🗊 ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТКИ наука, изучающая закономерности и свойства функционирования клеток животных, растений, простейших независ

ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТКИ наука, изучающая закономерности и свойства функционирования клеток животных, растений, простейших независимо от их специализации.

Аспекты изучения «Физиологии клетки» ДВИГАТЕЛЬНАЯ ФУНКЦИЯ КЛЕТОК РЕЦЕПТОРНАЯ ФУНКЦИЯ КЛЕТОК ФУНКЦИИ ИЗМЕНЕНИЯ рН В КЛЕТКЕ. ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ. КАЛЬЦИЕВАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ. РОЛЬ КАЛЬЦИЯ В КЛЕТКЕ. КЛЕТОЧНЫЕ МЕМБРАНЫ ТРАНСМЕМБРАННЫЙ ТРАНСПОРТ ПРОНИЦАЕМОСТЬ КЛЕТКИ ДЛЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ИОНОВ, НЕЭЛЕКТРОЛИТОВ, ВОДЫ, ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ, КРАСИТЕЛЕЙ. РОСТ И СТАРЕНИЕ КЛЕТОК

ДВИГАТЕЛЬНАЯ ФУНКЦИЯ КЛЕТОК

Контрактильные механизмы (приводящие к сокращению или движению): мышечное сокращение движение ресничек и жгутиков расхождение хромосом при митозе и мейозе укорочение хромосом, происходящее перед прикреплением к веретену деления амебоидное движение циклоз

Цитоскелет клетки

Актин мономерный глобулярный белок Актин имеет участки связывания с: Mg2+ АТФ 3 типа актинов: α- актин характерен для мышечных клеток β-, γ- актины - немышечные актины.

Процесс полимеризации-деполимеризации G-актина Нуклеация – образование затравок (тримеров) Элонгация – рост полимеров засчет присоединения к обоим концам тримера новых молекул G–актина. Формирование F-актина - двойная спираль из актиновых мономеров, содержащая по крайней мере 5 специфических участков связывания с системой вспомогательных или актинсвязывающих белков (АСБ): «+» - конец «-» – конец не менее 3-х специфических участков на боковых поверхностях Диссоциация мономеров на концах, фрагментация филаментов и их стыковка

Полимеризация и деполимеризация актина

Типы АСБ Белки, ингибирующие полимеризацию актина: профиллин Кэпирующие белки. Кэпирование «+»-конца F–актина : гельзолин, виллин, фрагмин. Кэпирование «-»-конца F–актина:акументин Стабилизирующие белки: тропомиозин и филамин Сшивающие Белки, связывающие актин с мембраной Немышечный миозин

Некоторые соединения имитируют действие АСБ, ингибируя полимеризацию и деполимеризацию актина Цитохалазины (низкомолекулярные гетероциклические соединения, вторичные метаболиты некоторых грибов) образуют комплекс с актином и, связываясь с «+»-концом микрофиламента, блокируют полимеризацию, что в конечном счете приводит к разборке фибриллы. Циклопептид фаллоидин (яд бледной поганки), напротив, стабилизирует актиновые филаменты. Оба вещества широко используются в исследованиях цитоскелета клетки.

Функции микрофиламентов Образование сократимого кольца при цитотомии Перемещение клетки Эндо- и экзоцитоз Участие в свертывании крови Все эти процессы обеспичиваются благодаря Актин-миозиновой системе- Главный компонент всех сократительных процессов в организме

Структура миозина палочковидная хвостовая часть две глобулярные головки: -тяжелые цепи (200 кДа) - легкие цепи (18 кДа).

МЫШЕЧНОЕ ВОЛОКНО

ВИД САРКОМЕРА

САРКОМЕР

Сократимый аппарат

СОКРАЩЕНИЕ САРКОМЕРА

Действие Са2+ во время активации миофибриллы

Микротрубочки

Микротрубочки Основной белок микротрубочек – тубулин. У всех эукариотических клеток он представляет собой гетеродимер, состоящий из молекул α- и β-тубулина, близких по аминокислотным последовательностям.

Полимеризация тубулина Нуклеация - образование затравок – олигомеры тубулина, содержащие несколько десятков молекул; образуются нитевидные структуры – протофиламенты, в которых β-тубулин предшествующего димера контактирует с α-тубулином следующего Элонгация - надстраивание затравок с формированием плоской пластинки из 13-14 параллельно уложенных и продольно ориентированных протофиламентов, которая по мере удлинения постепенно сворачивается, образуя микротрубочку. При полимеризации происходит гидролиз ГТФ. Условия: - присутствие ГТФ , Mg 2+ , - удаление Са 2+ - повышение температуры до 37 градусов.

ЗАРИСУЙТЕ СХЕМУ ОБРАЗОВАНИЯ МИКРОТРУБОЧЕК

Полимеризация тубулина

Соединения, блокирующие полимеризацию-деполимеризацию МТ колхицин, (растительный алкалоид), связывается с тубулиновым димером и «+»-концом микротрубочек, препятствуя полимеризации; колхицин и винбластин присоединяются к мономерам тубулина и блокируют рост микротрубочек, при этом продолжается и распад микротрубочек; таксол (выделенный из коры тиса, противоопухлевое лекарство) – стабилизирует микротрубочки, препятствуя деполимеризации.

Строение реснички (жгутика)

Центриоли клеточного центра

ЗАРИСУЙТЕ КЛЕТОЧНЫЙ ЦЕНТР

Центриоли клеточного центра

Моторные белки МТ Динеины и кинезины - эти молекулы одним концом прикрепляются сбоку к микротрубочке и могут двигаться по ней в присутствии АТФ. Противоположным концом связываются с органоидом.

Взаимодействие МТ с моторными белками

Промежуточные филаменты

Промежуточные филаменты в составе различают: - центральный консервативный (одинаковый у всех) домен. Имеет палочковидную форму и состоит из 310 аминокислотных остатков. Образуют суперспирали между двумя молекулами белка. 2 концевых участка сильно варьирующих по длине и по последовательности аминокислот. Не имеют спиральной структуры. Полимеризация димеров белка происходит путем взаимодействия концевых участков, без затраты энергии АТФ или ГТФ. В результате полимеризации формируются протофибриллы (состоят из 4-х молекул), которые затем объединяются в филаменты диаметром ~ 10 нм.

Этапы полимеризации белков промежуточных филаментов

Циклоз (течение цитоплазмы) лучше всего выражено в растительных клетках, но его можно наблюдать и у простейших, в тканевых культурах животных. Циклоз характеризует уровень жизнедеятельности клетки и зависит от процессов дыхания и гликолиза. Разнообразные внешние стимулы (нагрев, повышенное гидростатическое давление, механические воздействия, электрический ток) останавливают движение цитоплазмы. При освещении ультрафиолетовыми и рентгеновскими лучами, при действии эфира, хлороформа, гербицидов описаны 2-х-фазные изменения – вначале движение ускорялось, а затем замедлялось и останавливалось. Во многих растительных клетках (элодеи, валиснерии) циклоз может начаться под влиянием внешних воздействий (соли металлов, сапонин, видимый свет). Такое индуцированное движение обычно называют вторичным, в отличие от спонтанного, или первичного, движения, характерного например, для клеток нителлы, корневых волосков многих растений.

Циклоз В основе циклоза лежит функционирование сократительных белков, обладающих АТФ-азной активностью, например может быть обусловлено сокращением МТ. МТ обнаружены в растительных клетках, где наблюдается интенсивно движение цитоплазмы; много МТ в гладких миоцитах; МТ и нейрофиламенты регулируют транспорт веществ по аксону и дендритам в том или ином направлении.

Амебоидное движение Амебоидным движением обладают самые разнообразные клетки – простейшие из класса саркодовых, зооспоры, некоторые сперматозоиды и яйцеклетки, плазмодии миксомицетов, фибробласты, лейкоциты, эпителиоциты и нейроны в тканевых культурах, клетки эмбрионов позвоночных. Хорошо развито амебоидное движение у миобластов, из которых развиваются миосимпласты. При регенерации эпителия клетки становятся подвижными и путем амебоидных движений перемещаются в глубь раны. Одним из способов злокачественных новообразований внутри организма является амебоидное движение раковых клеток.

Поляризованный движущийся фибробласт Красным цветом окрашены микрофиламенты и их пучки, связанные с флуоресцирующими антителами к актину, зеленым — микротрубочки, окрашенные антителами к тубулину. 1 — ламеллоплазма; 2 — ядро

Мерцательное движение Мерцательное движение обусловлено деятельностью специализированных органелл – выростов клетки, называемых ресничками (многочисленны и короткие, длиной 5 ~10 мкм) и жгутиками (единичные и длинные, до 150 мкм). Они имеют очень широкое распространение и выполняют разную функцию. Благодаря их ритмичному движению свободноживущие клетки (жгутиконосцы, инфузории, подвижные бактерии, сперматозоиды, водоросли) могут перемещаться в среде. Движение низших червей, личинок иглокожих, моллюсков и кольчатых червей осуществляется также благодаря деятельности ресничек поверхностного эпителия. Работа ресничек вызывает перемещение яйцеклеток, пылинок, пищевых частиц и содействует выполнению многих функций организма: питанию, выделению, дыханию. Подвижными волосками (жгутиками - киноцилиями) или их производными – снабжены все рецепторные клетки.

Реснички и жгутики Основной тип движения жгутиков – ундулирующее или волнообразное (синусоидальное, распространяющееся в одном направлении, либо от основания жгутика к его вершине, либо наоборот). Большинство ресничек действует наподобие весел, производя гребущие взмахи. Интенсивность движения ресничек и жгутиков зависит от температуры и концентрации Н+. Жгутики одной клетки могут функционировать относительно независимо друг от друга, деятельность ресничек простейших и мерцательного эпителия проявляет четкую согласованность. При постепенной наркотизации исчезает координация движения ресничек и они начинают колебаться независимо друг от друга, а затем их двигательная активность прекращается. Ресничкам и жгутикам присущ автоматизм, будучи изолированными они ритмически двигаются, но движения их не координированы. Для нормального функционирования реснички (жгутика) необходима связь ее с базальным тельцем, расположенным у основания реснички (жгутика).