ЕЕ МЕТАБОЛИЗМА (НА ПРИМЕРЕ СИНТЕЗА БЕЛКА

В процессе жизнедеятельности клетки постоянно происходит взаимодействие всех ее структур, что и обеспечивает все функции и периоды жизни клетки.

Синтез белков клеткой — необходимое условие ее существования и обеспечения регуляторных функций. В синтезе белков в клетке участвуют ядро и органеллы цитоплазмы.

В ядре происходит траскрипция участка ДНК — построение иРНК на матрице ДНК. Синтезированная молекула иРНК содержит информацию о последовательность аминокислотных остатков в будущей молекуле белка. Кроме транскрипции в ядрышке ядра образуются субъединицы рибосом из рРНК, синтезированного на ядрышковом организаторе и белка, который поступает в ядро из цитоплазмы.

Субъединицы рибосом выходят в цитоплазму и соединяются с мембранами ЭПС или располагаются свободно. Функция рибосом — трансляция — синтез полипептидной цепи на матрице иРНК, которая поступает в цитоплазму из ядра. В трансляции участвуют все виды РНК: тРНК приносят к рибосомам фосфорилированные аминокислоты, рРНК входят в состав рибосом, иРНК являются источником информации о первичной структуре белка.

Свободные рибосомы обеспечивают синтез структурных белков, а также идущих на нужды самой клетки. Рибосомы, связанные с гранулярной эндоплазматической сетью, синтезируют экспортные белки. Из гранулярной ЭПС белок поступает в комплекс Гольджи, где синтезируются сложные соединения — липопротеиды, гликопротеины, ферменты. Сложные соединения упаковываются в мембранные пузырьки, становятся секреторными гранулами или лизосомами, которые затем отщепляются от комплекса Гольджи и транспортируются в цитоплазме с помощью компонентов цитоскелета. Секреторные гранулы экзоцитозом выводятся наружу или накапливаются в клетке.

В синтезе небелковых веществ (липидов, углеводов) участвуют ядро, иРНК, свободные рибосомы, на которых синтезируются ферменты биосинтеза небелковых веществ (молекулы ДНК содержат в себе информацию о первичной структуре белков, рРНК, тРНК; синтез небелковых веществ зависит от наличия белков-ферментов, катализирующих различные биохимические реакции). Ферменты синтеза небелковых веществ поступают в каналы гладкой ЭПС или гиалоплазму, где происходит синтез углеводов и липидов. Эти вещества направляются затем в комплекс Гольджи, где подвергаются процессингу, сульфатированию, модификации, уплотнению, усложнению и включаются в состав гранул.

Синтез веществ сопровождается большим потреблением энергии, которую в виде молекул АТФ синтезируют митохондрии.

Большая роль в целенаправленном перемещении веществ принадлежит цитоскелету и разделению цитоплазмы клетки на отсеки — компартменты.

РЕАКТИВНЫЕ СВОЙСТВА КЛЕТОК, ИХ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЕ

ЗНАЧЕНИЕ, ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О КОМПЕНСАЦИИ И ДЕКОМПЕНСАЦИИ

Реактивные свойства клеток — это способность клеток реагировать на внешние воздействия. При этом изменяется структура и функция клеток. Клетки постоянно испытывают внешние воздействия, которые могут быть химическими, физическими или биогенными. Глубина изменений зависит от состояния клетки и характера воздействия. Клетки организма обладают различной чувствительностью к таким воздействиям.

У стволовых клеток в состоянии покоя низкий уровень обменных процессов, поэтому они наиболее устойчивы к внешним воздействиям.

Бластные клетки (клетки-бласты) являются часто делящимися, поэтому очень чувствительны к различным воздействиям. Внешние факторы могут активировать деление клеток или угнетать его. Если активируется деление клеток, то говорят о гиперплазии ткани. При торможении деления наблюдается задержка роста ткани или нарушение ее регенерации. При нарушении нормального течения митоза образуются полиплоидные или многоядерные клетки. В том случае, если клетка вышла из митоза и начала дифференцировку и специализацию, то воздействие на клетку стимулирует ускорение этих процессов.

В высокоспециализированных клетках внешние воздействия вызывают усиление метаболизма и синтеза белка, увеличивается масса и активность митохондрий, ЭПС, других органелл. Наблюдается процесс компенсаторной гипертрофии. При обратимых изменениях прекращение воздействия приводит к восстановлению нормального состояния клетки до воздействия. При длительном воздействии на клетку высокий уровень активности клетки сменяется декомпенсацией и истощением. Это многократно показано на кардиомиоцитах у спортсменов при перетренировках, на клетках аденогипофиза при кастрации и тироидэктомии.

Изменения в клетках можно разделить на компенсаторные и дегенеративные.

1. Компенсаторные изменения ведут к повышению устойчивости клетки, усилению ее функциональной активности. При этом на разных уровнях организации клетки происходят определённые изменения:

— на молекулярном уровне усиливаются обменные и синтетические процессы, в том числе между ядром и цитоплазмой;

— на субклеточном уровне происходит увеличение массы органелл, повышение их активности и устойчивости;

— на клеточном уровне изменяется ядерно-цитоплазматическое отношение, отмечается гипертрофия клеток, изменение их функциональной активности;

— на популяционном уровне изменяется соотношение между разными по уровню дифференцировки типами клеток.

Декомпенсация отмечается в том случае, если изменения на различных уровнях ведут к понижению активности и устойчивости структур.

2. Дегенеративные изменения. Длительные или кратковременные, но сильные воздействия вызывают поломки в клетках. Это сопровождается изменениями в ядре, органеллах, мембранах. Ядро может подвергаться сморщиванию — кариопикноз, расщеплению — кариорексис, растворению — кариолизис. Органеллы разрушаются и погибают, цитоплазма вакуолизируется, в ней могут накапливаться нетипичные включения — белковая или жировая дистрофия. При нарушении структуры и функции мембран изменяется транспорт, обмен клетки; при разрушении мембран лизосом может наступить аутолиз клетки — саморазрушение.

Цитология является основой для понимания процессов, которые протекают как в здоровом, так и в больном организме. На достижениях цитологии базируется цитопатология, изучающая реакции клетки на воздействие факторов среды, в том числе и болезнетворных и механизмов адаптации к ним.

СТАРЕНИЕ И ГИБЕЛЬ КЛЕТОК. НЕКРОЗ И АПОПТОЗ,

ИХ СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. ОБЩЕБИОЛОГИЧЕСКОЕ

После функционирования в течение определенного периода времени клетка гибнет, причем ее гибели часто предшествует период старения. Механизмы старения клеток различны и зависят от многих условий.

Мышечные, нервные и соединительнотканные клетки образуют статичные и стабильные популяции, где не происходит деление клеток. Для них свойственно первичное старение, когда изменяется состояние генома, снижается интенсивность репликации ДНК, изменяется биосинтез белка.

Если клетки образуют растущие популяции, где размножающиеся клетки обеспечивают рост и небольшую убыль клеток, то для них характерно вторичное старение. Это клетки желез, печени, почек, циркулирующие лимфоциты, мышечные волокна. При вторичном старении наблюдаются собственные возрастные изменения и влияния регуляторных, средовых и клеточных элементов, появившихся в результате первичного старения.

Для клеток эпителия многих органов, эпидермиса кожи характерно вторичное старение, которое опосредовано изменением питания ткани, проницаемостью барьеров. Эти клетки образуют обновляющиеся популяции, где сбалансировано количество вновь появляющихся клеток, дифференцированных, функционирующих и отмирающих.

При старении клетки изменяются ядерно-цитоплазматические соотношения: объем клетки может, как увеличиваться, так и уменьшаться. Возрастным изменениям подвергаются клеточные мембраны: появляются очаговые уплотнения и утолщения; изменяется количество микроворсинок и микровыростов; уменьшается количество щелевых контактов; уменьшается интенсивность микропиноцитоза. У внутриклеточных мембран уменьшается текучесть билипидного слоя, что приводит к изменениям в клеточных реакциях — возбудимости, транспорте, связывании лигандов с клеточными рецепторами. Эти изменения приводят к ухудшению реакции клетки на эндо- и экзогенную стимуляцию.

Ядра старых клеток имеют неровную поверхность, которая образуется за счет многочисленных инвагинаций кариолеммы. Отмечается расширение перинуклеарного пространства, ядерных пор. Увеличивается количество гетерохроматина. При старении в ядре появляются включения в виде фибриллярных пучков, вирусоподобных частиц, электронно-плотных телец. Увеличивается количество клеток с полиплоидией ядер, дву- и многоядерных клеток, а также многоядрышковых клеток.

Митохондрии называют «больным местом» стареющей клетки. При старении просветляется матрикс митохондрий, расширяются межкристные промежутки; митохондрии могут набухать или появляются гигантские митохондрии.

В цистернах ЭПС с возрастом накапливается электронно-плотное вещество и тубулярные структуры. Сами цистерны расширяются как в гладкой, так и гранулярной ЭПС, уменьшается число рибосом на гранулярной эндоплазматической сети, уменьшается площадь поверхности ЭПС.

Уменьшается площадь поверхности комплекса Гольджи, он редуцируется, снижаются обменные процессы между ним и цитоплазмой.

При старении увеличивается количество лизосом. В лизосомах накапливаются труднопереваримые веществ, изменяется активность ферментов лизосом, снижается стабильность их мембран и происходит утечка гидролитических ферментов. Сами лизосомы участвуют в возрастных изменениях клеток, в процессе старения, так как осуществляют чрезмерную аутофагию. При старении в клетке накапливаются остаточные тельца с липофусцином, который называют пигментом старения. Накопление липофусцина отмечено для нейронов и глиальных клеток, кардиомиоцитов, гепатоцитов, в клетках эндокринных желез, остеобластах, остеоцитах, эпителиальных клетках.

Всем изменениям со стороны компонентов клетки сопутствуют изменения метаболизма.

Молекулярно-генетическая концепция старения базируется на 2-х открытиях:

1) Клетки многоклеточного организма (кроме половых) могут делиться ограниченное число раз, примерно 50 — «предел Хайфлика». Выяснилось, что при удвоении ДНК (S-период интерфазы) в области теломера происходит потеря небольшого участка ДНК (теломер — концевой участок хромосомы, место узнавания для ферментов, не несет генетическую информацию). После каждой репликации дочерние ДНК становятся короче, в конце концов теломер достигает критической величины и не распознается ферментами — деление клетки прекращается. Такая утрата теломерных концов хромосом у соматических клеток как «часовой механизм» отсчета времени жизни клеток.

2) В ядре обнаружен фермент, содержащий РНК — теломерная трансфераза (теломераза). Фермент обеспечивает стабилизацию теломерных концов хромосом, что постоянно происходит в половых клетках. В соматических клетках теломераза не функционирует.

Однако, механизмы и смысл клеточного старения, как явления, остаются предметом дискуссии.

Гибель клетки — ключевой процесс обеспечения нормальной жизнедеятельности тканей. Различают два вида морфологических изменений и два различных механизма клеточной гибели — некроз и апоптоз.

Некроз (от греч. necrosis — умирание) возникает при действии резко выраженных повреждающих факторов и чаще всего сопровождается воспалением. Некроз — это смерть «в результате несчастного случая», часто охватывает различные по численности группы клеток.

Повреждающими факторами, приводящими к некрозу являются:

— метаболические яды, химические препараты, механические травмы и так далее.

При некрозе сначала отмечают набухание цитоплазмы и органелл (в первую очередь митохондрий), расширяются цистерны ЭПС. Эти изменения возникают вследствие прекращения работы мембранных насосов из-за повреждения мембраны или отсутствия необходимой энергии. Повышение концентрации ионов Са²⁺ в гиалоплазме активирует фосфолипазы, которые разрушают билипидный слой. На поздних стадиях некроза разрушаются мембраны лизосом и активно повреждаются клеточные структуры.

— гетерохроматин конденсируется в виде крупных глыбок под кариолеммой;

— лизосмальная ДНКаза расщепляет ДНК на фрагменты различной длины;

— ядро уменьшается, уплотняется – кариопикноз; распадается — кариорексис; лизируется — кариолизис.

На поздних стадиях некроза отмечается разрыв ядерной оболочки, плазмолеммы, внутриклеточных мембран, разрушение ядра, распад клетки. Продукты распада клеток попадают в межклеточное пространство, привлекают лейкоциты и макрофаги, которые фагоцитируют распавшуюся клетку. Фагоциты выделяют разные вещества, привлекающие другие клетки, поэтому в течение некоторого времени поддерживается воспалительная реакция на продукты разрушения клеток при их некрозе.

Апоптоз — физиологическая (запрограммированная) гибель клеток. Апоптоз (от греч. apoptosis — листопад) — «смерть клетки в результате самоубийства» — активный, генетически контролируемый процесс клеточной гибели, регулируемый внутренней программой, которая запускается внешними факторами. Апоптоз обеспечивается работой особых киллерных генов, которые обеспечивают синтез ряда веществ, обусловливающих разрушение клетки. Апоптоз — это энергоемкий процесс, сопровождается активацией сигнальных систем в клетке, характерен для отдельных клеток или маленьких групп клеток. Апоптоз характерен для разных тканей человека и животных в норме, патологии, эмбриональном развитии и у взрослого.

Факторы, запускающие генетическую программу апоптоза:

— дефицит стимулирующих факторов (гормонов, факторов роста, цитокинов), потеря контакта с другими клетками или компонентами межклеточного вещества, старение клетки;

— действие физиологических активаторов апоптоза — фактор некроза опухолей, интерфероны, глюкокортикоиды, интерлейкины;

— действие повреждающих факторов, умеренное по интенсивности, не приводящее к некрозу;

При апоптозе до возникновения структурных изменений начинается синтез ферментов, необходимых для гибели клетки. Затем клетка утрачивает специализированные структуры на своей поверхности (микроворсинки, межклеточные соединения) и отделяется от соседних клеток. В ядре накапливаются крупные глыбки хроматина, ядро уплотняется. Геномная ДНК расщепляется на отдельные сегменты и хроматин укладывается в виде крупных полулуний. Ядро распадается на фрагменты, окруженные мембраной. Происходит кариопикноз и кариорексис без разрушения кариолеммы.

Цитоплазма уплотняется, уменьшается в размерах. Органеллы сохраняют свою целостность, и все более компактно располагаются в цитоплазме. При нарастании апоптоза конденсация цитоплазмы приводит к изменению формы клетки — появляются вздутия и выпячивания — поверхность клетки как бы «вскипает». Постепенно формируются апоптозные тела – фрагменты клетки с частями ядра и органеллами, окруженные мембраной и имеющие округлую или овальную форму. В некоторых случаях клетка сморщивается целиком, образуя одно сферическое апоптозное тело. Апоптозные тела быстро захватываются соседними клетками и фагоцитируются. Нейтрофилы в фагоцитозе апоптозных тел не участвуют, воспалительная реакция отсутствует (рисунок 26).

Рисунок 26 — Морфологические изменения клеток при апоптозе:

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: