Клеточные включения – это структурированные на ультрамикроскопические уровне скопления веществ в клетке, которые возникают как продукты метаболизма. Нередко включениями называют структуры, присутствующие в клетке временно (непостоянные). Это неточно. Гемоглобин, например, присутствует в эритроцитах постоянно, так же постоянны гранулы меланина в пигментных клетках. В качестве включений рассматривают и остаточные тельца, возникающие после активных процессов фагоцитоза и аутофагии которые хранятся в клетке до ее смерти. Совсем резкую границу между органеллами и включениями провести невозможно.

Включение локализуются преимущественно в цитоплазме, хотя иногда встречаются и в ядре. Все включения – это продукты метаболизма клеток, которые накапливаются в форме гранул, капель, вакуолей, иногда кристаллов. Включения могут активно использоваться клеткой, но это осуществляется благодаря ферментным системам, которые есть в гиалоплазма и органеллах. Непосредственно включениям ферментативная активность не характерна.

Как классифицируют включения?

Традиционно их классифицируют на трофические, секреторные, экскреторные и пигментные.

Что входит в состав трофических включений и каково их значение?

Из трех основных питательных веществ (углеводов, белков и жиров) только углеводы и жиры депонируются в клетках как включения.

Углеводы депонируются главным образом в клетках печени и в меньшей
степени – в мышечных и других клетках. Во всех случаях они депонируются в гиалоплазме свободно в виде гранул гликогена. Последние имеют диаметр 20-30нм (бета-частицы), которые вместе собраны в розетки (альфа-частицы). Гранулы гликогена располагаются вблизи агранулярной ЭПС и используются в качестве энергии.

Жиры депонируются в основном в клетках, известных под названием жировых. Эти клетки образуют специальную жировую ткань. Жировые включения имеют вид капель, которые располагаются отдельно или сливаются друг с другом. На гистологических препаратах, окрашенных обзорным методом (гематоксилин - эозином) они имеют вид светлых ("пустых") вакуолей, так как при этом методе обработки липиды растворяются. Липидные капли служат источником веществ, которые используются в качестве энергетических субстратов, а также в некоторых клетках (клетки надпочечников) могут содержать субстраты для последующего синтеза (например, стереоидних гормонов).

Какие клетки содержат секреторные включения?

Секреторные включения содержат клетки, продуцирующие тот или иной секрет для организма. К ним относится огромное количество экзокриноцитов организма, например: главные клетки стенки желудка, выделяющие (секретирующие) в полость желудка фермент пепсин, слизистые клетки слюнных желез, клетки потовых и сальных желез кожи. Секреторные включения содержат и различные эндокриноциты, например: клетки мозгового вещества надпочечников, продуцирующих гормон адреналин, клетки щитовидной железы, продуцирующие гормон тироксин. Секреторные гранулы имеют обычно вид мембранных пузырьков, содержащих продукт секреции.

Какие виды пигментных включений имеются в организме человека и каково их значение?

Для врача важное значение имеют знания о нормальной окраске различных частей организма человека, а также обусловленность той или иной окраски. В клинической диагностике многих болезней важным, а иногда и главным критерием служит изменение окраски той или иной части организма. Для паталогоанатома окраска имеет еще большее значение, чем для клинициста. Так, при описании общего вида поврежденных органов при операциях или на разрезах значительное место отводится именно описанию изменений в их окраске.

Естественные окраски ткани зависят главным образом от типа и количества пигмента, который в ней содержится. При некоторых заболеваниях определенные пигменты, которые в норме содержатся только в клетках, могут появляться и в межклеточных пространствах.

Пигменты делят на 2 группы: экзогенные и эндогенные.

Экзогенные – это те, которые образуются вне организма. К ним относятся липохромы (от греч. липосом – жир, хрома – цвет), которые растворяются в жирах и поэтому их окрашивают. Наиболее известным является каротин-пигмент, который окрашивает морковь в ярко-оранжевый цвет. Некоторые формы каротина являются провитамином, которые в организме человека превращаются в витамин. При избыточном употреблении каротина (каротинемия – избыток каротина в крови) люди на первый взгляд напоминают больных желтухой. У взрослых этого почти не бывает, а у младенцев, которым дают много соков, может наблюдаться.

Эндогенные

Наиболее важным можно считать гемоглобин – железосодержащий пигмент эритроцитов, который служит в организме переносчиком кислорода. Длительность существования эритроцитов в крови не превышает 4 мес. По мере износа они фагоцитируются макрофагами в селезенке, печени и костном мозге. В цитоплазме этих крупных клеток гемоглобин расщепляется на гемосидерин (золотисто-коричневого цвета) (содержит железо) и билирубин (без содержания железа). Билирубин – это желто-коричневый пигмент обуславливающий окраску желчи-жидкости, вырабатывается печенью, накапливается и концентрируется в желчном пузыре, затем поступает в кишку, где играет важную роль в процессах переваривания жиров и их всасывании. После окисления билирубин превращается в зеленый пигмент-биливердин, которого много содержится в желчи некоторых птиц.

4.6 Историческая справка . Первый весомый факт, который указывал на происхождение билирубина от гемоглобина, был получен знаменитым патологоанатомом Вирховым более 100 лет назад. Он обратил внимание на кристаллы желтого цвета в тех тканях, где наблюдались кровоизлияния. Этот пигмент, который кристаллизуется среди старых эритроцитов, Вирхов назвал гематоидином и пришел к выводу о его происхождении от гемоглобина. Химический анализ показал, что это тот же пигмент, который окрашивает желчь (билирубин). Но еще десятки лет происхождения билирубина от гемоглобина не принималось.

Меланин – это коричнево-черный пигмент, который встречается главным образом в коже и ее производных, а также в глазу. Он содержится в substantia nigra головного мозга. У представителей белой расы меланин появляется в коже после пребывания на солнце. Меланин обусловливает темный цвет кожи у представителей черной расы. Карий цвет глаз также зависит от наличия меланина. В глубоких слоях сетчатки меланин является материалом, который не пропускает свет, играя такую же роль, как и черная бумага или краска в фотографии.

Меланин – азотсодержащие вещества, которые в чистом виде не содержат ни серы, ни железа. Клетки, продуцирующие меланин, называются меланоциты. У них есть фермент, под действием которого бесцветный предшественник, который доставляется кровью или тканевой жидкостью, превращается в меланин.

Липофусцин – это пигмент, содержащий липид и поэтому окрашивается красителями на жир. Цвет самого липофусцина золотисто-коричневый, он образует скопления, называемые гранулами. Этот пигмент часто оказывается в сердечной мышце, в нейронах и клетках печени. Он накапливается в больших количествах в остаточных тельцах при старении и износе клеток, поэтому его называют пигментом старения.

В результате жизнедеятельности любой клетки, в её цитоплазме могут накапливаться разнообразные соединения(органические и неорганические) Данные вещества отражающие естественный метаболизм клетки получили название включения. Включения являются мобильными структурами цитоплазмы, способные как появляться так и исчезать, чаще всего, рано или поздно включения расходуются для нужд клетки.

Классификация включений

• 1. Трофические включения
• 2. Секреторные включения
• 3. Экскреторные включения
• 4. Пигментные включения
• 5. Витамины

Трофические включения - в цитоплазме могут быть представлены белками, жирами и углеводами. Белковые включения встречаются наиболее редко из всех трофических включений, имеют вид гранул, реже кристаллов. Могут быть обнаружены в несколько большем количестве, в таких клетках как «Женские половые клетки, клетки печени, эмбриональные клетки и опухолевые клетки, чаще всего они несут пластическую функцию, то есть строительным материалом или вакуолей

Жировые встречаются чаще, имеют вид капель или вакуолей и представляет собой высококалорийные масла, которые используются в качестве питательного материала, для клетки. Наибольшее кол-во жировых включений определяется белой и бурой жировой тканью. В клетках печени, в женских половых клетках и в клетках коры надпочечников, в виде стероидных соединений (холистерола) которые в надпочечниковых железах используются в качестве предшественника, при синтезе жирорастворимых гормонов Углеводы - являются весьма распространенными. Основным углеводным включением является гликоген, животный полисахарид, который при своём разложении (например, под действием глюкогона даёт основной энергетический субстрат-глюкозу, которая необходима для всех внутриклеточных процессов, поддерживающих жизнедеятельность клетки, больше всего включений гликогена наблюдается в скелетных мышечных волокнах, в сердечной мышечной ткани, в нервных клетках, а так же клетках печени (гепатоцитах), так же включения гликогена встречаются в женский половых клетках.

Секреторные включения в клетках представляют собой продукт, секреторной активности железистых клеток, который как правило экспортируется клеткой, то есть используется на нужды всего организма. Секреторные включения могут иметь вид гранул вакуолей, реже кристаллов. При электронной микроскопии удаётся обнаружить, что большая часть секреторных включений окружена биомембраной, что необходимо, для процессов выведения секрета и их последующей сохранности, очень много секреторных включений обнурживается в клетках поджелудочной железы в клетках паннета содержащихся в тонкой кишке, а так же в секреторных клетках гипоталамуса, чаще всего секреторные включения хранятся в цитоплазме в неактивном состоянии. Такие неактивные ферменты получают название зимогена. А гранулы с этим секретом получают название зимогенных гранул.

Экскреторные включения. В процессе жизнедеятельности любой клетки в ней накапливаются продукты обмена(шлаки) именно этими шлаками и представлены экскреторные включения. Несмотря на то,что данные включения встречаются во всех клетках, больше всего их в клетках почек. цитоплазма органоид трофический

Пигментные включения представляют собой вещества, накапливаемые в цитоплазме и имеющие свою собственную природную окраску. Пигментные включения делятся на 2 категории: Которые могут храниться в цитоплазме (меланин и липофусцин) и включения которые должны в обязательном порядке выводится из клетки, поскольку являются для неё токсичными. Самым распространённым является меланин. Включения меланина имею вид слоистых телец или гранул, которые диффузно располагаются по всей цитоплазме, больше всего данного пигмента находится в клетках кожи около сосковой области, анагенитальной области, в клетках волос, в клетках сосудистой оболочки глазного яблока, а так же в радужке. Основная функция меланина: поглощение ультрафиолетовой части солнечного спектра, обладающего мутагенной активностью. Данный пигмент так же способствует остроте света, так как поглощает избыточную часть солнечных лучей и препятствует её отражению от задней стенки глаза, тем самым делая изображение более резким и контрастным. Липофусцин представляет собой продукт обмена жировых молекул, входящих в состав остаточных телец - лизосом. С течением времени количество липофусцина в клетках увеличивается, поэтому этот пигмент получил название пигмента старения. Липофусцин может накапливаться в любых клетках, но больше его накапливается в клетках печени и нервных клетках.

Витамины. Включения витаминов, представляют собой гранулы, различного характера, которых в клетках накапливается очень мало, витамины никогда не будут вести пластическую функцию, трофической функции, энергетической функции. Витамины являются кофакторами (помощниками) для различных ферментных систем, контролирующих обмен веществ. Все витамины делят на жирорастворимые и водорастворимые. К жирорастворимым относят витамины А, Д, Е, К. К водорастворимым Ц и витамины группы Б. При недостаточном поступлении того или иного витамина развивается гиповитаминоз, крайним проявлением которого является авитаминоз, и гипо и авитоминоз -это заболевания которые влекут за собой очень серьёзные последствия, которое рано или поздно проявит себя.

У растений в отличие от животных нет специализированных органов выделения. Поэтому каждой клетке растительного организма приходится хранить в себе (в гиалоплазме, органеллах, вакуоле и даже клеточной стенке) все продукты обмена веществ: как временно выведенные из обмена (запасные вещества), так и конечные его продукты (ненужные «отбросы»). Избыточное накопление таких веществ сопровождается их отложением в аморфном виде или в виде кристаллов - клеточных включений. Запасные питательные вещества - продукты первичного обмена, все остальные - вторичного.

Запасные питательные вещества откладываются в клетке в виде крахмальных и белковых (алейроновых) зерен, капель жира. Как правило, они накапливаются в клетках запасающих тканей плодов, семян, корневищ, побеговых и корневых клубней, луковиц, клубнелуковиц.

Основное запасное вещество растений - крахмал. Он запасается во всех органах растений. Легко расщепляясь до растворимых в воде сахаров, которые в виде раствора могут перемещаться по всему растению, крахмал широко используется растением для синтеза других органических веществ и как источник энергии. Различают ассимиляционный (первичный) и запасной (вторичный ) крахмал. Первичный крахмал синтезируется в хлоропластах из молекул глюкозы, запасной - откладывается в лейкопластах (амилопластах). Крахмал, гидролизуемый до сахаров и в их виде перемещающийся по растению, называют транзиторным.

Заполненные вторичным крахмалом лейкопласты называют амило- пластами, или крахмальными зернами (рис. 59). Выделяют три типа крахмальных зерен: простые , полусложные и сложные. В простых зернах - один центр крахмалообразования, вокруг которого откладываются слои крахмала. В полусложных зернах несколько центров, вокруг каждого из которых образуются сначала индивидуальные слои крахмала, а позднее - общие. В сложных зернах каждый центр имеет только свои слои крахмала - общих нет. Простые крахмальные зерна типичны для кукурузы, пшеницы, ржи; сложные - для гречихи, овса, риса. В клетках запасающей ткани клубня картофеля можно встретить все три типа крахмальных зерен. Размер, форма и тип крахмальных зерен специфичны для каждого вида растения. Проведя анализ муки, состоящей в основном из крахмала, можно по виду крахмальных зерен определить, из какого растения она получена и есть ли в ней примеси муки иного происхождения. Наблюдаемая в микроскоп слоистость крахмальных зерен объясняется различным содержанием воды в слоях: в темных - ее меньше, в светлых - больше. Это связано с неравномерностью поступления крахмала в течение суток, определяющейся в свою очередь интенсивностью проходящего в листьях фотосинтеза.

Рис. 59.

• 1 - сложные овса (Avena sp.); 2- картофеля (Solatium tuberosum)",
• 3 - молочая (Euphorbia sp.) 4 - герани (Geranium sp.)", 5- фасоли (Phaseolus sp.); 6 - кукурузы (Zea mais)", 7 - пшеницы (Triticum sp.)

Особенно большое значение в жизни человека играет крахмал, содержащийся в зерновках злаков (кукуруза, пшеница, рис, рожь), запасающих тканях клубней картофеля и батата, плодов банана.

Жиры (липиды) - второй по значимости для растений тип запасающих веществ. Будучи вдвое калорийнее белков и углеводов, они представляют наиболее энергетически эффективную (выгодную) группу органических веществ и преобладают в клетках запасающих тканей относительно мелких органов растения - семян, реже - плодов. Жиры как основное запасное вещество содержатся в семенах растений подавляющего числа видов (около 90%) покрытосеменных растений. Например, семена арахиса могут содержать более 40% масел от массы сухого вещества, подсолнечника - более 50%, клещевины - более 60%. В плодах маслины доля масла может достигать 50%.

Жиры откладываются в цитоплазме, как правило, в виде липидных капель, которые иногда рассматривают как одномембранные органел- лы и называют в этом случае сферосомами. Могут они откладываться и в лейкопластах (олеопластах). Во время прорастания семян жиры гидролизуются с образованием растворимых углеводов, необходимых для развития проростка.

Из семян получают основную массу растительных масел, многие из которых используются как пищевые: подсолнечное, кукурузное, льняное, горчичное, конопляное. Особо высоко ценится масло, извлекаемое из плодов маслины, - оливковое масло.

Запасные белки (протеины ) обычно встречаются в виде алейроновых зерен (белковых телец). Алейроновые зерна имеют разную форму и размеры (от 0,2 до 20 мкм) и представляют собой многочисленные мелкие высохшие вакуоли, заполненные белками, находящимися в аморфной и кристаллической формах. Алейроновые зерна бывают простыми и сложными. Простые алейроновые зерна содержат только аморфный белок и типичны для бобовых растений, гречихи, кукурузы, риса. Сложные алейроновые зерна содержат аморфный белок альбумин, в который погружены кристаллоиды белка глобулина и глобоиды фитина - вещества, содержащего важные для растения ионы фосфора, калия, магния и кальция. Такие алейроновые зерна образуются в клетках запасающих тканей семян льна, тыквы, подсолнечника.

При прорастании семян алейроновые зерна, находящиеся в клетках их запасающих тканей, набухают, и белки с фитином расщепляются на более простые вещества, необходимые для формирования проростка.

Продукты вторичного обмена. Часть конечных продуктов обмена веществ может накапливаться в специализированных клетках или в особых вместилищах. Среди них наиболее распространены эфирные масла, смолы, оксалат кальция и др.

Эфирные масла представляют собой смесь органических безазоти- стых летучих соединений (терпенов и их производных - альдегидов, кетонов, спиртов и др.). Они содержатся в тканях цветков, листьев, семян, плодов, не участвуя в обмене веществ. Насчитывают около 3 тыс. видов растений, образующих эфирные масла. Многие из них используют в медицине, косметологии, парфюмерной промышленности. Особо высоко ценятся эфирные масла лаванды, розы, мяты, цитрусовых растений и др.

Смолы - комплексные соединения, накапливающиеся в виде капель в цитоплазме или клеточном соке. Они могут выделяться и за пределы клеток. Будучи непроницаемыми для воды и обладая антисептическими свойствами, смолы выполняют функции защиты растения, покрывая иногда поверхности его органов. Растительные смолы используют в промышленности и медицине. Особо ценится окаменевшая смола вымерших хвойных растений - янтарь.

Рис. 60.

• 1, 2 - рафиды в клетке недотроги (Impatiens sp.) (1 - вид сбоку,
• 2 - вид на поперечном срезе); 3 - друза в клетке опунции (Opuncia sp.)] 4 - кристаллический песок в клетке картофеля (Solanum tuberosum );
• 5 - одинокий кристалл в клетке ванили (Vanilla sp.)

Оксалат кальция кристаллизуется в клеточном соке (рис. 60). В отличие от кристаллов органических веществ он уже не включается в обмен веществ, а является его конечным продуктом. Образуя оксалат кальция, растение выводит из обменных процессов излишки кальция. Кристаллы оксалата кальция представлены: одиночными многогранниками (сухие чешуи луковицы лука), рафидами - пучками мелких игольчатых кристаллов (листья винограда), друзами - шаровидными структурами, образованными сросшимися кристаллами (корневище ревеня, клубень батата), кристаллическим песком (листья пасленовых).

В клетках растений можно встретить цистолиты - гроздевидные образования, возникающие на выступах клеточной стенки и представляющие собой кристаллы карбоната кальция (типичны для крапивных и тутовых).

Это непостоянные структурные компоненты клетки. Они возникают и исчезают в зависимости от функционального и метаболического состояния клетки, являются продуктами её жизнедеятельности и отражают функциональное состояние клетки в момент исследования. Включения подразделяют на несколько групп: трофические, секреторные, экскреторные, пигментные и др.

Классификация включений

Трофические включения

– запас питательных веществ клетки. Различают углеводные, жировые и белковые включения. Например, глыбки гликогена и капли жира в клетках печени – запас углеводов и липидов, который образуется в организме после еды и исчезает при голодании. Желточные включения (липопротеидные гранулы) в яйцеклетке – запас питательных веществ, необходимый для развития зародыша в первые дни его возникновения.

Секреторные включения

– гранулы и капли веществ, синтезированных в клетке для нужд организма (например, пищеварительные ферменты для желудочного и кишечного сока), которые накапливаются в вакуолях комплекса Гольджи апикальной части клетки и выводятся из клетки путём экзоцитоза.

Экскреторные включения

– гранулы и капли веществ, вредных для организма, которые выводятся клетками во внешнюю среду с мочой и калом. Например, экскреторные включения в клетках канальцев почек.

Пигментные включения

– гранулы или капли веществ, придающих клетке цвет. Например, глыбки белка меланина, имеющего коричневый цвет в меланоцитах кожи, или гемоглобин в эритроцитах.

Помимо структур цитоплазмы, которые можно четко отнести к органеллам или включениям, в ней постоянно имеется огромное количество разнообразных транспортных пузырьков, обеспечивающих перенос веществ между различными компонентами клетки.

Гиалоплазма – истинный раствор биополимеров заполняющий клетку, в котором во взвешенном состоянии (как в суспензии) находятся органеллы и включения, а также ядро клетки. К биополимерам гиалоплазмы относятся белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, а также их сложные комплексы, которые растворены в воде, богатой минеральными солями и простыми органическими соединениями. Кроме того, в гиалоплазме находится цитоматрикс – сеть белковых волокон толщиной 2-3 нм. Через гиалоплазму различные структурные компоненты клетки взаимодействуют между собой, происходит обмен веществ и энергии. Гиалоплазма может переходить из жидкого (золь) в желеобразное (гель) состояние. При этом снижается скорость движения в гиалоплазме потоков веществ и энергии, движение органоидов, включений и ядра, а значит угнетается и функциональная активность клетки.

Реакция клеток на внешнее воздействие.

Описанная морфология клеток не является стабильной (постоянной). При воздействии на организм различных неблагоприятных факторов в строении различных структур проявляются различные изменения. В зависимости от факторов воздействия изменения клеточных структур проявляются неодинаково в клетках разных органов и тканей. При этом изменения клеточных структур могут быть адаптивными (приспособительными) и обратимыми, или жедезадаптивными , необратимыми (патологическими). Однако определить четкую грань между адаптивными и дезадаптивными изменениями не всегда возможно, так как приспособительные изменения могут перейти в патологические. Поскольку объектом изучения гистологии являются клетки, ткани и органы здорового организма человека, то здесь будут рассмотрены прежде всего адаптивные изменения клеточных структур. Изменения отмечаются как в строении ядра, так и цитоплазмы.

Изменения в ядре - набухание ядра и сдвиг его на периферию клетки, расширение перинуклеарного пространства, образование инвагинаций кариолеммы (впячивание внутрь ядра его оболочки), конденсация хроматина. Кпатологическим изменениям ядра относят:

пикноз - сморщивание ядра и коагуляция (уплотнение) хроматина;

кариорексис - распад ядра на фрагменты;

кариолизис - растворение ядра.

Изменения в цитоплазме - уплотнение, а затем набухание митохондрий, дегрануляция зернистой эндоплазматической сети (слущивание рибосом), а затем и фрагментация канальцев на отдельные вакуоли, расширение цистерн, а затем распад на вакуоли пластинчатого комплекса Гольджи, набухание лизосом и активация их гидролаз, увеличение числа аутофагосом, в процессе митоза - распад веретена деления и развитие патологических митозов.

Изменения цитоплазмы могут быть обусловлены структурными изменениями плазмолеммы, что приводит к усилению ее проницаемости и гидратации гиалоплазмы, нарушением обмена веществ, что сопровождается снижением содержания АТФ, снижением расщепления или увеличением синтеза включений (гликогена, липидов) и их избыточном накоплении.

После устранения неблагоприятных воздействий на организм реактивные (адаптивные) изменения структур исчезают и морфология клетки восстанавливается. При развитиипатологических (дезадаптивных) изменений даже после устранения неблагоприятных воздействий структурные изменения нарастают и клетка погибает.

Регенерация.

Регенера́ция (восстановление) - способность живых организмов со временем восстанавливать повреждённые ткани, а иногда и целые потерянные органы.

Виды смерти клеток.

Различают два вида клеточной гибели: насильственная смерть от повреждения – некроз и запрограммированная клеточная смерть – апоптоз .

Некроз

– это посмертные изменения клетки необратимого характера, заключающиеся в постепенном ферментативном разрушении и денатурации ее белков . Он развивается при чрезмерной альтерации клетки, не требует затрат энергии и не зависит от управляющих сигналов местного и центрального происхождения («анархических путь гибели»). Вследствие синтеза поврежденной клеткой БАВ (простогландины) и нарушения целостности ее мембран (выход различных ферментов), некроз представляет определенную угрозу окружающим структурам – это часто способствует развитию воспалительного процесса.

Насильственная гибель клетки обусловлена:

лишением ее питания и кислорода;

необратимыми изменениями структуры и функции с угнетением важнейших метаболических процессов различными патогенными агентами.

Некрозу предшествует глубокая, частично необратимая стадия повреждения клетки – некробиоз (рис. 1). Несмотря на многообразие этиологических факторов, провоцирующих в конечном счете развитие некробиоза и некроза, молекулярно-клеточные изменения, выявляемые при гибели клетки в большинстве случаев одинаковы (Зайчик А.Ш., Чурилов Л.П., 1999). Согласно их мнению, важно различать гипоксический и свободно-радикальный некробиоз . Механизмы свободно-радикального повреждения клетки (см. выше) могут запускаться без первичной гипоксии, а иногда даже в условиях его избытка. Гипоксический некробиоз (см. раздел «Гипоксия») инициируется различными патогенными факторами, вызывающих продолжительную гипоксию. Оба вида некробиоза могут комбинироваться и взаимно дополнять друг друга. Исходом обоих видов некробиоза являются такие повреждения клетки, при которых она уже неспособна к самостоятельному энергообеспечению (т. необратимости , рис. 1) и подвергается некрозу.

Некоторые исследователи иногда рассматривают некробиоз, как процесс собственной гибели клетки. По Давыдовскому И.В., некробиоз – это процесс отмирания клеток. Некроз же, в большей степени характеристика морфологическая, наблюдающаяся после гибели клетки, а не механизм самой гибели.

Различают две основные разновидности некроза:

коагуляционный (сухой) некроз. При нем в клетке развивается значительный ацидоз, идет коагуляция белков и отмечается повышенное накопление кальция с агрегацией элементов цитоскелета. Очень часто наблюдается при тяжелой гипоксии, например, в кардиомиоцитах при инфаркте миокарда. Данный некроз преимущественно развивается в тканях богатых белком и кальцием и характеризуется ранними и глубокими поражениями митохондрий;

колликвационный некроз. Для него типично преобладание гидролитических процессов лизосомального аутолиза или гетеролизиса при участии фагоцитов. Очаг некроза размягчен, наблюдается накопление активных гидроксильных радикалов и эндогенное омыление клеток, что приводит к разрушению ее структур, например различных мембран.

Между коагуляционным и колликвационным некрозоми четких границ нет. Возможно, это объясняется тем, что механизмы их развития во многом общие. Ряд исследователей выделяют и так называемый казеозный (творожистый) некроз (при туберкулезе), пологая при этом, что он представляет собой комбинацию двух предыдущих типов.

Апоптоз.

Апоптоз – это программированная клеточная смерть (инициирующаяся под действием вне- или внутриклеточных факторов) в развитии которой активную роль принимают специальные и генетически запрограммированные внутриклеточные механизмы . Он, в отличие от некроза активный процесс, требующий определенных энергозатрат . Первоначально пытались разграничить понятия «программированная клеточная гибель » и «апоптоз »: к первому термину относили устранение клеток в эмбриогенезе, а ко второму – программированную смерть только зрелых дифференцированных клеток. В настоящее время выяснилось, что никакой целесообразности в этом нет (механизмы развития клеточной гибели одинаковы) и два понятия превратились в синонимы, хотя это объединение и не бесспорно.

Прежде чем приступить к изложению материала о роли апоптоза для жизнедеятельности клетки (и организма) в норме и патологии, мы рассмотрим механизм апоптоза. Их реализацию можно представить в виде поэтапного развития следующих стадий:

1 стадия – стадия инициации (индукции) .

В зависимости от происхождения сигнала, стимулирующего апоптоз, различают:

внутриклеточные стимулы апоптоза . Среди них к наиболее известным относят – разные виды облучения, избыток Н + , оксид азота, свободные радикалы кислорода и липидов, гипертермия и др. Все они могут вызывать различные повреждения хромосом (разрывы ДНК, нарушения ее конформации др.) и внутриклеточных мембран (особенно митохондрий). То есть в данном случае поводом для апоптоза служит «неудовлетворительное состояние самой клетки» (Мушкамбиров Н.П., Кузнецов С.Л., 2003). Причем, повреждение структур клеток должно быть достаточно сильным, но не разрушительным. У клетки должны сохраниться энергетические и материальные ресурсы для активации генов апоптоза и его эффекторных механизмов. Внутриклеточный путь стимуляции программированной смерти клетки можно обозначить как «апоптоз изнутри »;

трансмембранные стимулы апоптоза , т.е., в этом случае он активируется внешней «сигнализацией», которая передается через мембранные или (реже) внутриклеточные рецепторы. Клетка может быть вполне жизнеспособной, но, с позиции целостного организма или «ошибочной» стимуляции апоптоза, она должна погибнуть. Этот вариант апоптоза получил название «апоптоз по команде ».

Трансмембранные стимулы подразделяются на:

«отрицательные » сигналы. Для нормальной жизнедеятельности клетки, регуляции ее деления и размножения необходимо воздействие на нее через рецепторы различных БАВ: факторов роста, цитокинов, гормонов. Среди прочих эффектов, они подавляют механизмы клеточной гибели. И естественно, дефицит или отсутствие данных БАВ активирует механизмы программированной смерти клетки;

«положительные » сигналы. Сигнальные молекулы, такие как ФНОα, глюкокортикоиды, некоторые антигены, адгезивные белки и др., после взаимодействия с клеточными рецепторами могут запускать программу апоптоза.

На клеточных мембранах находится группа рецепторов, в задачу которых передача сигнала к развитию апоптоза является основной, возможно даже единственной функцией. Это, например, белки группы DR (death receptos – «рецепторы смерти »): DR 3 , DR 4 , DR 5 . Наиболее хорошо изучен Fas-рецептор, появляющийся на поверхности клеток (гепатоцитах) спонтанно или под влиянием активации (зрелые лимфоциты). Fas-рецептор при взаимодействии с Fas-рецептором (лигандом) Т-киллера запускает программу смерти клетки мишени. Однако, взаимодействие Fas-рецептора с Fas-лигандом в областях, изолированных от иммунной системы, заканчивается гибелью самого Т-киллера (см. нижеигандом в областях, изолированных от иммунной системы, заканчивается гибелью самого Т-киллера ()ожно000000000000000000000000000).

Следует помнить, что некоторые сигнальные молекулы апоптоза, в зависимости от ситуации могут наоборот, блокировать развитие программированной смерти клеток. Амбивалентность (двойственное проявление противоположных качеств) характерна для ФНО, ИЛ-2, интерферона γ и др.

На мембранах эритроцитов, тромбоцитов, лейкоцитов, а так же клеток легкого и кожи обнаружены особые антигены-маркеры . На них синтезируются физиологические аутоантитела , и они, выполняя роль опсонинов , способствуют фагоцитозу этих клеток, т.е. гибель клеток происходит путемаутофагоцитоза . Выяснилось, что антигены-маркеры появляются на поверхности «старых» (прошедших свой путь онтогенетического развития) и поврежденных клетках, молодые и неповрежденные клетки их не имеют. Данные антигены получили название «антигены-маркеры стареющих и поврежденных клеток» или «белок третьей полосы». Появление белка третьей полосы контролируется геномом клетки. Следовательно, аутофагоцитоз можно рассматривать, как вариант запрограммированной гибели клеток .

Смешанные сигналы. Это сочетанное воздействие сигналов первой и второй группы. Например, апоптоз происходит с лимфоцитами, активированных митогоном (положительный сигнал), но не вступивших в контакт с АГ (отрицательный сигнал).

2 стадия – стадия программирования (контроля и интеграции механизмов апоптоза).

Для этой стадии характерно два, диаметрально противоположных процесса, наблюдающихся после инициации. Происходит либо:

реализация пускового сигнала к апоптозу через активацию его программы (эффекторами являются каспазы и эндонуклеазы);

блокируется эффект пускового сигнала апоптоза.

Различают два основных, но не исключающих друг друга, варианта исполнения стадии программирования (рис. 14):

Рис. 14. Каспазный каскад и его мишени

R– мембранный рецептор; К – каспазы;AIF– митохондриальная протеаза; Цит. С – цитохром с;Apaf-1 – цитоплазматический белок;IAPs– ингибиторы каспаз

1. Прямая передача сигнала (прямой путь активации эффекторных механизмов апоптоза минуя геном клетки) реализуется через:

адапторные белки. Например, так осуществляется запуск апоптоза Т-киллером. Он активирует каспазу-8 (адапторный белок). Аналогично может действовать и ФНО;

цитохром С и протеазу ΑIF (митохондриальная протеаза). Они выходят из поврежденной митохондрии и активируют каспазу-9;

гранзимы. Т-киллеры синтезируют белок перфорин, который образует каналы в плазмолемме клетки-мишени. Через эти каналы в клетку проникают протеолитические ферменты гранзимы , выделяемые все тем же Т-киллером и они запускают каскад каспазной сети.

2. Опосредованная передача сигнала. Она реализуется с помощью генома клетки путем:

репрессии генов, контролирующих синтез белков-ингибиторов апоптоза (гены Bcl-2, Bcl-XL и др). Белки Bcl-2 в нормальных клетках входят в состав мембраны митохондрий и закрывают каналы по которым из этих органоидов выходят цитохром С и протеаза AIF;

экспрессии, активации генов, контролирующих синтез белков-активаторов апоптоза (гены Bax, Bad, Bak, Rb, P 53 и др.). Они, в свою очередь активируют каспазы (к-8, к-9).

На рис. 14 представлена примерная схема каспазного принципа активации каспаз. Видно, что откуда бы не запускался каскад, его узловым моментом является каспаза 3. Она активируется и каспазой 8 и 9. Всего в семействе каспаз – более 10 ферментов. Локализуются в цитоплазме клетки в неактивном состоянии (прокаспазы). Положение всех каспаз в данном каскаде до конца не выяснено, поэтому на схеме ряд из них отсутствует. Как только активируются каспазы 3,7,6 (возможно и их другие типы) наступает 3 стадия апоптоза.

3 стадия – стадия реализация программы (исполнительная, эффекторная).

Непосредственными исполнителями («палачами» клетки) являются выше указанные каспазы и эндонуклеазы. Местом приложения их действия (протеолиза) служат (рис. 14):

цитоплазматические белки – белки цитоскелета (фодрин и актин). Гидролизом фодрина объясняют изменение поверхности клетки – «гофрирование» плазмолеммы (появление на ней впячиваний и выступов);

белки некоторых цитоплазматических регуляторных ферментов: фосфолипазы А 2 , протеинкиназы С и др.;

ядерные белки. Протеолиз ядерных белков занимает основное место в развитии апоптоза. Разрушаются структурные белки, белки ферментов репликации и репарации (ДНК-протеинкиназы и др.), регуляторные белки (рRb и др.), белки-ингибиторов эндонуклеаз.

Иннактивация последней группы – белков ингибиторов эндонуклеаз приводит к активации эндонуклеаз, второму « орудию » апоптоза . В настоящее время эндонуклеазы и в частности, Са 2+ , Мg 2+ -зависимая эндонуклеаза , рассматривается как центральный фермент программируемой смерти клетки. Она расщепляет ДНК не в случайных местах, а только в линкерных участках (соединительные участки между нуклеосомами). Поэтому хроматин не лизируется, а только фрагментируется, что определяет отличительную, структурную черту апоптоза.

Вследствие разрушения белка и хроматина в клетке формируются и от нее отпочковываются различные фрагменты – апоптозные тельца. В них находятся остатки цитоплазмы, органелл, хроматина и др.

4 стадия – стадия удаления апоптозных телец (фрагментов клетки).

На поверхности апоптозных телец экспрессируются лиганды, они распознаются рецепторами фагоцитов. Процесс обнаружения, поглощения и метаболизирования фрагментов погибшей клетки происходит сравнительно быстро. Это способствует избежать попадания содержания погибшей клетки в окружающую среду и тем самым, как отмечено выше, воспалительный процесс не развивается. Клетка уходит из жизни «спокойно», не беспокоя «соседей» («тихий суицид»).

Программированная клеточная гибель имеет важное значение для многих физиологических процессов . С апоптозом связаны:

поддержание нормальных процессов морфогенеза – запрограммированная смерть клеток в процессе эмбриогенеза (имплантации, органогенеза) и метаморфоза;

поддержание клеточного гомеостаза (в том числе ликвидация клеток с генетическими нарушениями и инфицированных вирусами). Апоптозом объясняется физиологическая инволюция и уравновешивание митозов в зрелых тканях и органах. Например, гибель клеток в активно пролиферирующих и самообновляющихся популяциях – эпителиоцитов кишечника, зрелых лейкоцитов, эритроцитов. Гормонально-зависимая инволюция – гибель эндометрия в конце менструального цикла;

селекция разновидностей клеток внутри популяции. Например, формирование антигенспецифической составляющей иммунной системы и управление реализацией ее эффекторных механизмов. С помощью апоптоза происходит выбраковка ненужных и опасных для организма клонов лимфоцитов (аутоагрессивных). Сравнительно недавно (Griffith T.S., 1997) показали значение программированной гибели клеток в защите «иммунологически привилегированных» зон (внутренние среды глаза и семенников). При прохождении гисто-гематических барьеров данных зон (что случается редко), эффекторные Т-лимфоциты гибнут (см. выше). Включение механизмов их смерти обеспечивается при взаимодействии Fas-лиганда барьерных клеток с Fas-рецепторами Т-лимфоцита, тем самым предотвращается развитие аутоагрессии.

Роль апоптоза в патологии и виды различных заболеваний связанных с нарушением апоптоза представлены в виде схемы (рис. 15) и таблицы 1.

Конечно, значение апоптоза в патологии меньше чем некроза (возможно, это связано с недостаточностью таких знаний). Однако, проблема его в патологии имеет и несколько иной характер: она оценивается по степени выраженности апоптоза — усиление или ослабление при тех или иных болезнях.

Клеточные структуры: митохондрии, пластиды, органоиды движения, включения. Ядро

Клеточные органеллы, их строение и функции

Схема состав и функции клеточных включений

Фагоцитоз – захват плазматической мембраной твёрдых частиц и втягивание их внутрь.

Плазматическая мембрана образует впячивание в виде тонкого канальца, в который попадает жидкость с растворёнными в ней веществами. Этот способ называют пиноцитозом .

Ядро

Все организмы, имеющие клеточное строение без оформленного ядра называются прокариотами . Все организмы, имеющие клеточное строение с ядром называются эукариотами .

Ядерные структуры, их строение и функции

Схема строения ядра клетки

Функции ядра клетки:

• регуляция процессов обмена веществ в клетке;
• хранение наследственной информации и ее воспроизводство;
• синтез РНК;
• сборка рибосом.

Выводы по лекции

1. В митохондриях происходит расщепление органических веществ с освобождением энергии, которая идет на синтез АТФ.
2. Важную роль играют пластиды в обеспечении процессов жизнедеятельности растительной клетки.
3. К органоидам движения относят клеточные структуры: реснички, жгутики, миофибриллы.
4. Все клеточные организмы делятся на прокариоты (безъядерные) и эукариоты (с ядром).
5. Ядро представляет собой структурный и функциональный центр, координирующий ее обмен веществ, руководящий процессами самовоспроизведения и хранения наследственной информации.

Вопросы для самоконтроля

1. Почему митохондрии образно называют "силовыми станциями" клетки?
2. Какие структуры клетки способствуют ее движению?
3. Что относится к клеточным включениям? Какова их роль?
4. Каковы функции ядра в клетке?

Самостоятельная работа

Темы рефератов, докладов:

1. Исторический очерк. "Изучение строения клетки".
2. Выдающийся биолог Р. Гук.
3. Выдающийся биолог А. Левенгук.
4. Выдающиеся биологи Т. Шванн и М. Шлейден.
5. Выдающийся биолог Р. Вирхов.