Цитоплазма клетки состоит из микроскопически бесструктурного основного вещества - гиалоплазмы, в которой рассредоточены ее специализированные структуры (органеллы), выполняющие специфические функции.
Гиалоплазма - гетерогенное по химическому составу вещество цитоплазмы клеток. Оно содержит белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, аминокислоты, нуклеотиды, различные ферменты и многие другие соединения, участвующие в метаболизме клеток. Гиалоплазма - среда, объединяющая различные структуры клетки и обеспечивающая их взаимодействие. В гиалоплазме сосредоточены АТФ, продукты обмена, включения глыбок гликогена, капель жира, пигменты и др.
Органеллы - структуры цитоплазмы, выполняющие в клетке специфические функции. К ним относят плазмолемму, рибосомы, эндоплазматическую сеть, комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы, митохондрии, центриоли. Кроме названных органелл, в цитоплазме клеток имеется значительное количество различных по морфологии и функциональному значению структур (фибрилл, филаментов, микротрубочек), отражающих специфичность дифференцировки, характерной для определенных тканей.
Плазмолемма - оболочка клетки, выполняющая ограничительную, транспортную и рецепторную функции. Она отграничивает клетку с поверхности и обеспечивает связь с внешней средой. Плазмолемма обеспечивает механическую связь клеток и межклеточные взаимодействия, содержит клеточные рецепторы гормонов и других сигналов окружающей клетку среды, осуществляет транспорт веществ в клетку и из клетки как по градиенту концентраций - пассивный перенос, так и с затратами энергии против градиента концентраций - активный перенос.
В состав оболочки входят плазматическая мембрана, надмембранный комплекс - гликокалекс и субмембранный опорно-сократительный аппарат. В основе плазматической мембраны лежит бимолекулярный слой липидов, в который погружены полностью тали частично молекулы белка и гликопротеидов. В ней около 40% липидов, 60% белков и до 1% углеводов. В связи с функциональной характеристикой клеток различных тканей специфичен состав тликопротеидного надмембранного комплекса. В нем содержится до 1% углеводов (гиалуроновая, сиаловая кислоты и др.), молекулы которых образуют длинные ветвящиеся цепи полисахаридов, связанные с белками мембраны (рис. 12 и 13). Находящиеся в гликокалексе белки - ферменты участвуют в конечном внеклеточном расщеплении веществ. Продукты этих реакций в виде мономеров поступают в клетку. При активном переносе транспорт веществ в клетку (эндоцитоз) осуществляется или поступлением молекул в виде раствора - пиноцитоз, или захватом крупных частиц - фагоцитоз.
Процесс фагоцитоза состоит из двух фаз: взаимодействие частицы с рецептором плазмолеммы клетки и затем поглощение ее в результате образования псевдоподий. Первоначальное взаимодействие частицы и рецептора плазмолеммы вызывает сигнал, б результате которого происходят местные скопления контрактильных белков (актина и др.) в поверхностном слое цитоплазмы, ведущие к образованию псевдоподий. Это увеличивает площадь ее контакта с частицей, что вызывает дальнейшее скопление сократимых белков. Процесс продолжается, пока псевдоподии не сомкнутся над частицей, формируя фагосому.
Пиноцитоз - везикулярное поглощение жидкости, содержащей низкомолекулярные растворы (липопротеиды, иммунные комплексы, ферритин, гормоны и др.). Различают макропиноцитоз, при котором ундулирующие складки поверхности клетки захватывают капли раствора, видимые при фазоконтрастной микроскопии, и микропиноцитоз - жидкость захватывается минимальными инвагинациями, различимыми только при электронной микроскопии.
По механизму действия микропиноцитоз бывает жидкофазный и абсорбтивный. Первый - неизбирательный: растворенные вещества поглощаются пропордионально их концентрации в жидкой среде, а поглощающая их мембрана морфологически не специализирована. При втором - мембраны пузырькообразпых инвагинаций плазмолеммы клетки покрыты с внешней поверхности тонким местным слоем гликокалекса, а с внутренней - щетинкой тонких волосков.
Количество иитериоризированной (погруженной) при эндоцитозе мембраны может быть большим, особенно при фагоцитозе. Макрофаги in vitro могут интериоризировать при фагоцитозе до 18% своей плазмолеммы в час.
Рис. 12. Схема строения плазматической мембраны: белки с внешней стороны слоя связаны с полисахаридами, образуя слой гликокалекса.
Рис. 13. Гипотетическая схема плазматической мембраны (по Бергельсону).
Рис. 14. Схема клеточных контактов:
1 - простой контакт; 2 - замок; 3 - плотный контакт; 4 - промежуточный контакт; 5 - десмосома; б - щелевой контакт.
В соответствии с функциональными и морфологическими особенностями тканей оболочка клеток образует характерные для них аппараты межклеточных контактов. Основные их формы: простой контакт, плотный контакт, промежуточный контакт (или зона слипания) и щелевой контакт (рис. 14).
Простой контакт - наиболее распространенная форма контакта двух смежных клеток. При нем клетки отстоят одна от другой на расстоянии 15 - 20 нм. Межклеточное пространство соответствует надмембранным компонентам клеточных мембран контактирующих клеток.
Плотный (замыкающий) контакт. При нем внешние слои плазмолеммы у люминальной поверхности смежных клеток сливаются в одну общую структуру и изолируют межклеточное пространство от внешней для ткани среды. Этот тип соединения находится между эпителиальными клетками у их апикальной поверхности и образует зону слияния мембран (слипания их интегральных белков), окружающую в виде пояска верхушки клеток. Белки мембраны связаны в зоне плотного замыкающего контакта с системой тонких фибрилл цитоплазмы, ориентированных параллельно поверхности клетки по ходу зоны слипания.
Разновидностью плотного контакта являются десмосомы. Они характеризуются особым развитием и дифференцировкой надмембранного комплекса смежных клеток. В точечных десмосомах расстояние между мембранами двух контактирующих клеток 22 - 35 нм. В межклеточном пространстве за счет надмембранного комплекса формируется волокнистое вещество. В его центральной части образуется пластинка, содержащая белки и мукополисахариды. Она связана с плазмолеммами смежных клеток поперечными фибриллами. К мембранам контактирующих клеток прилегают электроноплотные зоны цитоплазмы с отходящими от них фибриллами. Десмосомы обеспечивают механическую связь смежных клеток.
Щелевой контакт характеризуется наличием незначительного межклеточного пространства (до 2 - 3 нм). Это специализированная область плазмолемм смежных клеток, обеспечивающая диффузию ионов и мелких молекул от одной клетки в другую. При соответствующей обработке ткани электроноплотным веществом видно, что межклеточное пространство пересекается мостикамидиаметром 7 нм на расстоянии до 10 нм. В некоторых случаях в мостиках отмечают наличие мельчайших пор. Соответствующие материалы получены и замораживанием - сколом. Это дает основание полагать, что глобулярная частица в области щелевого контакта тянется через бислой липидов мембран и впячивается в межклеточную щель, где соединяется с соответствующей частицей противоположной мембраны смежной клетки. Соединение конец в конец этих частиц образует единицы - коннексоны, по которым из клетки в клетку идет гидрофильный канал диаметром 1,5 - 2 нм, проводящий ионы и мелкие молекулы, поддерживая их электрические и метаболические взаимодействия. Проницаемость щелевых контактов достоверно доказывается прохождением при микроинъецировании флуоресцентных красителей, аминокислот, нуклеотидов и других веществ из одной клетки в другую. Белки, аминокислоты и другие макромолекулы через щелевой контакт не проходят.
Рибосомы представляют собой гранулы 15 - 35 нм в диаметре. Располагаются они в цитоплазме свободно или фиксированы на мембране эндоплазматической сети (гранулярная эндоплазматическая сеть). Свободные рибосомы характерны для цитоплазмы недифференцированных камбиальных клеток. При световой микроскопии цитоплазма клеток, богатых рибосомами, базофильна. Рибосомы имеются и в составе ядра, где они обеспечивают синтез ядерных белков (рис. 15).
Состоят рибосомы из двух субъединиц - малой и большой. Малая субъединица прикреплена к уплощенной области большой субъединицы. Каждая из них содержит молекулу рибосомальной РНК (р-РНК) и белка, который составляет 40 - 60% общей массы рибосомы. Располагаясь на мембранах эндоплазматической сети цитоплазмы клетки, рибосома прикрепляется большой субъединицей.
Рибосомы участвуют в сборке молекул белка - укладке аминокислот в полимерные цепи в строгом соответствии с генетической информацией, заключенной в ДНК.
Помимо рибосомальной РНК, в клетке присутствует информационная РНК (и-РНК), синтезирующаяся на ДНК ядра. Последняя определяет порядок чередования азотистых оснований в и-РНК. и-РНК несет информацию от генома к рибосомам цитоплазмы, где закодированное сообщение транслируется в последовательность включения аминокислот синтезируемого белка.
Белок синтезируется обычно не на одной рибосоме, а на группе рибосом - полирибосоме (полисоме). Рибосомы в полисоме связаны молекулой и-РНК, которая проходит вдоль ряда рибосом, пока вся закодированная в ней информация не будет прочитана. Информационная РНК связана с малой субъединицей рибосом, формирующаяся полипептидная цепочка - с большой.
Третий вид РНК в цитоплазме - это транспортная РНК (т-РНК), которая переносит аминокислоты на рибосому. Существует специальная т-РНК для каждой аминокислоты, и каждая
Рис. 15. Полирибосомы ретикулоцитов: А - напыленные платиной (ув. 100000); Б - окрашенные позитивно уронилацетатом (ув. 400000, по Рпч) несет специфический тринуклеотид, способный прикрепляться к специфическому тринуклеотиду (кодону) на молекуле и-РНК. Последовательность кодонов на молекуле и-РНК определяет последовательность прикрепления т-РНК и, следовательно, последовательность чередования аминокислот в формирующейся полипептидной цепочке.
Рибосома создает пространственные отношения, необходимые для взаимодействия т-РНК с и-РНК, и обеспечивает формирование полипептидных связей между аминокислотами, которое катализируется активным участком одного из рибосомальных белков.
Эндоплазматическая сеть - система трубочек и уплощенных расширений, называемых цистернами, создающими в совокупности мембранную сеть в цитоплазме клетки. Эндоплазматическая сеть участвует в процессах синтеза, выполняет транспортную функцию в клетке, содержит ферменты и их субстраты, играющие активную роль в обмене веществ клетки. Различают два типа эндоплазматической сети: гранулярную, к наружной поверхности которой прикреплены рибосомы, и агранулярную без рибосом (рис. 16).
Цистерны гранулярной эндоплазматической сети особенно многочисленны в клетках, синтезирующих большое количество белка в качестве секреторного продукта. В таких клетках цистерны могут располагаться параллельными скоплениями или образовывать концентрические системы. В таких скоплениях просвет цистерн очень узкий, расстояние между ними всего лишь
Рис. 16. Электронная микрофотография агранулярной (А) эндоплазматической сети клеток печени хомяка (по Картези и Лонду) и гранулярной (Б) эндоплазматической сети клетки поджелудочной железы.
Рис. 16, а. Схема гипотезы прохождения белков через мембрану цитоплазматической сети:
1 - сигнальный ко дон; 2 - и-РНК; 3 - сигнальный пептид; 4 - полость цистерны; 5 - сигнальная пептидаза; 6 - рецепторный белок.
35 нм. На тангенциальных срезах цистерн гранулярной эндоплазматической сети видно, что рибосомы, фиксированные на ее мембранах, также объединены в полисомы и расположены в виде розеток, спиралей, петель на внешней поверхности мембран.
Для объяснения прохождения синтезированных белков через мембрану в каналец эндоплазматической сети создана следующая гипотеза. Информационная РНК для секреторных белков содержит последовательность сигнальных кодонов. Синтез сигнальных пептидов происходит на свободных рибосомах. Когда сигнальный пептид появляется из канала на большей субъединице, рибосома связывается с рецепторными белками для рибосом на мембране эндоплазматической сети. Такими белками являются, по-видимому, рибофорин I и рибофорин II, отсутствующие на мембранах гладкой эндоплазматической сети. Рецепторные белки при этом сближаются и образуется трансмембранный канал, расположенный так, что он является продолжением канальца на большой субъединице рибосомы. В результате удлинения полипептидной цепочки сигнальный полипептид продвигается внутрь цистерны и отщепляется сигнальной пептидазой, локализованной на внутренней поверхности мембраны. Полипептидная цепочка синтезирующегося секреторного белка продолжает продвигаться внутрь цистерны. Когда синтез белковой молекулы заканчивается, рибосома отделяется от мембраны, а каналы облитерируются (рис. 16, а).
Агранулярная (гладкая) эндоплазматическая сеть обычно не образует цистерн, а состоит из анастомозирующих трубочек. Она связана с синтезом и расщеплением гликогена, с метаболизмом липидов, в частности, с синтезом стероидных гормонов. Поэтому гладкая эндоплазматическая сеть очень развита в клетках, продуцирующих стероидные гормоны (интерстициальных клетках семенника, клетках коры надпочечников, желтого тела яичников). Введение экспериментальным животным барбитуратов, инсектицидов, канцерогенов и других препаратов вызывает гипертрофию гладкой эндоплазматической сети в клетках печени. Этот адаптивный ответ печеночных клеток, повышающих свою способность метаболизировать и удалять лекарства, лежит в основе толерантности к лекарствам при их продолжительном употреблении. Таким образом, агранулярная эндоплазматическая сеть участвует в обезвреживающей функции печени.
Митохондрии присутствуют почти во всех эукариотических клетках. Их главная функция - обеспечение химической энергией, необходимой для биосинтетической и моторной активности клеток. Продукты расщепления углеводов, поступающие в митохондрию в виде пируватов, аминокислоты и жирные кислоты окисляются в митохондриях до С02 и H2О. Освобождающаяся прж этом энергия используется для синтеза аденозинтрифосфата (АТФ) из аденозиндифосфата (АДФ) и неорганического фосфата. Реакция формирования АТФ называется фосфорилированием, АТФ обеспечивает энергией почти все жизненные процессы. При этом АТФ расщепляется на фосфат и АДФ. Последний вновь поглощается митохондрией и фосфорилизуется. Для обеспечения процессов окисления, фосфорилирования и других реакций в митохондриях присутствует более 50 ферментов.
На светооптическом уровне митохондрии выглядят как нити или короткие палочки, реже - зерна. Их средняя длина 2 - 6 мкм, ширина 0,2 мкм. Обычно они распределены по всей цитоплазме, но иногда могут быть сконцентрированы на тех участках клетки, где потребность в энергии наибольшая. Например, вблизи аппарата движения (рис. 17).
Рис. 17. Митохондрии клеток призматического эпителия кишечника:
1 - ядро: 2 - щетковидная каемка; 3 - митохондрии; 4 - базальная мембрана
Рис. 18. Схема общей организации митохондрии:
1 - внешняя мембрана; 2 - внутренняя мембрана; 3 - впячивание внутренней мембраны - кристы; 4 - места выпячиваний, вид с поверхности.
Рис. 19. Электронная микрофотография среза митохондрии поджелудочной железы.
Митохондрии обладают характерной ультраструктурой. Снаружи митохондрия окружена гладкоконтурной наружной митохондриальной мембраной толщиной 7 нм. На расстоянии 8 - 10 нм от наружной лежит внутренняя митохондриальная мембрана. Она имеет многочисленные складки - митохондриальные кристы, увеличивающие площадь внутренней мембраны. Между наружной и внутренней мембранами располагается мембранное пространство низкой электронной плотности. Пространство, ограниченное внутренней митохондриальной мембраной, заполнено гомогенным или тонкозернистым митохондриальным матриксом. В матриксе локализованы ферменты цикла трикарбоновых кислот, в котором пируваты, а также продукты расщепления белков и липидов окисляются до СO2 и H2O. Внутренняя мембрана митохондрий содержит ферменты дыхательной цепи. На внутренней мембране митохондрий располагаются митохондриальные субъединицы или элементарные частицы. Они представляют собой сферические частицы диаметром 9 нм, связанные с мембраной стеблем шириной 3 - 4 нм и длиной 5 нм. В субъединицах имеются наборы ферментов, ответственные за фосфорилирование (рис. 18, 19, 20).
В матриксе митохондрий расположены митохондриальные гранулы. Они могут быть свободными или связанными с кристами. Размер их колеблется от 25 до 120 нм в зависимости от типа клеток и их функционального состояния. Высокая плотность обычно скрывает внутреннюю структуру гранул, но на тонких срезах видно, что они разделены очень тонкими септами. Функциягранул до сих пор окончательно не установлена, но полагают, что они являются местами связывания двухвалентных катионов, в частности Ca++, и участвуют, таким образом, в поддержании постоянства содержания их в окружающей митохондрию гиалоплазме.
Митохондрии обладают своими собственными ДНК и РНК. На срезах митохондрий молекулы ДНК выглядят как ветвящиеся нити различной толщины, окруженные более прозрачным участком матрикса. Когда разрушенные митохондрии распределяются по поверхности воды, освобожденная ДНК выглядит, как нить толщиной 4 нм, длиной 5 мм, замкнутая в виде окружности. Циркулярная форма митохондриальной ДНК очень напоминает ДНК вирусов и бактерий. В митохондриальном матриксе присутствуют также частицы рибонуклеопротеида - рибосомы диаметром 10 - 15 нм, информационная и транспортная РНК, а также все необходимые ферменты для синтеза ДНК, РНК и белка. Однако из-за малой информации, заключенной в геноме митохондрий, они не могут синтезировать все свои компоненты и синтез большинства ферментов обеспечивается геномом ядра.
Митохондрии обладают ограниченной продолжительностью существования (полупериод жизни для митохондрии клеток печени 8 дней, сердечной мышцы - 6 дней, нейронов - 31 день). Убыль митохондрий пополняется за счет их деления. При этом от внутренней мембраны митохондрии растет септа, пока не встречается с противоположной стороной внутренней мембраны. В септу концентрически врастает наружная мембрана и происходит разделение митохондрии на две дочерние.
Комплекс Гольджи (пластинчатый комплекс) на препаратах, обработанных азотнокислым серебром или четырехокисью осмия, выглядит как сеть переплетающихся темных линий. В одних
Рис. 20. Электронная микрофотография кристы: митохондрии сердечной мышцы быка (ув. 40000). Видны частицы, переносящие электроны.
Рис. 21. Комплекс Гольджи (3) в нервных клетках спинального ганглия. Импрегнация осмием (ув. 400, по Алмазову и Сутулову):
1 - ядро с ядрышком; 2 - цитоплазма.
клетках он локализован вблизи центриолей, в других - окружает ядро, а в эпителиальных клетках обычно располагается между ядром и апикальной поверхностью клетки (рис. 21).
При электронной микроскопии видно, что основным компонентом комплекса Гольджи являются окруженные мембраной уплощенные мешочки, или цистерны, располагающиеся стопкой друг над другом. Цистерны изогнуты так, что в стопке можно различить выпуклую (наружную) и вогнутую (внутреннюю) поверхности (рис. 22). Отдельное скопление цистерн называется диктиосомой. Особенности ультраструктуры комплекса Гольджи связаны с его основной функцией конденсации и выведения секретов. Белковые секреты синтезирутся на рибосомах, связанных с гранулярной эндоплазматической сетью, поступают в канальца сети и транспортируются в зону Гольджи. Цистерны эндоплазматической сети на поверхности, обращенной к комплексу Гольджи, обычно лишены рибосом. Маленькие выпячивания этой поверхности, заполненные белковым секретом, отрываются и образуют транспортные пузырьки, вливающиеся в наружные цистерны диктиосомы. Помимо цистерн и транспортных пузырьков, в состав комплекса Гольджи входят также конденсирующие вакуоли и секреторные гранулы. Согласно наиболее общепринятой в настоящее время концепции, участие комплекса Гольджи в процессе секреции заключается в следующем. Транспортные пузырьки, сливаясь, образуют цистерны наружной (формирующей) поверхности диктиосомы. По мере формирования новых цистерн старые отодвигаются к внутренней (созревающей)поверхности. Цистерны раздуваются, превращаясь в конденсирующие вакуоли. Последние в результате конденсации их содержимого могут превращаться в секреторные гранулы. Мембраны цистерн по мере продвижения к созревающей поверхности трансформируются, приобретая сходство с плазмолеммой. Поэтому оболочка секреторных гранул легко сливается с плазмолеммой и секрет поступает в просвет железы. Лизосомы формируются в комплексе Гольджи так же, как секреторные гранулы (рис. 23).
Однако есть другая гипотеза, получившая в настоящее время довольно широкое распространение. По мнению ее сторонников, трубочки и цистерны с гладкой поверхностью, расположенные вблизи созревающей поверхности комплекса Гольджи и дающие реакцию на кислую фосфатазу, представляют собой специализированную систему для передачи кислых гидролаз из гранулярной эндоплазматической сети непосредственно в лизосомы, минуя комплекс Гольджи. Эта система была названа ГЭРЛ (связанный с комплексом Гольджи эндоплазматический ретикулум, от которого формируются лизосомы). Авторы связывают с ГЭРЛ также формирование пероксисом, конденсирующих вакуолей и мембран аутофагосом.
Помимо выведения белковых секретов, комплекс Гольджи принимает участие в синтезе полисахаридов и присоединения их к белку. При синтезе гликопротеинов часть олигосахаридов включается в полипептиды, когда они синтезируются на рибосомах, а другие добавляются позднее к сформированным полипептидным цепям при достижении комплекса Гольджи. Кроме участия в
Рис. 22. Электронная микрофотография комплекса Гольджи (стрелками обозначены мелкие вакуоли).
Рис. 23. Слияние лизосомы с плазмолеммой (по Даэмсу).
синтезе углеводной части секреторных гликопротеинов железистых клеток, комплекс Гольджи играет важную роль в синтезе гликопротеинов плазмолеммы (гликокаликса).
Морфология комплекса Гольджи может зависеть от интенсивности процесса секреции. Когда органелла относительно неактивна, цистерны непрерывны, тесно расположены и одинаковой ширины но всей диктиосоме. В активно секретирующих клетках профили цистерн короче, их мембраны часто фенестированы, а ширина просвета увеличивается от формирующей поверхности к созревающей. В области комплекса Гольджи, кроме гладких, встречаются также окаймленные пузырьки. В секреторных клетках их связывают с рециркуляцией мембран от плазмолеммы обратно к комплексу Гольджи.
Лизосомы - тельца диаметром 0,2 - 0,5 мкм, ограниченные мембраной и содержащие около 50 различных ферментов, преимущественно гидролитических, активных при кислых значениях рН (фосфатазы, гликозидазы, протеазы, липазы, сульфатазы и др.). Свое название органелла получила за то, что заключенные в ней ферменты способны вызвать лизис (растворение) всех компонентов клетки. В нормальных условиях этого обычно не происходит, так как заключенные в лизосомах ферменты изолированы от субстратов и соответственно неактивны. Около 20% ферментов встроено в мембрану лизосом и 80% находится в ее мукополисахаридном комплексе (рис. 24).
Функция лизосом заключается во внутриклеточном ферментативном расщеплении как экзогенных веществ, попавших в клетку в результате эндоцитоза, так и эндогенных (удаление органелл и включений в ходе нормального обновления или в ответ на измененную функциональную активность). Иногда может повышаться проницаемость мембран лизосом клетки и их ферменты выходят
Рис. 24. Схема функционирования лизосом и внутриклеточного протеолиза (по Де-Дюву):
1 - фагоцитируемая частица; 2 - микромолекулы; 3 - макромолекулы, пиноцитируемые клеткой; 4 - фагосома; б - эргастоплазма; 6 - лизосомы; 7 - слияние лигосомы и фагосомы; 8 - протеолиз частиц и макромолекул (9); 10 - экскреция остатков протеолиза; 11 - протеолиз в лизосоме с образованием фагоцитозной вакуоли.
в цитоплазму. Тогда происходит растворение (аутолиз) клетки. Это наблюдается в условиях эксперимента, патологии и в некоторых случаях нормального функционирования органа (инволюция молочной железы при прекращении лактации, инволюция матки после родов, резорбция хвоста амфибий при метаморфозе и др.) В зависимости от активности лизосом в процессах внутриклеточного переваривания и от характера объекта, подлежащего гидролитическому расщеплению, содержимое лизосом очень разнородно. Различают: первичные лизосомы, фаголизосомы (или гетерофагосомы), аутофагосомы и остаточные, или резидуальные, тельца.
Первичные лизосомы - маленькие тельца с гомогенным содержимым. Они представляют собой резерв гидролитических ферментов, еще не участвующих в переваривании.
Фаголизосомы (гетерофагические вакуоли) образуются от слияния первичной лизосомы с фагосомой. При этом начинается гидролитическое расщепление содержимого последней.
Аутофагосомы возникают при внутриклеточном обновлении или при внутренней перестройке клетки, связанной с уменьшением физиологической активности. Тогда часть органелл удаляется путем аутофагии. Подлежащие разрушению органеллы окружаются мембраной, формируя аутофагическую вакуоль. G последней сливаются лизосомы, изливая свои гидролитические ферменты. Природа мембраны окончательно не выяснена. По-видимому, это мембраны гладкой эндоплазматической сети, или ГЭРЛ.
По мере переваривания содержимого фаголизосомы уменьшаются в размере и превращаются в остаточные, или резидуальные, тельца, заполненные гранулами непереваримого материала различного размера и плотности. Остаточные тельца впоследствии могут сливаться в скоплении липофусцина или пигмента изнашивания.
Пероксисомы - окруженные мембраной сферические тельца размером 0,2 - 0,5 мкм. Они несколько напоминают лизосомы, но не содержат гидролитических энзимов. Для пероксисом характерно присутствие в них оксидаз аминокислот и каталазы, фермента, разрушающего перокиси. У тех видов животных, клетки которых содержат уратоксидазу, в пероксисомах печени и почек присутствует кристаллоид (нуклеоид). У видов, лишенных уратоксидазы (птицы, человек), кристаллоид в пероксисомах отсутствует. Строение кристаллоида имеет видовые различия, а также зависит от типа клетки. Например, в пероксисомах печени крыс кристаллоид состоит из полых трубок, расположенных таким образом, что они образуют фигуру пчелиных сотов. В пероксисомах проксимального отдела почек крысы обнаружены нуклеоиды двух типов: цилиндрические включения диаметром 85 - 140 нм и тубулярные кристаллы длиной до 3 мкм. В пероксисомах печени хомячка нуклеопд имеет форму пластинки.
В дополнение к пероксисомам печени и почек в различных видах эпителия обнаружены ограниченные мембраной тельца диаметром 0,15 - 0,25 мкм, лишенные нуклеоида - микропероксисомы.
Каталаза пероксисом: может играть защитную роль, разрушая перекись водорода, токсичную для клеток. Пероксисомы связывают также с метаболизмом холестерина, так как они особенно многочисленны в клетках, участвующих в метаболизме холестерина и синтезе стероидов: печени, надпочечников, яичников и в интерстициальных клетках семенников. Отмечено также, что введение веществ, понижающих уровень холестерина в крови, вызывает резкое увеличение числа пероксисом печени.
Центросома (клеточный центр) расположена вблизи ядра и комплекса Гольджи. На светооптическом уровне она представлена двумя гранулами - центриолями, окруженными светлой бесструктурной зоной цитоплазмы - центросферой. Последняя переходит в лучистую сферу, то есть в зону радиально расходящихся тончайших, находящихся на грани микроскопического видения фибрилл (рис. 25).
При электронной микроскопии центриоли видны в виде цилиндров 300 - 500 нм длины и 150 нм в диаметре, стенка которых образована девятью группами микротрубочек. Каждая группа содержит 3 микротрубочки по 25 нм в диаметре. В группе микротрубочки располагаются цепочкой, ориентированной к радиусу центриоли под утлом 40°. Микротрубочка, наиболее удаленная от периферии структуры, обозначается как субъединица А, остальные две, соответственно их положению, В и С. Микротрубочка А состоит из 13 тубулиновых протофиламентов. Микротрубочки В и С - из 10 - 11.
Перед делением клетки происходит удвоение центриолей, при этом предсуществующие центриоли не делятся. Дочерняя
Рис. 25. Клеточный центр эпителиальной клетки: A, В, С - микротрубочки центриоли.
центриоль формируется заново на специфической области предсуществующей центриоли, но будучи отделенной от нее узким пространством. Вначале на боковой поверхности старой центриоли формируется кольцевидное скопление плотного материала такого же диаметра, как зрелая центриоль, но лишенная микротрубочек - процентриоль. Плотный материал продолжает присоединяться к свободному краю процентриоли, а в гомогенном, ранее плотном материале появляются триплеты микротрубочек. Формирующаяся центриоль удлиняется в направлении, перпендикулярном к материнской центриоли.
Функция центриолей заключается в индукции полимеризации белков - тубулинов с образованием микротрубочек. В интерфазе они участвуют в формировании микротрубочек клеточного каркаса. Во время митоза центриоли индуцируют формирование микротрубочек веретена деления. Центриоли служат базальными тельцами ресничек.
С центриолью могут быть связаны сателлиты, представляющие собой гранулярные фокусы отхождения микротрубочек, и дополнительные микротрубочки.
В процессе формирования ресничек центриоли (базальное тельце) могут формироваться и на расстоянии от существующих центриолей. Большинство из них развивается вокруг плотных сферических телец, называемых деутеросомами, или организаторами процентриолей, которые, в свою очередь, развиваются путем конденсации небольших скоплений филаментозного материала. Несколько процентриолей могут появляться вокруг одного организатора. Формирующиеся центриоли быстро удлиняются и приобретают микротубулярную внутреннюю структуру. При достижении длины зрелой центриоли она отделяется от организатора и движется к поверхности клетки, где и индуцирует полимеризацию девяти дублетов микротрубочек формирующейся реснички.
Реснички и жгутики - органеллы движения клетки. Строение их сходно и отличаются они друг от друга главным образом длиной. Ресничка представляет собой вырост цитоплазмы длиной 6 - 10 мкм и толщиной 200 нм, покрытый плазмолеммой. Внутри выроста находится аксонема в виде микротрубочек. В отличие от центриоли аксонема ресничек и жгутиков состоит из двух центральных микротрубочек и девяти парных периферических. В парах (дублетах) различают микротрубочку А, расположенную несколько ближе к центральной оси реснички, и микротрубочку В, имеющую форму полулуния и частично охватывающую микротрубочку А. От микротрубочки А к микротрубочке В соседнего дублета тянутся две "ручки", состоящие из белка динеина, обладающего активностью АТФ-азы, фермента, вызывающего расщепление АТФ и освобождение энергии. Центральная пара микротрубочек связана мостиками. Направление движения ресничек всегда перпендикулярно мостику. Базальные тельца, лежащие в основании ресничек и жгутиков, представляют собой центриоли. Часто в основании реснички лежит пара центриолей под прямым углом друг к другу. Базальное тельце продолжается в аксонему. При этом А и В микротрубочки триплетов базального тельца продолжаются в А и В микротрубочки аксонемы. Аксонема жгутика построена так же, как аксонема реснички. Длина жгутика простейших около 150 мкм, а у спермиев некоторых видов жгутик в несколько раз длиннее. Реснички и жгутики не могут сокращаться. В основе их движения лежит механизм скольжения микротрубочек друг относительно друга. При этом ресничка изгибается.
Микротрубочки, микрофибриллы, микрофиламенты. Микротрубочки связаны с поддержанием и изменением формы клетки, участвуя в формировании цитоскелета. Формируя веретено деления, они обеспечивают движение хромосом во время митоза. Микротрубочки связаны с направленным перемещением телец цитоплазмы (например, есть данные об их участии в перемещении митохондрий, синаптических пузырьков в нейронах, меланосом в меланофорах). Они входят в состав центриолей, ресничек и жгутиков.
Микротрубочки имеют вид полого цилиндра, построенного из 13 продольно ориентированных филамент. Последние состоят из округлых субъединиц тубулина величиной 4 - 5 нм, что придает филаментам четковидную форму. Внешний диаметр микротрубочек 25 нм, диаметр просвета 15 hm.
Наряду с микротрубочками опорную функцию в клетках выполняют микрофибриллы. Это филоментозные образования
Рис. 26. Гликоген в клетках печени. Окраска кармином но методу Веста (ув. 900):
1 - клетки печени; 2 - цитоплазма с зернами и глыбками гликогена; 3 - ядро с ядрышком; 4 - синусоидный (расширенный) кровеносный капилляр.
Рис. 27. Жировые включения в клетках печени. Окраска осмиевой кислотой - сафранином (ув. 900):
1 - клетки печени (а - липоидные гранулы в цитоплазме; б - ядро): 2 - капилляр с эритроцитами.
Рис. 28. Пигментные включения в меланоцитах. Тотальный неокрашенный препарат (ув. 400):
1 - ядро пигментной клетки; 2 - цитоплазма с пигментными зернами - меланином. диаметром 10 нм. Состоят они из белковых субъединиц. Белки в различных тканях отличны. В эпителии это кератины. Пучки микрофибрилл в эпителии называются тонофибриллами. В клетках мезенхимного происхождения (фибробласты) микрофибриллы состоят из белка виметина, в мышцах - десмина и скелетина.
Микрофиламенты толщиной 6 нм в большом количестве присутствуют в кортикальном слое клеток, формируют пучки в их цитоплазме. Состоят они из сократительных белков, главным образом актина. В цитоплазме кровяных клеток гранулоцитов, фибробластов, нейронов и других клеток обнаружен также миозин.
Клеточные включения. В цитоплазме клеток различных тканей и органов в соответствии со специфичностью обмена веществ закономерно синтезируются и накапливаются различные вещества в виде характерных для них продуктов обмена - включений. Они бывают трофические - связанные с белковым, углеводным и жировым обменами, секреторные, пигментные, включения витаминов и др. Не являясь постоянной составной частью цитоплазмы, включения отражают закономерности обмена соответствующих тканей и органов. Так, для яйцевых клеток характерны включения белка определенной химической характеристики. Накопление включений гликогена клетками печени соответствует закономерностям процесса пищеварения (рис. 26). Жировые включения физиологически накапливаются в жировых клетках соединительной ткани (рис. 27). Пигментные клетки эпидермиса кожи содержат включения меланина (рис. 28). В клетках различных органов накапливаются витамины и многое другое.
