Основы микроэкологии

План

• Введение
• 1. Понятие о цитологии
• 2. Положения клеточной теории
• 3. Методы исследования клетки
• 4. Классификация клеточных органелл
• 5. Механизмы повреждения клеток
• 6. Старение и гибель клетки
• Заключение
• Список использованной литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

               Из среды других биологических наук цитология выделилась почти сто лет назад. За это время практическое и теоретическое значение достижений цитологии только возрастает.               Появляются новые сферы, в которых используются достижения цитологии.

               Цитология занимает центральное положение в ряду биологических дисциплин, так как клеточные структуры лежат в основе строения, функционирования и индивидуального развития всех живых существ, и, кроме того, она является составной частью гистологии животных, анатомии растений, протистологии и бактериологии.

 

Животная клетка: а)под микроскопа  б) под световым микроскопом.

                Живая клетка - это тот универсальный уровень биосистем, на котором все разнообразие функций, присущих организмам любой сложности, проявляется в минимальном количестве связей и отклонений. Клетка  как  целостная система осуществляет свою деятельность в среде, обеспечивающей ее существование и функционирование, перестраивая,  организовывая  свои  элементы - субклеточные единицы различного уровня -  в  зависимости  от характеристик среды.  Важно подчеркнуть, что функции субклеточных органелл не строго детерминированы, поэтому они  могут участвовать в  различных внутриклеточных процессах.  Главной функцией клетки является осуществление обмена со средой  веществом, энергией  и  информацией,  что подчинено в конечном счете задаче сохранения клетки как целого при изменении  условий существования.

              От нарушения элементарных структур клетки и их  функций к патологии клетки как элементарной саморегулирующейся живой системе и  к  патологии клеточных образований,  объединённых конечной функцией - таков путь познания  структурной  основы  патологии человека.

 

1. Понятие о цитологии

Цитология ( греч.kutoc – « вместилище », здесь: « клетка» и logoc – « учение», «наука») – раздел биологии, изучающий живые клетки, их органоиды, их строение, функционирование, процессы клеточного размножения, старения и смерти. Изучает строение и функции клеток, их связи и отношения в органах и тканях у многоклеточных организмов, а также одноклеточные организмы. Цитология занимает центральное положение в ряду биологических дисциплин - она тесно связана с гистологией, анатомией растений, физиологией, генетикой, биохимией, микробиологией и др. Изучение клеточного строения организмов было начато  XVII в.

Антони Ван  ЛЕВЕНГУК, ГУК Роберт, Марчелло МАЛЬПИГИ

ГУК Роберт (18 июля 1635, Фрешуотер, о. Уайт -- 3 марта 1703, Лондон) английский естествоиспытатель, разносторонний ученый и экспериментатор, архитектор. Открыл (1660) закон, названный его именем. Высказал гипотезу тяготения. Сторонник волновой теории света. Улучшил и изобрел многие приборы, установил (совместно с Х. Гюйгенсом) постоянные точки термометра. Усовершенствовал микроскоп и установил клеточное строение тканей, ввёл термин «клетка».

ЛЕВЕНГУК (Leeuwenhoek) Антони Ван (1632-1723) нидерландский натуралист, один из основоположников научной микроскопии. Изготовив линзы с 150-300-кратным увеличением, впервые наблюдал и зарисовал (публикации с 1673) ряд простейших, сперматозоиды, бактерии, эритроциты и их движение в капиллярах.

МАЛЬПИГИ (Malpighi) Марчелло (1628 - 94) итальянский биолог и врач, один из основателей микроскопической анатомии. Открыл капиллярное кровообращение. Описал микроскопическое строение ряда тканей и органов растений, животных и человека.

Понятие о клетке.

• Клетка - элементарная живая система, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию.

• Клетка - это основа строения и жизнедеятельности всех животных и растений.

• Клетки существуют и как самостоятельные организмы, и в составе многоклеточных организмов.

2. Положения клеточной теории

1. Клетка - основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого.

2. Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ.

3. Размножение клеток происходит путем их деления, и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки.

4. В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам их регуляции.

3. Методы исследования клетки

Первым цитологическим методом была микроскопия живых клеток.

Современные варианты прижизненной или витальной световой микроскопии -- фазово-контрастная, люминесцентная, интерференционная и другие -- позволяют изучать движение, деление, форму клеток и строение некоторых её структур.

Под рентгеновскими и лазерными микроскопом.

Детали строения Клетки обнаруживаются лишь после специального контрастирования, что достигается окраской убитой клетки.

Новый этап изучения структуры клетки -- электронная микроскопия, дающая значительно большее разрешение структур клетки по сравнению со световой микроскопией.

4. Классификация клеточных органелл

Цитоплазма (от цито... и плазма), внеядерная часть протоплазмы клетки, то есть внутреннее содержимое клетки без ядра Термин «цитоплазма» предложен Э. Страсбургером (1882).

Мембранные органеллы: митохондрии, ЭПС, комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы.

Немембранные органеллы: рибосомы, микрофиламенты, микротрубочки и их производные.

Объем цитоплазмы у клеток неодинаков: в лимфоцитах он примерно равен объему ядра, а в клетках печени цитоплазма составляет 94% общего объема.

Формально в цитоплазме различают три части: органоиды, включения и гиалоплазма. Органоиды -- обязательные для любой клетки компоненты, без которых клетка не может поддерживать свое существование.

Гиалоплазма (от «hyalinе» -- прозрачный) -- это основная плазма, истинная внутренняя среда клетки, содержащая, кроме различных ионов неорганических соединений, ферменты, участвующие в синтезе органических соединений.

Ядро - обязательная составная часть клетки у простейших, многоклеточных животных и растений, содержащая хромосомы и продукты их деятельности. По наличию или отсутствию в клетках ядра все организмы делят на эукариот, имеющих четко оформленное ядро, и прокариот (отсутствие ядерной оболочки).

В ядре хранится наследственная информация клетки. Гены, содержащиеся в хромосомах, играют главную роль в передаче наследственных признаков в ряду клеток и организмов.

Ядро управляет синтезами всех белков и через них -- всеми физиологическими процессами в клетке.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) - внутриклеточный органоид, представленный системой плоских цистерн, канальцев и пузырьков, ограниченных мембранами.

ЭПС обеспечивает главным образом передвижение веществ из окружающей среды в цитоплазму и между внутриклеточными структурами.

Впервые ЭПС была выявлена в 1945 американским ученым К. Портером методом электронной микроскопии.

Клеточный центр и центриоли клетки:

• ЦЕНТРИОЛИ - две (иногда более) цилиндрические структуры диаметром ок. 0,15 мкм, образующие клеточный центр всех животных и некоторых растительных клеток. При делении клетки центриоли расходятся к ее полюсам, определяя ориентацию веретена деления.

• ВЕРЕТЕНО ДЕЛЕНИЯ-- система микротрубочек в делящейся клетке, обеспечивающая расхождение и строго одинаковое (при митозе) распределение хромосом между дочерними клетками.

 Комплекс Гольджи

• Гольджи комплекс(по имени К. Гольджи), представляет собой стопку мембранных мешочков и связанную с ними систему пузырьков. На наружной, вогнутой стороне стопки из пузырьков (отпочковывающихся, по-видимому, от гладкой эндоплазматической сети) постоянно образуются новые цистерны, на внутренней стороне цистерны превращаются обратно в пузырьки.

• Основной функцией аппарата Гольджи является транспорт веществ в цитоплазму и внеклеточную среду, а также синтез жиров и углеводов, в частности, гликопротеина муцина, образующего слизь, а также воска, камеди и растительного клея. Аппарат Гольджи участвует в росте и обновлении плазматической мембраны и в формировании лизосом.

 Плазматическая  мембрана

Служит не только механическим барьером, но, главное, ограничивает свободный двусторонний поток в клетку и из нее низко- и высокомолекулярных веществ.

Плазматическая мембрана в клетках всех живых организмов устроена одинаково. Ее толщина составляет 8 нм. Она состоит из сплошного двойного слоя липидных молекул. Молекулы белков встраиваются в слой липидов, располагаясь как на его внешней и внутренней поверхностях, так и в его толще. центриоль клетка цитология органелла

Митохондрии (от греч. mitos -- нить и chondrion -- зернышко, крупинка), органеллы животных и растительных клеток. В митохондрии протекают окислительно-восстановительные реакции, обеспечивающие клетки энергией. Число митохондрий в одной клетке от единиц до нескольких тысяч.

У прокариот отсутствуют (их функцию выполняет клеточная мембрана).

Лизосомы (от lysis -- разложение и греч. soma -- тело) представляют собой мембранные мешочки, наполненные пищеварительными ферментами. Особенно много лизосом в животных клетках, здесь их размер составляет десятые доли микрометра. Лизосомы расщепляют питательные вещества, переваривают попавшие в клетку бактерии, выделяют ферменты, удаляют путём переваривания ненужные части клеток.

Лизосомы также являются «средствами самоубийства» клетки: в некоторых случаях (например, при отмирании хвоста у головастика) содержимое лизосом выбрасывается в клетку, и она погибает.

Рибосомы - очень мелкие органоиды клетки, образованные рибонуклеиновыми кислотами и белками. Каждая рибосома состоит из двух частиц - малой(2) и большой(1). Образуются рибосомы в ядрышке, после чего поступают в цитоплазму. Основной функцией рибосом является синтез белков.

5. Механизмы повреждения клеток

Молекулярные механизмы повреждения клеток, приводящие к их смерти, очень сложны. Так же как существует много причин повреждения клеток, так и нет общего, единого механизма их смерти. Хотя точку приложения повреждающего агента не всегда удается определить, известны четыре наиболее чувствительные внутриклеточные системы. Во-первых, поддержание целостности клеточных мембран, от чего зависит ионный и осмотический гомеостаз клетки и ее органелл, во-вторых, аэробное дыхание, включающее окислительное фосфорилирование и образование АТФ, в-третьих, синтез ферментов и структурных белков, в-четвертых, сохранение генетического аппарата клетки. Структурные и биохимические элементы клетки настолько тесно связаны, что повреждение в одном месте приводит к обширным вторичным эффектам. Например, нарушение аэробного дыхания повреждает натриевый насос, который поддерживает ионно-жидкостный баланс, что в свою очередь вызывает нарушение внутриклеточного содержания ионов и воды. Морфологические изменения выявляются только после того, когда нарушения биологической системы клетки проходят некий критический уровень, причем развитие морфологических признаков смертельного повреждения клетки занимает больше времени, чем появление обратимых изменений. Например, набухание клетки обратимо и может развиться в течение нескольких минут. Однако достоверные светооптические изменения, свидетельствующие о смерти клетки, обнаруживаются в миокарде лишь через 10--12 ч после тотальной ишемии, хотя и известно, что необратимые повреждения наступают уже через 20--60 мин. Естественно, ультраструктурные повреждения будут видны раньше, чем светооптические.

 Сравнение клетки по  возросту 25 лет 55 лет.

Реакция клеток на повреждающие воздействия зависит от типа, продолжительности и тяжести последних. Так, малые дозы токсинов или непродолжительная ишемия могут вызвать обратимые изменения, тогда как большие дозы того же токсина и продолжительная ишемия приводят к немедленной гибели клетки или медленному необратимому повреждению, приводящему к клеточной смерти. Тип, состояние и приспособляемость клетки также влияют на последствия ее повреждения. Для ответа клетки на повреждение важны ее гормональный статус, характер питания и метаболические потребности. Поперечнополосатая мышца голени в покое, например, может обойтись без кровоснабжения, а сердечная мышца -- нет. Одни и те же концентрации токсина, например четыреххлористого углерода, могут быть безопасными для одного индивидуума, но приводят к гибели клеток печени у другого, что объясняют содержанием в печени ферментов, расщепляющих четыреххлористый углерод до нетоксичных продуктов.

     Наибольшую известность получила классификация,  предложенная в 1972 году И.А.Аловым:

     

      _I тип .. Повреждение хромосом: задержка клеток в профазе; нарушение спирализации и деспирализации хромосом;  образование мостов между хромосомами в анафазе;  раннее разъединение сестринских хроматид; повреждение кинетохора.

      _II тип ..  Повреждение митотического  аппарата:  задержка развития митоза в метафазе; рассредоточение хромосом в метафазе; полая метафаза; многополюсные митозы; асимметричные митозы; моноцентрические митозы; К-митозы.

      _III тип ..  Нарушение цитотомии:  преждевременная цитотомия, задержка цитотомии; отсутствие цитотомии.

     Можно считать  установленным,  что  задержка  вступления клеток  в митоз возникает в основном в связи с нарушением их метаболизма,  в частности синтеза нуклеиновых кислот и  белков,  а нарушение хромосом при репродукции клетки, обнаруживаемое в условиях патологии - вследствие разрыва цепей ДНК и расстройства репродукции ДНК хромосом.

 

6. Старение и гибель клетки

Большинство клеток раньше или позже начинают проявлять признаки старения и погибают. Эти процессы происходят на протяжении всей жизни организма и даже в эмбриональный период. В стареющих клетках накапливается специальный пигмент «изнашивания», что является следствием ухудшения с возрастом выделения из клетки плохо растпоримых веществ. В числе прочих веществ накапливаются липиды. В ряде тканей увеличивается количественное содержание кальция. Происходят и другие изменения химизма клетки. Все это приводит к снижению функциональной активности и всех жизненных проявлений клетки.

Смерть клетки связана с необратимым прекращением процессов жизнедеятельности. Но обычно это не одномоментный акт. Внутриклеточные процессы останавливаются постепенно и не одновременно в различных органоидах.