Цитологія
Дніпровський державний медичний університет
Гістологія, цитологія та ембріологія
Цитологія (cytoslogia < грец. kytos — посудина, ємність, клітина + logos — слово) — наука про будову, функції й розвиток клітин тварин і рослин, а також одноклітинних організмів і бактерій.
В основі будови і життєдіяльності організму лежать найменші одиниці живого – клітини.
КЛІТИ́НА – елементарна структурно-функціональна одиниця всіх живих організмів, яка має власний метаболізм, здатна до самостійного існування, самовідтворення і розвитку.
Систематичне вивчення клітини започатковано у 19 ст. із формулюванням клітинної теорії, авторами якої є нім. науковці М.-Я. Шлайден і Т. Шванн. Чере 50 років Нім. учений Р. Вірхов доповнив її.
Клітина — елементарна одиниця живого, основна одиниця будови, функціонування, розмноження і розвитку всіх живих організмів.
Клітини всіх одноклітинних і багатоклітинних організмів мають спільне походження і подібні за своєю будовою і хімічним складом, основними проявами життєдіяльності та обміном речовин.
Розмноження клітин відбувається шляхом їх поділу. Нові клітини завжди виникають з попередніх клітин.
У багатоклітинних організмів, які розвиваються з однієї клітини, різні типи клітин формуються завдяки їхній спеціалізації протягом індивідуального розвитку особин і утворюють тканини.
Із тканин формуються органи, які тісно пов'язані між собою.
Клітинна теорія
Types of cellular organization
Non-cellular organisms
viruses�virino�viroids�prions
bacteria�blue-green algae
mushrooms�plants�animals
Properties of a virus
Молекулярний
Надмолекулярний
Субклітинний
Клітинний
Тканинний
Органний
Системний
Організмовий
Рівні організації організму
Окрім Клітин, багатоклітинний організм побудован з гістологічних елементів(похідні клітин):
Неклітинні структури
Надклітинні структури
Постклітинні структури
Надклітинні структури
Симпласти — постійні неклітинні структури організму, що мають великий об’єм цитоплазми і багато ядер. До симпластів належать м’язові волокна посмугованої скелетної м’язової тканини.
Синцитії (сукліття) — тимчасові неклітинні структури організму. Вони виникають під час розвитку статевих клітин, коли поділ клітин повністю не завершується і дочірні клітини з’єднані між собою цитоплазматичними містками, які з часом зникають
Неклітинні структури
Міжклітинна речовина – продукт виділення самих клітин, вона виконує опорну функцію, забезпечує клітини поживними речовинами і зв'язки між ними.
Постклітинні структури
Оточені плазмолемою структури, що утворюються із звичайних клітин, але не містять ядра (інколи – органел).
Морфологія клітини
Цитолема
(клітинна оболонка)
Цитоплазма
Ядро
Структурні компоненти клітини
Біологічна мембрана
складає основу наступних структур:
цитолеми (клітинної оболонки),
мембранних органел
каріолеми (ядерної оболонки)
У 1972 р. американські дослідники С. Сингер і Г. Ніколсон розробили модель мембрани, яка на сьогодні є загальноприйнятною. Вона отримала назву “рідиннокристалічної моделі”.
Твердокаркасно-рідинно-мозаїчна модель
Рух фосфоліпідів в біологічній мембрані
Білки клітинної мембрани за функціями:
структурні,
ферментні,
транспортні,
рецепторні.
Білки клітинної мембрани
Функції плазматичної мембрани
Клітинна оболонка складається :
власне біологічна мембрана
зовнішня пластинка — глікокалікс
внутрішня пластинка — підмембранна, або кортикальна зона
Глікокалікс - «заякорені» в плазмолемі молекули олігосахаридів, моносахаридів, глікопротеїнів та гліколіпідів. Глікокалікс виконує рецепторну та маркерну функції, а також бере участь у забезпеченні вибірковості транспорту речовин та пристіночному (примембранному) травленні. Наявність глікоколіксу характерна для клітин тварин, зустрічається також у бактерій
Функції:
Рецепторна
Захисна
Забезпечнення вибіркового транспорту
Примембранне травлення
Маркерна, у т.ч. імунна та захист від новоутворень та сумісність при трансплантації
Клітинна адгезія
Регуляція запальних процесів
Запліднення
Ембріональний розвиток
Транспорт речовин крізь мембрани
Пасивний транспорт – такий вид транспорту відбувається за градієнтом концентрації і не вимагає витрат енергії.
Дифузія.
Полегшена Дифузія.
Осмос
Активний транспорт – такий різновид транспорту відбувається проти градієнтів концентрації і заряду, тому вимагає витрат енергії (витрачається АТФ).
Натрій-калієвий насос – це одна з найдослідженіших систем активного транспорту
Транспорт речовин крізь мембрани
Поглинання речовин (ендоцитоз) відбувається шляхом фагоцитозу , піноцитозу та рецептор-опосередкованому ендоцитозу
Клітинні контакти
МІЖКЛІТИННІ КОНТÁКТИ — з'єднання, що встановлюються між сусідніми клітинами у складі тканин та органів багатоклітинних організмів. Вони можуть бути різними як за формою, структурою, так і за забезпеченням контактів між клітинами.
Умовно поділяють на:
Простий контакт
Десомосома
Адгезивні контакти
Щільний контакт
Щілинні конта́кти або нексуси
Синапс
cytoplasm
Representative Animal Cell
Немембранні органели
Рибосоми
Рибосоми – невеликі гранулоподібні сферичні тільця, розміром від 15 до 35 нм. Рибосоми складаються із двох субодиниць, розташовані в цитоплазматичному матриксі або зв'язані з мембранами ендоплазматичної сітки. Основна функція – синтез білку
Cytoskeleton
мікротрубочки – білкові нитки з фіксованим діаметром, зібрані у пучки зі сталою кількістю.
Немембранні органели
Мікрофіламенти та мікротрубочки
A = actin, IF = intermediate filament, MT = microtubule
Cilia & Flagella
Мікроворсинки
Немембранні органели
Клітинний центр
Клітинний центр (центросома) – органела, що складається з двох дрібних утворень: центріоль і променевої сфери навколо них. Стінки циліндра складаються з 9 триплетів паралельно розташованих мікротрубочок, що утворені білками. Центріолі розміщуються перпендикулярно одна до одної.
Роль клітинного центра виявляється при поділі клітини. Центріолі беруть участь в утворенні мікротрубочок цитоскелета. Вони також формують базальне тіло, що лежить в основі джгутиків.
Centrioles
Протеасоми
Протеасо́ма (від англ. protease — протеїназа і лат. soma — тіло) — багатобілковий комплекс, що руйнує непотрібні або дефектні білки за допомогою протеолізу (хімічна реакція, при якій відбувається розрив пептидних зв'язків) до коротких пептидів (4—25 амінокислотних залишків).
MEMBRANOUS ORGANELLES
Одномембранні органели, їх функції та будова
Ендоплазматична сітка —система плоских мембранних мішків або трубчастих утворів, з яких формується своєрідна мембранна сітка всередині цитоплазми всіх клітин. Є гранулярна й агранулярна ендоплазматичні сітки.
Гранулярна представлена замкненими мембранами, які утворюють сплющені мішечки, цистерни або мають вигляд трубочок. З боку гіалоплазми її мембрани вкриті рибосомами.
Агранулярна ендоплазматична сітка має подібну будову, але не має рибосом.
Ендоплазматична сітка швидко реагує на найменші ушкодження клітини, бере участь у синтезі білка, виконує транспортну роль (по ній пересуваються й розподіляються синтезовані органічні речовини), забезпечує зв'язок між внутрішньоклітинними структурами тощо.
Одномембранні органели, їх функції та будова
Комплекс Гольджі (Апарат Гольджі )складається з цистерн та везикул.
.
Функції комплексу Гольджі:
1) нагромадження і модифікація синтезованих макромолекул;
2) утворення складних секретів і секреторних везикул;
3) синтез і модифікація вуглеводів, утворення глікопротеїдів;
4) КГ відіграє важливу роль у відновленні цитоплазматичної мембрани шляхом утворення мембранних везикул і наступного злиття з клітинною оболонкою;
5) утворення лізосом;
6) утворення пероксисом.
7) формування акросоми сперматозоїда під чассперматогенезу;
8) вітелогенез - процес синтезу і формування жовтка в яйцеклітині
Одномембранні органели, їх функції та будова
Лізосоми – дрібні сферичні органоїди клітини діаметром 1 мкм, оточені плазматичною мембраною. Вони містять гідролітичні ферменти, які можуть розщеплювати жири, білки, вуглеводи тощо. Лізосоми беруть участь у перетравлюванні речовин.
Пероксисо́ма —клітинна органела (раніше відома як мікротільце), оточена єдиною мембраною.Пероксисоми наявні в цитоплазмі практично усіх еукаріотичних клітин. Вони містять окиснювальні ферменти, серед яких маркерним є каталаза.
Одномембранні органели, їх функції та будова
Двомембранні органели, їх функції та будова.
Мітохондрії — двомембранні органели клітин еукаріотів, органели синтезу АТФ. Утворені двома мембранами близько 7 нм завтовшки. Зовнішня мембрана відокремлює мітохондрії від гіалоплазми. Внутрішня мембрана відмежовує власне внутрішній вміст мітохондрії, її матрикс. Внутрішня мембрана робить численні випинання всередину матриксу — плоскі, іноді галузисті гребені — кристи. В матриксі мітохондрій є молекули ДНК й мітохондріальні рибосоми. Основна функція мітохондрій пов'язана з окисненням органічних сполук і використанням вивільнюваної енергії для синтезу АТФ (енергетичні станції клітини
або органели клітинного дихання).
ЯДРО
Ядерна оболонка
Ядро відокремлене від цитоплазми подвійною ядерною мембраною, між шарами якої розташований перинуклеарний простір 20-60 нм. Оболонка пронизана порами.
�Ядерце
nucleolus
ЯДРО�
Генетичний матеріал в інтерфазному ядрі знаходиться у вигляді хроматину (комплекс ДНК та білків та невеликої кількості РНК). До складу хроматину входять гістонові та негістонові білки.
Хроматин
Рівні компактизації ДНК:
В ядрах клітин тіла (соматичних клітинах) міститься повний, подвійний набір хромосом. Такий набір називається диплоїдним і позначається 2n. В ядрах статевих клітин з кожної пари гомологічних хромосом присутня лише одна. Такий набір називається гаплоїдним і позначається n.
На різних ділянках хромосоми спіралізація хроматину неоднакова. З цим пов'язана різна інтенсивність забарвлення окремих ділянок хромосоми. Більш спіралізовані та інтенсивно забарвлені ділянки
(гетерохроматин) виконують структурну функцію. Менш спіралізовані та слабо забарвлені ділянки (еухроматин)
виконують інформативну функцію.
Життєвий цикл клітини – це період онтогенезу від народження клітини (ділення) до загибелі або наступного поділу.
Клітинний (мітотичний) цикл – це період життя клітини від одного поділу до другого.
Клітинний цикл складається з трьох головних стадій:
• Інтерфаза.
G1 -фаза – постмітотична (пресинтетична)
S-фаза – синтетична
G2 -фаза – постсинтетична (премітотична)
• Мітоз (каріокінез).
• Цитокінез.
СПОСОБИ ПОДІЛУ КЛІТИНИ: МІТОЗ
мітоз (грец. мітос – нитка) – непрямий поділ клітини, переважний тип поділу соматичних клітин еукаріот . Дочірні клітини, що утворюються при мітозі, генетично ідентичні материнській
Профаза
Метафаза
Анафаза
Телофаза
Профаза
Метафаза
Анафаза
Телофаза
Цитокінез
2n 4c
4n 4c
(2n 2c) 2
2n 2c
2n 4c
Значення мітозу:
1) Генетична стабільність. В результаті мітозу утворюються дві дочірні клітини, які містять стільки ж хромосом, скільки їх було в батьківській клітині.
2) Ріст. У результаті мітозів кількість клітин в організмі збільшується.
3) Лежить в основі безстатевого розмноження, регенерації та заміщення клітин.
АМІТОЗ
Амітоз – прямий поділ клітини, за якого генетичний матеріал не подвоюється і розподіляється (рівномірно або нерівномірно) між дочірніми клітинами
Характерний для деяких одноклітинних організмів
Зустрічається у хрящевій, сполучній тканинах, у ракових клітинах
Ендомітоз – збільшення кількості хромосом. Виникає в результаті того, що після поділу хромосом, поділ ядра не відбувається. Так утворюються поліплоїдні ядра. При ендомітозі клітини продовжують свою життєдіяльність.
Політенія – збільшення кількості хромонем. Утворюються гігантські хромосоми (виявлені у слинних залозах личинок двокрилих).
Розмноження – це здатність організмів відтворювати собі подібних.
Мейоз – це спосіб поділу статевих клітин еукаріот, в результаті якого хромосомний набір зменшується в два рази. Мейоз відбувається при утворенні сперматозоїдів та яйцеклітин у тварин і при утворенні спор у більшості рослин.
Мейоз складається з двох послідовних поділів:
• Редукційного;
• Екваційного.
Інтерфаза – 1. Відбувається редуплікація ДНК. Кожна хромосома складається з двох хроматид. 2n4c.
Редукційний поділ складається з 4-х фаз:
1) Профаза – 1. Профаза –1складається з 5 стадій:
Лептонема – стадія довгих, тонких, слабоспіралізованих хромосом.
Зигонема – стадія попарного сполучення гомологічних хромосом (кон'югація).
Пахінема – стадія товстих ниток. Гомологічні хромосоми з'єднуються в біваленти. Між гомологічними хромосомами відбувається кросинговер (обмін
алельними генами).
Диплонема – гомологичні хромосоми починають відштовхуватися.
Діакінез – відштовхування гомологічних хромосом продовжується, але вони ще з'єднані своїми кінцями.
Наприкінці профази-1 хромосоми максимально спіралізовані, центріолі мігрують до полюсів. Навколо кожної центріолі утворюється веретено поділу. Ядерця і ядерна мембрана розчиняються. Хромосоми попадають в цитоплазму, 2n4c.
2) Метафаза – 1. Біваленти хромосом вишиковуються з обох боків від екватора. Нитки веретена поділу прикріплюються до центромер хромосом тільки з одного боку, 2n4c.
3) Анафаза – 1. Нитки веретена поділу скорочуються и цілі хромосоми розходяться до полюсів клітини, 2n4c.
4) Телофаза – 1. Хромосоми переміщуються до полюсів клітини, деспіралізуються, потоншуються та їх вже не видно. Нитки веретена руйнуються. У кожного полюса навколо хромосом утворюється ядерна оболонка, появляється ядерце. Цитоплазма ділиться, утворюється дві клітини. Набір генетичного матеріалу в кожному ядрі – 1n2c.
Таким чином, у результаті редукційного поділу утворюється дві клітини, в яких набір хромосом – гаплоїдний, а кількість ДНК ще подвоєна (кожна хромосома складається з двох хроматид).
Інтерфаза – 2. Коротка. В ній відсутній S-період.
Екваційний поділ складається з 4-х фаз:
1) Профаза – 2. Хромосоми спіралізуються, вкорочуються, потовщуються. Центріолі розходяться до полюсів клітини. Навколо кожної центріолі утворюються веретено поділу. Ядерця та ядерна мембрана руйнується. Хромосоми попадають в цитоплазму, 1n2c.
2) Метафаза – 2. Хромосоми вишиковуються на екваторі. Нитки веретена поділу прикріплюються до їх центромер з обох сторін, 1n2c. .
3) Анафаза – 2. Кожна центромера поділяється на дві. Хроматиди відходять одна від одної. Нитки веретена поділу відтягують дочірні хромосоми до протилежних полюсів, 2n2c.
4
4) Телофаза – 2. Хромосоми переміщуються до полюсів клітини, деспіралізуються, подовжуються та їх вже не видно. Нитки веретена руйнуються. У кожного полюса навколо хромосом утворюється ядерна оболонка, з'являється ядерце. Відбувається цитокінез. В результаті мейозу з однієї клітини з диплоїдним набором хромосом утворюється 4 клітини з гаплоїдним набором хромосом, nc.
Значення мейозу:
1) В результаті мейозу статеві клітини мають гаплоїдний набір хромосом. Це забезпечує постійну кількість хромосом в зиготі для кожного виду.
2) Мейоз забезпечує комбінативну мінливість організмів за рахунок: • кросинговеру.
• незалежного комбінування негомологічних хромосом.
3) В результаті мейозу всі клітини відрізняються комбінацією гомологічних хромосом і складом генів в них.
Статеві клітини (гамети) виконують функцію передачі спадкового матеріалу від батьків до нащадків.
Клітинна смерть
Межа Хейфліка. Середньостатистична клітина ділиться близько 50–70 разів, перш ніж померти. У міру поділу клітини теломери на кінці хромосоми стають меншими.
Клітинна смерть
Клітинна смерть
Клітинна смерть
Апопто́з (від дав.-гр. απόπτωσις — опадання, листопад[2]) — найпоширеніший тип запрограмованої клітинної смерті. Іншими словами — це сукупність клітинних процесів, що призводять до загибелі клітини. На відміну від іншого виду клітинної смерті — некрозу — при апоптозі не відбувається руйнування цитоплазматичної клітинної мембрани і, відповідно, вміст клітини не потрапляє в позаклітинне середовище.
Клітинна смерть
ДЯКУЮ ЗА УВАГУ!