Citologija je veda, ki preučuje celične interakcije in celično strukturo, ki je temeljna sestavina vsakega živega organizma. Sam izraz izhaja iz starogrških pojmov "kitos" in "logos", kar pomeni celica oziroma učenje.
Nastanek in zgodnji razvoj znanosti
Citologija je ena od celotne galaksije znanosti, ki se je v sodobnem času odcepila od biologije. Predhodnik njegovega nastanka je bil izum mikroskopa v 17. stoletju. Z opazovanjem življenja skozi tako primitivno konstrukcijo je Anglež prvi odkril, da je vse sestavljeno iz celic, s čimer je postavil temelje za to, kar danes preučuje citologija. Deset let pozneje je drugi znanstvenik, Anthony Leeuwenhoek, odkril, da imajo celice strogo urejeno strukturo in vzorce delovanja. Odkril je tudi obstoj jeder. Ob istem času za dolgo časa razumevanje celice in njenega delovanja je ovirala nezadovoljiva kakovost takratnih mikroskopov. Naslednji pomembni koraki so bili narejeni sredi 19. stoletja. Nato je bila tehnologija bistveno izboljšana, kar je omogočilo ustvarjanje novih konceptov, ki jim citologija dolguje svoj intenziven razvoj. To je najprej odkritje protoplazme in nastanek
Pojav celične teorije
Biologa M. Schleiden in T. Schwann sta na podlagi do takrat nabranega empiričnega znanja znanstvenemu svetu skoraj istočasno predlagala idejo, da so si vse živalske in rastlinske celice podobne in da ima vsaka taka celica sama vse lastnosti in funkcije živega organizma. Takšna zapletena ideja življenjske oblike na planetu pomembno vplivala na pot, ki ji je sledila citologija. To velja tudi za njen sodobni razvoj.
Odkritje protoplazme
Naslednji pomemben dosežek na omenjenem področju znanja je bilo odkritje in opis lastnosti protoplazme. Je snov, ki napolni celični organizmi in zagotavlja tudi medij za celice organov. Kasneje se je znanje znanstvenikov o tej snovi razvilo. Danes se imenuje citoplazma.
Nadaljnji razvoj in odkritje genetske dediščine
V drugi polovici 19. stoletja so odkrili diskretna telesa, ki so jih vsebovali Imenovali so jih kromosomi. Njihova študija je človeštvu razkrila zakone genetske kontinuitete. Najpomembnejši prispevek na tem področju je konec 19. stoletja prispeval Avstrijec Gregor Mendel.
Trenutno stanje znanosti
Za sodobno znanstveno skupnost je citologija ena najpomembnejših vej biološko znanje. To je povzročilo razvoj znanstvene metodologije in tehničnih zmogljivosti. Metode sodobne citologije se pogosto uporabljajo v raziskavah, ki so koristne za ljudi, na primer v študiji rakavi tumor, gojenje umetnih organov, pa tudi pri selekciji, genetiki, vzreji novih vrst živali in rastlin itd.
celična znanost strukturna in funkcionalne enote skoraj vsi živi organizmi. V večceličnem organizmu vse kompleksne manifestacije življenja izhajajo iz usklajenega delovanja njegovih sestavnih celic. Naloga citologa je ugotoviti, kako živa celica in kako opravlja svoje običajne funkcije. Celice preučujejo tudi patomorfologi, ki pa jih zanimajo spremembe, ki nastanejo v celicah med boleznijo ali po smrti. Kljub temu, da so znanstveniki že zdavnaj zbrali veliko podatkov o razvoju in zgradbi živali in rastlin, so se šele leta 1839 oblikovali osnovni koncepti celične teorije in začel se je razvoj sodobne citologije.
Celice so najmanjše enote življenja, kar dokazuje sposobnost tkiv, da razpadejo na celice, ki lahko nato še naprej živijo v »tkivu« ali celični kulturi in se razmnožujejo kot drobni organizmi. Po celični teoriji so vsi organizmi sestavljeni iz ene ali več celic. Obstaja več izjem od tega pravila. Na primer, v telesu sluzavih plesni (myxomycetes) in nekaterih zelo majhnih ploščati črvi celice med seboj niso ločene, temveč tvorijo bolj ali manj enotno strukturo – t.i. sincicij. Vendar pa se lahko šteje, da je ta struktura nastala sekundarno kot posledica uničenja delov celičnih membran, ki so bili prisotni v evolucijskih prednikih teh organizmov. Mnoge glive rastejo tako, da tvorijo dolge nitaste cevke ali hife. Te hife, ki so pogosto razdeljene s predelnimi pregradami na segmente, lahko prav tako štejemo za svojevrstne podolgovate celice. Telesa protistov in bakterij so sestavljena iz ene celice.
Med bakterijskimi celicami in celicami vseh drugih organizmov obstaja ena pomembna razlika: jedra in organeli (»majhni organi«) bakterijskih celic niso obdani z membranami, zato se te celice imenujejo prokariontske (»predjedrne«); vse druge celice imenujemo evkariontske (s "pravimi jedri"): njihova jedra in organele so obdane z membranami. Ta članek obravnava samo evkariontske celice. Poglej tudi .
Vendar najbolj pomembna aplikacija citološke metode v medicini je to diagnostika maligne neoplazme. IN rakave celice, predvsem v njihovih jedrih pride do specifičnih sprememb, ki jih izkušeni patologi prepoznajo. Poglej tudi RAK.
Chentsov Yu.S. . Splošna citologija, 3. izd. M., 1995
Green N., Stout W., Taylor D. Biologija, letnik 1. M., 1996
MOLEKULARNA GENETSKA IN CELIČNA NIVO
ŽIVLJENJSKE ORGANIZACIJE KOT OSNOVA ŽIVLJENJSKIH AKTIVNOSTI ORGANIZMA
OSNOVE CITOLOGIJE
Citologija- veja biologije, trenutno deluje kot samostojna veda, ki proučuje strukturne, funkcionalne in genetske značilnosti celice vseh organizmov.
Trenutno so citološke študije bistveno za diagnostiko bolezni, saj omogočajo preučevanje patologije na podlagi elementarne enote strukture, delovanja in razmnoževanja žive snovi - celice. Na celični ravni se kažejo vse osnovne lastnosti živih bitij: presnova, uporaba bioloških informacij, razmnoževanje, rast, razdražljivost, dednost, sposobnost prilagajanja. Celice živih organizmov odlikuje raznolika morfologija in strukturna zapletenost (tudi v istem organizmu), nekatere značilnosti pa najdemo v vseh celicah brez izjeme.
Otvoritev celična organizacija pred živimi bitji je bil izum povečevalnih naprav. Tako sta prvi mikroskop zasnovala nizozemska optika Hans in Zachary Jansen (1590). Veliki Galileo Galilei je leta 1612 izdelal mikroskop. Vendar pa se začetek študija celic šteje za leto 1665, ko je angleški fizik Robert Hooke uporabil izum svojega rojaka Christiana Huygensa (leta 1659 je izdelal okular) in ga uporabil za raziskave v mikroskopu. tanka struktura prometni zastoji. Opazil je, da je snov plute sestavljena iz velikega števila majhnih votlin, med seboj ločenih s stenami, ki jih je imenoval celice. To je bil začetek mikroskopskih raziskav.
Posebej omembe vredne so študije A. Leeuwenhoeka, ki je leta 1696 odkril svet enoceličnih organizmov (bakterij in migetalk) in prvič videl živalske celice (eritrocite in semenčice).
Leta 1825 je J. Purkinje prvi opazil jedro v kokošjem jajcu, T. Schwann pa je prvi opisal jedro v živalskih celicah.
Do tridesetih let 19. stoletja se je nabralo veliko dejanskega gradiva mikroskopsko strukturo celic in leta 1838 je M. Schleiden predstavil idejo o identiteti rastlinske celice z vidika njihovega razvoja. T. Schwann je naredil končno posplošitev, razumel pomen celice in celično strukturo kot glavna struktura življenja in razvoja živih organizmov.
Celična teorija, ki sta ga ustvarila M. Schleiden in T. Schwann, nakazuje, da so celice strukturna in funkcionalna osnova živih bitij. R. Virchow je uporabil Schleiden-Schwannovo celično teorijo medicinska patologija, ki ga dopolnjuje s tako pomembnimi določbami, kot sta "vsaka celica je iz celice" in "vsaka boleča sprememba je povezana z nekaterimi patološki proces v celicah, ki tvorijo telo."
Osnovne določbe sodobnega celična teorija:
1. Celica je osnovna enota zgradbe, delovanja, razmnoževanja in razvoja vseh živih organizmov, zunaj celice ni življenja.
2. Celica je celovit sistem, ki vsebuje veliko število med seboj povezani elementi – organeli.
3. Celice razni organizmi podobni (homologni) po zgradbi in osnovnih lastnostih ter imajo skupen izvor.
4. Povečanje števila celic se pojavi z njihovo delitvijo, po replikaciji njihove DNK: celica - iz celice.
5. Večcelični organizem je nov sistem, kompleksen sklop velikega števila celic, združenih in integriranih v sisteme tkiv in organov, med seboj povezanih s kemičnimi dejavniki: humoralnimi in živčnimi.
6. Celice večcelični organizmi totipotentna - katera koli celica večceličnega organizma ima enak popoln genski material tega organizma, vse možne potence za manifestacijo tega materiala – razlikujejo pa se po stopnji izražanja (dela) posameznih genov, kar vodi do njihove morfološke in funkcionalne raznolikosti – diferenciacije.
Tako je zahvaljujoč celični teoriji utemeljena ideja o enotnosti organske narave.
Sodobne citološke študije:
Zgradba celic, njihovo delovanje kot elementarnih živih sistemov;
Funkcije posameznih celičnih komponent;
Procesi razmnoževanja celic, njihovo popravljanje;
Prilagoditev okoljskim razmeram;
Značilnosti specializiranih celic.
Citološke študije so bistvene za diagnosticiranje človeških bolezni.
Ključne besede in pojmi: citologija, celica, celična teorija
SPLOŠNE INFORMACIJE O CELICAH
Vse znane oblike življenja na Zemlji lahko razvrstimo na naslednji način:
NECELIČNE OBLIKE ŽIVLJENJA
VIRUSI
Virus (lat. virus– strup) je necelični organizem, katerega velikost se giblje med 20 – 300 nm.
Virioni (virusni delci) so sestavljeni iz dveh oz tri komponente: Jedro virusa je sestavljeno iz genetskega materiala v obliki DNK ali RNK (nekateri imajo obe vrsti molekul), okoli njega je beljakovinska ovojnica (kapsida), ki jo tvorijo podenote (kapsomere). V nekaterih primerih nastane dodatna lipoproteinska ovojnica plazemska membrana lastnik. V vsakem virusu so kapsidni kapsomeri strogo razporejeni v določenem vrstnem redu, zaradi česar nastane posebna vrsta simetrije, na primer spiralna (cevasta oblika - virus tobačnega mozaika ali sferična v živalskih virusih, ki vsebujejo RNA) in kubična (izometrični virusi) ali mešana (slika 1).
riž. 1 Shema zgradbe virusov: A – cevasti (paličasti) virus s spiralno strukturo: 1 – proteini; 2 – nukleinska kislina. B – polieder s mešani tip simetrija (bakteriofag): 1 – glava z nukleinsko kislino; 2 – kavdalni proces; 3 – bazalna plošča; 4 – niti procesa.
Življenjski cikel virusa vključuje več stopenj: pritrditev na celično površino (nekateri virusi, na primer HIV, okužijo le celice določene vrste); prodiranje v celico z različnimi strategijami in »vbrizgavanje« njenega genskega materiala.
Sposobnost virusa, da povzroči bolezen, je označena z izrazom virulentnost. Večina celic ob stiku z virusom umre zaradi lize. Pri večceličnih organizmih, ko odmre večje število celic, zaradi motenj homeostaze trpi organizem kot celota, kar vodi do bolezni. Vendar pa lahko posamezni virusi obstajajo v telesu in so razmeroma neškodljivi zakasnitev(virusi herpesa). V tem stanju so lahko virusi celo koristni, saj lahko njihova prisotnost sproži imunski odziv proti bakterijskim patogenom. V primerih, ko virusi povzročajo vseživljenjsko in kronične okužbe(hepatitis B in C), bolni ljudje delujejo kot rezervoar za kužni virus. Če je delež nosilcev v populaciji visok, govorimo o epidemije.
Vse poti prenosa virusa lahko v grobem razdelimo na dve vrsti:
Vertikalni prenos virusa - od matere do otroka (hepatitis B, HIV);
Vodoravno od osebe do osebe: pri prenosu telesnih tekočin med spolnim odnosom, na primer pri HIV; skozi kri, na primer z virusom hepatitisa C; prenos sline Epstein-Barr virus; zaužitje okužene vode ali hrane – za norovirus; pri vdihavanju zraka, ki vsebuje virioni(virusni delci) – na primer virus gripe; žuželke.
Hitrost prenosa virusna infekcija odvisno od dejavnikov, kot so gostota prebivalstva, stanje človeške imunosti, kakovost zdravstvenega varstva itd.
Številni virusi so patogeni za človeka: to je družina poksvirusov (povzroča številne okužbe z črnimi kozami), virusi skupine herpesa (herpetični izpuščaji na ustnicah, norice), adenovirusi (bolezni dihalni trakt in oči), družina papovavirusov (bradavice in drugi kožni izrastki), hepadnavirusi (virus hepatitisa B); pikornavirusi (otroška paraliza, hepatitis A, akutni prehladi); miksovirusi in paramiksovirusi (vzrok različne oblike gripa, ošpice in mumps(prašiči)); arbovirusi (prenašajo jih členonožci - povzročitelji nekaterih encefalitisov, rumene mrzlice in drugih nevarnih bolezni); reovirusi so redki povzročitelji dihalnih in črevesne bolezni oseba.
Virus humane imunske pomanjkljivosti (HIV), ki okuži eno od oblik limfocitov - T-pomočnikov, ki aktivirajo T-morilce, ki uničujejo patogene, zahteva posebno razpravo. različne bolezni, povzroča bolezen AIDS (sindrom pridobljene imunske pomanjkljivosti). Za HIV je značilna velika variabilnost (približno petkrat večja kot pri virusu gripe in stokrat večja kot pri virusu hepatitisa B), kar otežuje pridobivanje cepiva in otežuje specifično preprečevanje aidsa. Poti prenosa HIV: spolni stik, uporaba nesterilnega medicinski instrumenti, ki jih pogosto uporabljajo odvisniki od drog; prenos okužbe s krvjo in nekateri zdravila, med presaditvijo organov in tkiv; Okužba se lahko pojavi med nosečnostjo, med rojstvom otroka ali med njegovim dojenje mati okužena z virusom HIV ali obolela za aidsom. Za aids je značilno zelo dolgo inkubacijska doba(od trenutka okužbe do pojava prvih znakov bolezni) - povprečno 5 let, v katerih lahko okuženi okužijo druge ljudi. Ena od manifestacij človeške okužbe z virusom aidsa je poškodba osrednjega živčnega sistema živčni sistem.
Dolgo časa so veljali virusi PRIONI– kužne beljakovinske molekule, ki ne vsebujejo RNA ali DNA in pripadajo istim predceličnim oblikam življenja kot virusi. Prioni so sposobni spodbuditi tvorbo svojih kopij. Prionska oblika v interakciji z običajnim proteinom spodbuja njegovo pretvorbo v prionsko obliko.
Odkritje pionov je povezano z zgodovino oblikovanja doktrine tako imenovanih počasnih okužb, za katere so značilni:
Nenavadno dolga (meseci ali leta) inkubacijska doba;
Počasi progresivna narava tečaja;
Nenavadne poškodbe organov in tkiv;
Neizogibnost smrti.
Patomorfologija te posebne skupine počasnih okužb je bistveno drugačna v svoji izraziti izvirnosti, ki se kaže le v poškodbi centralnega živčnega sistema. Mehanizem razvoja bolezni je naslednji: na podlagi primarnih degenerativnih procesov, ki potekajo brez znakov vnetja, se razvije značilna slika nastanek spužvastega stanja sive oz belo snov glavo in včasih hrbtenjača– tako imenovane transmisivne spongiformne encefalopatije (TSE).
Trenutno so prionske bolezni precej redke. Pojavijo se enkrat na milijon na leto, v določenih regijah (Slovaška, Izrael, Čile) pa je pojavnost veliko večja. Človeške prionske bolezni vključujejo kuru, Creutzfeldt-Jakobovo bolezen, Gerstmann-Straussler-Scheinkerjev sindrom in usodno družinsko nespečnost. Za ljudi te bolezni predstavljajo redko trpljenje.
Ključne besede in pojmi: virus, kapsida, kapsomera, bakteriofag, virulenca, latenca, epidemija, virion, HIV, AIDS, prioni.
CELIČNE OBLIKE ŽIVLJENJA
PROKARIONTI
Prokarioti – predjedrski organizmi, katere celica nima oblikovanega, z membrano omejenega jedra. Prokarioti vključujejo približno 3 tisoč vrst: spirohete, eubakterije, miksobakterije, cianobakterije, arhebakterije, rikecije, mikoplazme, aktinomicete in številne druge organizme, ki imajo negotov sistemski položaj, tako da lahko njihova dejanska raznolikost doseže približno 100 tisoč vrst.
Glavne značilnosti celične zgradbe prokariontov (slika 2):
riž. 2. Shema strukture bakterijska celica: 1 – sluzna kapsula, 2 - celične stene, 3 – citoplazemska membrana, 4 – citosol, 5 – nukleoid, 6 – ribosomi, 7 – mezosomi, 8 – vezikli, 9 – tilakoidi, 10 – glikogenska zrnca, 11 – oljne kapljice, 12 – volutinska zrna, 13 – žveplove kapljice, 14 – bički.
- celične stene bakterija ima togo strukturo, ki določa obliko celice, zaščito in stik z njo zunanje okolje; celične stene različne bakterije neenakomerno obarvana po Gramu: celična stena gram-pozitivnih bakterij je debela 20–80 nm in je sestavljena iz 90 % murein peptidoglikana, anatomsko homogena; pri gramnegativnih bakterijah je celična stena debela okoli 10 m, vsebuje 1 – 10 % mureina in ima plastovito strukturo;
Notranja vsebina bakterijske celice ( protoplast) je napolnjena s poltekočo koloidno maso – citosolom in obdana plazmalema, ki je sposoben oblikovati invaginacije znotraj celice - mezosomi, ki opravlja vlogo vseh celičnih membranski organeli in imajo drugačna oblika: tubule– cevasto, vezikli– oblika mehurčkov, tilakoidi- lamelni; v protoplastu so celice ribosomi– nemembranski organeli, v katerih poteka biosinteza beljakovin;
Edini, običajno obročni, kromosom prokariontov ( nukleoid) deluje kot jedro, ki ni ločeno od citoplazme z membranskimi membranami;
Bakterijske celice lahko vsebujejo majhne genetske strukture - plazmidi, zmožen avtonomne reduplikacije in prenašanja Dodatne informacije;
Če so v prokariontski celici prisotni vključki, opravljajo rezervno funkcijo ali pa jih predstavljajo presnovni produkti bakterijske celice; predstavljajo zrna polisaharidov, kapljice olja, žveplo;
Bički, pili in migetalke opravljajo motorično funkcijo (flagele), služijo za pritrditev na substrat ali sodelujejo v procesu prenosa plazmidov iz celice v celico med konjugacijo (pili).
Morfološko se bakterije razlikujejo po obliki, velikosti, relativni položaj celic, prisotnost ali odsotnost flagel in kapsul, sposobnost tvorbe spor itd.
Bakterijske celice glede na obliko delimo na (slika 3):
kroglaste bakterije– koki– nimajo bičkov in ne tvorijo trosov; tvori več vrst mikrokolonij:
Mikrokoki - delijo se v eni ravnini, po delitvi se nahajajo posamično;
Diplokoki – po delitvi celice se celice razporedijo v pare;
T etracocci– celice se delijo v dveh medsebojno pravokotnih ravninah, nastanejo skupine po 4 celice;
Z treptokoki - celice se delijo v eni ravnini, po delitvi ostanejo celice v verigah;
- sarcini - celice se delijo v treh medsebojno pravokotnih ravninah, nastanejo paketi po 8 ali 64 celic;
Z tafilokoki - celice delijo na v negotovih smereh, tvorijo skupek celic, ki spominja na grozde;
paličaste bakterije - najštevilnejša in najraznovrstnejša skupina bakterij, ki se morfološko razlikujejo po velikosti celice, obrisu njenih koncev, prisotnosti ali odsotnosti bičkov, pa tudi po sposobnosti tvorbe spor. Najpogosteje so razdeljeni v podskupine:
A) bakterije– paličaste oblike (ne tvorijo spor, celična delitev je prečna); dve celici sta lahko povezani - diplobakterije in v verigi - streptobakterije;
b) bacili – v obliki palice, sposoben ne ugodni pogoji ustvarjati spore; na podlagi relativne razporeditve celic ločimo diplobacillus in streptobacili;
Slika 3. Morfologija bakterij (razlage v besedilu)
zvitih bakterij– ukrivljene palice, ki se razlikujejo po stopnji ukrivljenosti:
vibrioti– kratke palice, dolge 1-3 mikronov, ukrivljene na polovici valovne dolžine, po obliki spominjajo na vejico;
spirila– palice dolžine 15-20 mikronov, ukrivljene do polne valovne dolžine, podobne raztegnjeni latinski črki S;
spirohete– Tanke dolge celice, 20 - 30 mikronov, z velikim številom ovinkov, spominjajo na razširjeno spiralo, imajo vzdolžno delitev celic.
Morfološko se bakterije razlikujejo tudi po razporeditvi flagel:
monotrihi – imajo en polarni flagelum;
lophotrichs – bakterije imajo en snop bičkov;
amfitrihi – dva snopa bičkov, ki se nahajata na nasprotnih polih;
p Erythrichs – celotna površina bakterijske celice je prekrita s številnimi bički.
Prokariontski organizmi se razmnožujejo z delitvijo celic na pol, včasih z brstenjem, redkeje s konjugacijo. Razmnožujejo se z izjemno hitrostjo. Torej se njihove celice pod ugodnimi pogoji delijo vsakih 20-30 minut. Zato lahko hitro povečajo svoje število v kratkem času. V neugodnih razmerah se na površini bakterijske celice oblikuje gosta večplastna membrana. V celici so ustavljeni vsi življenjski procesi, ne deli se. Tako nastane spor. Prokariontska celica lahko živi kot spora dolgo časa, prenese visoke oz nizke temperature, suša. Pod ugodnimi pogoji se lupina spore uniči in vitalni procesi v celici se nadaljujejo.
Prokariontske bakterije so vseprisotne. Naselijo se na površini ali v notranjosti drugih organizmov (ljudi, živali, rastlin), v velikem številu pa jih najdemo v tleh, sladkih in slanih vodnih telesih. Na primer, samo en gram zemlje vsebuje milijon bakterijskih celic. Velika količina vsebujejo jih prostorninska enota vode ali atmosferskega zraka. Mnogi od njih so patogeni in povzročajo resne zdravstvene težave, razvojne motnje in smrt.
Razpon nalezljivih bolezni, ki jih povzročajo bakterije, je zelo raznolik, vendar sta razširjenost in resnost vsake od njih praviloma odvisna od treh razlogov:
lastnosti samih bakterij;
· stanje makroorganizma (človeka) v času bolezni;
· značilnosti organa, v katerem se pretežno razvija patološki proces.
Imenuje se potencialna sposobnost bakterij, da povzročijo nalezljive bolezni, kar je značilnost njihove vrste patogenost, oz patogenost. Znano je, da se znotraj iste vrste bakterij resnost patogenih lastnosti lahko zelo razlikuje. Virulentnost imenujemo stopnjo patogenosti seva določene vrste bakterije.
Bakterije povzročajo številne bolezni. Streptokoki na primer povzročajo vneto grlo, pnevmokoki pogosto povzročijo vnetje srednjega ušesa; mikobakterije povzročajo tuberkulozo; meningokoki prispevajo k pojavu vnetja membran možganov in (ali) hrbtenjače (meningitis). Drugi znani bakterijske okužbe: tetanus, antraks, tifus, kolera in kuga. Bakterije povzročajo tudi nekatere otroške bolezni, na primer oslovski kašelj, škrlatinko in davico.
Ključne besede in pojmi: prokarionti, nukleoidi, plazmidi, koki, mikrokoki, diplokoki, tetrakokoki, streptokoki, sarcine, stafilokoki, paličaste bakterije, bakterije, diplobakterije, streptobakterije, bacili, vibriji, spirile, spirohete, patogenost.
EVKARIONTI
Značilna lastnost evkarionti so prisotnost jedra, ki je sposobno delitve in spolnega procesa.
Organizmi z evkariontsko vrsto organizacije lahko pogojno razdelimo na dva podtipa: prvi je značilen za najpreprostejše organizme, drugi pa za večcelične.
PROTOZOTI
Značilnost organizacije praživali je, da (z izjemo kolonialnih oblik) strukturno ustrezajo ravni ene celice, fiziološko pa polnopravnemu posamezniku. Velikosti praživali so od 2 do 50 mikronov in več.
riž. 4. Raznolikost praživali: 1 – migetalkasti natikač; 2 – zelena euglena; 3 – tripanosom; 4 – lamblia; 5 – ožig; 6 – radiolarija; 7 – ameba proteus; 8 – dizenterična ameba; 9 – Trichomonas; 10 – Volvox.
Morfologija praživali (slika 5). Telo praživali je sestavljeno iz protoplazma, jedro in različni vključki. Protoplazma ima celično zgradbo in v njej, tudi pri najbolj nizko organiziranih praživalih, ločimo dve plasti: notranjo - endoplazmo, ki vsebuje jedro in druge vključke ter zunanjo, zunanjo, gostejšo in prozornejšo plast, ektoplazmo, ki služi za premikanje, zajemanje hrane in zaščito praživali.
Praživali se premikajo različne poti: plazi se po substratu s pomočjo psevdonožcev, bičkov in migetalk.
Jedro praživali je podobno jedrom drugih živalskih celic. V večini primerov imajo praživali eno jedro, ciliati pa dve - makro- in mikronukleus. Nekatere praživali imajo več jeder. Jedro je lahko vezikularno (pri amebah in mnogih drugih praživalih) in masivno (makronukleus ciliatov).
Praživali se razmnožujejo nespolno in spolno. pri nespolno razmnoževanje najprej se njihovo jedro razdeli na dva ali več delov, nato pa se citoplazma razdeli na dva (enaka ali neenaka) ali več (glede na število novonastalih jeder) delov. Posledično iz enega organizma nastaneta dve (enako ali neenako veliki) ali več novih bitij. Pri spolnem razmnoževanju se dva enaka ali različna po velikosti in strukturi (moški in ženski) osebki združita v enega osebka - zigoto, ki se nato začne razmnoževati. aseksualno. Včasih dva osebka določene vrste praživali prideta le v stik drug z drugim in izmenjata del svojih jeder. 
Slika 5. Strukturna organizacija migetalke: 1 – migetalke, 2 – prebavne vakuole, 3 – veliko jedro (makronukleus), 4 – malo jedro (mikronukleus), 5 – ustna odprtina in žrelo, 6 – neprebavljeni ostanki hrana vržena ven, 7 – trihociste, 8 – kontraktilna vakuola
Številne praživali, ki se znajdejo v neugodnih življenjskih razmerah, se spremenijo v ciste, njihovo telo pa se zaokroži in prekrijejo z debelo lupino. Praživali lahko ostanejo v tem stanju dolgo časa, dokler se ne znajdejo v ugodnejših razmerah za svoj obstoj. Nato žival izstopi iz lupine ciste in začne voditi gibljiva slikaživljenje.
pri črevesna oblika amebiaza v zgornji del V debelem črevesu nastane žarišče vnetja, nastanejo razjede, včasih celo nekroza tkiva. Avtor: krvne žile amebe lahko prodrejo v jetra in tam tvorijo sekundarna žarišča - abscese; V plevralna votlina in pljuča, osrčnik, trebušna votlina; lahko metastazira v možgane, kožo in druge organe.
Otroci pogosteje trpijo zaradi giardiaze (še posebej pogosto od 1 do 4 let). Simptomi: bolečine v zgornjem delu trebuha ali v predelu popka, napihnjenost, ropotanje, slabost, znojenje, ki mu sledi driska (rumeno blato z majhno količino sluzi), diskinezija žolčevod, atopijski dermatitis, splošna šibkost, utrujenost, razdražljivost, izguba apetita, glavoboli, nočna mora. Včasih se bolezen pojavi brez izrazitih manifestacij in se praviloma odkrije po drugi bolezni. Otrokova telesna teža se upočasni.
Toksoplazmoza- bolezen, ki jo povzroča toksoplazmoza, katere viri so različne vrste(preko 180) domačih in divjih sesalcev (mačke, psi, zajci itd.).
trihomonijaza - okužba, ki se prenaša spolno, povzroča enocelični mikroorganizem – Trichomonas. Trihomonijaza je na prvem mestu med boleznimi genitourinarnega trakta in spolno prenosljivimi boleznimi te bolezni je, da je 70 - 80% bolezni pri moških asimptomatskih oblik in se pojavijo šele v fazi zapletov. Pri ženskah se bolezen običajno pojavi v prvih 1 do 4 tednih. Trihomonijaza je nevarna predvsem zaradi resnih posledic v obliki zapletov, ki lahko povzročijo neplodnost. Bolezen se lahko odkrije pri ženskah med nosečnostjo - vpliva ne le na rast, ampak tudi na razvoj ploda. Tudi urogenitalna trihomonijaza lahko povzroči spontani splav, prezgodnji porod ali zapletov same nosečnosti.
Ključne besede in pojmi: evkarionti, praživali, protoplazma, endoplazma, ektoplazma, malarija, amebiaza, toksoplazmoza, trihomonijaza.
SPLOŠNE ZNAČILNOSTI
STRUKTURA ŽIVALSKE CELICE VEČCELIČARJA
Biološke membrane
Osnova za urejenost notranje organizacije vsake celice je prekat njegova vsebina je razdeljena na "celice", kar se izvaja zahvaljujoč biološkim membranam, ki imajo enotno strukturo za vse celice in njihove organele brez izjeme (slika 6).
riž. 6. Molekularna organizacija biološka membrana: lipidna plast: 1 – hidrofilna “glava”, 2 – hidrofobni “rep”: proteinske molekule: 3 – površinske, 4 – periferne (potopljene), 5 – integralne (prodirajoče).
Trenutno je splošno sprejet tekoči mozaični model biološke membrane, ki sta ga leta 1971 predlagala Nicholson in Singer, po katerem je osnova njegove strukture dvojna plast lipidov (bilipidna plast). Membranske lipide predstavljajo predvsem fosfolipidi. Lipidi imajo lastnost amfifilnosti (ali amfipatičnosti), saj vsebujejo polarno hidrofilno "glavo" in nepolarni hidrofobni "rep", ki sta drug glede na drugega v dolžini približno 1: 4. Zaradi te strukture se v vodno okolje lipidi se ponavadi uredijo tako, da so nepolarni repi v stiku med seboj, polarne "glave" pa v stiku z vodo, zato lipidi v hidrofilnem okolju spontano tvorijo dvojno plast (dvosloj): hidrofobno območja so znotraj, hidrofilna področja pa zunaj. Ta organizacija lipidnih molekul ustreza stanju z najnižja vrednost Gibbsov potencial. Nastala bilipidna plast ne tvori robov, ampak se nagiba k zaprtju vase. Tako nastanejo na primer liposomi.
Membrane vsebujejo veliko število različnih beljakovin. Koncentracija membranskih proteinov je odvisna od vrste celice. Na primer, v mielinski ovojnici aksona je 2,5-krat manj beljakovin kot lipidov, v membrani eritrocitov pa je, nasprotno, 2,5-krat več beljakovin. Nekateri proteini se nahajajo na površini membrane (površinski proteini), drugi so delno potopljeni v lipidno plast ali prodirajo skozi membrano (periferni in integralni proteini).
Integralni proteini imajo tako kot lipidi lastnost amfifilnosti: del proteina, ki se nahaja v membrani, je sestavljen iz hidrofobnih aminokislin, običajno zavitih v spiralo; drugi del, ki štrli iz membrane, je sestavljen iz hidrofilnih aminokislin. Integralne beljakovine se v membrani zadržujejo zaradi hidrofobnih interakcij, poleg njih pa včasih tudi s pomočjo citoskeletnih molekul - mikrotubulov ali mikrofilamentov. Ogljikovi hidrati se lahko pritrdijo na konec integralnega proteina, ki štrli v zunajcelično okolje. Ti kompleksi, imenovani glikoproteini, so pogosto receptorji in igrajo vlogo pomembno vlogo V imunske reakcije telo. Primeri integralnih proteinov so protein fotoreceptorskih membran - bakteriorodopsin, ki sedemkrat prodre skozi membrano, protein eritrocitov - glikoforin, na katerega polipeptidno verigo so lahko pritrjeni različni oligosaharidi; ti glikoproteini določajo krvno skupino ABO. Mnogi integralni proteini tvorijo kanale, skozi katere lahko prehajajo vodotopne molekule in ioni. V tem primeru notranji del kanal vsebuje hidrofilne aminokislinske radikale.
Periferni proteini se lahko nahajajo znotraj in zunaj. zunaj membrane. Običajno so z membrano povezani z elektrostatičnimi interakcijami, torej veliko šibkejši kot integralni proteini, zato se številni periferni proteini zlahka odstranijo z membrane.
Debelina biološke membrane je 5-10 nm, kljub temu pa njihov delež v suhi masi celic presega 50%. To je razloženo z gostim pakiranjem komponent membrane, pa tudi z veliko skupno površino citoplazemskih in znotrajceličnih membran.
Vse naravne membrane so asimetrične, kar pomeni, da se iste lipidne molekule nahajajo na zunanji in notranje površine membrane v različnih koncentracijah. Lipidi teh dveh površin se praviloma razlikujejo po hidrofilnih glavah. Lastnost asimetrije je neločljivo povezana tudi z razporeditvijo membranskih proteinov. Na primer, komponente ogljikovih hidratov membranskih glikolipidov se nahajajo samo na zunanji strani celice. Asimetrija membran pogosto prispeva k dejstvu, da se transport snovi odvija samo v eni smeri.
Celične membrane opravljajo številne funkcije: bariera (razmejevanje), regulacija in zagotavljanje selektivne prepustnosti snovi, tvorba vmesnikov med vodno (hidrofilno) in nevodno (hidrofobno) fazo z namestitvijo encimskih kompleksov na te površine. Molekularna sestava membran, skupek spojin in ionov, ki se nahajajo na njihovi površini, se razlikuje od strukture do strukture. S tem dosežemo funkcionalno specializacijo celičnih membran. Vključitev receptorskih molekul v celično membrano jo naredi dovzetno za biološko aktivne spojine, kot so hormoni. Organele so sestavljene na membranah (glej “Golgijev aparat”) – to je sintetična funkcija membran. Prenos impulza (vzbujanja) v celici in telesu poteka tudi s sodelovanjem membranskih kompleksov.
Celična membrana(citoplazemska membrana ali plazmalema)
Plazemska membrana živalskih celic je sestavljena iz membrane, na zunanji strani katere je 10-20 nm debela plast glikokaliksa. Sestavljen je iz membranskih proteinov, ogljikohidratnih delov glikolipidov in glikoproteinov. Glikokaliks ima pomembno vlogo pri delovanju receptorjev in zagotavlja "individualizacijo" celice - vsebuje histokompatibilne receptorje.
Z notranje strani membrana meji na kortikalno (kortikalno) plast citoplazme z debelino 0,1-0,5 mikronov, v kateri ribosomov in veziklov ni, ampak v pomemben znesek obstajajo mikrotubule in mikrofilamenti, ki vsebujejo kontraktilne proteine.
Na prostem celična membrana uravnava stalno izmenjavo snovi med celico in okolju. Molekule prehajajo skozi membrane skozi tri različne procese: preprosto difuzijo, olajšano difuzijo in aktivni transport. Čeprav prepuščajo vodo, celične membrane ne prepuščajo večine v njej raztopljenih snovi. Takšne membrane imenujemo polprepustne ali selektivno prepustne. Difuzijo vode skozi polprepustne membrane imenujemo osmoza. Nepolarne (hidrofobne) snovi, topne v lipidih, prodrejo skozi membrano s preprosto difuzijo (vključno s kisikom). To je primer pasivnega transporta, katerega smer določa le razlika v koncentraciji snovi na obeh straneh membrane. Večina snovi, ki jih potrebuje celica, je polarnih in se prenašajo preko membrane s pomočjo transportnih nosilnih proteinov, potopljenih vanjo. Obstajata dve obliki transporta z uporabo beljakovin: olajšana difuzija in aktivni transport. Olajšano difuzijo povzroči koncentracijski gradient (koncentracijska razlika), po katerem se gibljejo molekule. Niti preprosta niti olajšana difuzija ne more nasprotovati koncentracijskemu gradientu. To sta dve vrsti pasivnega transporta snovi.
Prenos topljencev proti koncentracijskemu gradientu zahteva energijo in se imenuje aktivni prevoz. Eden najbolj raziskanih aktivnih transportnih sistemov je natrijeva-kalijeva črpalka(slika 8). Večina živalskih in človeških celic vzdržuje različne koncentracijske gradiente natrijevih in kalijevih ionov – v celici ostane nizka koncentracija Na + in visoka koncentracija K + ionov. To je potrebno za vzdrževanje celičnega volumna (osmoregulacija), za vzdrževanje električne aktivnosti v živčevju in mišične celice, kot tudi za aktivni transport drugih snovi, kot so aminokisline in sladkorji. Visoke koncentracije Kalijevi ioni so potrebni tudi za sintezo beljakovin in druge pomembne procese.
riž. 7. Vrste transmembranskega transporta
riž. 8. Diagram natrijevo-kalijeve črpalke
Različni materiali se lahko prenašajo skozi membrano z drugimi aktivnimi procesi − endocitoza(transport v celico) in eksocitoza(prevoz iz celice). Med endocitozo snovi vstopajo v celico kot posledica invaginacije plazemske membrane, nato pa se nastali vezikli z vsebino odcepijo od plazemske membrane in prenesejo v citoplazmo. Sproščanje snovi iz celice (eksocitoza) poteka podobno, le membrana tvori izbokline.
Ujemanje gostih delcev, kot so bakterije, se imenuje fagocitoza. veliko enocelični organizmi(na primer ameba) hranijo na ta način. Absorpcija topljencev se imenuje pinocitoza, ki ga najdemo tako v enoceličnih kot večceličnih organizmih. Čeprav se fagocitoza in pinocitoza na prvi pogled razlikujeta od membranskih transportnih sistemov, ki vključujejo nosilne molekule, imata isto osnovo. Vsi ti mehanizmi so odvisni od sposobnosti membrane, da »prepozna« določene molekule.
Protoplazma
Protoplazma celice zastopane jedro in citoplazma. Po drugi strani pa citoplazma vsebuje hialoplazme- tekoča vsebina citoplazme, v katero so potopljeni organoidi.
Pod elektronskim mikroskopom vse hialoplazme ima drobnozrnato strukturo; to je kompleksen koloidni sistem, ki lahko prehaja iz solnega (tekočega) stanja v gelasto (delo poteka med takšnimi prehodi). kemične spojine, vključno z encimi, kar kaže na njegovo vlogo v biokemični aktivnosti celice. Hialoplazma združuje vse celične strukture in zagotavlja njihovo povezovalno in ogrodno funkcijo, ki je lahko povezana z mikrotrabekularno mrežo, ki jo tvorijo tanka vlakna debeline 2-3 nm, ki prežemajo celotno citoplazmo.
Celično jedro
Jedro– zahtevana komponenta evkariontske celice(slika 9). V celicah, ki se razmnožujejo z delitvijo, je običajno razlikovati med dvema morfološkima stanjema jedra - interfazo (v intervalu med delitvami) in delitvijo. Oblika jedra v različne celice lahko tudi različne: sferične, elipsoidne, podkvaste itd. Večina človeških celic vsebuje eno jedro, vendar obstajajo dvojedrne (nekatere jetrne celice) in večjedrne (v vlaknih progasta mišičnega tkiva).
Celično jedro je sestavljeno iz membrane, jedrnega soka, nukleola in kromatina.
Jedrska ovojnica ločuje genetski material od citoplazme in uravnava tudi dvostranske interakcije med jedrom in citoplazmo. zgrajeno jedrsko ovojnico dve zaprti membrani, ločeni s perinuklearnim (perinuklearnim) prostorom, ki lahko komunicirata s tubuli endoplazmatskega retikuluma. Jedrska ovojnica je prežeta s porami s premerom 80-90 nm, obdanimi z nitastimi strukturami, ki se lahko krčijo. Sama pora je napolnjena z gosto snovjo. Ta kompleksna tvorba se imenuje kompleks por. Število por je odvisno od funkcionalno stanje celice. Večja kot je sintetična aktivnost v celici, večje je njihovo število. Ugotovljeno je bilo, da ne le molekule mRNA, temveč tudi velike molekule in ribosomski delci prehajajo skozi jedrsko ovojnico z aktivnim transportom s pomočjo posebnih nosilnih snovi. Ribosomi se nahajajo na površini jedrske membrane, zato tukaj poteka sinteza beljakovin. Pri delitvi jedrska membrana razpade na majhne vezikle, iz katerih se v hčerinskih celicah zgradijo jedrske membrane.
riž. 9. Shema zgradbe celičnega jedra (http://biology-of-cell.narod.ru): 1 – jedrska ovojnica (dve membrani – notranja in zunanja ter perinuklearni prostor), 2 – jedrska pora, 3 – kondenziran kromatin, 4 - difuzni kromatin, 5 – nukleolus, 6 – interkromatinska zrnca (RNP), 7 – periokromatinska zrnca (RNP), 8 – perikromatinska vlakna (PNF), 9 – karioplazma, jedrni sok
Osnova jedrski sok(karioplazme) so sestavljene iz beljakovin (vključno z nitastimi ali fibrilarnimi beljakovinami, ki so povezane s podporno funkcijo); Karioplazma vsebuje primarne produkte transkripcije genetskih informacij - heteronuklearne RNA (hRNA), ki se tukaj tudi predelajo in spremenijo v m-RNA.
Nukleolus- nemembranske strukture, v katerih pride do tvorbe in zorenja ribosomske RNA (rRNA). Geni rRNA zasedajo določena področja enega ali več kromosomov (pri ljudeh jih je 13-15 in 21-22 parov) - nukleolarni organizatorji, na območju katerega se oblikujejo nukleoli. Takšna področja v metafaznih kromosomih izgledajo kot zožitve in se imenujejo sekundarne zožitve.
Jedro vsebuje velikanske molekule prekurzorjev RKN, iz katerih nato nastanejo manjše molekule zrele RNK (3–5 % suhe teže nukleolusa) in beljakovin (80–85 % suhe teže) (filamentne ali fibrilarne, sestavina), kot tudi lipidi. V procesu zorenja se fibrile spremenijo v ribonukleoproteinska zrna (granule), ki predstavljajo zrnato komponento. Glavna funkcija nukleolusa je tvorba ribosomov. Pri delitvi nukleolus razpade, na koncu pa nastane na novo.
Strukture kromatina v obliki grudic, razpršenih v nukleoplazmi, so interfazna oblika obstoja celičnih kromosomov. Kromatin je sestavljen iz DNK v kompleksu z beljakovinami. Pri delitvi se verige DNK pretvorijo v kromosome, katerih število in oblika sta strogo specifični za vrsto.
Organele (organele)
Organeli so stalne strukture citoplazme, ki opravljajo vitalne funkcije v celici.
Organele so izolirane splošni pomen in posebno. Slednji so v znatnih količinah prisotni v celicah, specializiranih za opravljanje določene funkcije, vendar v majhna količina se lahko pojavi tudi v drugih vrstah celic. Sem spadajo na primer mikrovili absorpcijske površine črevesne epitelne celice, cilije epitelija sapnika in bronhijev, sinaptični vezikli, transportne snovi - nosilci. živčno razburjenje iz ene živčne celice v drugo ali celico delovnega organa, miofibrile, od katerih je odvisno mišično krčenje. Podroben pregled posebnih organelov je del tečaja histologije.
Organele splošnega pomena v živalskih in človeških celicah vključujejo elemente tubularnega in vakuolarnega sistema v obliki hrapavega in gladkega endoplazemskega retikuluma, Golgijev kompleks, mitohondrije, ribosome in polisome, lizosome, peroksisome, mikrofibrile in mikrotubule, centriole celičnega središča. .
Endoplazmatski retikulum (ER)
Endoplazmatski retikulum je omejen z membranami kompleksen sistem tubule, vakuole in cisterne, ki prežema celotno citoplazmo celice (slika 10). EPS je v različnih celicah neenakomerno razvit, kar je povezano z delovanjem slednjih.
Obstajata dve vrsti endoplazmatskega retikuluma: grobo(zrnate) in gladka(agranularni). Posebnost strukture grobe mreže je pritrditev ribosomov na njene membrane, zato opravlja funkcijo sinteze določene kategorije beljakovin, ki se večinoma odstranijo iz celice, na primer izločajo celice žleze. Na hrapavi EPS nastajajo tudi beljakovine in lipidi. citoplazemske membrane in njihovo montažo. Cisterne grobe mreže, gosto zapakirane v večplastno strukturo, so mesta najaktivnejše sinteze beljakovin in se imenujejo ergastoplazma.
Gladke EPS membrane so brez polisomov. Gladka ER je povezana s presnovo ogljikovih hidratov, maščob in drugih neproteinskih snovi, npr. steroidni hormoni(v spolnih žlezah, skorji nadledvične žleze).
Sl. 10. Endoplazmatski retikulum: 1 – cev, 2 – polisomi, 3 – vezikli, 4 – membrana, 5 – cisterne; aEPS – agraularni EPS, pEPS – prehodni EPS, grEPS – granularni EPS
Skozi tubule in cisterne se snovi, zlasti material, ki ga izloča žlezna celica, premikajo od mesta sinteze do območja pakiranja v granule. V predelih jetrnih celic, bogatih z gladkimi mrežnimi strukturami, škodljivo strupene snovi, nekatera zdravila (barbiturati). V mehurčkih in tubulih gladke mreže progastih mišic se shranjujejo (deponirajo) kalcijevi ioni, ki igrajo pomembno vlogo v procesu krčenja.
Za obe vrsti EPS je značilno začetno kopičenje sintetiziranih produktov in njihov kasnejši transport v različne dele celice, zlasti v Golgijev aparat.
Ribosomi
Ribosomi so sferični ribonukleoproteinski delci s premerom 20–30 nm, neomejeni z membrano, ki vsebujejo beljakovine in molekule RNA v približno enakem razmerju. Ribosomi se lahko prosto nahajajo v citoplazmi ali pa so pritrjeni na zunanjo površino membran endoplazmatskega retikuluma, v celičnem jedru in mitohondrijih. Vsak ribosom je sestavljen iz velike in majhne podenote s kompleksno konfiguracijo: mala je upognjena kot telefonska slušalka, velika je podobna zajemalki (slika 11). Njihova kombinacija se pojavi v prisotnosti messenger RNA (mRNA). Na mestu njihovega stika nastane ozka reža. Ena molekula mRNA običajno povezuje več ribosomov kot niz kroglic. Ta struktura se imenuje polisom.
Ribosomi nastajajo v jedrcih (glej »Jedrca«)
riž. 11. Ribosama: 1 – mala podenota, 2 – velika podenota
Sinteza beljakovin poteka na ribosomih. Poleg tega se na polisomih hialoplazme tvorijo beljakovine za lastne potrebe celice, na polisomih zrnate mreže pa se sintetizirajo beljakovine, ki se odstranijo iz celice in uporabijo za potrebe telesa (npr. prebavni encimi, beljakovine Materino mleko in tako naprej.).
Golgijev aparat (kompleks)
Golgijev kompleks vključuje tri glavne komponente:
Sistem ravnih rezervoarjev, omejenih z gladkimi membranami - diktiosomi;
Izhaja iz diktiosomov sistem tubulov, ki tvorijo kompleksno mrežo, ki obdaja in povezuje rezervoarje;
- vezikli(mehurčki), izvlečeni iz končnih delov cevi.
Membrane Golgijevega kompleksa imajo enako zgradbo kot zunanja celična membrana in membrane endoplazmatskega retikuluma. Vsi ti trije sestavni deli celice so med seboj povezani: vezikule (mehurčke) Golgijevega aparata celica uporablja za gradnjo plazmaleme. Sam kompleks nastane zaradi delovanja EPS (slika 12), kar dodatno dokazuje dejstvo, da se v kompleksu nahajajo encimi, med drugim tudi tisti, ki so povezani s sintezo polisaharidov in lipidov.
V diferenciranih celicah vretenčarjev in ljudi se diktiosomi običajno zbirajo v perinuklearni coni citoplazme.
V Golgijevem kompleksu se kopičijo odpadni produkti celice (organela je sposobna kopičiti celo strupene snovi, ki vstopajo v celico od zunaj), ki jih je treba odstraniti iz celice, prekrite z membransko membrano. Lizosomi nastanejo v lamelarnem kompleksu. Polipeptidi, ki nastanejo na ribosomih, vstopajo v kanale endoplazmatskega retikuluma in od tam v Golgijev aparat, kjer se v diktiosomih sintetizirajo polisaharidi, pa tudi njihovi kompleksi z beljakovinami (glikoproteini) in maščobami (glikolipidi). lahko nato najdemo v celični membrani glikokaliksa.
riž. 12. Interakcija in delovanje endoplazmatskega retikuluma in Golgijevega aparata (puščice označujejo usmerjen transport sintetiziranih snovi)
Pri sintezi sodeluje tudi Golgijev kompleks strukturne komponente celice kolagenskega tipa – komponenta vezivnega tkiva, ki ima določeno vlogo pri sintezi jajčnega rumenjaka, sintezi polisaharidov in lipidov.
Lizosomi
Lizosomi so vrečke s premerom 0,2-0,8 mikronov, omejene z eno membrano, ki so napolnjene z encimi kislih hidrolaz (več kot 40 jih je), ki delujejo kot encimi. prebavni sistem, katalizirajo razgradnjo nukleinskih kislin, beljakovin, maščob, polisaharidov. Lizosomi aktivno sodelujejo pri razgradnji snovi, ki vstopajo v celico s fagocitozo in pinocitozo. Zaradi encimov lizosomov se lahko posamezne celične strukture in celo cele celice med odmiranjem prebavijo. Celica, v kateri se nahajajo lizosomi, je zaščitena z membrano pred samoprebavo.
Glede na stopnjo aktivnosti so lizosomi razvrščeni na naslednji način (slika 13): primarni lizosomi(premer 100 nm) – neaktivni organeli, sekundarni - organele, v katerih poteka proces prebave Sekundarni lizosomi nastanejo iz primarnih. Razdeljeni so na heterolizosomi(fagolizosomi) in avtolizosomi(citolizosomi). V prvem se material, ki vstopi v celico od zunaj, prebavi s pinocitozo in fagocitozo, v drugem pa se uničijo lastne strukture celice, ki so dokončale svojo funkcijo. Sekundarni lizosomi, v katerih je prebavni proces zaključen, se imenujejo ostanki teles(telolizosomi). Nimajo hidrolaz in vsebujejo neprebavljene snovi.
Slika 13. Nastanek in delovanje lizosomov: 1 – fagosom; 2 – pinocitozni vezikel; 3 – primarni lizosom; 4 – Golgijev aparat; 5 – sekundarni lizosom
Mitohondrije
Mitohondrije(slika 14) - je dvomembranski organel, okrogle ali paličaste oblike, debel 0,5 µm in dolg do 5-10 µm. V večini živalskih celic se število mitohondrijev giblje od 150 do 1500, v ženskih zarodnih celicah pa njihovo število doseže več sto tisoč. Spermatozoidi pogosto vsebujejo en ogromen mitohondrij, spiralno zavit okoli aksialnega dela flageluma.
Zunanja membrana omejuje mitohondrije od hialoplazme. Notranja membrana tvori invaginacije v obliki listov ( cristas) ali cevasto ( tubule) notranja membrana deli votlino mitohondrija na dve komori, ki ustvarja medmembranski prostor med membranama in notranjim prostorom mitohondrija. matrika, v katerem najdemo zrna s premerom 20-40 nm. Akumulirajo kalcijeve in magnezijeve ione ter polisaharide, na primer glikogen. Matrika vsebuje organel lasten aparat za biosintezo beljakovin. Predstavljena je z 2-6 kopijami krožne molekule DNA brez histonov (kot pri prokariontih), ribosomov, niza prenosnih RNA (tRNA), encimov za replikacijo DNA, prepisovanje in prevajanje dednih informacij. Geni lastne DNA kodirajo nukleotidna zaporedja mitohondrijske rRNA in tRNA, pa tudi aminokislinska zaporedja nekaterih proteinov organele, predvsem njene notranje membrane. Aminokislinska zaporedja (primarna struktura) večine mitohondrijskih proteinov so kodirana v DNK celičnega jedra in nastanejo zunaj organele v citoplazmi.
Slika 14. Zgradba mitohondrijev
Mitohondriji vsebujejo sistem oksidativnih encimov, ki sodelujejo pri procesih celičnega dihanja. Vklopljeno zunanja membrana in v okoliški hialoplazmi potekajo procesi aerobne oksidacije ( glikoliza), in na notranji membrani (na strani, obrnjeni proti matrici) - oksidativno fosforilacijo– procesi, zaradi katerih organska snov Razgradijo se na vodo in ogljikov dioksid s sodelovanjem kisika. Sproščena energija se shrani v obliki ATP. Ta energija se le delno porabi za "notranje potrebe" in večina se porabi za procese, ki potekajo zunaj mitohondrija.
Med stranskimi funkcijami mitohondrijev je sodelovanje pri sintezi steroidnih hormonov in nekaterih aminokislin (na primer glutaminske kisline).
Celični center (centrosom)
Celični center(Slika 15) - brezmembranski organel, prisoten v celici centrioli(od 2 do 10), obdan z diferenciranim območjem citoplazme, ki se tvori centosfera. Običajno celični center se nahaja v geometrijskem središču celice, od tod tudi njegovo ime.
Centriole ima obliko "votlega" valja s premerom približno 150 nm in dolžino 300-500 nm. Njegovo steno tvori 27 mikrotubulov, združenih v 9 trojčkov, iz katerih segajo pravokotna telesca - sateliti, ki tvorijo centosfero. Prvi mikrotubul tripleta (A mikrotubul) ima premer približno 25 nm in debelino stene 5 nm, sestavljen iz 13 globularnih podenot. Dolžina vsakega tripleta je enaka dolžini centriola. Drugi in tretji (B in C) mikrotubula sta nepopolna, vsebujeta 11 podenot in tesno mejita na svoje sosede. Vsak triplet se nahaja pod kotom približno 400 glede na polmer takega valja. Poleg mikrotubulov centriol vključuje številne dodatne strukture. Iz A-mikrotubule segajo tako imenovani »ročaji«, izrastki, od katerih je eden (zunanji) usmerjen v mikrotubul C sosednjega tripleta, drugi (notranji) pa je usmerjen v središče valja. V diplosomu so centrioli nameščeni drug proti drugemu pod pravim kotom. Od dveh centriolov se ena imenuje "mati", druga se imenuje "hčerka", vzdolžna os slednje je pravokotna vzdolžna os matični organel je predstavljen v celicah, ki se delijo, celični center postane del kompleksne strukture delitvenega aparata. V celicah, ki se ne delijo, centrosomi določajo polarnost epitelijskih celic in se nahajajo v bližini Golgijevega aparata. Ta povezava centrosomov z Golgijevim aparatom je značilna za številne celice, vključno s krvnimi celicami in živčne celice. Pogosto centrosomi ležijo poleg jedra, ki se nahajajo v območjih njegove invaginacije. Na primer, v polimorfnih levkocitih (nevrofilcih) centrosom leži znotraj podkvaste invaginacije jedra. Centosfera v določenih fazah delitve izgine (v nekaterih celicah je sploh ni).
riž. 15. Celično središče: I – celično središče, II – centrilna struktura: 1 – centriol, 2 – mirotubuli, 3 – triplet, 4 – sateliti.
Funkcija centriolov vključuje tvorbo mitotskih vreten, ki jih tvorijo tudi mikrotubule, ki polarizirajo proces celične delitve in zagotavljajo ločevanje sestrskih kromatid (kromosomov) v anafazi mitoze.
Celični center sodeluje pri gradnji delitvenega vretena, tvorbi citoplazemskih mikrotubulov, cilij in flagel.
mikrotubuli - tubularne tvorbe različnih dolžin z zunanjim premerom 24 nm, širino lumna 15 nm in debelino stene približno 5 nm se nahajajo v glavni snovi citoplazme, vendar narava njihove lokacije v različnih celicah ni enako. Mikrotubuli imajo tudi vlogo strukturni elementi bički, migetalke, mitotično vreteno, centrioli.
Mikrotubuli so zgrajeni iz globularnega proteina tubulina. Mikrotubuli naredijo veliko različne funkcije. V prostem stanju mikrotubule opravljajo podporno funkcijo, določajo obliko celic in so tudi dejavniki smernega gibanja znotrajceličnih komponent; prehajajo v aksonih živčna vlakna, sodelujejo pri nastajanju niti vretena.
Mikrofilamenti se imenujejo dolge, tanke tvorbe, ki včasih tvorijo snope in se nahajajo po vsej citoplazmi. Več jih je različni tipi mikrofilamentov. Aktinski mikrofilamenti zaradi prisotnosti kontraktilnih proteinov (aktina) v njih veljajo za strukture, ki zagotavljajo celične oblike gibanja, kot je ameboid. Pripisujejo jim tudi vlogo ogrodja in sodelovanje pri organizaciji znotrajceličnih gibanj organelov in območij hialoplazme Vzdolž periferije celic pod plazmalemo, pa tudi v perinuklearni coni, najdemo snope mikrofilamentov debeline 10 nm. vmesni filamenti. V epitelijskih, živčnih, glialnih, mišičnih celicah, fibroblastih so zgrajene iz različnih beljakovin. Vmesni filamenti očitno opravljajo mehansko funkcijo gradnje aktinskih mikrofibril, vmesni filamenti pa so, tako kot mikrotubuli, zgrajeni iz podenot. Zaradi tega je njihova količina odvisna od razmerja procesov polimerizacije in depolimerizacije.
Mikrotelesca tvorijo skupno skupino organelov. To so vezikli, omejeni z enojno membrano s premerom 0,1-1,5 μm z drobnozrnatim matriksom in pogosto kristaloidnimi ali amorfnimi beljakovinskimi vključki. V to skupino spadajo zlasti peroksisomi. Vsebujejo encime oksidaze, ki katalizirajo tvorbo vodikovega peroksida, ki se nato zaradi toksičnosti uniči z delovanjem encima peroksidaze. Te reakcije so vključene v različne presnovne cikle, na primer v metabolizem Sečna kislina v jetrnih in ledvičnih celicah. V jetrni celici število peroksisomov doseže 70-100.
Ključne besede in pojmi: Kompartmentacija, lipidni dvosloj, plazmalema, pasivni transport, aktivni transport, natrijeva-kalijeva črpalka, eksocitoza, endocitoza, fagocitoza, pinocitoza, protoplazma, celično jedro, citoplazma, hialoplazma, kompleks por, jedrska ovojnica, karioplazma, nukleol, strukture kromatina, DNA, organeli, uh endoplazmatski retikulum (ER), gladek ER (agrularen), hrapav ER (garnularen), ergastoplazma, polisom, ribosom, Golgijev aparat (kompleks), diktiosom, lizosom, primarni lizosomi, sekundarni lizosomi, heterolizosomi (fagolizosomi), avtolizosomi, ostanki teles ( telolizosomi), mitohondriji, kriste, mitohondrijski matriks, tubuli, peroksisomi, glikoliza, celični center (centrosom), centriol, mikrotubuli, mikrofilamenti, oksidativna fosforilacija
Zgradba, ultrastruktura in delovanje celičnih organelov se trenutno preučuje z uporabo naslednjih glavnih metod: svetloba in elektroni, temno polje, fazni kontrast, polarizacija, luminiscenca mikroskopija, ki se uporablja za preučevanje strukture, ultrastrukture fiksnih celic in diferencialno centrifugiranje, ki omogoča izolacijo posameznih organelov in njihovo analizo s citokemičnimi, biokemičnimi, biofizikalnimi in drugimi metodami.
Svetlobna mikroskopija.
Načelo metode je, da žarek svetlobe, ki gre skozi predmet, vstopi v sistem leč objektiva in zgradi primarno sliko, ki se poveča s pomočjo leč okularja. Glavni optični del mikroskopa, ki določa njegove glavne zmogljivosti, je leča.
IN sodobni mikroskopi Leče so zamenljive, kar vam omogoča preučevanje celic pri različnih povečavah. Glavna značilnost Mikroskop kot optični sistem je njegova ločljivost, tj. sposobnost podajanja ločene slike dveh predmetov blizu drug drugega.
Slike, ki jih ustvari objektiv, lahko večkrat povečamo z uporabo močnega okularja ali na primer s projekcijo na zaslon (do 10 5-krat). Ločljivost svetlobnega mikroskopa je omejena z valovno dolžino svetlobe: krajša kot je valovna dolžina, večja je ločljivost. Običajno svetlobni mikroskopi uporabljajo vire svetlobe v vidnem območju spektra (400-700 nm), zato največja ločljivost mikroskopa v tem primeru ne sme biti višja od 200-350 nm (0,2-0,35 µm). Če uporabljate vijolično svetlobo (260–280 nm), lahko povečate ločljivost na 130–140 nm (0,13–0,14 mikronov). To bo meja teoretične ločljivosti svetlobnega mikroskopa, ki jo določa valovna narava svetlobe.
Vse, kar lahko svetlobni mikroskop kot pomožni pripomoček našemu očesu omogoči, je torej povečanje njegove ločljivosti za približno 1000-krat (prosto človeško oko ima ločljivost približno 0,1 mm, kar je enako 100 mikronom). To je »uporabna« povečava mikroskopa, nad katero bomo samo povečali konture slike, ne da bi na njej razkrili nove podrobnosti. Zato je pri uporabi vidne svetlobe končna meja ločljivosti svetlobnega mikroskopa 0,2–0,3 µm.
Elektronska mikroskopija.
Za skeniranje elektronski mikroskop material je pogosto zamrznjen, da nastane površina, prekrita z ledom. V tem primeru je odpravljena izguba vode in vodotopnih snovi, manjše pa so tudi kemične spremembe v strukturah. Pri analizi podatkov, pridobljenih z elektronskim mikroskopom, je treba upoštevati, da ta metoda preučuje statična stanja celice v trenutku hitre ustavitve gibanja citoplazme, ki jo povzroči vpliv fiksirnih kemikalij.
Mikroskopija v temnem polju.
Njegovo bistvo je, da kot drobci prahu v žarku svetlobe ( Tyndallov učinek) v celici ob stranski osvetlitvi zasijejo drobni delci (manj kot 0,2 mikrona), katerih odbita svetloba vstopi v mikroskopsko lečo. Ta metoda je bila uspešno uporabljena pri preučevanju živih celic.
Za določanje lokalizacije mest sinteze biopolimerov, za določanje transporta snovi v celici, za spremljanje migracije ali lastnosti posameznih celic se pogosto uporabljajo. metoda avtoradiografija - registracija snovi, označenih z izotopi. Na primer, s to metodo z uporabo označenih prekurzorjev RNA je bilo dokazano, da se vsa RNA sintetizira samo v interfaznem jedru, prisotnost citoplazemske RNA pa je posledica migracije sintetiziranih molekul iz jedra.
V citologiji različne analizne in preparativne metode biokemija. V slednjem primeru je mogoče dobiti različne celične komponente in preučiti njihovo kemijo, ultrastrukturo in lastnosti. Trenutno so skoraj vsi celični organeli in strukture pridobljeni v obliki čistih frakcij.
Eden od glavnih načinov poudarjanja celične strukture je diferencialno (separacijsko) centrifugiranje. Načelo njegove uporabe je, da je čas usedanja delcev v homogenat odvisen od njihove velikosti in gostote: večji ko je delec oziroma težji, hitreje se bo usedel na dno epruvete. Za pospešitev tega procesa sedimentacije se uporabljajo pospeški, ki jih ustvari centrifuga.
S ponavljajočim se frakcijskim centrifugiranjem mešanih podfrakcij lahko dobimo čiste frakcije. Pri finejšem ločevanju frakcij se uporablja centrifugiranje v gradientu gostote saharoze, kar omogoča dobro ločevanje komponent, ki se med seboj tudi malo razlikujejo. specifična težnost. Čistost nastalih frakcij je treba pred analizo z biokemičnimi metodami preveriti z elektronskim mikroskopom.
Kontrolna vprašanja:
1. Ravni organizacije žive snovi
2. Celična teorija organizacije organizmov
3. Raziskovalne metode v citologiji
4. Cilji in predmet citologije
5. Oblikovanje svetlobnega mikroskopa
6. Zgradba elektronskega mikroskopa
7. Varnostni ukrepi pri citološkem delu
8. Zahteve za pripravo biološkega materiala za citološke raziskave
9. Fiksne snovi, mehanizem delovanja
10. Citokemija, materialne zahteve in zmožnosti
11. Kvantitativna analiza (morfometrija), zahteve in zmožnosti
12. Artefakti v citologiji, načini objektivizacije rezultatov
1. Zavarzin A.A., Kharazova A.D. Osnove splošne citologije. - L., 1982.
2. Chentsov Yu.S. Osnove citologije. - M., 1984.
3. Shubnikova E.A. Funkcionalna morfologija tkiv. - M., Založba Moskovske državne univerze, 1981.