Пигментные включения. Что такое клеточные включения? Клеточные включения: типы, строение и функции. Строение и функции

Вместе с мембранными и немембранными органеллами в цитоплазме находятся клеточные включения, которые являются непостоянными элементами клетки. Они появляются и исчезают на протяжении ее жизненного цикла.

Что относится к клеточным включениям, какова их роль в клетке?

По сути включения - это продукты метаболизма, способные накапливаться в виде гранул, зерен или капель с разной химической структурой. Редко могут встречаться в ядре.

Формируются они в основном в пластинчатом комплексе и в эндоплазматическом ретикулуме. Часть - результат неполного переваривания (гемосидерин).

Процесс расщепления и удаления зависит от происхождения. Секреторные включения выводятся через протоки, углеводные и липидные - расщепляются под действием ферментов, меланин разрушается клетками Лангерганса.

Классификация клеточных включений:

• Трофические (крахмал, гликоген, липиды);
• секреторные (включения поджелудочной железы, эндокринных органов);
• экскреторные (гранулы мочевой кислоты);
• пигментные (меланин, билирубин);
• случайные (медикаменты, кремний);
• минеральные (соли кальция).

Строение и функции

Жировые включения часто накапливаются в цитоплазме, как небольшие капли. Они характерны для одноклеточных, к примеру, инфузорий. У высших животных липидные капли находятся в жировой ткани. Чрезмерное накопление жировых включений приводит к патологическим изменениям в органах, к примеру, вызывает жировую дистрофию печени.

Полисахаридные имеют гранулярное строение различной формы и размеров. Наибольшие их скопления располагаются в клетках поперечнополосатой мускулатуры и печеночной ткани.

Включения белка встречаются не часто, главным образом являются питательным веществом в яйцеклетках (при микроскопическом исследовании можно увидеть разного рода пластинки, палочки).

Пигмент липофусцин - это включения желтого или коричневого цвета, которые скапливаются в клетках в процессе жизнедеятельности. Пигмент гемоглобин входит в состав эритроцитов крови. Родопсин — делает палочки сетчатки глаза чувствительными к свету.

Биологическое и медицинское значение клеточных включений

Избыточное скопление включений может привести к развитию серьезных патологий, которые принято называть болезнями накопления. Формирование заболевания связано со снижением активности лизосомальных ферментов и чрезмерным поступлением каких-либо веществ (жировое перерождение печени, гликогенозмышечной ткани).

Например, развитие наследственной болезни Помпе обусловлено дефицитом фермента кислая мальтаза , как следствие в клетках накаливается гликоген, что ведет к дистрофии нервной и мышечной ткани.

Скапливаться в цитоплазме могут свойственные для клетки вещества, а также чужеродные, которые в норме не встречаются (амилоидоз почек). Во время старения организма во всех клетках накапливается липофусцин, который служит маркером функциональной неполноценности клеток.

Чем отличаются органоиды от клеточных включений?

Органоиды - это постоянные структурные элементы клетки, необходимые для стабильной работы и жизнедеятельности.

Включения - это компоненты клетки, которые могут появляться и исчезать на протяжении ее жизни.

Что на определенном этапе не участвуют в обмене веществ или являются конечными его продуктами, называют включениями. Они не принадлежат к числу постоянных структур цитоплазмы . Согласно ее функционального состояния — то исчезают, то появляются вновь. Эти вещества — капельки жира, зерна крахмала и гликогена, кристаллики белка — откладываются в цитоплазме «про запас» или является нерастворимыми в воде солями, которые выводятся из обмена веществ. их легко разглядеть в световой микроскоп.

Внешне они представляют собой плотные зернышки, капельки или кристаллики. Включение образуются из веществ, полученных в результате биосинтеза.

Большое количество липидных капель случается в цитоплазме некоторых простейших, в частности инфузорий. У млекопитающих эти капли, как правило, случаются в специализированных жировых клетках в соединительной ткани. Иногда они откладываются в результате патологических процессов, например, во время перерождения печени. Капли жира встречаются в клетках почти всех растительных тканей, особенно много их в семенах некоторых растений.

Включение полисахаридов различных размеров имеют, как правило, гранулярную форму. У многоклеточных животных и простейших в цитоплазме встречаются отложения гликогена, гранулы которого хорошо видно даже в световой микроскоп. Особенно большие скопления наблюдаются в волокнах полосатых мышц, в клетках , нейронах. По крахмала, то, кроме картофеля, значительное его количество содержат зерна злаков, причем форма включений специфическая как для каждого вида растений, так и для определенных тканей.

Белковые включения можно встретить гораздо реже, чем липидные и углеводы. (Как вы считаете, почему?) Найти — повешу их « тайник » — яйцеклетки, они имеют разнообразную форму: пластинок, шариков, палочек, однако встретить их можно и в цитоплазме клеток печени, а также в клетках простейших.

К клеточным включениям относят также пигменты . В частности, желтый и коричневый пигмент тканей — липо — фусцин, шаровидные гранулы которого накапливаются в процессе активной жизнедеятельности , особенно при старении.

Стоит вспомнить другой пигмент желтого и красного цвета — липохром. Он хранится в виде мелких капель в клетках коркового вещества надпочечников и отдельных клетках яичников.

Пигмент ретинин входит в компонетный состав зрительного пурпура сетчатки глаза. Наличие некоторых пигментов связана с выполнением клетками особых функций, достаточно вспомнить черный пигмент меланина в клетках покровных тканей животных.

Рибосомы — особые органеллы, построенные из РНК и белков. Рибосомы являются обязательными компонентами любой клетки. Более всего рибосом в тех клетках, где активно происходят физиологические процессы. их биологическая функция заключается в синтезе белков. Рибосомы можно разглядеть только в электронный микроскоп. В эукариотической клетке они содержатся в цитоплазме, но большинство — в мембранах эндоплазматической сети. В прокариот рибосомы значительно меньше по размерам и содержатся главным образом в цитоплазме.

Каждая рибосома состоит из двух разных по размеру частей, функционирующих как единое целое. Отдельные рибосомы могут соединяться в группы — полисомы (от греч. Поле — много и сома — тело). Рибосомы состоят из специфических рибосомальннх белков и рпбосомальнои РНК. (Вспомните, какие существуют типы РНК.) Интересно, что ни одна молекула, которая входит в состав рибосом, не повторяется дважды.

Цитоплазма эукариотической клетки включает целый ряд органелл, не имеющих мембранной структуры, а построены из белков. Они выполняют функцию клеточного каркаса, обеспечивающих движение клетки и цитоплазмы, играют ключевую роль в обмене веществ, в частности в биосинтезе белков. Кроме того, существуют органеллы специального назначения, которые присущи клеткам с определенными специфическими свойствами.

Пероксисомы (или микротельца) - это вакуоли (0,3-1,5 мкм в диаметре), окруженные мембраной. Внутреннее содержимое пероксисомы - матрикс - представлен мелкогранулярным содержимым с нуклеоидом (сердцевиной) в центре. В нуклеоиде часто видны кристаллоподобные структуры, которые состоят из упоряд оченно упакованных фибрилл и трубочек. Пероксисомы обычно локализуются вблизи мембран гранулярной эндоплазматической сети. Последние являются местом их образования, хотя часть ферментов пероксисом синтезируется в гиалоплазме.

В пероксисомах обнаружены ферменты, связанные с метаболизмом перекиси водорода. Это ферменты, ведущие окислительное дезаминирование аминокислот (оксидазы, уратоксидазы) с образованием вредной для клетки перекиси водорода, и фермент каталаза, разрушающая перекись.

Таким образом, эти органеллы , разрушающие органические соединения с образованием своеобразного клеточного яда в виде перекиси водорода, одновременно снабжены собственной защитой в виде нейтрализующих перекись ферментов.

Клеточные включения

Включения - это непостоянные структуры клетки, которые появляются в ней и исчезают в процессе метаболизма. Различают трофические, секреторные, экскреторные и пигментные включения.

Группа трофических включений объединяет углеводные, липидные и белковые включения. Наиболее распространенным представителем углеводных включений является гликоген - полимер глюкозы. На светооптическом уровне наблюдать включения гликогена можно при использовании гистохимической ШИК-реакции. В электронном микроскопе гликоген выявляется как осмиофильные гранулы, которые в клетках, где гликогена много (гепатоцитах), сливаются в крупные конгломераты - глыбки.

Липидными включениями наиболее богаты клетки жировой ткани - липоциты, резервирующие запасы жира для нужд всего организма, а также стероидпродуцирующие эндокринные клетки, использующие липид холестерин для синтеза своих гормонов. На ультрамикроскопическом уровне липидные включения имеют правильную округлую форму и в зависимости от химического состава характеризуются высокой, средней или низкой электронной плотностью.

Белковые включения , например, вителлин в яйцеклетках, накапливается в цитоплазме в виде гранул.

Секреторные включения представляют собой разнообразную группу. Секреторные включения синтезируются в клетках и выделяются (секретируются) в просветы протоков (клетки экзокринных желез), в межклеточную среду (гормоны, нейромедиаторы, факторы роста и др.), кровь, лимфу, межклеточные пространства (гормоны). На ультрамикроскопическом уровне секреторные включения имеют вид мембранных пузырьков, содержащих вещества разной плотности и интенсивности окраски, что зависит от их химического состава.

Экскреторные включения - это, как правило, продукты метаболизма клетки, от которых она должна освободиться. К экскреторным включениям относятся также инородные включения - случайно, либо преднамеренно (при фагоцитозе бактерий, например,) попавшие в клетку субстраты. Такие включения клетка лизирует с помощью своей лизосомальной системы, а оставшиеся частицы выводит (экскретирует) во внешнюю среду. В более редких случаях попавшие в клетку агенты остаются неизменными и могут не подвергнуться экскреции - такие включения более правильно именовать чужеродными (хотя чужеродными для клетки являются и включения, которые она лизирует).

Пигментные включения хорошо выявляются как на светооптическом, так и на ультрамикроскопическом уровнях. Очень характерный вид они имеют на электронных микрофотографиях - в виде осмиофильных структур разных размеров и формы. Данная группа включений характерна для пигментоцитов. Пигментоциты, присутствуя в дерме кожи, защищают организм от глубокого проникновения опасного для него ультрафиолетового излучения, в радужке, сосудистой оболочке и сетчатке глаза пигментоциты регулируют поток света на фоторецепторные элементы глаза и предохраняют их от перераздражения светом. В процессе старения очень многие соматические клетки накапливают пигмент липофусцин, по присутствию которого можно судить о возрасте клетки. В эритроцитах и симпластах скелетных мышечных волокон присутствуют соответственно гемоглобин или миоглобин - пигменты-переносчики кислорода и углекислоты.

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

Классификация включений

Трофические включения

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

Секреторные включения

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

Экскреторные включения

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

Пигментные включения

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

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

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

Реакция клеток на внешнее воздействие.

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

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

пикноз - сморщивание ядра и коагуляция (уплотнение) хроматина;

кариорексис - распад ядра на фрагменты;

кариолизис - растворение ядра.

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

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

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

Регенерация.

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

Виды смерти клеток.

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

Некроз

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

Насильственная гибель клетки обусловлена:

лишением ее питания и кислорода;

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

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

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

Различают две основные разновидности некроза:

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

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

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

Апоптоз.

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

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

1 стадия – стадия инициации (индукции) .

В зависимости от происхождения сигнала, стимулирующего апоптоз, различают:

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

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

Трансмембранные стимулы подразделяются на:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

блокируется эффект пускового сигнала апоптоза.

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

Рис. 14. Каспазный каскад и его мишени

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

К ним относятся белковые, жировые и полисахаридные включения.

Белковые включения . В клетке есть соединения, важность которых определяется тем, что в случае нужды они могут стать предшественниками целого ряда других, жизненно необходимых, для клетки веществ. К таким соединениям относятся аминокислоты. Они могут использоваться в клетке в качестве источников энергии для синтеза углеводов, жиров, гормонов и других метаболитов. Поэтому белковые включения фактически представляют собой своеобразное клеточное сырьё для производства аминокислот.

Судьба белковых включений во всех клетках примерно одинакова. Прежде всего они сливаются с лизосомой, где специальные ферменты расщепляют белки до аминокислот. Последние выходят из лизосом в цитоплазму. Часть из них в цитоплазме взаимодействует с тРНК и в таком виде транспортируется к рибосомам на синтез белка. Другая часть вступает в специальные биохимические циклы, где из них синтезируются жиры, углеводы, гормоны и другие метаболиты. И наконец, аминокислоты принимают участие в энергетическом обмене клетки.

Полисахаридные включения . Для животных клеток и клеток грибов - основным запасным питательным включением является гликоген. Для растений таким включением является крахмал.

Гликоген у человека в основном депонируется в клетках печени и используется не только для нужд самой клетки, но и в качестве энергетических ресурсов для всего организма. В последнем случае гликоген расщепляется в клетке до глюкозы, которая выходит из клетки в кровь и разносится по организму.

Гликоген – это большая ветвистая молекула, состоящая из глюкозных остатков. Специальные внутриклеточные процессы при необходимости отщепляют от молекулы гликогена глюкозные остатки и синтезируют глюкозу. Последняя поступает в кровь и расходуется на нужды клетки. Казалось бы, проще запасти в клетке саму глюкозу, не превращая её в гликоген, тем более что молекула глюкозы растворима и достаточно быстро проходит в клетку через плазматическую мембрану. Однако этому мешает то, что глюкоза также быстро, не задерживаясь, выходит из клетки. Задержать её в клетке в чистом виде практически невозможно. Кроме того, депонирование глюкозы в больших количествах опасно, т.к. это может привести к созданию такого градиента концентраций, что вначале произойдёт набухание клетки из-за поступления воды, а затем и её гибель. Поэтому специальная система ферментов, слегка видоизменив молекулу глюкозы, связывает её с такой же молекулой. Создаётся гигантская ветвистая молекула, состоящая из глюкозных остатков – гликоген. Эта молекула уже нерастворима, как глюкоза, и не способна изменить осмотические свойства клетки.

Жировые включения . Эти включения в гиалоплазме могут находиться в виде капель. Многие растения содержат масла, например подсолнечник, арахис и т.д. Богата жировыми включениями жировая ткань человека, служащая для предохранения организма от потерь тепла, энергетическим депо и как амортизатор при механических воздействиях.

Необходимо отметить, что запасов гликогена в организме среднего взрослого человека достаточно на один день нормальной активности, тогда как запаса жиров хватит на месяц. Если бы главным энергетическим резервом в нашем организме был гликоген, а не жиры, вес тела увеличился бы в среднем на 25 кг.

В некоторых случаях появление жировых включений в клетке является тревожным сигналом неблагополучия. Так, при заболевании дифтерией токсин микроорганизма блокирует утилизацию жирных кислот и они накапливаются в больших количествах в цитоплазме. При этом нарушается метаболизм и клетка гибнет. Чаще всего такие нарушения происходят в клетках сердечной мышцы. Заболевание называется дифтерийный миокардит.

Все питательные включения используются клеткой в моменты интенсивной жизнедеятельности. В эмбриогенезе существует потребность в большом количестве питательных веществ. Поэтому ещё на стадии овогенеза яйцеклетка интенсивно запасает различные питательные вещества (желток и др.) в виде включений, которые обеспечивают прохождение первых этапов эмбрионального развития.

б. Секреторные включения

Различные секреторные гранулы, образующиеся в железистых клетках животных, разнообразны по химической природе и могут быть представлены ионами, ферментами, гормонами, гликопротеинами и т.д., например, пищеварительные ферменты, синтезируемые клетками поджелудочной железы. Сигналом к формированию и опорожнению секреторных включений в поджелудочной железе является приём пищи. До приёма пищи происходит накопление включений в цитоплазме. Определяя количество включений в клетках поджелудочной железы, можно примерно предположить, чьи это клетки – голодного или сытого человека.