1 — включения гликогена (красное окрашивание)
Окраска кармином с докраской
ядер гематоксилином
1 — включения гликогена (красное окрашивание)
2 — ядра
Окраска оксидом осмия с докраской ядер сафранином
1 — жировые включения (черные шарики)
2 — ядра
Окраска оксидом осмия с докраской ядер сафранином
1 — жировые включения (черные шарики)
2 — ядра
Окраска нитратом серебра
1 — комплекс Гольджи (темные завитки или колечки)
2 — ядра
Окраска нитратом серебра с докраской сафранином
1 — митохондрии (темные точки)
2 — ядра
Окраска нитратом серебра с докраской сафранином
1 — митохондрии (темные точки)
Окраска железным гематоксилином
1 — базальные тельца ресничек
2 — аксонемы ресничек
Окраска гематоксилин-эозином
Клетки, делящиеся амитозом
Окраска гематоксилин-эозином
1 — клетки, делящиеся амитозом
Окраска железным гематоксилином
1 — профаза
2 — метафаза
3 — анафаза
4 — телофаза
5 — интерфаза (клетка не в митозе)
источник
3.1.1. Состав цитоплазмы
Цитоплазма клетки содержит следующие компоненты.
1. Гиалоплазма (цитозоль)
б) Представляет собой водный раствор
неорганических ионов,
неорганических ионов, в) Некоторые макромолекулы могут объединяться (путём самосборки) в те или иные комплексы и структуры.
2. Органеллы
3. Включения
б) Различают 4 типа включений.
I. Трофические (капельки жиров, гранулы полисахаридов и т.д.) — резервные запасы питательных веществ.
II – III. Секреторные и экскреторные включения — обычно это мембранные пузырьки, содержащие вещества, подлежащие выведению из клетки;
IV. Пигментные включения –
3.1.2. Демонстрация включений
3.1.2.1. Включения гликогена
| 1,а-б. Препарат — включения гликогена в клетках печени. Окраска по Бесту. | |
| 1. На снимках видны клетки печени (гепатоциты) с ядром (1) фиолетового цвета. 2. В цитоплазме — многочисленные глыбки гликогена (2) , окрашенные в ярко-красный цвет. |
3.1.2.2. Жировые включения
| 2. Препарат — жировые включения в клетках печени аксолотля. Фиксация осмиевой кислотой, окраска кармином. | |||||||||||||||||||||||||
| 1. а) При фиксации осмиевой кислотой жировые капли, будучи осмиофильными, поглощают фиксатор. б) Поэтому при последующей окраске кармином
2. В соответствии с этим, в цитоплазме печеночных клеток мы видим чёрные жировые включения (1) разного размера. | |||||||||||||||||||||||||
| I. Вакуо- лярная система цито- плазмы | 1. Эндоплазма- тическая сеть |
| 2. Комплекс (аппарат) Гольджи | — Скоплени е 5-10 лежащих друг на друге плоских мембранных цистерн , от которых отшнуровываются мелкие пузырьки. |
| 3. Лизосомы | — Мембранные пузырьки, содержащие ферменты гидролиза биополимеров (протеазы, нуклеазы, гликозидазы, липазы и т.д.). |
| 4. Перокси- сомы | — Мембранные пузырьки, содержащие оксидазы — ферменты окисления субстратов непосредственно кислородом. |
| II. Митохондрии | — Органеллы, отграниченные (как и ядро) двумя мембранами, из которых внутренняя образует многочисленные впячивания ( кристы ) внутрь митохондрии. |
3.1.3.2. Немембранные органеллы
| III. Рибосомы | — Небольшие частицы из двух субъединиц рибонуклеопротеидной природы. | |
| IV. Цито- скелет и его произ- водные * | 1,а. Микро- филаменты | — Нити из белка актина (d = 5 – 7 нм) , пронизывающие гиалоплазму в тангенциальном направлении (вдоль длинной оси клетки или её отростка). |
| 1,б. Микро- ворсинки | — Выпячивания цитоплазмы, каркас которых составляют параллельные пучки микрофиламентов . | |
| 2. Проме- жуточные филаменты | — Нити (d = 10 нм) , чей белковый состав различен в клетках разных тканей. | |
| 3,а. Микро- трубочки | — Полые трубки (d = 24 нм) из белка тубулина, имеющие, в основном, радиальную ориентацию в клетке. | |
| 3,б. Центриоли | — Пара полых цилиндров, образованных микротрубочками и лежащих возле ядра. | |
| 3,в. Реснички и жгутики | — Выпячивания цитоплазмы, каркас которых составляет аксонема — полый цилиндр из микротрубочек. |
* Замечания.
1. Под буквами а названы органеллы цитоскелета (микрофиламенты, микротрубочки),
а под последующими буквами — их производные.
2. а) Причём, такие производные цитоскелета , как микроворсинки, реснички и жгутики, имеются не во всех клетках и поэтому к органеллам (в с соответствии с их определением) отнесены быть не могут.
б) Тем не менее, из-за тесной связи с соответствующими органеллами (микрофиламентами и микротрубочками), они включены в таблицу и в последующее изложение.
3.1.4. Схема строения клетки
а) Компоненты вакуолярной системы цитоплазмы
б) Другие компоненты цитоплазмы:
Полный размер
Теперь рассмотрим перечисленные в таблице структуры подробнее.
3.2. Вакуолярная система цитоплазмы
Эндоплазматическая сеть (ЭПС) делится на два типа — гранулярную и агранулярную (или гладкую).
3.2.1. Гранулярная ЭПС
| Общий вид | Как видно на микрофотографии, ЭПС (1) , действительно, представляет собой совокупность плоских мешков (цистерн), вакуолей и трубочек , заполняющих значительную часть цитоплазмы. | Электронная микрофотография — гранулярная эндоплазматическая сеть. |
Полный размер
ность
б) В связи с этим, иногда используют другой термин — шероховатый ретикулум.
б) При этом синтезируемая на рибосоме пептидная цепь проникает своим лидерным концом через мембрану в полость ЭПС, где затем оказывается весь белок и формируется его третичная структура.
2. Здесь же (в просвете цистерн ЭПС) начинается модификация белков — связывание их с углеводами или иными компонентами.
изоляция этих белков от гиалоплазмы внутри мембранных полостей и концентрирование их здесь,
химическая модификация этих белков, а также
их транспорт (внутри ЭПС и с помощью отдельных пузырьков).
б) В частности, это имеет место
3.2.2. Комплекс Гольджи
3.2.2.1. Основные сведения
| Связь с ЭПС | Белки, синтезированные на гранулярной эндоплазматической сети, перемещаются по внутреннему её пространству или в составе транспортных пузырьков к комплексу Гольджи (1). |
| Общий вид | а) Как уже отмечалось, это скопление плоских мембранных цистерн, лежащих параллельно друг другу. |
б) Каждое такое скопление называется диктиосомой .
в) В клетке может быть много диктиосом, соединённых с ЭПС и друг с другом цистернами и трубочками.
Полный размер
б) Конечные продукты этого синтеза, накапливаясь в достаточно большом количестве, организуются в мембранные пузырьки, которые отшнуровываются от цистерн комплекса Гольджи.
ков
б) Здесь их мембраны сливаются с плазмолеммой, что приводит к высвобождению белков за пределы клетки или вхождению их в состав мембран.
2. Другие пузырьки (содержащие гидролитические ферменты) становятся лизосомами.
ность диктио-
сом
обрабатываемые» в диктиосоме белки постепенно перемещаются от проксимальной части к дистальной и, наконец,
от дистальной части отпочковываются секреторные пузырьки и первичные лизосомы.
продолжение химической модификации этих белков,
сортировка данных белков на лизосомальные, мембранные и экспортные,
включение белков в состав соответствующих структур (лизосом, секреторных пузырьков, мембран).
3.2.2.2. Вид под микроскопом
I. Электронная микроскопия
1. На снимке — несколько диктиосом (1) , а также — участок гранулярной эндоплазматической сети (2) и ядро (3) клетки.
2. Между гранулярной ЭПС и диктиосомой — мелкие транспортные пузырьки (4).
3. Среди более крупных везикул (5) одни являются секреторными гранулами, а другие — лизосомами.
микрофотография —
комплекс Гольджи.
II. Световая микроскопия
| 3,а-б. Препарат — пластинчатый комплекс Гольджи (в клетках спинномозгового узла). Импрегнация осмием. |
а) (Малое увеличение)  |
Полный размер
Полный размер
б) Поэтому на снимках хорошо видны границы клеток (1) и скопления мембран в области диктиосом (2) : они приобретают чёрный цвет.
в) Диктиосомы расположены вокруг ядра (3) .
2 . Вместе совокупность диктиосом на таких препаратах выглядит как сетчатая структура, отчего комплекс Гольджи ещё называют
3.2.3. Агранулярная (гладкая ЭПС)
3.2.3.1. Особенности структуры
I. Обычные клетки
| Электронная микрофотография — гладкая эндоплазматическая сеть. |
| 1. Гладкая ЭПС отличается от гранулярной отсутствием связанных рибосом. |
2. а) О бычно в её состав входят соединяющиеся друг с другом небольшие вакуоли и трубочки (1) .
б ) При ультрацентрифугировании клеточного гомогената эти структуры, дробясь на мелкие пузырьки, образуют фракцию т.н. микросом.
II. Мышечные волокна
2. а) Конечные цистерны (3) этой сети контактируют с глубокими впячиваниями плазмолеммы в волокно — т.н. Т-трубочками (4) .
б) Благодаря этому, возбуждение с плазмолеммы передаётся на мембраны саркоплазматической сети.
3. Кроме этого , на схеме обозначены:
3.2.3.2. Функции гладкой ЭПС
| Гидроксили- рование | а) В мембраны гладкой ЭПС встроены ферменты гидроксилирования — особого способа окисления, которое иногда называется микросомальным . Оно используется |
б) Поэтому гладкая ЭПС развита
в клетках печени — особенно после отравлений ( детоксикация веществ ).
в) Но и в остальных клетках липидные компоненты различных мембран, видимо, образуются при участии гладкой ЭПС. Таким образом,
ция Са 2+
б) После возбуждения плазмолеммы эти ионы высвобождаются в гиалоплазму (саркоплазму) и стимулируют сокращение.
3.2.4. Лизосомы
а) Функция лизосом — внутриклеточное переваривание макромолекул. Причём, в лизосомах разрушаются
б) Это могут быть вещества и структуры той же самой клетки; в) Но, кроме того, в лизосомах разрушаются и продукты эндоцитоза, т.е. растворённые вещества или твёрдые частицы, захваченные клеткой из окружающей среды. |
| В соответствии с вышесказанным, различают 3 типа лизосом, которые представлены на электронограмме. | Электронная микрофотография – лизосомы. |
| Первичные лизосомы (1) | а) Данные лизосомы имеют гомогенное содержимое. |
б) Очевидно, это вновь образованные лизосомы с исходным раствором ферментов.
Полный размер
б) Поэтому вторичные лизосомы
в) При наличии таковых говорят о
г) При различных повреждениях клетки количество аутофагосом обычно возрастает.
лизосомы
в) А. В неделящихся клетках накопление телолизосом становится важным фактором старения.
Б. Так, с возрастом в клетках мозга, печени и в мышечных волокнах накапливаются телолизосомы с т.н. пигментом старения — липофусцином.
3.2.4.3. Выявление лизосом при световой микроскопии
| 4. Препарат — накопление краски макрофагами. Окраска инъекцией туши, гематоксилином и эозином. |
| 1. а) Чтобы выявить фагосомы и фаголизосомы при световой микроскопии, животному in vivo вводят в кровь краску. |
б) Её частицы захватываются специальными клетками (макрофагами), находящимися в стенке капилляров печени и в перикапиллярном пространстве других органов.
в) После приготовления гистологического препарата фагосомы и фаголизосомы обнаруживаются в макрофагах по наличию частиц краски.
2. Так, на снимке мы видим отдельно лежащие макрофаги (1) , а в их цитоплазме — синие частицы краски (2) .
3.2.5. Пероксисомы
| Образо- вание | Пероксисомы (1) , видимо, как и лизосомы, образуются путём отшнуровывания мембранных пузырьков от цистерн комплекса Гольджи. |
| Содержи- мое и функции | 1. Однако пероксисомы содержат иной набор ферментов. |
а) В основном, это оксидазы аминокислот .
Они катализируют прямое взаимодействие субстрата с кислородом;
причём, последний превращается в пероксид водорода, Н 2 О 2 — опасный для клетки окислитель.
микрофотография –
пероксисома.
Полный размер
2 . Иногда в пероксисомах обнаруживается кристаллоподобная структура (2) — нуклеоид .
3.3. Рибосомы и митохондрии
3.3.1. Рибосомы
3.3.1.1. Виды и структура рибосом
I. Мембраносвязанные и свободные рибосомы
| Мембрано- связанные рибосомы | а) А. Мы уже встречались с рибосомами, когда рассматривали гранулярную ЭПС (эндоплазматическую сеть). — |
Б. Гранулярная структура данной ЭПС обусловлена наличием на её поверхности рибосом.
Б. они осуществляют синтез белков, попадающих во внутреннее пространство ЭПС.
б) Они синтезируют белки, которые
в) Содержание таких рибосом особенно возрастает
б) Каждая из них — это свёрнутый рибонуклеопротеидный тяж , содержащий несколько функциональных центров.
Б. Там же, видимо, формируются и сами субъединицы, которые затем перемещаются из ядра в цитоплазму.
б) Дальнейшая сборка субъединиц в единую рибосому происходит
б) Находясь на примерно равном расстоянии друг от друга, они двигаются по мРНК в одном направлении.
в) Такие структуры называются полисомами .
3.3.1.2. Проблема фолдинга белков
| Общее представ- ление | а) После образования на рибосомах пептидной цепи должно произойти сворачивание белка в соответствующую трёхмерную структуру .
б) Конкретный вид трёхмерной структуры белка полностью определяется его первичной структурой (т.е. последовательностью аминокислот). в) Но, видимо, во многих случаях достижение белком правильной трёхмерной структуры значительно ускоряют специальные белки:
|
| Ферменты фолдинга | а) Один из ферментов фолдинга катализирует разрыв и образование в белке дисульфидных связей. б) Это ускоряет разрыв «неправильных» и замыкание «правильных» дисульфидных связей. |
| Шапероны | а) Что касается шаперонов , то они, видимо, связываются с пептидной цепью белка ещё на рибосоме — до завершения синтеза всей цепи. б) Тем самым они препятствуют «неправильному» сворачиванию уже образованного фрагмента цепи. в) В ряде случаев связь с шаперонами сохраняется некоторое время и по окончании синтеза белка на рибосоме.
г) После диссоциации шаперонов белок получает возможность быстро принять правильную трёхмерную структуру. |
| Тепловой стресс | а) При тепловом стрессе белки теряют свою нативную (правильную) конфигурацию. б) В этом случае усиливается синтез шаперонов (которые ещё называются » белками теплового шока «).
г) После этого белок вновь может вернуться к нативной конфигурации. |
3.3.1.3. Цитохимическое обнаружение рибосом по РНК
5. Препарат — РНК в цитоплазме и ядрышке клеток (подчелюстная железа). Окраска по Браше (метиловым зелёным — пиронином).
1. Применённый метод окраски (по Браше) выявляет РНК, которая окрашивается в малиновый цвет.
2. Н а препарате РНК обнаруживается в цитоплазме (1) и ядрышках (2) клеток.
3. а) О сновная часть этой РНК и там, и там представлена рибосомными РНК.
б) Доля матричных и транспортных РНК в общем пуле клеточной РНК сравнительно невелика.
3.3.2. Митохондрии
Это наличие у них двух мембран — наружной (1) и внутренней (2) , — из которых вторая образует
Полный размер
б) В некоторых клетках митохондрии имеют ещё более сложную форму: например, образуют разветвления.
II. Система автономного синтеза белков
| Митохондри- альные ДНК и рибосомы | а) Митохондрии отличаются от прочих органелл ещё двумя интересными особенностями. |
Кроме того, митохондрии содержат собственные рибосомы, которые по размеру несколько меньше цитоплазматических рибосом и видны как мелкие гранулы (5) .
б) Данная система автономного синтеза белков обеспечивает
б) В озможно, в эволюции митохондрии появились как
1. Главная функция митохондрий —
2. Наиболее известны 2 процесса. – а) Цикл Кребса — распад ацетил-КоА, которым заканчивается разрушение почти всех веществ. б) Окислительное фосфорилирование — образование АТФ в ходе переноса электронов (и протонов) на кислород.
3. Другие процессы, проходящие в митохондриях:
3.3.2.3. Вариабельность структуры митохондрий
Полный размер | |||||
| В мышечных волокнах , где потребности в энергии особенно велики, митохондрии содержат очень много плотно расположенных пластинчатых ( ламинарных ) крист. | В клетках печени количество крист в митохондриях | Наконец, в клетках коры надпочечников кристы |
3.3.2.4. Световая микроскопия
6. Препарат — митохондрии в клетках кишечника аскариды. Окраска по методу Альтмана.
1. а) При световой микроскопии для выявления митохондрий обычно используют специальную окраску.
б) Тогда они видны как зёрнышки или нитчатые структуры в цитоплазме клетки.
2. а) В данном случае на снимке — высокие цилиндрические клетки.
б) В их цитоплазме — многочисленные ярко-красные «бусинки» . Это и есть митохондрии (1) .
3.4. Цитоскелет и его производные
3.4.1. Микрофиламенты и их производные
| Располо- жение в клетке | а) Микрофиламенты образуют в клетках более или менее густую сеть . Так, в микрофаге — около 100.000 микрофиламентов. |
б) Как видно на снимке, основное направление пучков микрофиламентов (1) — вдоль длинной оси клетки и отростков (если таковые имеются).
по Ю.С. Ченцову.
Полный размер
Б. За счет этого содержание актина даже в немышечных клетках достигает 10 % от всех белков.
б) В узлах сети микрофиламентов и в местах их прикрепления к клеточным структурам находятся
и, возможно, за счёт взаимодействия актина с миозином по типу сокращения в мышечных тканях.
б) Так реализуются следующие формы клеточного движения:
| Строение | 1. а) Мы уже знаем (п. 2.2.4.1.), что микрофиламенты образуют каркас микроворсинок (в тех клетках, где таковые имеются). |
б) Это видно на продольных (1) и на поперечных (2) срезах микроворсинок .
2. Добавим, что в основании микроворсинок расположены короткие и толстые нити из белка миозина.
Полный размер
нирование
б) Это способствует перемещению в клетку содержимого микроворсинок —
при всасывании веществ в просвете кишечника или
при реабсорбции веществ из канальцев почек.
3.4.2. Промежуточные филаменты
| Электронная микрофотография – промежуточные филаменты и микротрубочки в клетках нервной ткани. |
| 1. Второй компонент цитоскелета — промежуточные филаменты (1) . Как отмечалось, они |
а) В эпителии они образованы белком кератином ,
б) в клетках соединительной ткани — виментином ,
Полный размер
г) в нервных клетках (приведённых на снимке) они называются нейрофиламентами и тоже образованы особым белком.
2. Промежуточные филаменты часто располагаются
параллельно поверхности клеточного ядра.
3. Кроме данных структур, на электрон ной микрофотографии видны и микротрубочки (2) .
3.4.3. Микротрубочки и их производные
а) Сеть
начинается от перинуклеарной области ( от центриоли ) и
радиально распространяется к плазмолемме, следуя за изменениями её формы.
б) В том числе микротрубочки идут вдоль длинной оси отростков клеток.
микрофотография –
микротрубочки в
цитоплазме.
а) Стенка микротрубочки состоит из одного слоя глобулярных субъединиц белка тубулина (1) .
б) На поперечном срезе — 13 таких субъединиц, образующих кольцо (2) .
Его параметры таковы:
б) Это происходит при сдвиге равновесия между свободной и связанной формами тубулина в сторону второй из них.
ся клетке
б) А. При этом транспорт веществ по длинным отросткам нервных клеток идёт не через микротрубочки, а по перитубулярному пространству.
Б. Но микротрубочки выступают при этом в роли направительных структур:
б) Оно связывает хроматиды хромосом с центриолями и способствуют правильному расхождению хроматид к полюсам делящейся клетки.
б) Поэтому в его присутствии
| Структура центриоли | а) Кроме цитоскелета, микротрубочки образуют центриоли (1) . б) Состав каждой из них отражается формулой: |
в) Это значит, что
основа центриоли — 9 триплетов микротрубочек, расположенных по окружности,
а в центре данного полого цилиндра микротрубочек нет.
микрофотография – две пары центриолей в фибробласте.
Полный размер
вание клеточного центра
б) Вокруг диплосом — т.н . центросфера , зона более светлой цитоплазмы (2) . В ней содержатся дополнительные структуры: дополнительные микротрубочки и т.п.
в) Вместе диплосома и центросфера называются
б) Образование новых центриолей (при подготовке клетки к делению) происходит путём дупликации (удвоения):
в) Поэтому, как в ДНК, в каждой диплосоме
б) Это свидетельствует о том, что клетка готовится к делению .
б) Как уже отмечалось (п.2.2.4.2), реснички — это
по её окружности расположены девять ду плетов микротрубочек (2) ,
а ещё пара микротрубочек идёт вдоль оси аксонемы и заключены в центральный футляр.
Полный размер
б) По строению базальное тело похоже на центриоль, т.е. состоит из 9 периферических три плетов.
в) При этом по две микротрубочки каждого триплета переходят в дуплет аксонемы.
Подобным образом устроена аксонема и жгутика сперматозоида.
Б. Реснички в клетках эпителия трахеи
| Электронные микрофотографии: реснички в реснитчатых клетках эпителия трахеи. | |
1. В качестве примера приведены снимки ресничек трахеи —
а) элементы аксонемы ресничек —
б) опорная структура аксонемы —
в) прочие компоненты клетки — |  |