Цитология

Цитология – науказаклеткатапроф. д-р Пепа Атанасова

КлеткаКлетката– е основна структурна, функционална и метаболитнаединица на организма;– е отворена, саморегулираща се, самообновяваща се исамовъзпроизвеждаща се биосистема– претърпява еволюция чрезслучайни мутацииподбор на генетична информацияКлетъчна теория на Шлайден и ШванК. е елементарна единица на животаКлетъчната организация е основна форма на съществуванеК. са подобни по своя строеж в различните тъканиК. се размножават чрез деленеК. са взаимосвързани и съподчинени

Вътрешна морфология на клеткатаРазлични по строеж и функция клетъчни подразделения. Структури– Цитозол протоплазма, хиалоплазма– Плазмалема клетъчна мембрана, цитолема– Клетъчни органели - мембранни - ядро, ЕР, Голджи,(задължителни) митохондрии,лизозоми,пероксизоми,покрити мехурчета- немембранни - рибозоми,цитоцентър, микрофиламенти– Клетъчни органели миофибрили, ресни, камшичета(специализирани)– Цитоплазмени включения - гликогенни зърна,– (девтоплазма, параплазма) - липидни капки,– - пигментни зърна

Химичен състав на клеткатаВода 90%, намалява с възрастта– свободно или свързано състояние (хидратационна)– вътреклетъчна– извънклетъчна– екзогенна– ендогеннаОрганични съединения– нискомолекулни - мономериаминокиселини, монозахариди, нуклеотиди, глицерол– високомолекулни- полимерибелтъци - структурни, транспортни, хормони, ензимилипиди- прости, сложни липиди, производни на липидивъглехидрати - моно-, ди-, полизахариди (гликани)нуклеинови киселини - ДНК, РНК (рибозомна,информационна, транспортна)

ПЛАЗМАЛЕМА (КЛЕТЪЧНА МЕМБРАНА)ПЛАЗМАЛЕМАТА (от гр. plasma, нещо образувано + eilema, калъф) е най-древната, най-дебелата, най-асиметричната и най-богатата на въглехидрати биомембрана, коятоограничава исвързва клетката с нейното микрообкръжение(екстрацелуларен матрикс, други клетки),осъществява избирателно и двупосочно (вкл. и чрезпреносители) трафика на вещества през нея,обменя информация (контактна, дистантна) и има каталитични, рецепторни, разпознавателни и защитни функции.Тя участва и в образуването на специализирани структури поапикалната, контактните и базалната повърхност на клетката.

Клетъчна мембранаГранична повърхност на клетката - 8-10 nm (ЕМ)– отделя и свързва клетката с околната средаМодели на клетъчната мембрана– Трислоен модел (“сандвич”)- Давсън и Даниели,1935 два белтъчни слоя междинен билипиден слой с– хидрофилен (външен) полюс– хидрофобен (вътрешен) полюс - J. D. Roberson - 1954 г.“unit membrane”

Клетъчна мембрана– Флуиден мозайковиден модел - Сингери Никълсън, 1966-701. два липидни слоя2. свързани с тях глобуларни белтъци–интегрални - свързани с двата липиднислоя–полуинтегрални - свързани с единиялипиден слой–примембранни - доближени до единияслой3. Въглехидрати

Биомембрани - определение,химичен състав, ултраструктура,взаимоотношения и функции

Химичен състав Липиди - 64% Белтъци - 35% Въглехидрати - 1%Притежава отрицателно заредена външнаповърхност от СООН и РО4Съдържа редица ензими - АТР-аза, АФ-аза,РНК-аза, цАМФ-аза

ХИМИЧЕН СЪСТАВ НА БИОМЕМБРАНИТЕА. ЛИПИДИ - един бислой, дебел 5нм А. ЛИПИДИФОСФОЛИПИДИ (до 75%): ХОЛЕСТЕРОЛс хидрофилна главас две хидррофобни опашки видове: фосфатидилетаноламин фосфатидилхолин сфингомиелин фосфатидилсерин фосфатидилинозитол функции – латерално движение, ротация, flip-flopс хидрофилна главаедна хидрофобна опашкав съотношение до 1:1 сфосфолипидите функции – намалявапропускливостта намембраната за малкимолекули

Мембранни липидиТри основни вида в биологичните мембрани1. Фосфолипиди - най-много, гръбнака на биологичнитемембрани, амфипатични Ф. образуват спонтанно двоен липиден слой без хидрофобникраища поставени във вода Ф. са диглицериди, в чиято основа стои глицеролхидрофилна част - свързана с С3 на глицеролахидрофобна част - свързана с С1 и С2 на глицерола2. Холестерол - амфипатичен вмъкнат между Ф. на билипидния слой роля в модулирането на структурата и флуидността набиологичните мембрани3. Гликолипиди - липиди с прикачени захари винаги във външния слой на мембраната важни за взаимодействието клетка-клетка и клетка-матрикс допринасят за отрицателния заряд на клетъчната повърхност

ХИМИЧЕН СЪСТАВ НА БИОМЕМБРАНИТЕБ. ПРОТЕИНИ около 50% от масата на биомембранатаИНТЕГРАЛНИ (ТРАНСМЕМБРАННИ) преминаващи еднократно преминаващи повече от един път

Мембранни белтъциІ. Три групи в биологичните мембрани1. Интегрални амфипатични свързват двата липидни слоя при отсраняване мембраната се разрушава2. Полуинтегрални амфипатични свързани само с единия липиден слой при отсраняване мембраната се разрушава3. Примембранни асиметрично по повърхността на мембраната свърват се с интегрални белтъци, с други примембраннибелтъци или с полярните главови групи на фосфолипидитеІІ. Гликопротеини - повечето от мембранните белтъци.Олигозахаридният им участък се разполага по външнатаповърхност на мембраната

Мембранни белтъци1. Клетъчни рецептори разположени мозайковидно по мембраната свързват специфични сигнални молекули (лиганди) разпознаването на принципа на комплементарността2. Транспортни белтъци молекули преносители - свързват АА, монозахариди, йони конексони - пренос на йони и нискомолекулни съединения3. Свързващи белтъци - закрепват клетките една за друга калцийзависими калцийнезависими4. Трандукторни белтъци - посредници между клетъчнитерецептори и аденилциклаза (образуване на вторичен посредник)5. Ензими - над 30. Най-важни АФ-аза, АТФ-аза

ФУНКЦИИ НА МЕМБРАННИТЕПРОТЕИНИТРАНСПОРТНИ ПРОТЕИНИ преносители - свързват се сразтворените вещества и ги пренасят канални протеини – образуватхидрофилни пори – за бърз транспорт найони и нискомолекулни съединения

ФУНКЦИИ НА МЕМБРАННИТЕ ПРОТЕИНИРЕЦЕПТОРНИ ПРОТЕИНИ –осъществяват пренос навещества, необходими заразлични регулаторнимеханизми в клеткатаЛИГАНДИ невротрансмитерни хормонални имунорецептори ендоцитозни рецептори

ФУНКЦИИ НА МЕМБРАННИТЕ ПРОТЕИНИЕНЗИМИ - над 30 Алкална фосфатаза Аденозин-3-фосфатаза

ХИМИЧЕН СЪСТАВ НА БИОМЕМБРАНИТЕВ. ВЪГЛЕХИДРАТИГЛИКОЛИПИДИ 5% от външниямонoслой асиметрични липидната част е есамо във външниямонослой въглехидратната часте в междуклетъчнотопространствоВ. ВЪГЛЕХИДРАТИГЛИКОПРОТЕИНИ въглехидратната часте винаги вмеждуклетъчнотопространство

ГЛИКОКАЛИКС (от гр. glyko < glykys, сладък + kalyx, обвивка) еспецифичен за отделните видове клеткиразлично изразен подебелина,изглед,електронна плътност ихимичен състав - гликопротеинен PASпозитивенслой по външната повърхност наплазмалематаосъществяваобменни,свързващи,разпознавателни изащитни функции.Трудно е да се определи къде завършваплазмалемата и къде започва гликокаликса.

МикровилиСветлинно-микроскопскиизглед –“ЧЕТКОВИДНА ГРАНИЦА”

МикровилиЕлектронномикроскопскиизглед

МикровилиЕлектронно-микроскопски изглед

МикровилиСърцевина, състояща сеот 20-40 актиновифиламенти,свързани помежду си сфимбрин и вилин;отстрани с плазмалемата– с минимиозинотдолу – с други актиновифиламенти, триизмернамрежа под плазмалемата– cell cortex (чрезприкрепващия белтъкспектрин)

Гънки по плазмалематаПо базалната повърхност (базални гънки)Функция – интензивен трансмембранен транспорт

Гънки по плазмалематаПо апикалната повърхност(интрацелуларни канали)Функция - увеличаване наповърхността заспецифичните нужди наклетката.

Междуклетъчни свързвания Просто свързване –(временно или постоянно)с адхезивни молекули сесвързват гликокаликситена две съседни клетки(без структурнаспециализация) Интердигитации – смеханична и резорбтивнафункция Комплекс отмеждуклетъчни контактиZonula occludens+ Zonulaadhaerens+Maculaadhaerens

Междуклетъчни свързвания Интердигитации – с механична и резорбтивнафункция

ВидовеМеждуклетъчни свързванияБариерни контакти Zonula occludens(tight junction) –плътносвързване Fascia occludens– плътна ивица Macula occludens– плътно петно

Междуклетъчни свързванияБариерни контакти Zonula occludens (tight junction) –плътно свързване - приближаванена двете мембрани и пълносливане чрез трансмембраннияпротеин оклудинФункция – предпазва от дифузиятана по-големи молекули;улеснява преминаването на помалкитемолекули и йони;предпазва от проникването наклетки в междуклетъчнотопространство

Zonula adhaerensмежду клетките –кадхеринвътре в клетките– актиновимикрофиламенти,свързани садхезивнимолекулиМеждуклетъчни свързванияАдхезионни контакти

Свързвания между клетките иструктурите на междуклетъчнотовещество ХемидесмозомаПлака –десмоплакинФиламенти -цитокератиновиТрансмембранен протеин -интегрин

Междуклетъчни свързванияКомуникационни контакти Цепковиден контакт –nexus, gap junction(електричен синапс)Междуклетъчнотопространство е 2 - 4 нмПлощта на нексуса е 1 кв.мкмТръбести образуванияconnexons в дветесрещулежащи плазмалеми,състоящи се от 6 белтъчнисубединици конексини

ЦИТОСКЕЛЕТ (КЛЕТЪЧЕН СКЕЛЕТ) Цитоскелетът (от гр. кytos - клетка, кухина + лат.skeleton - скелет; характерен e само за еукариотната клетка във връзка сувеличаване на нейния обем и усложняване наструктурата й; елементите му (микрофиламенти, интермедиернифиламенти, микротубули) се прикрепват къмплазмалемата и се свързват един с друг чрез протеини,като образуват сложно и динамично триизмерновътрешно скеле в състояние на комплектоване иразкомплектоване, но с чести периоди на стабилноствъв връзка с поддържане на формата на клетката (соглед нейните функции), закотвяне на клетките,улесняване на клетъчната подвижност и транспорта насъединения и структури навсякъде из матрикса, както иразделянето му на функционално обособени полета.

Цитоскелет – микрофиламенти,интермедиерни филаменти и микротубули.Цитоскелетът е изграден от структурни протеини – микрофиламенти (d 5-7 nm,изградени от протеина актин), интермедиерни филаменти(d 10 nm, изградени от 6 главнипротеини, специфични за основнитевидове клетки) микротубули (d 25 nm, изградени отпротеинови димери ά и β тубулин),отговарят за поддържане или промяна на формата на клетката движение вътре в клетката и за придвижването на цялата клетка или на нейничасти спрямо околната среда.

Микрофиламенти(актинови филаменти)2 спираловидно усуканивериги (F актин) с диаметър5-7 нм, изградени отглобуларния белтък (Gактин) с +край (нарастване)-полимеризация и с –край (разграждане)-деполимеризация,директен контрол наполимеризация от Са ++ и циклична АМФ

Микрофиламенти(актинови филаменти)Функцииобразуват триизмернамрежа под плазмалемата –cell cortex (чрез различниприкрепващи белтъци) анкирин – еритроцити филамин – тромбоцити винкулин – фибробласти дистрофин – мускулниклетки

Интермедиерни филаментиВътреклетъчни филаменти с диаметър 7-11нмМономери с централно разположенфибрилерен протеин (ά-спирала) и дваглобуларни края, по които се различаватМономерите полимеризират и се свързват вснопове – ТОНОФИЛАМЕНТИчрез асоциращи протеини

Интермедиерни филаментиИнтермедиернитефиламенти биват: Кератинови Виментиноподобни НеврофиламентиКератинови – вепителните клетки,свързани с десмозомии хемидесмозоми

Интермедиерни филаменти Неврофиламенти – внервните клетки Интермедиернифиламенти съществувати в ядрото – повътрешния лист наядрената мембрана,изградени от протеинителамин А, В и С

Mикротубули В цитоплазмения матрикс свободни и образуващи центрoзомите нацитоцентъра и митотичнотовретено; В цитоплазменитеизрасртъци реснички камшичета

Mикротубули Микротубулниорганизиращи центрове: цитоцентър базални телца центромери нахромозомитеВидове микротубули стабилни динамични(колхицин, колцемид,винбластин, винкристин)

Клетъчен център (центрозома).Центриоли. Клетъчният център(центрозомата) е задължителеннемембранен, чифтен органелсъс сложна микротубулнаструктура, разположен близо доядрото и комплекса на Голджи.Открит от Хертвиг през 1875 г. Изпълнява организираща роляпо отношение на: образуване на делителнотовретено направляване на подрежданетона тубулите в подвижнитересничките и камшичетата.

Клетъчен център (центрозома).Центриоли.Светлинно-микроскопскиизглед:центриола илидиплозома с d=0.2-0.4мкм(една или две гранули)центросфера – слабобагреща се цитоплазмаастросфера – лъчистиуплътнения нацитоплазмата –(сателити – сферичнитела с d=40 нм,прикрепени с нишки къммайчината центриола)

Клетъчен център (центрозома).Центриоли.Електронно-микроскопски изглед:

Клетъчен център(центрозома). Центриоли Всяка центриола има d=0.15 -0.20мкм Всяка центриола е изградена оттриплети по формулата: (9 х 3) + 0 Микротубулите са А, В и С (С сесвързва с А) Центриолите не се делят, а серазвиват от старите Сателитите на майчинатацентриола играят ролята намиротубулно-организационницентрове

Клетъчен център (центрозома). Центриоли.

Клетъчен център (центрозома). Центриоли.

Клетъчен център (центрозома). Центриоли.

Незадължителни клетъчниорганелиМиофибрили

Клетъчни включвания Структурно обособени отлагания навещества в цитоплазмата в резултат на физиологично или патологичнопротичащи процеси, променливи по количество и различни по химична природа (полизахариди,липиди, протеини, вкл. кристали; пигменти).Продукти са на самата клетка – анаболитни иликатаболитни или са постъпили отвън. Не вземат участие в обменните процеси наклетката, но при нужда могат да се използват отнея (девтоплазма или параплазма). Такива са:Гликогенови гранулиЛипидни капкиКристалоидни включванияПигментни включвания

Клетъчни включванияГликогенови гранули

Клетъчни включванияЛипидни капки

Клетъчни включванияКристалоиднивключвания

Клетъчни включванияПигментни включвания – ендогеннипорфириновижелезнимеланиновилипофусциновиПигментни включвания – екзогенни

Трансмембранен транспорт1. Молекулен транспорт Пасивен транспорт - не се консумира енергияДифузия - от по-висока към по-ниска концентрацияФилтрация - при различие в хидростатичното наляганеОсмоза - вода от по-ниско към по-високо осмотично налягане Активен транспорт - калиево-натриева помпаКонсумация на енергия - от АТФНаличие на транспортни белтъциПридвижване срещу електрохимичен градиент Улеснен транспорт - при електрически заредени молекулипермеази - белтъци носители

Трансмембранен транспорт2. Цитоза - преминаване на големи количествавещества чрез изменения в клетъчната мембрана Ендоцитоза - вдаване на мембраната в цитоплазманаФагоцитоза - твърди частициПиноцитоза - течности Течно-фазова пиноцитоза - липсват покритимехурчета Рецептор-медиирана ендоцитоза - покритимехурчета с участието на белтъка клатрин

Цитоплазма.Цитоплазмени органели

ЦитоплазмаЦитоплазмата на еукариотната клетка представлявапростраството между плазмалемата и ядрото.Цитоплазмени компоненти.Мембранни и немембранни органели /задължителни испециализирани/ , включения, филаментозни структури,частици.Цитозол. Средата, в която са разположени цитоплазменитекомпоненти.Съставена е от вода, йони, метаболити, вкл. Аминокиселини инуклеотиди, белтъци, молекули от рода на глюкоза и АТФ.

ЦитоплазмаОсновни биосинтетични пътища. В клеткитесъществува разделение на труда, при което различнитеорганели са свързани със специфични метаболитнипроцеси.Органелите в един биосинтетичен път са свързани чрезвезикуларен транспорт.Везикуларен транспорт;Белтъчен биосинтетичен пътЗЕР - апарат на Голджи - складиранеМембранен фосфолипиден биосинтетичен пътГЕР - ЗЕР - други органели чрез везикули

Цитоплазмени органелиЕндоплазмен ретикулум (ЕР)- 1955 Портър, Клод и Фулъм описват ЕМ му строеж.Мембранна органела, съставена от непрекъснативзаимосвързани отдели, наречени цистерни.Съвокупност он цитоплазмени мембрани, заграждащисистеми от каналчета, вакуоли и цистерни, които савзаимно свързани.Кухини 20-50 нмЕР мембрана - 50% от общия мембранен обем в клетката.Състав - 60% белтък, 40% липиди,ензими – глюкозо-6фосфатаза, кисела фосфатаза,естераза.

Произход - клетъчна, ядрена,предшестваща ендоплазменамембрана.Локализация – вс. клетки, безеритроцитиДве морфологично и функционалноразлични структури- гладък и зърнест ЕР.

А. Гладък (агрануларен) ретикулум.Морфология. Система от свързани приплеснати сакове итръбички (~7 nm) с гладка повърхност.Локализация – в клетките, синтезиращи гликоген,липиди,стероиди, напречнонобраздени мускулни влакнаФункция.- Синтез на липиди, стероидни хормони, полизахариди,гликоген.- Транспорт на вещества в клетката- Участие във възбудните процеси чрез освобождаванена Са++- Образуване на Сl – йони на солната киселина отпристенните клетки в стомаха- Обезвреждане на вредни вещества

Б. Зърнест (гранулиран) ретикулум.Гарние /1897/ - ергастоплазмаМорфология. Система от мембрани, заграждащикухини широки до 10 nm.Рибозоми по външния лист, които му придаватзърнист вид.Свързан е с ядрената мембрана.Оцветява се от - основни /хематоксилин/ ---базофилияи - метахроматични бои (РО4-).

ЕНДОПЛАЗМЕНИЯТ РЕТИКУЛУМ участва втранспорта на синтезираните в негосъединения до комплекса на Голджи

Разпространение. Във всички клетки.Изобилно в белтък-синтезиращи клетки.Локализания в клетките.Равномерно (хепатоцити), на купчинки(неврони), базално в цитоплазмата при някоиполярни клетки базално (серозни ацини)Функция – синтез на белтъци

Белтък-синтезираща функция на зърнестия ретикулум.

Зърнест ретикулум. Транспорт на белтъци.

Апарат на ГолджиГолджи 1898 – импрегнация на неврони –“мрежест апарат”Импрегнация със соли на тежки метали– мрежа около ядротоЕлектронен микроскоп:Морфология. Мрежа от приплеснати мембранниструктури: цистерни и свързани с тяхвакуоли и везикули.Често близо до ядрото.

1. Цистерни. Кухини с ширина 50 – 200 nm.Свързвани с обработването на молекулите.2. Вакуоли. 200-300-нмПо срещуположната на ЗЕР страна на АГ.Свързани с концентрацията и транспорта накрайни продукти до крайното им място3. Везикули. 30-50 нмГолям брой по страната на АГ, ориентирана къмЗЕР.Свързани с придвижването на молекули от ЗЕРкъм АГ.

Морфологична и функционална полярност наАГа. Проксимална част - cis- или повърхностна образуванеб. Дистална част – trans- или повърхност назреенев. Различен химичен състав на двете частиПълно подновяване на АГ 20-40 мин.

Функции на АГ 1.вътреклетъчен транспорт, синтез, кондензиранеи пакетиране на секреторния продукт 2.крайно гликолизиране и синтез нагликопротеини 3.сулфатиране на редица вещества 4.образуване на клетъчната мембрана исъставките на гликокалекса 5. метаболизиране на липопротеините 6.вътреклетъчен транспорт на калциеви йони 7. образуване на лизозомните мембрани 8. участие в синтеза на меланина

МитохондрииМембранна органела типична за всяка клетка.Свързана с образуване на АТФ.~1000/клетка. Повече в области с повишенметаболизъм.Видими със светлинен микроскоп – като нишкии зърнаMitos - нишкаChondros – зърноДиаметър – 0,1 – 0,5 µ , дълги 0,2-6 µ

Светлинен микроскопВитално – оцветени с янусово зеленоСлед фиксация на клетката – с кисел фуксин по АлтманМорфология Електронен микроскоп:- с железен хематоксилинДве мембрани, очертаващи два различни отдела.Имат различна форма.1. Външна мембрана. Гладка, пореста, съдържаметаболитни ензими, както и траспортния белтък поринПопускливост на мембраната.2. Вътрешна мембрана. Образува нагъвания - cristae,повишена способност за образуване на АТФ.Непропусклива за йони - изисква активентранспорт.

3. Митохондриални отдели.А. Междумембранно пространство.Б. Матрикс - заобиколен от вътрешната мембрана.Съдържа:Елекронно плътни гранули 20-50 нм,митохондриални рибозоми, ензими,Са++, РО4++ и други ++ йон,РНК - самообновяване.

Вътрешна мембранаНа равни разстояния, в посока към матрикса саразположени сфери, нар. елементарни телца / оксизоми/.- сферична глава – 9 нм- цилиндрично стъбло – 4/5 нм- основа – 11 нм. Тя е неразделна част от вътрешнатамитохондриална мембрана.Оксизомите са място на окислително фосфорилиране.Образуване на митохондриите- чрез делене на предшестващи, на 10 дни- де ново

Набъбване на митохондриите – припромяна на интензитета на дишанетоиокислително-редукционните процеси. Патологични процеси в митохондриите: - загуба на кристи - вакуолизиране - уплътняване на матрикса - намаляване броя на митохондриите

Функция на митохондриитеПроизводство на АТФ. Цикъл на Кребс.Окисление на мастни киселини,окислително фосфорилиране.

МИТОХОНДРИИТЕ участват и вкатаболизма на липиди,синтеза на стероиднисъединения (хормони),натрупване на резервнилипопротеини в жълтъчнитеклъбца на женската половаклетка в развитие,обмяната на желязото,топлопродукцията,кодирането и биосинтеза нанякои протеини.

ЛИЗОЗОМИ ЛИЗОЗОМИТЕ (Л) (от гр. lysis, разтваряне + soma, тяло) сазадължителен,едномембранно ограничен,нееднороден (първични, вторични, третични Л) имножествен органел, който служи за разграждане на попаднали в клеткатависокомолекулни съединения, цели клетки иличасти от тях, както и на нейни собствениструктури или екстрацелуларен матрикс(износени, в излишък и пр.) чрез ензимнихидролитични реакции в кисела среда. ЛИЗОЗОМИТЕ СА ОРГАНЕЛИ ЗАВЪТРЕКЛЕТЪЧНО СМИЛАНЕ И ОБОРОТ НАСТРУКТУРИТЕ НА КЛЕТКАТА!!!

ЛИЗОЗОМАЛНИ БОЛЕСТИ Болест на Гоше (Gaucher) –натрупване на цереброзиди в МФС Болест на Тей-Закс (Tay-Sachs) –натрупване на ганглиозиди в ЦНС Болест на Ниман-Пик (Nieman-Pick) – натрупване на сфингомиелин Болест на Фабри (Fabry) –натрупване на гликолипиди Болест на Хурлер (Hurler) –натрупване на мукополизахариди Болест на Помп (Pompe) –натрупване на мукополизахариди в ЦНС Inclusion-cell-desease – липсватвсички лизозомални ензими

ПЕРОКСИЗОМИ ПЕРОКСИЗОМИТЕ (от гр. peroxide, прекис + soma, тяло) сазадължителен,едномембранно ограничен,сферичен,различен по големина,с умерен по плътност еднороден илидребнозърнест матрикс,множествен органел, който е специализиран в някои окислителни процеси (вкл.β – окисление на дълговерижни мастни киселини) и вразграждане на образуващия се при тях опасен заклетката водороден прекис от ензима каталаза.