки

• Органеллы - это морфологически
различимые структуры цитоплазмы,
которые обязательно должны
присутствовать в данной клетке,
выполняя в ней определённые функции.

28. Классификация по распространению

• Общего значения – содержатся
практически во всех клетках,
• Специального значения – имеются
только в клетках какого-то
определённого вида, обеспечивая
выполнение их специфических функций
(миофибриллы, нейрофибриллы,
тонофибриллы, жгутики, реснички).

29. Классификация по строению

• Мембранные органеллы –
отграничены собственной мембраной от
окружающей гиалоплазмы, т.е.
являются замкнутыми компартментами
(отсеками);
• Немембранные органеллы –
структуры, не окружённые мембраной.

30. Органеллы – общего значения: мембранные

Одномембранные
• ЭПС (гр- а-)
• Комплекс
Гольджи
• Лизосомы
• Пероксисомы
• Двумембранная:
• Митохондрии

31. Органеллы – общего значения: немембранные

• Глобулярные:
• Фибриллярные:
• сократительные
• рибосомы структуры,
многочисленные
элементы
небольшие частицы,
цитоскелета
• состоящие из двух
(микрофиламенты,
субъединиц
рибонуклеопротеидн микротрубочки),
• Микроворсинки,
ой природы.
• Центриоли .

32. Мембранные органеллы: митохондрии

• Открыл митохондрии и впервые описал немецкий
анатом и гистолог Рихард Альтман в 1894 году, а
название этой органелле дал другой немецкий
гистолог К. Бенд в 1897 году.
• Но только в 1920 году, опять же немецкий биохимик
Отто Вагбург, доказал, что с митохондриями связаны
процессы клеточного дыхания.
• Строение – двумембранные, матрикс (мДНК, мрибосомы)
• Функции – синтез АТФ, клеточное дыхание: аэробное
и анаэробное окисление

33. Происхождение митохондрий

• Структура мДНК и
рибосом сближает
митохондрии с
бактериями (у них тоже
циклическая ДНК и
небольшие рибосомы).
• Поэтому, возможно, что
в эволюции
митохондрии появились
как результат симбиоза
древних бактерий с
эукариотическими
клетками.

34. МИТОХОНДРИИ

• Сферическая или эллипсоидная органелла диаметром обычно
около 1 мкм.
• Характерна для большинства эукариотических клеток.
• Энергетическая станция клетки;
• Основная функция — окисление органических соединений и
использование освобождающейся при их распаде энергии для
генерации электрического потенциала, синтеза АТФ и
термогенеза.
• Эти три процесса осуществляются за счёт
движения электронов по электронно-транспортной
цепи белков внутренней мембраны.
• Количество митохондрий в клетках различных организмов
существенно отличается.

35. Строение митохондрий

• Варьирует от сферической до вытянутой.
• В некоторых клетках митохондрии имеют ещё более
сложную форму: например, образуют разветвления.
• Различаются количество и форма крист (трубочки,
складки, пластинки, вакуоли)
• Наружная мембрана - содержит широкие
гидрофильные каналы (белки порины) и хорошо
проницаема для многих веществ;
• Внутренняя мембрана - образует многочисленные
впячивания (кристы), где имеются грибовидные
выросты – оксисомы, в них встроены ферменты
дыхательной цепи и синтеза АТФ.

36. Строение: матрикс

•Матрикс - внутреннее
пространство митохондрий
(между кристами) заполнено
матриксом (цикл Кребса, βокисление жирных кислот, запас
Са2+, содержит собственную
ДНК (мДНК) – от 1 до 50
небольших одинаковых
циклических молекул,
включающих по 37 генов
•М-рибосомы – которые по
размеру несколько меньше
цитоплазматических рибосом
•Межмембранное пространство
узкое (синтез АТФ)

37. Биохимические процессы

• Цикл Кребса - это распад органических веществ (до
СО2 и воды) ацетил-КоА, которым заканчивается
разрушение почти всех веществ (углеводов, жиров,
аминокислот).
• Кислородное преобразование пирувата в ацетил-КоА
называют реакцией дегидрогенеза пирувата.
• В цикле – 4 реакции окисления, осуществляемых
путём дегидрирования, т.е. путём отщепления от
субстратов водорода (электронов и протонов).
• Ферменты цикла Кребса (кроме одного – СДГ)
находятся в матриксе митохондрий.

38. Биохимические процессы

• Окислительное фосфорилирование:
• перенос отнятых от субстратов электронов на
кислород и образование АТФ за счёт
высвобождающейся энергии.
• Другие процессы в митохондриях: синтез
мочевины, распад жирных кислот и пирувата до
ацетил-КоА.
• Завершение окислительного распада
питательных веществ и образование за счёт
выделяющейся при этом энергии АТФ
• Осуществляется ряд ключевых биохимических
процессов: цикл Кребса, окислительное
фосфорилирование с потреблением О2 и
выделением СО2 и воды.

39.

40. Жизненный цикл митохондрий

• Митохондрии функционируют около 10 суток.
• Затем одни из них разделяются на две дочерние
митохондрии (путём простой перешнуровки),
• Другие – разрушаются в аутофагосомах.

41. Эндоплазматическая сеть

• Открыта в 1945 г. К.Р.
Портером
• ЭПС – мешочки,
цистерны, трубочки.
• В зависимости от
наличия на ней рисобом
делится на
шероховатую (с
рибосомами) и гладкую
(без рибосом).

42. Функции гр-ЭПС

• Синтез на рибосомах пептидных цепей
экспортных, мембранных, лизосомных и отчасти пероксисомных
белков,
• Сегрегация экспортируемых белков, не предназначенных для
цитозоля
• Фолдинг белков - (укладкой белка, от англ. folding) называют
процесс спонтанного сворачивания полипептидной цепи в
уникальную нативную пространственную структуру (так
называемая третичная структура). Контроль фолдинга белка с
помощью кальретикулина.
• Изоляция этих белков от гиалоплазмы внутри мембранных
полостей и их концентрирование (локальная конденсация),
• Химическая модификация (связывание с сахарами – начальное
гликозирование) белков,
• Транспорт белков (внутри ЭПС и с помощью отдельных
пузырьков).
• Проверка качества белка

43.

44. Гладкая ЭПС

Функции:
• Синтез молекул фосфолипидов для клеточных
мембран
• Синтез и метаболизм углеводов, липидов
(холестерина, стероидных гормонов),
• Детоксикация некоторых гормонов, алкоголя,
токсинов с помощью ферментов семейства
цитохрома Р-450
• Депонирование и высвобождение Ca 2+

45. Гладкая ЭПС

46. Комплекс Гольджи

• Открыт Камилло Гольджи в
1898 г.
• КГ – это система
мембранных везикул и 5-10
плоских цистерн.
• Имеет две различные
стороны:
• Цис- принимает
транспортные пузырьки от
грЭПС
• Транс – противоположная
сторона, где вакуоли
отпочковываются

47.

48. Везикулярный транспорт в КГ

• В транспорте везикул участвуют коатомеры
• Коатомер - это белковый комплекс, который
покрывает связанные с
мембраной транспортные пузырьки
• Известны два типа коатомеров:
• СОР I – участвует в ретроградном
транспорте везикул, возвращая мембраны из
КГ и грЭПС
• COPII – участвует в антероградном
транспорте везикул от грЭПС до КГ

49.

50. Функции комплекса Гольджи

• Сегрегация (отделение) и накопление
соответствующих белков из ЭПС и их
концентрирование,
• Продолжение химической модификации белков,
посттрансляционная молификация (гликозирование,
фосфорилирование, ограниченный протеолиз)
белков
• Сортировка белков на экспортные, мембранные,
лизосомальные и пероксисомные, упаковка,
концентрация и хранение
• Включение белков в состав соответствующих
структур (секреторных пузырьков, мембран,
лизосом).
• Синтез протеогликанов
• Образование первичных лизосом

51. Комплекс Гольджи

52. Лизосомы

• Открыты бельгийским
биохимиком
Кристианом де Дювом
в 1955 г. (Нобелевская
премия 1974 г.
совместно с
Дж.Э.Паладе и
А.Клодом)
• Одномембранные
органеллы, содержат
пищеварительные
ферменты,
образуются в КГ

53. ТИПЫ ЛИЗОСОМ

• Первичные – незрелые лизосомы с
неактивными ферментами;
• Вторичные –
• гереролизосома фаголизосома
(эндолизосома+первичная лизосома) или и
аутофагосома (нефункциональная органелла,
покрытая мембраной +лизосома)
• Телолизосомы (резидуальные тельца) –
гетеролизосомы с непереваренным
материалом (например, митохондрии –
гранулы липофусцина)

54.

55. Строение лизосом

• Защищены от самопереваривания за счет особого
липида (лизобисфосфатидовой кислоты и
высокогликозилированных белков)
• Лизосомная мембрана содержит Н+ - помпы для
снижения уровня рН и транспортные белки
• Ферменты, предназначенные для включения в
лизосомы, помечены маннозо-6-фосфатом.
• Функция – внутриклеточное пищеварение и
ресайклинг (переработка) клеточных компонентов.

56.

•Аутофагия (буквально: самопоедание, от др.греч. αὐτός ауто — сам
и φαγεῖν — «есть»)
•процесс, при котором внутренние компоненты клетки доставляются
внутрь её лизосом и подвергаются в них деградации.
•Является естественным, регулируемым механизмом клетки, который
разбирает ненужные или дисфункциональные компоненты клетки.
•При аутофагическом типе клеточной гибели все органеллы клетки
перевариваются, оставляя лишь клеточный мусор, который
поглощается макрофагами.
•Аутофагия регулируется генами, связанными с аутофагией (Atg)
•Аутофагия подавляется серин/треонинкиназой
•Различают 3 вида аутофагии:
•Макроаутофагия
•Микроаутофагия
• Шаперон-опосредованная аутофагия
Йосинори Осуми

57.

58. Пероксисомы

• Одномембранные
органеллы, овальные тельца,
в центре кристаллоподобные
структуры
• Воспроизводятся путем
деления
• Содержат каталазу,
пероксидазу
• Функция – детоксикация
(инактивируют токсины и
лекарства), расщепляют
спирт, Н2О2, бета-окисление
жирных кислот

59.

60. Немембранные органеллы: Рибосомы

•Сложные рибонуклеопротеиды
•Состоят и большой и малой субъединиц
•Свободные (одиночные, полирибосомы)
•Связанные (на поверхности гр-ЭПС)
•Малая субъединица – одна длинная цепь рРНК
(~2000 нуклеотидов, 18S), с которой связано около 30
молекул рибосомальных белков;
•Большая субъединица – ещё более длинная цепь
рРНК (~ 4000 нукл., 28S), с которой связано 2 короткие
цепи РНК (5,8S и 5S) и ~45 молекул белков.
•Таким образом, каждая субъединица представляет
собой свёрнутый рибонуклеопротеидный тяж,
имеющий несколько функциональных центров.

61. РИБОСОМЫ

• Рибосомы располагаются в клетке свободно или
прикреплены к ЭПС. Каждая клетка содержит
десятки и сотни тысяч рибосом.
• Рибосомы располагаются в клетке по одиночке или
группами по 4-40 (полирибосомы или полисомы), где
отдельные рибосомы связаны нитевидной молекулой
иРНК, несущую информацию о структуре белка.
• Полисомы являются центром синтеза белка в клетке.
• Местом синтеза субъединиц рибосом является
ядрышко, сборка рибосом происходит в цитоплазме.

62. РИБОСОМЫ / ПОЛИСОМЫ

63.

• Присоединение рибосом к
грЭПС зависит от типа
белка, который они
синтезируют.
• Белки, предназначенные
для ЭПС, КГ, лизосом или
экзоцитоза, имеют
определенную сигнальную
последовательность
аминокислот, которая
распознается частицей
распознающей сигнал
SRH
• Стыкующий белок
захватывает рибосомы с
такими белками и
располагает их над
транслоконом

64. ПРОТЕАСОМА

• Немебранная органелла, представлена комплексом
протеаз
• Функция
• Расщепляет старые, поврежденные, ненужные белки
• Такие белки обычно помечаются молекулами
убиквитина с помощью ферментов Е1, Е2, Е3.
• Протеосома имеет две регуляторные частицы
19S(они распознают убиквитин) и 1 ядерную частицу
26S (расщепляет белки)
• Клиническое значение: дефицит протеасом приводит
к дейродегенеративным заболеваниям

65.

66. Клеточный центр (центросома)

• Термин предложен в 1895
Т. Бовери
• Строение – из двух
цилиндров, 9 триплетов
микротрубочек (тубулин),
саттелиты (центросфера),
тонкофибриллярный
матрикс
• Функции
• Центр организации
микротрубочек
• Формирование
митотического веретена
• Участие в формировании
ресничек и жгутиков

67.

68.

69.

• Цитоскелет представлен сетью из микрофиламентов
(актиновых), промежуточных филаментов и
микротрубочек.

70.

71. Микрофиламенты

• Микрофиламент двойная спираль из
глобулярных
молекул белка
актина.
• За счет этого
содержание актина
даже в немышечных
клетках достигает 10
% от всех белков.

72. Микрофиламенты

• Актин представлен в виде тонких поляризованных (+ и –
концов) микрофиламентов, состоящих из глобулярных
субъединиц и g-актина.
• Полимеризация зависит от К+, Mg2+, АТФ.
• Функции
• Движение клетки
• Цитокинез во время митоза
• Поддержание формы клетки
• Закрепление и движение мембранных белков
• Формирование микроворсинок
• Сокращение

73.

• Актин связывающие
белки помогают
ремоделировать
цитоскелет
• В зависимости от
функции актинсвязывающие белки
бывают:
• Пучкующие
• Разрывающие
• Кэппирующие
• Поперечносшивающие
• Моторные

74. Микроворсинки

• Имеют вид
цилиндрических
пальцеообразных
выростов
цитоплазмы,
покрытых
плазмолеммой
• Основу составляют
микрофиламенты

75. Микротрубочки

Наружный диаметр – 24 нм.
Состоит из α- и β-тубулина ) γ-тубулин образует первое
кольцо на конце
Полярны - Имеют + конец (к периферии клетки) и –
конец (к центру клетки)

76. Микротрубочки

Молекулы тубулина могут прикрепляться
к + концу (растущая микротрубочка) или
диссоцииторовать от + конца (укорачивающаяся)
Процесс сборки зависит от ионов Mg2+, ГТФ
Динамическая нестабильность – процесс постоянного
ремоделирования, когда микротрубочки растут и
укорачиваются
Катастрофа микротрубочек – процесс перехода от
роста к сокращению
Функции
Движение органелл, хромосом и цитоплазматических
пузырьков
Формируют основу центриолей, базальных телец,
ресничек и жгутиков

77. Транспорт по микротрубочкам осуществляют моторные белки Кинезин – перемещает груз к + концу (на периферию клетки_ Динеин –

перемещает груз в – конец (центр клетки)
Потребляют АТФ

78. ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ФИЛАМЕНТЫ

Средний размер 10-12 мкм
Специфичны для каждого типа ткани
Эпителий – цитокератины
Соединительные ткани – виметин
Мышечные – десмин
Нейроны – нейрофиламенты
Это помогает патологоанатомам выяснить источник
опухолей и метастазов
Различают несколько классов
Класс 1,2 – кератины
Класс 3 – виметин, десмин
Класс 4 – нейрофиламенты
Класс 5 – ламины
Класс 6 – факинин и филенсин (в хрусталике)

79. Реснички

80. Реснички

81.

82. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!!!