PORI

Recent, s-au făcut progrese mari în determinarea structurii porilor la nivel molecular. Deosebit de valoroasă în cercetare a fost metoda de reconstrucție a imaginii; cu ajutorul ei, a fost posibilă nu numai vizualizarea găurilor din membrană create de porii mari, ci și dezvăluirea organizării simetrice a subunităților în jurul găurii centrale (Tabelul 2).

Tabelul 2. Pseudosimetria unor pori.

Porinele sunt o excepție importantă de la familia β-helix, deoarece formează pori din straturi β mai degrabă decât prin β-helix. Porii se pot forma cu ajutorul unor substanțe endo- și exogene.

COMPLEXE DE PORI NUCLEI

Membrana nucleară a celulelor de mamifere conține 3-4 mii de pori (aproximativ 10 pori pe 1 micron pătrat). Prin porii nucleari are loc un schimb de substante intre nucleu si citoplasma. Într-adevăr, ARN-ul sintetizat în nucleu, precum și subunitățile ribozomale și proteinele care conțin semnale de export nucleare, sunt transportate prin porii nucleari către citoplasmă, în timp ce histonele, componentele sistemului de replicare și multe alte proteine ​​sunt importate prin porii nucleari din citoplasmă. la nucleu. Porii sunt înconjurați de structuri ciclice mari numite complexe de pori (diametrul lor interior este de aproximativ 80 nm, iar greutatea moleculară este de 50-100 de milioane. Fiecare complex este format dintr-un set de granule mari de proteine ​​grupate într-o structură octogonală. Complexul de pori. pătrunde în membrana dublă, conectând în jurul porilor circumferinței stratul dublu lipidic al membranelor interioare și exterioare într-un singur întreg. „Gaura” din centrul fiecărui complex (porul nuclear) este un canal de apă prin care moleculele solubile în apă călătoresc între nucleul și citoplasma.Complexul de pori nucleari conține un canal cilindric umplut cu apă, cu un diametru de aproximativ 9 nm. Proteinele nucleare mari interacționează cu proteinele receptorului situat la granița porilor nucleari, iar acești receptori transportă în mod activ proteinele în nucleu, crescând canalul porilor.

Numărul de pori nucleari depinde de tipul de celulă, de stadiul ciclului celular și de situația hormonală specifică. Porul nuclear este caracterizat prin simetrie de ordinul al optulea; prin urmare, multe proteine ​​ale porului nuclear sunt prezente în compoziția sa într-o cantitate care este un multiplu de opt. Inelele convexe sunt vizibile la microscopul electronic. Inelul de pe partea nucleară poartă o structură numită coș. Această formațiune constă din fibrile orientate spre nucleoplasmă și un inel terminal atașat de acestea. Opt formațiuni simetrice (complex de spițe) sunt orientate spre lumenul canalului. Intrarea în canalul porilor nucleari este vizibilă în centrul complexului. Uneori, o granulă densă de electroni este vizibilă în canal. Unii cercetători cred că acesta este un fel de complex de transport în momentul traversării membranei nucleare. Alții cred că această structură este un detaliu funcțional al porului nuclear. Pe baza acestei ultime ipoteze, a fost chiar înaintată o ipoteză, care nu a fost confirmată ulterior, conform căreia porul nuclear conține nu unul, ci opt canale permeabile. Moleculele cu o greutate mai mică de 5 kDa trec liber prin porul nuclear, iar echilibrul dintre concentrațiile nucleare și citoplasmatice se stabilește în câteva secunde. Pentru proteinele cu o greutate de 17 kDa, acest proces durează 2 minute, pentru proteinele cu o greutate de 44 kDa (aproximativ 6 nm) - 30 de minute. Proteinele care cântăresc mai mult de 60 kDa, aparent, nu pot trece pasiv prin porii nucleari deloc. Există un singur canal permeabil la macromoleculele hidrofile, prin care are loc atât transportul activ, cât și pasiv, în porul nuclear, și aparent este situat în centrul complexului. Există mecanisme speciale pentru transportul macromoleculelor în nucleu și de la nucleu la citoplasmă, dar până acum se cunosc puține lucruri despre ele.

Complexele de pori nucleari (NPC) sunt structuri simetrice situate la joncțiunea membranelor nucleare exterioare și interioare.

În celulele umane, fiecare NPC are o masă de aproximativ 120 x 10 6 Da, care este de 40 de ori masa ribozomului și constă din multe copii de molecule, inclusiv 30 de proteine.

NPC conține filamente care se extind în citoplasmă și structuri asemănătoare coșului care se extind în nucleu

Complexul de pori nucleari(NPC) ale membranei nucleare sunt singurele canale care conectează nucleul și citoplasma. În celulele umane, NPC-urile au o greutate moleculară de aproximativ 120 x 106 Da și un diametru exterior de aproximativ 120 nm. Masa totală a NPC este de 40 de ori masa ribozomului eucariot. Complexul porilor nucleari este alcătuit din mai multe copii a aproximativ 30 de polipeptide diferite, nucleoporine. Spre deosebire de NPC, ribozomii conțin o copie a patru tipuri de ARN și aproximativ 80 de polipeptide diferite.

Complexul de pori nucleari(NPC) sunt structuri în formă de butoi care trec prin membrana nucleară și ies oarecum dincolo de ambele membrane, formând structuri în formă de inel. După cum se arată în figura de mai jos, majoritatea NPC-urilor sunt caracterizate de simetrie de ordinul 8. Din partea nucleului și a citoplasmei, porul arată diferit. Părțile NPC care ies în nucleoplasmă și citoplasmă sunt numite structuri terminale.

Din partea citoplasmatică YPC structurile terminale sunt opt ​​fibrile relativ scurte care se extind în citoplasmă pe o distanță de aproximativ 100 nm. Din partea nucleului, fibrile similare formează un inel. Această structură se numește coș nuclear sau vârf. În unele celule ale organismelor multicelulare, fibrile suplimentare sunt trimise din coșul nuclear adânc în nucleu. Din partea citoplasmei și a nucleului, structurile terminale sunt locurile de contact ale moleculelor transportate la intrarea și ieșirea din NPC.

Modele care descriu structura porilor nucleari, au fost propuse pe baza analizei a sute de micrografii electronice ale NPC-urilor individuale obținute la rezoluție înaltă. Au fost folosite metode matematice pentru suprapunerea imaginilor și analizarea acestora, făcând posibilă obținerea unui model mediu de distribuție a densității electronilor sau a unei structuri generalizate a miezului NPC (această metodă nu asigură rezoluția optimă a structurilor terminale).

Figura de mai jos prezintă modelele structurii miezului YPC drojdie și celule Xenopus. Dimensiunile celulelor S. cerevisiae și ale altor eucariote unicelulare sunt de aproximativ 60 x 106 Da, adică jumătate din dimensiunea NPC a organismelor multicelulare. Cu toate acestea, în ciuda diferenței de dimensiune, structura lor generală este aceeași. Dimensiunea canalului central al porilor, precum și proprietățile sale de transport, sunt, de asemenea, aceleași în Metazoa și drojdie. În prezent, cele mai bune imagini NPC au fost obținute prin microscopie crioelectronică.

NPC este caracterizat de o axă de simetrie de opt ori situată perpendicular pe carcasa nucleară.
Uneori există pori cu simetrie de ordinul al șaptelea sau al nouălea.
Simetria de ordinul 8 este ușor vizibilă în imaginile mărite ale NPC-urilor individuale (fotografiile de mai jos).
O micrografie electronică medie obținută din câteva sute de fotografii individuale (dreapta jos).

După cum se arată în figura de mai jos, în orice locație YPC are loc fuziunea membranelor exterioare și interioare ale nucleului. Nu știm cum se întâmplă acest lucru, dar cel mai probabil fuziunea este o parte integrantă a procesului de asamblare a NPC în anvelopa nucleară. Complexele sunt fixate în înveliș cu ajutorul proteinelor membranare integrale, care fac parte din structura principală. Aceste proteine ​​trec în spațiul perinuclear. NPC-urile pătrund în lamina nucleară și, de asemenea, se leagă de ea.

Generalizat Model YPC, construit din multe studii, sugerează că porul nuclear este compus din mai multe structuri în formă de inel și în formă de spițe. Aceste structuri sunt strâns legate între ele. NPC-urile constau din componente modulare. Folosind un microscop electronic cu scanare, pot fi observate diferite structuri care susțin această vedere. Pe baza datelor obținute se propune un model care descrie ansamblul structurilor modulare. Cu toate acestea, încă nu putem verifica dacă sunt într-adevăr conectate în acest fel. De asemenea, știm foarte puține despre procesul de asamblare a NPC.

Fixarea celulelor vă permite să observați etapele mișcării materialelor prin canalul YaPC. Când se examinează preparatele într-un microscop electronic, se vede adesea că cavitatea canalului central este umplută cu un mediu dens. Există diferite puncte de vedere cu privire la compoziția acestui mediu. Potrivit unuia dintre ei, mediul este partea din NPC care este cel mai puternic asociată cu mărfurile transportate prin canal. Prin urmare, termenul transportor sau manșon este folosit pentru a-l desemna. Un punct de vedere alternativ sugerează că materialul dens în electroni este de fapt un complex de încărcătură cu un receptor. Pe baza studiilor de microscopie electronică de înaltă rezoluție, acest material pare a fi caracterizat prin dimensiuni variabile și localizare variabilă în canalul NRC, ceea ce este mai în concordanță cu opinia conform căreia este compus din complexe cargo-receptor.

În unele celule NPC se găsesc nu numai în învelișul nuclear, ci și în structurile numite membrane fenestrate, care sunt stive de membrane duble care conțin NPC și se află în citoplasmă. Adesea, NPC-urile din straturile membranelor fenestrate sunt localizate așa cum se arată în figura de mai jos. De obicei, membranele fenestrate sunt prezente în ovocitele de nevertebrate și vertebrate, dar pot fi observate și la alte tipuri de celule. Originea și funcția lor rămân necunoscute.

Complexul de pori nucleari (YPC) celulele de mamifere sunt greu de separat de învelișul nuclear, deoarece sunt de obicei asociate cu lamina, care este o structură insolubilă și, prin urmare, sunt un obiect de studiu incomod. Deoarece membranele fenestrate nu au o lamină subiacentă, ele sunt o sursă valoroasă de izolare NPC pentru studii biochimice și citologice ulterioare. Probabil, NPC-urile membranelor fenestrate au aceeași structură și compoziție ca și complexele de pori ale învelișului nuclear.

NPC-urile au structuri terminale diferite.
După cum arată studiile la microscopul electronic,
din partea laterală a miezului, seamănă cu un coș în formă (stânga),
iar din partea citoplasmei sunt reprezentate de fibrile (pe dreapta).
Fibrile citoplasmatice și coșuri nucleare ale porilor nucleari,
vizibile la microscopul electronic cu transmisie.
Modele computerizate tridimensionale ale YPC,
ilustrând distribuția densității medii de electroni.
Modelele sunt prezentate din lateral, de-a lungul planului învelișului nuclear și de sus, perpendicular pe anvelopă.
Membranele exterioare și interioare ale învelișului nuclear sunt conectate în regiunea complexului porilor nucleari. Se presupune că NPC-urile sunt asamblate din componente modulare.
Sunt prezentate fotografii ale acestor componente realizate într-un microscop electronic în diferite etape ale asamblarii NPC după mitoză. Membrane fenestrate în ovocitele Xenopus.
Fotografia a fost făcută cu un microscop electronic cu transmisie.

Porii nucleari sunt una dintre cele mai importante componente intracelulare, deoarece sunt implicate în transportul molecular. În ciuda progreselor în cercetarea biologică, nu toate întrebările referitoare la aceste structuri au fost pe deplin explorate. Unii oameni de știință cred că în ceea ce privește semnificația funcțiilor și complexitatea structurii, complexul de pori nucleari poate fi atribuit organelelor celulare.

plic nuclear

O trăsătură caracteristică este prezența unui nucleu, care este înconjurat de o membrană care îl separă de citoplasmă. Membrana este formată din două straturi - interior și exterior, interconectate printr-un număr mare de pori.

Semnificația învelișului nuclear este foarte mare - vă permite să delimitați procesele de sinteză a proteinelor și acizilor nucleici necesari pentru reglarea activității funcționale a genelor. Membrana controlează procesul de transport a substanțelor spre interior, în citoplasmă și invers. Este, de asemenea, structura scheletică care menține forma nucleului.

Între membranele exterioare și interioare se află spațiul perinuclear, a cărui lățime este de 20-40 nm. În exterior, membrana nucleară arată ca o pungă cu două straturi. Prezența porilor în structura sa este o diferență semnificativă între această structură și cele similare găsite în mitocondrii și plastide.

Structura porilor nucleari

Canalele sunt perforații de aproximativ 100 nm în diametru, care trec prin toată învelișul nuclear. În secțiune transversală, ele sunt caracterizate de forma unui poligon cu simetrie de ordinul al optulea. Canalul permeabil la substanță este în centru. Este umplut cu structuri globulare (sub formă de bobină) și fibrilare (sub formă de fir răsucit) organizate complex, care formează o granulă centrală - un „dop” (sau un transportor). În figura de mai jos, puteți studia clar ce este un por nuclear.

Examinarea microscopică a acestor structuri arată că au o structură inelară. Excrescențele fibrilare se extind atât spre exterior, în citoplasmă, cât și spre interior, spre nucleu (filamente). Acestea din urmă formează un fel de coș (numit „coș” în literatura străină). În porul pasiv, fibrilele coșului închid canalul, în timp ce în porul activ formează o formațiune suplimentară de aproximativ 50 nm în diametru. Inelul din partea laterală a citoplasmei este format din 8 granule interconectate ca niște margele pe o sfoară.

Totalitatea acestor perforații din învelișul nucleului se numește complex de pori nucleari. Astfel, biologii subliniază interconexiunea dintre găurile individuale, funcționând ca un singur mecanism bine coordonat.

Inelul exterior este conectat la transportorul central. Eucariotele inferioare (lichenii și altele) nu au inele citoplasmatice și nucleoplasmatice.

Caracteristici ale structurii

Structura și funcțiile porilor nucleari au următoarele caracteristici:

• Canalele sunt numeroase copii ale a aproximativ 30-50 de nucleoporine (și aproximativ 1000 de proteine ​​în total).
• Masa complexelor variază de la 44 MDa la eucariotele inferioare până la 125 MDa la vertebrate.
• În toate organismele (oameni, păsări, reptile și alte animale) din toate celulele, aceste structuri sunt aranjate într-un mod similar, adică complexele de pori sunt un sistem strict conservator.
• Componentele complexelor nucleare au o structură subunitară, datorită căreia au plasticitate ridicată.
• Diametrul canalului central variază între 10-26 nm, iar înălțimea complexului de pori este de aproximativ 75 nm.

Părțile porilor nucleari îndepărtate de centru nu sunt simetrice. Oamenii de știință atribuie acest lucru diverselor mecanisme de reglare a funcției de transport în stadiile inițiale ale dezvoltării celulare. De asemenea, se presupune că toți porii sunt structuri universale și asigură mișcarea moleculelor atât în ​​citoplasmă, cât și în direcția opusă. Complexele de pori nucleari sunt prezente si in alte componente celulare care au membrane, dar in cazuri mai rare (reticul, membrane citoplasmatice fenestrate).

Numărul de pori

Principalul factor de care depinde numărul de pori nucleari este activitatea metabolică din celulă (cu cât este mai mare, cu atât este mai mare numărul de tubuli). Concentrația lor în grosimea membranei se poate modifica de mai multe ori în diferite perioade ale stării funcționale a celulelor. Prima creștere a numărului de pori are loc după diviziunea - mitoză (în timpul reconstrucției nucleelor), și apoi în perioada de creștere a ADN-ului.

Diferite tipuri de animale au numere diferite. Depinde și de unde a fost prelevată proba. Deci, la o persoană există aproximativ 11 bucăți / μm 2, iar într-o celulă de ou imatur a unei broaște xenopus - 51 de bucăți / μm 2. În medie, densitatea lor variază între 13-30 bucăți/μm 2 .

Distribuția porilor nucleari pe suprafața cochiliei este aproape uniformă, dar în locurile în care substanța cromozomilor se apropie de membrană, concentrația lor scade brusc. La eucariotele inferioare, sub membrana nucleară, nu există o rețea fibrilă cu o structură rigidă; prin urmare, porii se pot deplasa de-a lungul membranei nucleare, iar densitatea lor în diferite zone variază semnificativ.

Funcții

Funcția principală a complexului de pori nucleari este transferul pasiv (difuzie) și activ (care necesită costuri energetice) de molecule prin membrană, adică schimbul de substanțe între nucleul celulei și citoplasmă. Acest proces este vital și este reglementat de trei sisteme care sunt în interacțiune constantă între ele:

• un complex de substanțe biologic active-reglatoare în nucleu și citoplasmă - importina α și β, proteina Ran, trifosfat de guanozină (nucleotidă purină) și alți inhibitori și activatori;
• nucleoporine;
• componentele structurale ale complexului nuclear poros, care sunt capabile să-și schimbe forma și să asigure transferul de substanțe în direcția corectă.

Proteinele necesare pentru funcționarea nucleului provin din citoplasmă prin porii nucleari, iar diferite forme de ARN sunt excretate în sens opus. Complexul de pori nu numai că efectuează un transport pur mecanic, dar servește și ca un sortator care „recunoaște” anumite molecule.

Transferul pasiv are loc pentru acele substanțe a căror greutate moleculară este mică (nu mai mult de 5∙10 3 Da). Substanțe precum ionii, zaharurile, hormonii, nucleotidele, acidul adenozin trifosforic, care sunt implicate în schimbul de energie, pătrund liber în nucleu. Dimensiunea maximă a proteinelor care pot pătrunde prin pori în nucleu este de 3,5 nm.

În timpul sintezei unei molecule de ADN fiice, transportul substanțelor atinge un vârf de activitate - 100-500 de molecule prin 1 por nuclear în 1 min.

Proteinele porilor

Elementele canalului sunt de natură proteică. Proteinele acestui complex se numesc nucleoporine. Ele sunt colectate în aproximativ 12 subcomplexe. Ele sunt împărțite condiționat în trei grupuri:

• compuși cu secvențe repetate specifice, recunoscute de factori biochimici;
• neavând secvențe;
• care sunt situate în secțiunea membranei care formează porul, sau în porul însuși în spațiul dintre straturile învelișului nuclear.

Studiile au stabilit că nucleoporinele sunt capabile să formeze complexe destul de complexe, inclusiv până la 7 proteine, și sunt, de asemenea, direct implicate în transportul de substanțe. Unele dintre ele se pot lega direct de moleculele care se deplasează prin porul nuclear.

Exportul de substanțe în citoplasmă

În același timp, poate participa atât la retragerea, cât și la importul de substanțe. Translația inversă a ARN-ului din citoplasmă în nucleu nu are loc. Complexele nucleare recunosc semnalele de export (NES) purtate de ribonucleoproteine.

Secvența NES de substanțe de semnalizare este un complex complex de aminoacizi și proteine, care, după ce sunt îndepărtate din nucleu în citoplasmă, se disociază (se descompun în componente separate). Prin urmare, particulele similare introduse artificial în citoplasmă nu pătrund înapoi în nucleu.

Procesul de mitoză

În timpul diviziunii celulare (mitozei), complexul de pori nucleari este „dezasamblat”. Astfel, complexele cu o greutate moleculară de 120 mDa se descompun în subcomplexe de 1 mDa fiecare. După sfârșitul divizării, se reasambla. În acest caz, porii nucleari nu se mișcă separat, ci în rețele. Aceasta este una dintre dovezile că complexul de pori nucleari este un sistem bine coordonat.

Membrana distrusă se transformă într-un grup de bule care înconjoară zona nucleului în timpul perioadei de interfază. În metafază, când cromozomii sunt ținuți în plan ecuatorial, aceste elemente sunt împinse în zonele periferice ale celulei. La sfârșitul anafazei, această acumulare începe să intre în contact cu cromozomii și începe creșterea rudimentelor membranei nucleare.

Bulele se transformă în vacuole, care învăluie treptat cromozomii. Apoi se îmbină și îngrădează noul nucleu de interfază din citoplasmă. Porii apar deja în stadiul incipient, când închiderea cochiliilor nu a avut loc încă.

Prelegerea #5

CORE

Structura și funcțiile nucleului

Morfologia și compoziția chimică a nucleului

Termenul „nucleu” a fost folosit pentru prima dată de R. Brown în 1833, care a descris și studiat nucleul din celulele vegetale și a demonstrat că este o componentă comună a oricărei celule.

Nucleul este prezent în toate celulele eucariote (natura nenucleară a unora dintre ele este o adaptare secundară). Nucleii sunt de obicei separați de citoplasmă printr-o limită clară. În toate cazurile, se distinge clar un nucleol rotunjit. Bacteriile și algele albastru-verzi nu au un nucleu format: nucleul lor este lipsit de nucleol, nu este separat de citoplasmă printr-o membrană nucleară distinctă și se numește nucleoid.

Numărul de nuclei din celule. Există celule nenucleate, cum ar fi eritrocitele și trombocitele la mamifere. Majoritatea celulelor au un singur nucleu. Există și celule multinucleate, de exemplu, osteoclaste (celulele care distrug cartilajul conțin până la 10 nuclee), fibre musculare striate - de la câteva sute la 2-3 mii de nuclee. O creștere a numărului de nuclee indică o activitate funcțională crescută a organului.

Forma miezului . Forma nucleelor ​​este destul de diversă și depinde direct de forma corpului celular. De exemplu, în neuronii în care corpul are o formă rotunjită și procesele se ramifică, nucleul este rotunjit.

În majoritatea celulelor, nucleul are o formă rotundă sau ovală, dar poate fi lenticular (eritrocite amfibiene), în formă de baston (celule musculare) și, de asemenea, multilobat (neutrofile, în care această formă oferă o zonă de contact semnificativ mai mare). între membrana nucleară și citoplasmă și contribuie astfel la creșterea vitezei reacțiilor biochimice).

Localizarea kernelului. De obicei, nucleul este situat în centru, lângă centrul celulei. În unele celule, este deplasat la polul bazal (celule ale epiteliului cilindric). În ouăle extrem de telolecitale, care au o cantitate mare de gălbenuș în citoplasmă, și în celulele care produc anticorpi, nucleul este deplasat spre periferie, spre membrana citoplasmatică.

Dimensiunile nucleelor. Particular pentru diferite tipuri de celule (5-20 microni în diametru pentru nucleele rotunjite).

Mărimea nucleelor ​​poate fi caracterizată printr-un astfel de indicator caraportul nuclear-plasmă(indicele Hertwig). Se exprimă prin formula:

Unde

NP indicele Hertwig;

V n volumul miezului; Vc volumul citoplasmei.

Raportul nuclear-plasmă este constant pentru anumite tipuri de celule. Sensul biologic al acestei constanțe este că un anumit volum al nucleului poate controla un anumit volum al citoplasmei. Dacă raportul nuclear-plasmă este perturbat, celula fie îl restabilește rapid (de exemplu, celule secretoare cu un tip de secreție apocrin), fie moare (de exemplu, corpuri de ghidare în procesul de oogeneză).

Compoziția chimică a nucleului.Cea mai mare parte a substanței uscate a miezului sunt compuși proteici (60-70%) și acizi nucleici (19-25%); în plus, nucleul conține lipide și toate celelalte substanțe caracteristice citoplasmei celulelor. Dintre substanțele anorganice din nucleu, cei mai mulți ioni Ca2+, Mg2+, Fe3+, Na+, K+.

Proteinele de bază sunt de două tipuri:

1) histone (proteine ​​de bază); numărul lor este relativ constant și proporțional cu conținutul de ADN cu care formează un complexdezoxiribonucleoproteină(face parte din cromozomi);

2) proteine ​​nonhistone (acide); acestea includ partea principală a enzimelor nucleare, inclusiv enzimele care asigură autoreproducția moleculelor de ADN și formarea moleculelor de ARN pe șabloanele de ADN.

Principalele proteine ​​fac parte din cromatina nucleară; proteinele acide sunt localizate predominant în învelișul nuclear, nucleol și carioplasmă.

Acizii nucleici ADN și ARN sunt conținute în toate nucleele fără excepție, iar tot ADN-ul celulei este localizat în nucleu. Într-o moleculă uriașă de ADN dublu catenar, bazele azotate - timină, adenină, guanină și citozină - sunt conectate astfel încât adenina din celălalt lanț corespunde timinei, iar citozina este complementară cu guanina. Cantitatea de ADN din nucleele celulelor organismelor din diferite specii poate varia foarte mult, dar pentru nucleele diploide nedivizate ale fiecărei specii se dovedește a fi constantă. Celulele germinale mature conțin o jumătate de set (haploid) de cromozomi și, în consecință, jumătate din cantitatea de ADN. În nucleu, tot ADN-ul este asociat cu cromozomi.

Acizii ribonucleici ai nucleului informațional, ribozomal și de transport sunt molecule monocatenar, care, spre deosebire de ADN, conțin uracil în loc de timină. Majoritatea ARN-ului este localizat în nucleol, dar se găsește și în cromatină și în carioplasmă. Cantitatea de ARN din nucleu nu este constantă și variază foarte mult în funcție de starea funcțională a celulei.

Lipidele sunt prezente în nucleu în cantități mici și sunt localizate în principal în coajă.

Funcțiile kernelului

Nucleul nu este doar un recipient de material genetic, ci și un loc în care acest material funcționează și se reproduce. Pierderea sau încălcarea oricăreia dintre funcțiile sale este dezastruoasă pentru celulă în ansamblu. Nucleul face:

1). Conservarea informațiilor ereditare sub forma unei secvențe specifice de nucleotide într-o moleculă de ADN.

2). Implementarea acestei informații ereditare prin sinteza de proteine ​​specifice unei celule date. Prin această sinteză de proteine ​​sunt controlate procesele activității vitale a celulelor.

3). Transferul de informații ereditare către celulele fiice în timpul diviziunii. Acest proces se bazează pe capacitatea ADN-ului de a se auto-reproduce.

Toate acestea indică rolul principal al structurilor nucleare în procesele asociate cu sinteza acizilor nucleici și proteinelor, principalii funcționari în viața celulei.

Componentele structurale ale miezului de interfaza

Distingeți între nucleul în stare de interfază și nucleul în procesul de diviziune celulară. Înainte de a vorbi despre structura nucleului interfazat, este necesar să înțelegem că nu toate nucleele interfazate sunt la fel. Există 3 stări (sau tipuri) de nuclee de interfază, în funcție de capacitățile lor ulterioare:

1) nuclee de celule proliferante între două diviziuni (majoritatea celulelor);

2) nuclee de celule care nu se divizează, dar capabile să se divizeze (limfocite funcționale, dintre care unele se divid după o perioadă lungă de timp, în timp ce restul nu se divid);

3) nucleii celulelor care și-au pierdut capacitatea de a se diviza pentru totdeauna (eritrită, celule ale sistemului nervos, granulocite neutrofile, bazofile, eozinofile).

Să luăm în considerare structura nucleului de interfază de primul tip. Principalele componente ale nucleului sunt:

1). Învelișul nuclear (caryolema).

2). Sucul nuclear (carioplasmă).

3). Nucleu.

4). Cromozomii.

plic nuclear. Această structură este caracteristică tuturor celulelor eucariote. Învelișul nuclear este format dintr-o membrană exterioară și o membrană interioară, separate despaţiul perinuclear. Lățimea sa este de la 10 la 100 nm. Învelișul nuclear conține pori nucleari.

Membranele membranei nucleare nu se deosebesc morfologic de restul membranelor intracelulare: au o grosime de aproximativ 7 nm si construite dupa tipul mozaic lichid.

Membrana exterioară, învecinată cu citoplasmă, are o structură complexă pliată, în unele locuri conectată la canalele EPS. Conține ribozomi. Membrana interioară este asociată cu cromatina nucleului, este în contact cu carioplasma și este lipsită de ribozomi.

Membrana nucleară este pătrunsă cu mulți pori, diametrul lor este mare 30-90 nm (pentru comparație, în plasmalema exterioară, diametrul porilor este de numai 1 nm). Numărul lor fluctuează și el: în funcție de tipul și starea fiziologică a celulei, la 1 micron 2 sunt de la 10 la 30. La celulele tinere, numărul porilor nucleari este mai mare decât la cele vechi. Datorită porilor, se asigură schimbul de substanțe între nucleu și citoplasmă, de exemplu, eliberarea ARNm și a subunităților ribozomale în citoplasmă, intrarea în nucleu a proteinelor, nucleotidelor și moleculelor care reglează activitatea ADN-ului.

Porii au o structură complexă. În acest moment, două membrane nucleare fuzionează, formând găuri rotunde care audispozitiv cu diafragmă (sau complex de pori). Este format din trei plăci, fiecare dintre ele formată din 8 granule de 25 nm fiecare, conectate între ele prin microfibrile. În centrul deschiderii porilor, există adesea și o granulă centrală.

Caryolema, spre deosebire de plasmalema, nu este capabilă de regenerare.

După divizarea nucleului părinte, membrana nucleară a nucleelor ​​fiice se formează din cisternele EPS granulare (membrană exterioară) și parțial din fragmente ale membranei nucleare vechi (membrană interioară), care s-au dezintegrat în timpul diviziunii.

Funcțiile învelișului nuclear:

1). Schimbul de substante intre nucleu si citoplasma.

2). Barieră care separă nucleul de citoplasmă.

3). fixarea cromozomilor.

Carioplasmă (sevă nucleară) o substanță asemănătoare gelului care umple spațiul dintre structurile nucleului. Conține nucleoli, o cantitate semnificativă de ARN și ADN, diverse proteine, inclusiv majoritatea enzimelor nucleare, precum și nucleotide libere, aminoacizi și intermediari metabolici. Vâscozitatea sa corespunde aproximativ cu vâscozitatea citoplasmei, în timp ce aciditatea este mai mare, deoarece. conține o mulțime de acizi nucleici.

Carioplasma realizează interconectarea tuturor structurilor nucleare într-un singur întreg.

Nucleu. Forma, mărimea și numărul nucleolilor depind de starea funcțională a nucleului și de intensitatea biosintezei proteinelor în celulă. Pot fi de la 1 la 10 dintre ele (și în celulele de drojdie nu sunt deloc). Adesea, în celulele tinere există mai mulți nucleoli, iar odată cu vârsta rămâne doar unul. Acest lucru se datorează sintezei mai active a proteinelor de către o celulă tânără. Diametrul nucleolilor este de 1-2 microni.

Principalele componente chimice care alcătuiesc nucleolii sunt proteinele acide precum fosfoproteinele (aproximativ 80%) și ARN-ul (10-15%). În plus, conține fosfați liberi sau legați de calciu, potasiu, magneziu, fier, zinc. Prezența ADN-ului în nucleol nu a fost dovedită, dar la examinarea celulelor fixe din jurul nucleolului, se identifică întotdeauna o zonă de cromatina, adesea identificată cu heterocromatina organizatorului nucleolar. Această cromatină perinucleolară, conform microscopiei electronice, apare ca parte integrantă a structurii complexe a nucleolului.

Nucleolul este structura nemembranară a nucleului. Studiile microscopice electronice au arătat că baza nucleolului este formată din două substanțe:

1) filamente proteice fibrilare de 4-8 nm grosime, rulate sub forma unei „bile”;

2) granule dense granulare cu un diametru de aproximativ 15 nm, situate în această „coilă”. Ele sunt compuse din ARN și proteine ​​(într-un raport de greutate 50:50) și astfel sunt precursori ai ribozomilor.

Prin urmare, funcția nucleolului este de a forma sau asambla ribozomi care furnizează citoplasma.

Nucleolul este prezent doar în nucleul de interfaza. În timpul mitozei, dispare în profază și reapare în mijlocul telofazei. În plus, în regiune se formează un nucleolorganizator nucleolar.Organizatorul nucleolar este o secțiune specifică a cromozomului situată în spatele constricțiilor secundare care este responsabilă pentru formarea nucleolului. Nu toți cromozomii au organizatori nucleolari. Deci, în cariotipul uman, acestea conțin 13, 14, 15, 21 și 22 de perechi de cromozomi.

Tulburări în nucleul celular. Acestea conduc la patologia stocării informațiilor genetice în ADN și transmiterea acesteia în timpul diviziunii celulare, controlul genetic al proceselor celulare.

În acest sens, mecanismele perturbărilor din nucleu au fost luate în considerare la descrierea încălcărilor funcțiilor aparatului genetic și a mecanismelor de implementare a acestuia.

Recuperarea celulelor după lezare, în special în țesuturile unde principalele populații de celule nu sunt capabile să se divizeze (nervos, țesut muscular cardiac), în zonele de creștere tumorală, cu hipertrofie patologică și hiperfuncție a organelor, poate apărea prin formarea de celule poliploide. cu o creştere multiplă a numărului de cromozomi şi a mărimii celulelor . O astfel de poliploidie este însoțită de o creștere a activității funcționale a celulei, dar aceasta poate duce la o scădere a capacității sale de rezervă. De exemplu, dacă un cardiomiocit hipertrofiat atinge o dimensiune foarte mare, atunci aprovizionarea sa trofică devine mult mai dificilă și duce la moartea celulei. Odată cu accelerarea sintezei proteinelor și a acizilor nucleici în timpul hiperfuncționării și regenerării, se formează mai multe proeminențe și proeminențe din cauza creșterii suprafeței nucleului. Aceste fenomene sunt însoțite de o creștere a cantității de cromatină și a porilor nucleari, o creștere a numărului și a dimensiunii nucleolilor.

Se disting următoarele patologii ale aparatului nuclear.

Scăderea materialului genetic observată în celulele tumorale maligne. Acest lucru duce la o scădere a dimensiunii acestor celule și la o schimbare a proprietăților lor. Astfel de celule diferă puternic în proprietățile lor de celulele normale ale corpului, au alte proprietăți antigenice și capacitatea lor de a diferenția se modifică semnificativ.

Mitoze atipice(inclusiv așa-numita amitoză degenerativă) sunt însoțite de aneuploidie, aberații cromozomiale. Acest lucru schimbă dramatic caracteristicile funcționale ale celulei. Ca rezultat al citokinezei, se formează două celule cu seturi de cromozomi distribuite aleatoriu și conținutul citoplasmei. Aceste celule sunt atipice, adesea tumorale. Astfel de tulburări sunt caracteristice creșterii tumorii maligne. Amitoza incompletă apare atunci când nu are loc citotomia și se formează o celulă multinucleată - o astfel de amitoză în patologie este uneori numită degenerativă.

Patologia sintezei subunităților de ribozom și ARNt din nucleolînsoțită de o încălcare a proceselor sintetice din celulă. Acest grup include, de asemenea, tulburări în expresia genelor, transcripție și splicing și transferul informațiilor genetice în ARNm de la nucleu la citoplasmă. Toate aceste modificări sunt asociate cu variabilitatea fenotipică.

Modificările genomului și/sau mecanismele de implementare a acestuia sunt însoțite de patologia structurii nucleelor ​​(polimorfism, deformare, formare de invaginări citoplasmei până la incluziuni ale citoplasmei în nucleu, proeminență a carioplasmei în citoplasmă).

În caz de încălcări, nucleul se umflă cu vacuolizarea (expansiunea) cisternei perinucleare sau se micșorează. Nucleii umflați devin mai ușori, raportul nuclear-citoplasmatic se modifică. Aceasta precede adesea distrugerea membranei nucleare cu fuziunea conținutului carioplasmei și citoplasmei (carioliza). Carioliza precede paranecroza și/sau necroza, urmată de autodigestia celulară (autoliză). Creșterea (condensarea) sau scăderea cantității de cromatină, ruperea nucleului poate fi cauzată de hipoxie, radiații ionizante etc. Aceste tulburări sunt însoțite de o scădere a sintezei acizilor nucleici și proteinelor.

Odată cu încrețirea, nucleul (cariopicnoza) scade în dimensiune, heterocromatina se acumulează în el, ceea ce duce la creșterea colorării carioplasmei (hipercromatoză). Nucleolii devin mai denși, scad în dimensiune și adesea se dezintegrează. Sinteza subunităților de ARN și ribozom într-un astfel de nucleu este redusă brusc. Progresând, aceste modificări duc la segmentarea nucleului, urmată de dezintegrarea acestuia în aglomerări (cariorexis), care sunt apoi distruse. Aceste consecințe sunt dezastruoase pentru celulă. O astfel de celulă se descompune în părți care sunt supuse fagocitozei de către macrofage.

Când o celulă moare, cromatina se coagulează și se adună în conglomerate grosiere.

Când sinteza ARNr este suprimată, nucleolul se micșorează și se fragmentează, pierzând granule. În nucleol apar „cavități” cu densitate scăzută.

Încălcarea maturării ribozomului (inhibarea procesării ARNr) determină o creștere a dimensiunii nucleolilor, dar le lipsesc subunitățile ribozomilor mature.

Modificări ale citosolului (hialoplasmă). Se caracterizează prin patologii de cicloză, asigurând interacțiunea structurilor celulare între ele, glicoliză anaerobă, metabolismul carbohidraților, proteinelor, lipidelor și altor substanțe, depunerea de glicogen, grăsimi, pigmenți.

Hipoxia, procesele proteolitice, autoliza, predominanța proceselor anaerobe-glicolitice pot duce la acumularea de compuși organici cu greutate moleculară mică, modificarea presiunii oncotice. O creștere a presiunii oncotice determină difuzia apei în hialoplasmă și umflarea celulei. Fenomene similare pot însoți hiperhidria hipoosmolară. Cu o umflare ascuțită, citomembrana se rupe și conținutul hialoplasmei se îmbină cu substanța intercelulară.

Creșterea permeabilității citomembranei sub diferite influențe patologice determină eliberarea ionilor de potasiu din celulă și intrarea în ea a ionilor de sodiu, clorură și calciu. Presiunea osmotică a hialoplasmei crește. Apa intră în el și celula se umflă.

Deshidratarea, hiperosmolaritatea substanței intercelulare duc la eliberarea apei din hialoplasmă și la contracția celulei. Pierderea de apă de către celulă (deshidratare) reduce activitatea funcțională, încetinește cicloza și are loc acumularea de deșeuri (autointoxicație).

În patologie, echilibrul acido-bazic din matricea celulară se modifică. Produșii suboxidați care se acumulează în matrice provoacă acidoză metabolică și cresc permeabilitatea membranei. Încălcarea permeabilității activează enzimele proteolitice, ceea ce provoacă autodigestia intracelulară - autoliză.

Fiziopatologia mitocondriilor. Este asociat cu o încălcare a fosforilării aerobe și a furnizării de energie. Modificările mitocondriilor apar în timpul hipoxiei, acțiunea toxinelor care blochează lanțurile de fosforilare oxidativă.

Încălcarea funcțiilor mitocondriilor se observă în hipertiroidism din cauza triiodotironinei, receptori pentru care sunt prezenți în organele. α-Dinitrofenolul, glucocorticoizii, insulina, interleukina-1, excesul de calciu și hormonii tiroidieni provoacă umflarea mitocondrială și decuplarea lanțurilor de fosforilare oxidativă. Ca rezultat, celula nu poate produce suficient ATP, iar procesele dependente de energie dispar. Aceste tulburări funcționale sunt însoțite de rearanjamente structurale sub formă de umflare a mitocondriilor, modificări ale structurii cristelor și densității matricei.

In caz de tulburari metabolice, hipoxie, intoxicatie, umflarea mitocondriilor, matricea acestora devine limpede si vacuolizeaza. Toate acestea conduc la o scădere a formării de ATP și a eficienței fosforilării oxidative.

Decuplarea lanțurilor de fosforilare oxidativă are loc în timpul febrei în momentul creșterii temperaturii și în timpul hipotermiei ca mecanism care asigură o producție crescută de căldură.

Pe lângă umflare, se poate observa condensarea și fragmentarea mitocondriilor. Se formează incluziuni organice (proteine, lipide) și minerale (săruri de calciu insolubile). Toate acestea reduc și eficiența sintezei ATP datorită blocării complete sau parțiale a proceselor oxidative.

Uneori există mitocondrii gigantice cu hipertrofie corespunzătoare a cristei. Aceste tulburări apar în cazul hipertrofiei organitelor sau datorită fuziunii lor. Numărul și forma cristei membranei interioare se modifică de asemenea. O creștere a numărului de criste indică de obicei o creștere a activității mitocondriale. Uneori forma cristelor se transformă și apar nu numai trabeculare, ci și multiveziculare (tubulare). Dinamica este expusă și direcționată către crist. Poate exista o orientare longitudinală și transversală. Fragmentarea cristelor, încălcarea locației lor corecte apar în timpul hipoxiei.

Cu hipovitaminoza, intoxicația cu alcool, forma mitocondriilor și cresta se modifică în celulele tumorale.

Modificările cantitative ale conținutului de mitocondrii dintr-o celulă pot fi fie sub formă de creștere, fie de scădere. O creștere a numărului de mitocondrii dintr-o celulă are loc de obicei cu o creștere a activității sale funcționale (hiperfuncție și hipertrofie), în procesul de restabilire a funcțiilor afectate și în timpul apoptozei. O scădere a conținutului absolut de mitocondrii într-o celulă indică o scădere a activității sale funcționale, procese atrofice distructive.

Distribuția mitocondriilor este caracterizată de o dinamică ridicată. Deci, în diverse situații patologice, ele sunt localizate în jurul nucleului sau la unul dintre polii celulei. Ca rezultat al modelării matematice, s-a demonstrat că aceste modificări, printre altele, se pot datora dinamicii difuziei oxigenului și glucozei.

Unele antibiotice perturbă în mod specific sinteza proteinelor pe ribozomii mitocondriali, cum ar fi levomicetina, eritromicina. Dacă astfel de antibiotice sunt adăugate la mitocondriile izolate, atunci procesele sintetice sunt întrerupte și organelele mor. Fenomene similare nu se observă în întregul organism, deoarece aceste antibiotice nu se acumulează în interiorul celulei eucariote, pătrunzând slab prin membrana acesteia.

Procese patologice în ribozomi. Ele sunt însoțite de o încălcare a translației cu formarea de lanțuri polipeptidice în citosol, gr. EPS și mitocondrii.

Aceste tulburări apar sub influența anumitor factori patologici, cum ar fi medicamentele anticanceroase care blochează sinteza proteinelor la eucariote.

Modificările complexelor ribonucleoproteice ale ribozomilor, precum și receptorii acestora, pot fi însoțite de o scădere a legării ribozomilor și polizomilor la gr. EPS în timpul formării proteinelor secretoare. Astfel de lanțuri polipeptidice nou formate sunt distruse rapid în matricea citoplasmatică.

Patologia aparatului nucleolar duce la o scădere a conținutului de ribozomi din citoplasmă și la suprimarea proceselor plastice din organism.

Patologia ribozomilor mitocondriali are unele caracteristici. Tulburările lor sunt cauzate de medicamente care blochează sinteza proteinelor în bacterii, precum levomicetina, eritromicina, care nu afectează activitatea ribozomilor citoplasmatici.

Încălcări în EPS. Modificări în gr. și netedă. Manifestările EPS sunt apropiate și se reduc la următoarele.

Expansiunea cisternelor EPS cu vacuolizarea citoplasmei celulare. Se observă o creștere a activității EPS cu acumularea de substanțe sintetizate în structura sa, cu o încălcare a transportului de substanțe la complexul Golgi și acumularea de substanțe patologice. Odată cu acumularea excesivă de substanțe normale și patologice, se dezvoltă distrofia celulară.

Fragmentarea EPS, acumularea în tubii de fragmente de membrane, rămășițele de organele celulare sunt caracteristice unui număr mare de leziuni celulare, inclusiv necroză și paranecroză, celule „șoc”, și sunt însoțite de o scădere semnificativă a activității sintetice a EPS.

hipertrofia EPS observată cu hiperfuncția celulelor secretoare care rezultă din efectele excesive de stimulare asupra celulei. Acestea sunt disfuncții ale sistemului nervos autonom, dishormonoze, efecte iritante asupra celulelor secretoare, degenerarea lor tumorală.

hipotrofie EPSînsoțită de o scădere a activității secretorii a celulelor și a ratei de înlocuire a complexelor membranare. Acest lucru este tipic pentru malnutriție, atrofie, apoptoză și poate fi rezultatul suprimării sistemului nervos autonom.

control, blocarea hormonală a secreției, hipoxie și înfometare.

Simplificarea structurii și schimbarea distribuției EPS apar cu malnutriție și atrofie în zonele proceselor inflamatorii cronice, dediferențierea celulelor din tumori.

Încălcări în EPS granular se manifestă prin blocare, sinteza excesivă a polipeptidelor sau sinteza catenelor polipeptidice alterate (membranare, lizozomale, secretoare).

Hipertrofie gr. EPS este adesea însoțită de hipersecreția unei substanțe. Acest lucru se datorează activării externe excesive a activității celulare specifice în tulburările dishormonale și patologiei reglării nervoase.

Patologia gr. EPS cu blocarea proceselor sintetice și/sau de transport în celulă este însoțită de vacuolizare, fragmentare a organitelor, întreruperea comunicării cu ribozomii etc. Acest lucru duce la distrofii, întreruperea proceselor resintetice în celulă.

Hipoxia, diferite tipuri de intoxicație modifică forma cisternelor și dimensiunea acestora. Se observă fragmentarea cisternelor, distribuția lor în celulă se modifică. Pe rezervoare, ribozomii dispar sau sunt distribuiti neuniform. Aceste fenomene reduc semnificativ eficacitatea funcției sintetice a celulei, în primul rând refacerea structurilor membranare, sinteza secrețiilor și refacerea enzimelor lizozomale. Acest lucru duce la inhibarea proceselor plastice (anabolice) în celulă.

Pot apărea modificări patologice în funcționarea ribozomilor liberi și legați, ceea ce se datorează mai multor mecanisme. Gratuit și asociat cu gr. Ribozomii EPS nu se leagă de ARNm, conexiunile cu ARNt sunt blocate, iar subunitățile ribozomilor necesare proceselor de translație nu se combină.

Dezagregarea ribozomilor si polizomilor pe gr. EPS, dispariția lor provoacă încălcări ale sintezei proteinelor secretoare și lizozomale, proteine ​​ale membranei celulare.

Hipovitaminoza C se caracterizează printr-o distribuție neuniformă a ribozomilor pe membrane, care se datorează unei încălcări a funcției de receptor a membranelor gr. EPS și provoacă o scădere a activității sintetice a celulei.

Încălcări în EPS neted exprimată prin patologia regenerării membranei celulare, sinteza glicogenului, lipidelor, hormonilor steroizi, depunerea și eliberarea de Ca 2+, detoxifierea substanțelor exogene și endogene. Aceste tulburări se manifestă prin scăderea funcției de neutralizare a celulelor hepatice, precum și scăderea activității secretorii a glandelor exocrine și endocrine, precum și scăderea intensității contracțiilor în țesutul muscular. Activitatea motorie a fagocitelor poate scădea, transmiterea excitației în neuroni poate fi perturbată etc.

Tulburări în complexul Golgi. Acestea sunt patologii de modificare, sortare și ambalare a proteinelor care sunt fie secretate de celulă, fie intră în membrana plasmatică, modificări ale lizozomilor, formarea afectată de polizaharide, glicoproteine, lipoproteine, glicolipide.

Hiperfuncția complexului Golgi cu hipertrofia acestuia determină secreția excesivă și/sau acumularea de produși secretori în interiorul celulei. Hipertrofia cu hiperfuncție a complexului Golgi în celulele secretoare se observă cu stimularea excesivă a secreției de către terminațiile nervoase autonome, hiperfuncția hormonilor care stimulează secreția. Hiperfuncția complexului Golgi este însoțită de umflarea cisternelor, o creștere a numărului și dimensiunii acestora. Vacuolele și veziculele implicate în formarea sa se schimbă într-un mod similar.

Hipofuncția complexului Golgi perturbă repararea complexelor membranei celulare, îi reduce activitatea secretorie și capacitatea digestivă. Hipofuncția apare cu malnutriție și atrofie, denervare, hipofuncție a hormonilor care stimulează activitatea secretorie a celulelor și/sau cu activitate crescută a hormonilor care blochează secreția, malnutriție. În cazul infecțiilor virale, structurile complexului Golgi pot dispărea sau conținutul lor scade brusc.

Disfuncțiile parțiale ale complexului Golgi sunt cauzate de fermentopatia congenitală sau dobândită și sunt însoțite de o blocare a maturizării glicoproteinei individuale, lipoproteinei și altor complexe.

Patologia lizozomului. Este însoțită de activarea autolizei în caz de activitate excesivă și de distrofie în caz de activitate insuficientă.

O creștere a permeabilității membranelor lizozomului sub influența hipoxiei, SPO, agenților cancerigeni etc. duce la activarea digestiei cu autodigestia celulei (autoliză). Autoliza este declanșată de hipoxie, cașexie (epuizare) a organismului, traumatisme celulare, expunere la temperaturi excesiv de ridicate sau scăzute, acizi și alcaline, intoxicație severă, radiații ionizante etc. Glucocorticoizii, colesterolul, medicamentele antiinflamatoare mențin integritatea membranelor. , prevenind autodigestia.

Fenomenul opus - digestia intracelulară insuficientă - este însoțit de acumularea de produse de distrugere incompletă în celulă, care pot duce la distrofie. Ca o variantă a tulburărilor de digestie - imposibilitatea distrugerii microorganismelor patogene - încalcă reacțiile de protecție ale organismului. O scădere a numărului de lizozomi, o scădere a activității enzimatice se întâlnesc în hipoxia cronică, un exces de hormoni steroizi, unele infecții și tulburări metabolice etc.

Patologia la lizozomi se observă cu următoarele fenomene: modificări ale lizozomilor înșiși și reacția lizozomilor la tulburări ale altor componente celulare. Cu modificări genetice care provoacă rearanjarea enzimelor lizozomale și reduc activitatea lor enzimatică, apar „boli de acumulare”, în care numărul de corpuri reziduale crește și structurile mitocondriilor secundare se modifică. Otrăvirea celulară cu caroten în timpul hipervitaminozei crește permeabilitatea membranelor celulare, inclusiv a membranelor lizozomale, substraturile celulare devin disponibile pentru enzimele lizozomale și autoliza este activată.

Disfuncția peroxizomului. Acest lucru reduce eficiența neutralizării radicalilor de oxigen și activează procesele de peroxid în celulă, duce la acumularea de produse suboxidate și activarea proceselor de peroxid de radicali liberi, care afectează permeabilitatea membranei, provoacă mutații și autoliză. Conținutul de peroxizomi scade cu radiațiile ionizante și în celulele tumorale.

O creștere a numărului de peroxizomi are loc în procesele patologice și este de natură protectoare și compensatoare, de exemplu, în leptospiroză și hepatita virală.

Încălcări ale structurii și funcțiilor centriolilor. Acest lucru perturbă diviziunea, structura celulară în afara diviziunii, formarea cililor și flagelilor.

Tulburările în structura și funcția centriolilor care formează centrul celular sunt strâns legate de procesele de polimerizare și depolimerizare a microtubulilor. Ca urmare a dezintegrarii centriolilor și a distrugerii centrosferei, distribuția organelelor din hialoplasmă se modifică. Complexul Golgi este localizat în apropierea centrului celulei. Cu tulburări în centrul celular, pot exista modificări semnificative în distribuția proceselor de transport atât în ​​interiorul compartimentelor complexului, cât și departe de acesta în direcția citomembranei (secreție reglată) și în citosol (prelizozomi).

Sub acțiunea colchicinei și a analogilor săi, care distrug centrul celular, procesele de mitoză și distribuția normală a materialului genetic și citoplasmatic în timpul diviziunii sunt blocate.

Modificări ale elementelor citoscheletice (microtubuli, microfilamente, microtrabecule). Ele modifică forma și mobilitatea celulelor, perturbă distribuția și mișcarea componentelor celulare, transportul substanțelor în și din celulă, iar dezagregarea are loc în joncțiunile intercelulare.

Patologia polimerizării microtubulilor poate duce la perturbarea mișcării veziculelor secretoare, lizozomilor, organelelor din celulă, perturbarea mitozei, dificultatea exocitozei incluziunilor secretoare, modificări în formarea și mobilitatea cililor și flagelilor. De exemplu, o modificare a activității dineinei blochează mișcarea cililor tractului respirator și a organelor genitale, ducând la stagnare.

Polimerizarea este strâns legată de conținutul de ioni de calciu. Poate fi blocat de colchicină. Lipsa de ATP determină și o scădere a mobilității cililor și flagelilor. Încălcarea funcției complexelor kinesină și dineină în neurotubuli (microtubuli neuronilor) este însoțită de încălcări grave în transportul substanțelor de-a lungul axonului. Regenerarea proceselor deteriorate ale neuronilor scade.

Patologia formării filamentelor subțiri este însoțită de deteriorarea microvililor și stereocililor, a desmozomilor de panglică. Mobilitatea celulară scade, procesele de fagocitoză și cicloză sunt perturbate și apare diskinezia tractului excretor al glandelor exocrine. Depolimerizarea microfilamentelor (miofilamentelor) subțiri ale țesutului muscular se caracterizează prin blocarea contracțiilor. Fenomene similare se observă atunci când interacțiunea miofilamentelor subțiri și groase și a complexelor de micromiozină este imposibilă, de exemplu, când metabolismul calciului, formarea, transportul și utilizarea ATP sunt perturbate, se modifică structura tropomiozinelor etc.

Încălcările sintezei și distribuției filamentelor intermediare sunt însoțite de deformări ale celulelor și nucleelor, rezistența mecanică a celulelor și a compușilor acestora este redusă semnificativ. Scăderea rezistenței îmbinărilor adezive este asociată cu contacte desmozomale și semidesmosomale.

Pe lângă modificările în polimerizarea microtubulilor înșiși, a filamentelor intermediare și a microfilamentelor subțiri, poate apărea dezintegrarea conexiunii lor cu proteinele structurale ale citomembranelor.

Disfuncția membranei plasmatice. Sub influența factorilor patogeni, permeabilitatea ionică a membranei celulare poate crește pentru o lungă perioadă de timp. Funcția pompelor de potasiu-sodiu, calciu-magneziu și alte pompe este afectată. Ca urmare, are loc o redistribuire a ionilor în interiorul și în afara celulei. Ionii de sodiu, calciu și clor se acumulează și cantitatea de potasiu din celulă scade. Procesul este adesea însoțit de o scădere a cantității de ATP sau blocarea ATPazelor. Pătrunderea ionilor de Na + și Cl - determină creșterea presiunii intracelulare și umflarea până la ruperea citomembranei. Modificările permeabilității membranei sunt caracteristice numeroaselor leziuni, inclusiv hipoxie, acțiunea otrăvurilor animale și vegetale, radiații ionizante, blocanții ATPazei etc.

Pe lângă deteriorarea transportului ionic, există o scădere a absorbției glucozei (în diabet zaharat), a aminoacizilor individuali etc.

Odată cu blocarea transportului activ, procesele de endocitoză și exocitoză se schimbă adesea în timpul deteriorării. Disfuncția endocitozei care nu este asociată cu proteinele receptorului se datorează deteriorării proteinelor de fuziune. Acest lucru duce la o modificare a proceselor de transport în țesutul epitelial, inclusiv în endoteliul vaselor de sânge.

Microendocitoza, mediată prin receptori, este perturbată din cauza unei modificări a aparatului receptor al membranei celulare. Acest lucru se poate datora, de asemenea, unei încălcări a formării mediatorilor secundari, patologiei atașării clatrinelor la suprafața interioară a membranei celulare.

În timpul fagocitozei bacteriilor, a unor părți mari ale celulei etc., interacțiunea particulei fagocitate cu receptorii de pe suprafața celulei poate fi perturbată, se modifică conținutul de calciu și polimerizarea microfilamentelor și microtubulilor subțiri.

O scădere a secreției spontane provoacă leziuni ale complexului Golgi, ceea ce duce la restaurarea insuficientă a citomembranei. Secreția reglată se modifică patologic din cauza disfuncției controlului hormonal și neuronal, depolarizării sau hiperpolarizării patologice a membranei, activării celulare excesive sau insuficiente prin mesagerii secundari, patologiei microtubulilor și nivelurilor intracelulare de calciu. Modificările sunt însoțite de o încălcare a excreției produselor secretoare, inclusiv hormoni, enzime, mucus, mediatori în timpul transmiterii sinaptice în țesutul nervos etc.

Unul dintre principalele mecanisme dăunătoare ale membranelor celulare este o cascadă de reacții de peroxidare a lipidelor cu radicali liberi, în cele din urmă însoțite de acumularea de compuși amfifili cu o creștere bruscă a permeabilității citomembranei și activarea proceselor autolitice.

Când aparatul receptor al celulei se modifică, numărul de receptori pentru hormoni sau alte substanțe biologic active crește sau scade, iar afinitatea (specificitatea) receptorilor scade. Cauzele tulburărilor pot fi primare (determinate genetic) sau secundare (dobândite). Exemple de cauze ale tulburărilor secundare sunt un proces autoimun cu distrugerea receptorilor de către anticorpi, o scădere compensatorie a sensibilității la hormoni cu o creștere a activității lor, de exemplu, o creștere a nivelului de insulină în combinație cu o scădere a sensibilității la aceasta. în obezitate și diabet zaharat non-insulino-dependent.

O creștere a numărului de receptori se observă în timpul denervației, de exemplu, în zonele lipsite de control nervos simpatic, conținutul de receptori pentru adrenalină și norepinefrină crește. O scădere a conținutului de receptori duce la dezvoltarea unor boli asociate cu o deficiență relativă a hormonului, care nu sunt corectate prin introducerea de doze chiar crescute din această substanță biologic activă (diabet zaharat nedependent de insulină, nanism).

Uneori există modificări în transmiterea semnalului de la receptori în celulă. Excitația cauzată de semnal poate fi transmisă adânc în celulă în mai multe moduri: atunci când receptorul interacționează cu proteina G integrală, care activează formarea moleculelor de semnalizare citoplasmatică (secunzi mesageri) - cAMP, ioni de calciu, cGMP; în al doilea caz, receptorul este asociat cu tirozin kinaze care declanșează cascada Ras, rezultând formarea de inozitol-1,4,5-trifosfat, diacilglicerol. Mesagerii secunde afectează lanțul de reacții catalitice, inclusiv transcripția. Modificările în activitatea mesagerilor secundi și a proteinelor care îi formează pot duce la scăderea sau creșterea influenței factorilor hormonali.

Încălcarea afinității (afinității) receptorilor pentru moleculele de aderență și agregare duce la o scădere a aderenței celulare la propriul lor fel și/sau structurile intercelulare. Încălcarea „recunoașterii” celulelor înrudite de către receptorul glicocalix este însoțită de mobilitatea celulară patologică cu posibilitatea migrării lor în organism. Această capacitate este deținută de celulele tumorale maligne, ceea ce duce la formarea de metastaze și determină creșterea infiltrativă. În același timp, o scădere a proprietăților adezive ale selectinelor și integrinelor leucocitelor duce la sindromul așa-numitelor leucocite „leneșe”, atunci când acestea nu pot pătrunde din vas în zona de inflamație.

Patologia proteinelor citomembranei, care îndeplinesc funcția de cadru de susținere, perturbă forma celulelor și rezistența lor mecanică. De exemplu, anemiile cu o încălcare a formei eritrocitelor sunt cauzate de deteriorarea conexiunii proteinelor de susținere cu microtubuli și microfilamente subțiri.

O scădere a activității proteinelor-enzime ale citomembranei enterocitelor columnare complică foarte mult procesele de digestie parietală în intestinul subțire. Deteriorarea proteinelor-enzime ale glicocalixului tirocitelor blochează formarea hormonilor de către glanda tiroidă, iar în fibroblaste inhibă sinteza de colagen și fibre elastice.

Încălcările formării principalelor complexe de histocompatibilitate din prima clasă sunt însoțite de activarea proceselor autoimune. Unele microorganisme patogene secretă enzima neuraminidaza, care expune structurile antigenice de pe membranele celulelor corpului, ceea ce duce la distrugerea acestor celule de către leucocite. Complexele majore de histocompatibilitate se modifică și în timpul degenerării tumorale a celulelor.

Încălcarea funcției contactelor mecanice ale celulei (desmozomi, semidesmozomi, desmozomi de panglică) duce la o scădere a rezistenței unor astfel de conexiuni, la rupere în contactele celulelor cu structurile învecinate, chiar și cu influențe mecanice minore.

Patologia joncțiunilor gap încalcă unitatea reacțiilor fiziologice în țesuturi. Astfel, conducerea impulsurilor este suprimată în țesuturile musculare netede și cardiace, iar în țesutul epitelial are loc desincronizarea proceselor de regenerare și activitate secretorie a celulelor.

Modificările structurale și funcționale ale joncțiunilor strânse duc la difuzarea substanțelor din cavități în substanța intercelulară a epiteliului și mai departe în țesutul conjunctiv și invers, ceea ce perturbă homeostazia.

Patologia funcției sinaptice este însoțită de blocare sau transmitere sinaptică crescută cu funcții afectate ale sistemului nervos.

Microscopic, în stadiile incipiente de deteriorare, rotunjirea (alinierea formei și limitelor) celulelor și pierderea numărului de excrescențe celulare și microvilozități apar mai des. În viitor, dimpotrivă, la suprafață apar diverse excrescențe și bule mici, care în mod normal nu se găsesc. Adesea suprafața celulei pare să fiarbă.

Astfel, doar câteva dintre punctele cheie ale posibilelor încălcări sunt luate în considerare în materialele prezentate în secțiune. Ele nu pot acoperi întregul spectru al unor astfel de fenomene, dar fac posibilă conturarea direcțiilor schimbărilor care apar în celulă sub influența factorilor dăunători. Fiecare dintre modificări nu are loc separat, ci trage de-a lungul unui lanț de tulburări structurale și funcționale în interacțiunea complexelor macromoleculare, organele și părți ale celulei.

Dacă găsiți o eroare, evidențiați o bucată de text și faceți clic Ctrl+Enter.