Содержание
- Краткое резюме
- Мембрана клетки: структура и функции 🧬
- Липидные рафты и гликокаликс
- Транспорт веществ через мембрану 🚰
- Эндоплазматический ретикулум (ЭПР) и комплекс Гольджи 🏭
- Лизосомы — "клеточный желудок" 🦠
- Протеасомы и убиквитиновая система
- Пероксисомы: детоксицирующие органеллы
- Митохондрии — энергия клетки ⚡
- Цитоскелет — каркас и транспорт клетки 🦴
Краткое резюме
- Клеточная мембрана состоит из липидов, белков и сахаров, имеет жидкостно-мозаичную структуру с подвижными белками.
- Липиды мембраны: фосфолипиды (с гидрофильной головкой и гидрофобным хвостом), сфинголипиды и холестерол, контролирующий текучесть мембраны.
- Мембрана содержит липидные рафты — участки с высокой плотностью холестерола и насыщенных жирных кислот, обеспечивающие кооперацию белков.
- Гликокаликс — внешний слой мембраны, состоящий из гликолипидов и гликопротеинов, обеспечивает клеточную идентификацию и межклеточные взаимодействия.
- Транспорт через мембрану бывает трансмембранным (пассивным и активным) и везикулярным (эндо- и экзоцитоз).
- Эндоцитоз включает фагоцитоз, пиноцитоз и рецептор-опосредованный эндоцитоз с участием клатрина.
- Везикулярный транспорт важен для обмена веществ и передачи сигналов, включая перспективные методы безклеточной терапии (экзосомы).
- Эндоплазматический ретикулум (гладкий и шероховатый) участвует в синтезе липидов, белков и их контроле качества.
- Комплекс Гольджи выполняет посттрансляционную модификацию белков, сортировку и упаковку.
- Лизосомы — органеллы, обеспечивающие внутриклеточное переваривание, защищаются от автопереваривания с помощью липидного и белкового слоя.
- Аутофагия — ключевой механизм утилизации клеточного мусора, важный для здоровья нервной системы.
- Протеасомы — комплекс для деградации белков, маркеры которой — убиквитин.
- Пероксисомы участвуют в детоксикации, расщеплении алкоголя, жирных кислот и управлении лекарственным метаболизмом.
- Митохондрии — двойная мембрана, синтез АТФ, цикл Кребса, собственная ДНК и рибосомы.
- Цитоскелет состоит из микротрубочек, микрофиламентов и промежуточных филаментов, обеспечивая транспорт, форму и движение клетки.
- Микротрубочки — «рельсы» для внутриклеточного транспорта, формируются из альфа- и бета-тубулина.
- Микрофиламенты из актина обеспечивают движение клетки и поддержание формы.
- Промежуточные филаменты специфичны для тканей, например, кератины в эпителии, имеют диагностическое значение в патологии.
Мембрана клетки: структура и функции 🧬
Клеточная мембрана состоит из трёх основных компонентов: липидов, белков и сахаров. Липиды формируют основу — двойной слой фосфолипидов с гидрофильными головками и гидрофобными жирными хвостами. Белки встроены в мембрану как "жидкостная мозаика" — они подвижны по поверхности мембраны и делятся на интегральные (пронизывают мембрану) и периферические (присоединены к белкам или сахарам).
Липиды подразделяются на:
- Фосфоглицериды — фосфолипиды с различными головками (этаноламин, серин и др.), обеспечивают полярность мембраны.
- Сфинголипиды — основаны на сфингозине, включают цереброзиды и ганглиозиды.
- Холестерол — регулирует текучесть мембраны: при низкой концентрации повышает текучесть, при высокой — стабилизирует мембрану и делает её жёстче.
«Холестерол регулирует вязкость мембраны и форму клетки, адаптируя мембрану к температурным условиям среды.»
Липидные рафты и гликокаликс
В мембране существуют участки с повышенной плотностью липидов — липидные рафты, богаты холестеролом и насыщенными жирными кислотами. В этих зонах белки объединяются в комплексы для выполнения функций, например, передачи сигнала с рецепторов (инсулин, трансферрин).
Гликокаликс — слой гликопротеинов и гликолипидов на внешней поверхности мембраны, выполняет:
- Идентификацию клетки (как «QR-код» для иммунной системы).
- Межклеточные взаимодействия и адгезию.
- Поддержание микролокальной среды, например, в кишечнике для фиксации пищеварительных ферментов.
Транспорт веществ через мембрану 🚰
Транспорт разделяется на два основных типа:
Трансмембранный транспорт
-
Пассивный — движение веществ по градиенту концентрации без затрат энергии:
- Простая диффузия.
- Облегчённая диффузия с помощью белков-переносчиков или каналов.
- Осмос — диффузия воды через мембрану.
-
Активный — перенос против градиента с затратой АТФ:
- Первичный активный транспорт (например, натрий-калиевый насос).
- Вторичный активный транспорт, использующий градиенты ионов (симпорт и антипорт).
Везикулярный транспорт
Позволяет перемещать крупные частицы и органеллы:
- Эндоцитоз: фагоцитоз (твердые частицы), пиноцитоз (жидкие вещества), рецептор-опосредованный эндоцитоз (например, захват трансферрина с железом через клатриновые ямки).
- Экзоцитоз: выброс содержимого в окружающую среду, регулируемый процесс для секреции гормонов и метаболитов.
«Клетки обмениваются маленькими мембранными "посылками" — экзосомами — которые несут регуляторные молекулы, что перспективно для безклеточной терапии.»
Эндоплазматический ретикулум (ЭПР) и комплекс Гольджи 🏭
- Гладкий ЭПР: синтез липидов и стероидных гормонов, детоксикация через систему цитохрома P450, запас кальция.
- Шероховатый ЭПР: синтез белков с рибосомами, контроль качества белков (folding, гликозилирование, удаление несвернутых белков).
Белки с сигнальной последовательностью направляются в ЭПР, где проходят первичную обработку, затем транспортируются в комплекс Гольджи.
Комплекс Гольджи
Стопка из цистерн, каждая с собственным набором ферментов, осуществляет:
- Посттрансляционную модификацию белков: гликозилирование, сульфатирование, фосфорилирование.
- Сборку мультицепочечных белков.
- Сортировку и упаковку белков в везикулы для доставки к лизосомам, на поверхность клетки или в другие органеллы.
Везикулы маркируются специфическими белками (COPI, COPII и SNAREs), которые обеспечивают точное слияние с цельной мембраной.
Лизосомы — "клеточный желудок" 🦠
Лизосомы содержат гидролитические ферменты, активные только при низком pH благодаря протонным насосам. Мембрана лизосом защищена специфическими липидами и гликопротеиновым слоем от самопереваривания.
Существуют:
- Первичные лизосомы — незрелые, без активных ферментов.
- Вторичные лизосомы — зрелые, сливаются с эндосомами / фагосомами для переваривания.
Аутофагия — процесс утилизации собственных повреждённых органелл (например, митохондрий), регулируется генами и белками mTOR и ATG.
Протеасомы и убиквитиновая система
Протеасомы — молекулярные комплексы, расщепляющие ненужные или повреждённые белки, маркированные убиквитином.
- Убиквитин присоединяется к белкам, направляя их к протеасоме.
- Протеасома расщепляет белок на мономеры для повторного использования.
Нарушения в этой системе связаны с нейродегенеративными заболеваниями из-за скопления белкового мусора.
Пероксисомы: детоксицирующие органеллы
Участвуют в:
- Расщеплении перекиси водорода (продукта метаболизма кислорода).
- Детоксикации алкоголя и лекарственных препаратов.
- Окислении длинноцепочечных жирных кислот.
Фармакогенетика изучает индивидуальные различия в метаболизме препаратов, связанных с активностью пероксисом.
Митохондрии — энергия клетки ⚡
- Двойная мембрана: наружная проницаема, внутренняя образует складки (кристы).
- Внутри — матрикс с циклом Кребса и собственная ДНК.
- Внутренняя мембрана содержит электроны транспортировочные цепи и синтезирует АТФ.
- Митохондрии регулируют ионный баланс, участвуют в синтезе стероидов.
- Имеют бактериальное происхождение, внеядровые рибосомы.
Цитоскелет — каркас и транспорт клетки 🦴
Микротрубочки
- Составлены из альфа- и бета-тубулина (структура кольца из 13 протомеров).
- Обеспечивают внутриклеточный транспорт (органелл, везикул).
- Имеют полярность (+ конец к периферии, − к центру).
- Формируют центросому и веретено деления.
- Двигатели: кинезин (к + концу), динеины (к − концу).
Микрофиламенты
- Комплекс из глобулярного актина.
- Обеспечивают движение клетки, поддержание формы и цитоскелетный каркас кортикального слоя.
- Участвуют в образовании микроворсинок и псевдоподий.
- Работают с миозином (моторный белок).
Промежуточные филаменты
- Стабилизируют клетку, специфичны для тканей:
- Кератины — эпителий.
- Виментин — соединительная ткань.
- Нейрофиламенты — нейроны.
- Используются для диагностики происхождения опухолей.
«Цитоскелет — это железная дорога клетки, а также её опора и средство передвижения.»
Все обсуждаемое имеет прикладной клинический смысл, включая тесты международного уровня, которые требуют понимания гистологии и биохимии для решения комплексных задач.