Понятие и строение клетки

С работой органелл клетки связаны многие патологические процессы. Подобные явления требуют проработки на более тонком уровне – клеточном.

Клетка – это структурно-функциональная единица строения жизнедеятельности. В организме все так или иначе направлено на поддержание целостности клеточных структур. Это первостепенная задача, реализация которой обеспечивает постоянство гомеостаза. Клетки разных организмов гомологичны по строению и основным свойствам. Увеличение их количества происходит двумя путями – митозом (соматические) и мейозом (половые). Клетки обладают одинаковым набором генетического материала, но отличаются активностью (экспрессией) отдельных генов, что дает морфологическое и функциональное разнообразие (дифференцировку).

Каждая клетка имеет органеллы. То, как они работают, закодировано в генах, а имеющиеся там полиморфизмы вносят в этот процесс свои коррективы – влияют на характер обмена, предрасположенности.

По своей структуре (в целом) клетки схожи, но в зависимости от функциональной направленности могут отличаться, например, количеством митохондрий. Если с ядром все более-менее понятно, то с остальными органеллами и их свойствами нужно разбираться.

Особенности клеток

• 220 млрд клеток – 20 млрд не обновляются (нейроны)
• Формируют около 200 тканей
• Энтероциты – 3-5 дней (1 млн в минуту), эритроциты 120 дней, печень – 480 дней
• Самые мелкие – нейроны (0,01 мм)
• Самые крупные – яйцеклетки (0,2 мм)

Плазматическая мембрана

Плазматическая мембрана – это структура, состоящая (преимущественно) из белков и липидов и отделяющая содержимое любой клетки от внешней среды. Мембрана сочетает в себе два свойства: прочность и текучесть.

Функции плазматической мембраны:

• транспортная – перенос ионов и других субстратов против градиента концентрации;
• рецепторная – реализуется за счет некоторых белков-рецепторов (гормоны, нейромедиаторы);
• сигнальная – осуществляется благодаря белкам-антигена;
• ферментная – биосинтез липидов и неполярных ксенобиотиков;
• межклеточное взаимодействие – своеобразное клеточное «общение».

Мембранопатии:

• накопление липидов (шпоровидные клетки, акантоциты);
• переокисление липидов (сфероциты);
• нарушенная функция АТФ (сфероцитоз, элиптоцитоз);
• структурные деформации мембран.

Нарушение мембранного транспорта происходит на фоне повреждения комплементом (болезни гиперчувствительности) и реже тяжелыми металлами. Синдром де Виво, связанный с дефицитом транспортера глюкозы I типа, ярко демонстрирует последствия таких нарушений.

Синдром де Виво (синдром дефицита транспортёра глюкозы I типа (GLUT 1))

• ранняя детская энцефалопатия
• симптоматическая эпилепсия (фармакорезистентная)
• микроцефалия
• задержка психо-моторного и речевого развития
• атаксия
• мутация гена SLC2A1 – нарушается экспрессия
• GLUT1 в эндотелии сосудов ГЭБ

Кетодиета!

Недопущение голода и чрезмерных физических нагрузок

Эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи

Эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи рассматриваются в комплексе, поскольку задействованы в процессе синтеза и структурного преобразования белка. Эндоплазматический ретикулум включает:

1. Шероховатую часть – синтез белка (компактизация в аппарате Гольджи).

2. Гладкую часть – в этой области происходит:

• синтез фосфолипидов;
• отдельные стадии синтеза холестерина;
• синтез стероидных гормонов;
• трансформация ксенобиотиков;
• депонирование ионов кальция. Повреждение эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи приводит к следующим последствиям:
• нарушается синтез белка, липидов;
• страдает система детоксикации;
• вторично нарушается функция других органелл;
• затрудняется мышечное расслабление.

Митохондрии

Митохондрии – главные электростанции клетки. У митохондрий есть собственная кольцевая ДНК, определяющая их функции. Но это лишь часть генетического материала. Все остальное (относительно митохондрий) закодировано в ядерной ДНК.

Функции митохондрий:

• расщепление кислот путем β-окисления;
• частично цикл мочевины;
• генерализация сигналов синтеза инсулина;
• внутриклеточный обмен кальция;
• регуляция метаболизма глюкозы.

Митохондриальные заболевания:

• синдром Лея;
• митохондриальный сахарный диабет;
• нейропатия Лебера;
• рассеянный склероз.

Лизосомы

Лизосомы – мембранные мешочки, наполненные пищеварительными ферментами. Лизосомы отвечают за распад клеточных компонентов. Когда это происходит неправильно (в недостаточной степени), возникают болезни накопления.

Лизосомные заболевания:

• мукополисахаридозы (накопление гликозаминогликанов);
• сфинголипидозы (болезнь Гоше, Фабри);
• гликопротеинозы (болезнь Помпе);
• нейрональный цероидный липофусциноз.

Болезнь Гоше 1 типа

*дефицит β-D-глюкозидазы

*накопление глюкоцереброзида в клетках ретикулоэндотелиальной системы

- гепатоспленомегалия

- астенический синдром

- геморрагический синдром

- костные боли, в том числе костные кризы

- нарушение подвижности в суставах, обусловленное асептическим некрозом

- патологические переломы

- отставание в физическом и половом развитии

Талиглюцераза альфа («Элелисо»), 2015

Имигдюцераза («Церезим»), 2009, 2012

Велаглюцераза альфа («Вприв»), 2017

Механизмы клеточной регуляции

Отдельного рассмотрения требуют механизмы клеточной регуляции, т.е. как и под влиянием каких факторов клетка начинает синтезировать белок, делиться и т. д.

Механизм клеточной регуляции реализуется через:

изменение активности ферментов;

• пространственное разделение процессов с помощью мембран;
• молекулярную память липидов;
• химическую модификацию белков;
• экспрессию генов;
• рецепторы и медиаторы.

Межклеточное взаимодействие осуществляется с помощью сигнальных молекул. В зависимости от расстояния, на которое распространяется действие сигнальных молекул выделяют взаимодействие:

Эндокринное – гормоны, которые доставляются с током крови.

Паракринное – сигнальные молекулы, выделяемые секреторной клеткой.

Синаптическое – нейротрансмиттерная передача.

Аутокринное – сигнальная молекула продуцируется самой клеткой.

Болезни межклеточного взаимодействия

Опухолевый рост

• изменения клеточных стыков
• аномальные клеточные соединения
• исчезновении характерных для данного типа клеток антигенов
• появление аномальных антигенов (например, карциноэмбриональный)

Рецепторы (интегральные белки, которые связывают сигнальные вещества на внешней поверхности мембраны)

- за счет изменения пространственной структуры они генерируют новый сигнал на внутренней стороне мембраны

- рецепторы бывают в активном и неактивном состоянии

- агент, который переводит рецептор в активное состояние – агонист, в неактивное – антагонист

- холинергические, адренергические, допаминергические, серотониновые и др.

- мембранные и внутриклеточные

Виды сигнальных молекул

• липофильные молекулы, которые диффундируют через мембрану и связываются с внутриклеточными рецепторами – стероидные и тиреоидные гормоны
• липофильные молекулы, которые взаимодействуют с рецепторами клеточной мембраны – производные арахидоновой кислоты (простагландины, лейкотриены, простациклины и тромбоксаны) – стимуляция сокращения гладкомышечных клеток, болевые и воспалительные реакции, секреция желудочного сока, агрегация тромбоцитов и др
• гидрофильные молекулы, которые взаимодействуют с рецепторами клеточной мембраны – факторы роста, лимфокины (цитокины), нейротрансмиттеры (распространяются путём простой диффузии)

Мембранно-связанная гуанилатциклаза (цитоплазматический рецептор с ферментативной активностью)

NO (оксид азота) – образуется из L-аргинина под действием NO-синтазы

• расслабление гладкомышечных клеток сосудов (eNOS)

• передача сигнала в клетках нервной системы (nNOS)

• участие в иммунном ответе (iNOS)

• антиагрегантное действие

• антиоксидант

натрийуретический пептид – регулирует гомеостаз жидкости и кардио-сосудистую функцию пептиды, секретируемые яичниками и стимулирующие подвижность сперматозоидов

Если рецепторы не работают (потеряли чувствительность), проникновение и связывание сигнальных молекул затрудняется. В таких случаях возникают болезни по типу синдрома Морриса.

Таким образом, все клетки имеют схожее строение, но различаются экспрессией отдельных генов, что дает морфологическое и функциональное разнообразие внутри вида. В этой связке не последнюю роль играют полиморфизмы. Они определяют особенности обменных процессов, предрасположенности.