Общие понятия о гомеостазе клетки

Реализация всех свойств клетки, лежащих в основе жизни, возможна только в условиях, когда клетка поддер­живает относительное постоянство своей внутренней среды. Она представлена цитоплазмой и кариоплазмой, которые по своей организации дискретны, т. е. состоят из различных специализиро­ванных компартментов (отделов). В цитоплазме выделяют жид­кую фазу — гиалоплазму, в которой располагаются различные структурированные образования. Все немембранные органеллы функционируют в гиалоплазме, т.е. в относительно одинаковых условиях. Иные условия необходимы для органелл мембранного строения. Находясь в гиалоплазме, они отделены от нее своей внешней мембраной. Содержимое каждой органеллы должно со­здавать адекватные условия для их функциональных систем, на­пример, ферменты лизосом осуществляют внутриклеточное пи­щеварение в кислой среде. Из этого можно сделать вывод: компартментализация представляет собой биологический принцип разделения целого на гетерогенные части, совместная деятель­ность которых составляет единый целостный процесс – гомеостаз. Гомеостаз – постоянство своего внутреннего состава открытой системы, посредством скоординированных (физиологических) реакций.

В процессе эволюции и в ходе естественного отбора организмами были выработаны общие регуляторные механизмы приспособления к условиям внешней среды (нейрогуморальные, эндокринные, имму­нологические и др.), направленные на поддержание постоянства внут­ренней среды - гомеостаза.

Основным механизмом поддержания гомеостаза является саморегуляция.

Саморегуляция — это вариант управления, при котором отклонение физиологической функции, или константы, от уровня, обеспечиваю­щего нормальную жизнедеятельность, является причиной возвращения этой функции (константы) к исходному уровню, посредством физиологических или биохимимческих процессов.

Различают:

ü жесткие константы (осмотическое давление крови, рН), незначительное отклонение которых вызывает существенные измене­ния обменных процессов.

ü пластичные константы могут варьировать в довольно больших пределах и в течение длительного времени без существенного нарушения функций (количество и соотношение форменных элемен­тов крови, СОЭ и др.)

Процессы саморегуляции основаны на использовании прямых и об­ратных связей.

Прямая связь обеспечивает выработку регулирующих воздействий на основании информации об отклонении константы. Например, раз­дражение холодным воздухом терморецепторов кожи приводит к уве­личению процессов теплопродукции.

Обратные связи заключаются в том, что выходной сигнал о состоя­нии объекта регуляции (константы или функции) передается на вход системы, что позволяет оценить эффективность включенных механизмов регуляции. Различают положительные и отрицательные обратные связи. Положительная обратная связь усиливает управляющее воздействие, отрицательная — ослабляет управляющее воздействие и способствует возвращению показателя к стационарному уровню.

Общий принцип саморегуляции и поддержания гомеостаза представлен на схеме ниже:

Объяснения к схеме:

Любые внешние или внутренние воздействия приводят к изменению внутренних констант, т.е. возмущению в правильной работы функциональных систем (красный блок), например, снизилось артериальное давление. Эти изменения тут же улавливаются системой детекции, как правило, это различные формы и виды рецепторов. Для артериального давления это, например, барорецепторы, которые расположены в дуге аорты и сонных артериях. Следующим этапом является включение физиологических и биохимических механизмов, направленных на восстановление измененной константы. В отношении нашего примера: участится частота сердечных сокращений, выделятся катехоламины (адреналин) и спазмируются периферические сосуды, почками будет задерживаться натрий и увеличится объем циркулирующий крови. Эти и другие механизмы направлены на стабилизацию сниженного давления. Затем системы проводят контроль эффективности (фиолетовый блок), если давление восстановилось – система возвращается к прежнему уровню функционирования, если нет и гомеостаз (константа) не восстановился – системы усиливает уже включенные механизмы и подключает новые. Этот цикл повторяется, пока не будет восстановлен гомеостаз. Красная и зеленая стрелка – это система обратной связи, которая как раз и позволяет осуществлять контроль эффективности мер, предпринятых на восстановление гомеостаза.

Краткое изложение для повторения

1. Выделяют следующие формы структурной организации живых организмов:

Ø клетка;

Ø симпласт;

Ø синцитий;

Ø межклеточное вещество.

2. Клетка — наименьшая элементарная форма структурной организации живых организмов.

3. Симпласт:

Ø форма структурной организации живых организмов;

Ø содержит многочисленные ядра.

4. Синцитий:

Ø форма структурной организации живых организмов;

Ø представляет собой соклетие (группа клеток, у которых ци­топлазма в определенных участках соединена друг с другом).

5. Межклеточное вещество:

Ø форма структурной организации живых организмов;

Ø состоит из волокон:

Ø аморфного вещества.

6. Клетка — элементарная основная форма структурной орга­низации всех живых организмов. Все остальные формы — симп­ласт, синцитий и межклеточное вещество — производные клеток.

7. В составе клетки выделяют три составные части:

Ø поверхностный аппарат (плазмолемма);

Ø цитоплазму;

Ø ядро.

8. В составе поверхностного аппарата клетки различают три слоя:

Ø наружный — надмембранный (гликокаликс);

Ø средний — клеточная мембрана (бимолекулярный слой липидный);

Ø внутренний — подмембранный опорно-сократительный аппарат.

9. Белковые молекулы поверхностного аппарата клетки клас­сифицируют на:

Ø поверхностные;

Ø полуинтегральные – погружены на половину;

Ø интегральные – проходят сквозь толщу всей мембраны.

10. Поверхностный аппарат клетки (плазмолемма) выполняет защитную функцию:

Ø осуществляет внешний обмен (рецепторная, транспортная и барьерная функции);

Ø является первым звеном метаболической системы клетки;

Ø участвует в образовании межклеточных соединений;

Ø поддерживает форму клетки;

Ø участвует в ее движении.

11. Жидкую часть цитоплазмы называют гиалоплазмой. В состав гиалоплазмы входят: белки, жиры углеводы, ферменты, ионы, вода. Гиалоплазма — начальное звено внутреннего обмена клетки. Гиалоплазма:

Ø сложная коллоидная система;

Ø система, способная к обратимым переходам из состояния «золь» в состояние «гель».

12. Структурированные образования цитоплазмы подразделя­ют на две группы:

Ø органеллы (органоиды);

Ø включения.

13. Органеллы — это постоянные структуры цитоплазмы, обеспечивающие жизнедеятельность клетки. Существует три подхода к классификации органелл:

Ø биологический;

Ø морфологический;

Ø функциональный.

14. Согласно биологическому подходу к классификации орга­неллы подразделяют на две группы:

Ø общеклеточного значения (рибосомы, эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, митохондрии, лизосомы, пероксисомы);

Ø специального значения (тонофибриллы эпителиальных клеток, миофибриллы мышечных клеток и мышечных волокон, нейрофибриллы нервных клеток, микроворсинки, реснички, жгутики).

15. Согласно морфологическому подходу к классификации органеллы подразделяют на две группы:

Ø мембранного строения (эндоплазматическую сеть, комплекс Гольджи, митохондрии, лизосомы, пероксисомы);

Ø немембранного строения (рибосомы, клеточный центр (центросома), микрофиламенты, микротрубочки, промежуточные филаменты).

16. Согласно функциональному подходу к классификации органеллы подразделяют на две группы:

Ø метаболической системы клетки;

Ø опорно-сократительного аппарата клетки.

17. Рибосомы:

Ø органеллы общеклеточного значения;

Ø органеллы немембранного принципа строения;

Ø состоят из двух субъединиц (большая и малая) и содержат рибосомальную рибонуклеиновую кислоту (рРНК);

Ø входят в состав анаболического аппарата метаболической си­стемы клетки;

Ø участвуют в синтезе белка.

18. Эндоплазматическая сеть:

Ø органелла общеклеточного значения;

Ø мембранного строения;

Ø входит в состав анаболического аппарата метаболической системы клетки;

Ø существует в виде двух структурных форм — зернистой (гра­нулярной) и незернистой (агранулярной).

Основная функция (зернистой) гранулярной эндоплазматической сети — синтез белков для нужд организма («экспортные» белки). Гладкая (незернистая, агранулярная) эндоплазматическая есть участвует в: синтезе небелковых веществ (триглицеридов, стероидных трмонов, полисахаридов);

нейтрализации токсинов.

19. Комплекс Гольджи:

Ø органелла общеклеточного значения;

Ø органелла мембранного строения;

Ø входит в состав анаболического аппарата метаболической си­стемы клетки.

В состав комплекса Гольджи входят: цистерны, вакуоли, везикулы (пузырьки). Функции комплекса Гольджи: сортирует белки, модифицирует (дорабатывает) белки, полимеризует углеводы, формирует секреторные гранулы, лизосомы и пероксисомы.

20. Митохондрии:

Ø органеллы общеклеточного значения;

Ø органеллы мембранного строения;

Ø входят в состав метаболической системы клетки.

Митохондрии занимают промежуточное положение меж­ду анаболическим и катаболическим аппаратами метаболической системы клетки. В митохондрии различают следующие структурные ком­поненты: наружную мембрану, внутреннюю мембрану, складки (кристы), матрикс.

Митохондрии обеспечивают клетку энергией (энергети­ческие станции клетки) за счет расщепления макроэргических связей АТФ.

21. Лизосомы и пероксисомы:

Ø органеллы общеклеточного значения;

Ø органеллы мембранного строения;

Ø входят в состав катаболического аппарата метаболической си­стемы клетки.

В лизосомах и пероксисомах содержатся ферменты. Лизосомы классифицируют на: первичные, вторичные (аутофаголизосомы, гетерофаголизосомы), остаточные тельца. Лизосомы осуществляют процессы внутриклеточного пи­щеварения.

В пероксисомах содержится фермент — каталаза, расщеп­ляющая и обезвреживающая в цитоплазме пероксид водорода.

22. В состав опорно-сократительного аппарата клетки входят:

Ø клеточный центр (центросома);

Ø микрофиламенты;

Ø промежуточные филаменты;

Ø микротрубочки.

23. Ядро выполняет три основные функции клетки:

Ø генетическую (хранение и передачу наследственных свойств клетки);

Ø метаболическую (регулируют функциональную деятельность метаболической системы клетки);

Ø формообразовательную (контролирует поддержание формы клетки).

При световой микроскопии в ядре неделящейся клетки можно увидеть".

Ø ядерную оболочку;

Ø кариоплазму (нуклеоплазму, ядерный сок);

Ø глыбки хроматина (гетерохроматин, эухроматин);

Ø одно или несколько ядрышек.

Структурами ядра, ответственными за хранение и передачу наследственной информации клетки, являются хромосомы. Хранят и передают наследственную информацию в клетке дезоксирибонуклеопротеиды.

Дезоксирибонуклеиновая кислота представляет собой биологический полимер, состоящий из двух полинуклеотидных цепей.

Ядрышко ядра неделящейся клетки представляет собой место сборки рибосом в области вторичной перетяжки хромосом, где локализуются гены, ответственные за синтез рРНК.

В составе хроматина ядра неделящейся клетки различают:

конденсированный (спирализованный) участок ДНК на­зывают гетерохроматином. Это функционально неактивная часть молекулы ДНК.

деконденсированный (деспирализованный) участок ДНК называют эухроматином. Это функционально активная часть мо­лекулы ДНК.

24. Обмен веществ, или метаболизм, состоит из двух разнока­чественных процессов:

Ø ассимиляции (анаболизма);

Ø диссимиляции (катаболизма).

25. Включения цитоплазмы — это непостоянные структуры клетки, образующиеся в процессе обмена веществ, т. е. являются метаболитами.

26. Гомеостаз – постоянство внутренней среды клетки, которое обеспечивается сложными биохимическими и физиологическими процессами.

27. В системе поддержания гомеостаза существует:

ü рецепторное (улавливающее) звено, которое осуществляет постоянную детекцию постоянства внутренних констант (гомеостаза);

ü эффекторное звено, которое при изменении этих констант включает механизмы для восстановления их к прежнему физиологическому уровню;

ü систему «контроля качества» - определяющая дальнейшую тактику: если константы восстановились – система продолжает работать на прежнем уровне, если нет – усиливаются включенные механизмы, подключаются новые до тех пор, пока не восстановится константы (гомеостаз).