Тема № 3. Цитология – наука о клетках

Клетка как элементарная частица живой материи. Клетка – открытая саморегулирующаяся система. Способность к постоянному избирательному обмену веществ и энергии с окружающей средой. Характеристики клетки: способность к росту, размножению и реакции на внешние воздействия. Свойства клетки программировать и передавать наследственные признаки от родителей детям. Генетический код.

Одноклеточные и многоклеточные организмы. Системы клеток в многоклеточных организмах.

Форма клеток. Связь формы с выполняемой функцией (пластинки, призмы, шары, веретена; униколярные, биполярные и звездчатые клетки). Отростки выросты клеток и их способность к передвижению.

Размеры клеток: мелкие (эритроциты), средние (саматические), большие (яйцеклетки).

3.1. Жизненные процессы в клетке.

Метаболизм – постоянный обмен веществ между клеткой и окружающей средой. Ассимиляция – процесс усвоения веществ, поступающих из внешней среды. Образование составляющих клетки. Диссимиляция – процесс распада живой материи. Освобождение энергии, необходимой для жизнедеятельности организма.

Рост клеток. Увеличение размера клеток на основе обмена веществ. Преобладание ассимиляции над диссимиляцией.

Развитие клетки. Качественные изменения. В динамике уменьшение количества воды, снижение интенсивности обмена веществ. Накопление продуктов обмена.

Дифференциация клеток – структурное и функциональное расхождение клеток в ходе эмбрионального развития. Специфика временных механизмов дифференциального развития различных типов клеток. Значение для биоинженерии.

Раздражительность: способность клетки отвечать на воздействия внешней и внутренней среды определенными активными реакциями. Ее проявления: волнообразные колебания клеточной мембраны, перемещение по цитоплазме составляющих клеток, движение самой клетки, изменения уровня процессов метаболизма в ответ на изменения околоклеточной среды (химического состава, РН, температуры и т.д.). возбуждение – способность клеток и тканей отвечать на раздражение. Реакция клеток на раздражитель: сокращение, выделение секрета. Движение – характерная форма проявления раздражимости у клетки. Раздражители: физические (механические, температурные, электрические и др.), химические (соли, кислоты, щелочи) и биологические.

Старение и отмирание клеток. Снижение интенсивности обмена веществ. Замедление ассимиляции. Два следствия нарушения обмена веществ: (1) деление и образование молодых клеток с повышенным обменом веществ; (2) отмирание клеток.

3.2. Морфология и функции клетки.

Клеточная оболочка. Плазмалемма (цитолемма). Биологические мембраны. Цитоплазма. Вязкость. Тургор.

Гиалоплазма – жидкая внутренняя среда.

Органеллы – постоянные составляющие части цитоплазмы; выполняющие определенные функции. Общие и специальные органеллы.

Комплекс Гольджи - распределительная и выделительная система.

Митохондрии-энергетические станции клети.

Эндоплазматическая сеть (цитоплазматическая) – часть общей метаболической системы клетки.

Рибосомы – центры синтеза белковой молекулы. Места синтеза и функционирования. Свободные рибосомы.

Лизосомы – гидролитическая функция.

Центросома – образование фибриллярных структур; создание цитоскелета и подвижных органелл; образование веретена при делении клеток.

Реснички и жгутики.

Микроворсинки.

Цитоплазматические включения – необязательные компоненты клетки. Включения: трофические, секреторные, пигментные.

Ядро – центр управления жизнедеятельностью клетки. Функции ядра: хранение генетической информации; реализация генетической программы построения и функционирование цитоплазмы клетки. Контроль всех обменных процессов. Составляющие ядра: оболочка (кариолемма), ядерное вещество (кариоплазма), хроматин и микротельце (ядрышко). Фаза деления клетки и ядрышко. Типы клеток: акариотические, прокариотические и эукариотические.

Химический состав живой клетки. Молекулярные основы биохимии и физиологии клетки.

Поверхность клетки и процессы обмена со средой. Динамическая система. Неустойчивое равновесие. Клеточная проницательность. Диффузия молекул. Транспорт веществ через оболочку клеток: пассивный и активный трансмембранный транспорт. Избирательная проницаемость мембраны (1) барьер проницаемости; (2) активный захват и выброс клеткой веществ. Фагоцитоз и пиноцитоз. Современная научная гипотеза о наличии во всех клетках системы канальцев. Значение исследований переноса веществ в клетку и из нее для биоинженерии.

Роль клеточной поверхности в межклеточных контактах и в обмене.

3.3.Контакты и сцепления клеток между собой (1) кратковременный контакт подвижных клеток с другими клетками (2) длительный или постоянный контакт неподвижных клеток с соседними клетками.

Физико-химические механизмы межклеточных контактов. Взаимодействия клеток на уровне зонконтакта.

Агрегация и дезагреагация клеток. Клеточные комплексы. Дезагрегация эмбриональной ткани. Реагрегация. «Клеточная социология». Узнавание клеткой генетически инородных элементов, с которыми она контактирует. Воссоздание новых комплексов клеток в культуре En vitro. Избирательность изолированных клеток при выборе элементов, с которыми соединяются вновь. Механизмы управления процессом новообразования групп клеток.

3.4. Общая физиология секреторной активности клеток. Секреция – эвакуация из клетки продуктов для нее бесполезных, но нужных сообществу клеток – организму. Ограничение производства секрета. Экзокринная и эндокринная секреция.

Образование секрета. Анаболитический (конструктивный) обмен. Дифференциация секреторных клеток. Необходимость энергии: для синтеза различных веществ; для движения ионов против градиента концентрации. Четыре стадии секреции: образование секрета, накопление секрета, выделение секрета из клетки, начало нового цикла. Продукт секреции в виде: пузырьков (в растворе), зерен (твердый продукт). Изучение процесса секреции с помощью (1) микроскопа и (2) радиоактивных изотопов и авторадиографии. Гистологическое и цитологическое исследование процесса секреции. Параллельность биохимических процессов при образовании секрета. Перспектива попыток синтеза цитологических и молекулярных уровней изучения механизмов образования секрета.

Выделение продукта секреции из клетки. Типы секреции. (1) Мерокриновая секреция – выброс из клеток во внешнюю среду содержимого вакуоли через образующееся в ней отверстие. (2) Апокриновая секреция – отделение безъядерных фрагментов и выделение в межклеточное пространство, где эти фрагменты дезинтегрируются, а продукты их распада используются. Сопровождение при этом типе секреции выработанного продукта выбросом части цитоплазмы. (3) Голокриновая секреция – секретирующая клетка полностью дегенерирует, выработанные ею продукты находятся в совокупности с составляющими погибшей клетки. Значение этих процессов для биотехнологии.

Механизмы управления секрецией. Классификация желез: непрерывно секретирующие и накапливающие секрет. Нейрогуморальная регуляция секреции.

Жизненный цикл любой клетки: (1) период интерфазы, (2) период деления. Три способа деления клеток: (1) прямое деление (амитоз), (2) непрямое деление (митоз), (3) редукционное деление (мейоз).