Клетъчна биология

КЛЕТЪЧНА
БИОЛОГИЯ
Георги Н. Чалдъкоб

КЛЕТЪЧНА БИОЛОГИЯ
Учебник за студенти
по медицина, дентална медицина
и биология
Георги H. Чалдъков
Медицински у н и в е р с и т е т , Варна
Варна, 2014

"йГ и 830
ЦТНТРАЛНА МЕДИЦИНСКА!
Б И Б Л И О ТЕК А
121500007245
КЛЕТЪЧНА БИОЛОГИЯ. Учебник за с т у д е н т и по медицина, дентална медицина и биология
© Георги Никоб Чалдъков
В т о р о преработено, разширено и допълнено издание
© 2014 Медицински у н и в е р с и т е т - Варна
Никаква ч а с т о т т о в а издание не може да бъде възпроизвеждана и разпространявана по какъвто и да
е начин и под каквато и да е форма, електронна или механична, включително фотокопиране, записване,
сканиране и публикуване в И нтернет, без писменото разрешение на и зд а те л с т в о то на Медицински
университет - варна.
ISBN 978-619-7137-37-8

Клетъчна биология
СЪДЪРЖАНИЕ
Благодарности 1
Предисловие
_______________________________________________ 3
Съкращения - български език 5
Съкращения - английски език 7
Раздел 1. ВЪВЕДЕНИЕ 9
КЛЕТЪЧНА БИОЛОГИЯ: КАКВО ИЗУЧАВА И ЗАЩО ГО ИЗУЧАВА? 11
109 281 : 365 = 299. Българската песен на козата 14
КОИ И КАК ПРОУЧВАТ ЖИВОТА НА КЛЕТКИТЕ 15
О те sweet о т е 15
КЛЕТКАТА И ЕКСТРАЦЕЛУЛАРНИЯТ МАТРИКС СА ОСНОВНА ЕДИНИЦА НА ЖИВОТ НА 17
МНОГОКЛЕТЪЧНИТЕ ОРГАНИЗМИ
Раздел 2. КЛЕТЪЧНА ТЕРМИНОЛОГИЯ (БИОЛИНГВИСТИКА) 20
ВЪВЕДЕНИЕ 20
Термини за клетъчни структури
___________д 21
Термини за матриксни структури 22
Топологични термини 22
Термини за молекули 2^
Функционални термини 25
БИОМОЛЕКУЛИ 26
Примери за дезоксирибонуклеиноба киселина 26
Кратка история на гените _____________
______________________________________29
Музиката на ДНК 29
СНИП 30
Гени и меми 30
Примери за рибонуклеинови киселини
____________ 31
_____ Примери за протеини _________ ____________________________ 32
Протеините и м ат описателни и м е н а
____________________________________________34
______ИнВерсин_____________________________________________________________ 36
REPETITIO EST MATER STUDIORUM
_________ 36
Раздел 3. КЛЕТКИ 37
ИМЕНА НА КЛЕТКИТЕ 38
КЛЕТКИТЕ СЕ ИЗСЛЕДВАТ С МИКРОСКОПСКИ МЕТОДИ 40
КЛЕТЪЧНИ ПРОТЕИНИ 41
Съдържание 1

Георги Чалдъков
Macromolecular crowding 42
Протеини - обща класификация 42
Цитокини и клетъчни растежни фактори
________________________I 45
Урок по евристика: Homage to RLM
____________________Щ 46
ПРОТЕИНИТЕ ЖИВЕЯТ ВЪВ ФАМИЛИИ 48
Примери за протеинови фамилии 48
СТРУКТУРНИ И РЕГУЛАТОРНИ ПРОТЕИНИ 49
Клетъчните протеини и м а т т р и основни сво йства 49
П ротеините и м а т свързващи м е с т а (binding sites) 50
С труктурн и (морфогенни) протеини 53
Регулаторни (ефекторни) протеини 53
Scaffold proteins (скафолди) 55
КЛЕТЪЧНИ ЛИПИДИ 55
Примери за липиди 56
КЛЕТЪЧНИ ОРГАНЕЛИ - КЛАСИФИКАЦИЯ 58
Въведение 58
Класификация на клетъчните органели 59
АДХЕЗИОЗОМИ: НЕфРАКТАЛНИ ПЛАЗМАЛЕМАЛН0-ЦИТ0СКЕЛЕТНИ ОРГАНЕЛИ 72
Други нефрактални плазмалемално-цитоскелетни ст р у к т у р и 72
КЛЕТЪЧНАТА БИОЛОГИЯ ИМА РАЗЛИЧНИ ОБЛАСТИ НА ПРОУЧАВАНЕ 77
Knockout mice-1
______________________ 78
Knockout mice-2 79
МСф-БПТ 80
И мената и постиж енията на учителите 80
ИНТЕРЦЕЛУЛАРНАТА СИГНАЛИЗАЦИЯ Е СЪРЦЕВИНАТА НА КЛЕТЪЧНИЯ ЖИВОТ 84
Ендокринна, паракринна, автокринна и юкстакринна сигнализация 84
ЛИГАНДИ И РЕЦЕПТОРИ: РЕЦЕПТОР-МЕДИИРАНА СИГНАЛНА ТРАНСДУКЦИЯ 85
Up-регулация и down-регулация на рецептори 86
______Плазмалемални рецептори ______________________ 86
Рецептори на удоволствието 89
ЛИГАНДИ И РЕЦЕПТОРИ: РЕЦЕПТОР-МЕДИИРАНА ЕНД0ЦИТ03А 89
Мултивезикуларни тела и лизозоми: hub structures на ендоцитоза и секреция 91
Ацидифициране на кухините на мембранооградени органели: вакуоларна Н+-АТфаза 91
Рецептор-медиирана ендоцитоза на LDL 92
Рецептор-медиирана ендоцитоза на вируси 94
ЦЕНТРАЛНИ ПРОТЕИНИ (HUB PROTEINS) 96
БИОМОРфОГЕНЕН ПРИНЦИП I: МЕМБРАННА КОМПАРТМЕНТАЦИЯ 96
i i Съдържание

Клетъчна био:
Биологично значение на мембранната компартментация 99
БИОМОРфОГЕНЕН ПРИНЦИП Н: МЕМБРАННА фРАКТАЛИЗАЦИЯ 101
БИОМОРфОГЕНЕН ПРИНЦИП III: МЕМБРАННО ОТДЕЛЯНЕ И СЛИВАНЕ (ФИЗИЯ И ФУЗИЯ) 103
Вътреклетъчни мембранни потоци 103
МИТОХОНДРИИ 106
МСф-БПТ на митохондрии 106
ЛИЗОЗОМИ 110
Лизозомогенезата е рецептор-медииран процес 110
Всички ендоцитозни пътищи Водят 6 лизозомите 114
Пиноцитоза, потоцитоза, трансцитоза, трогоцитоза 118
Фагоцитоза: автофагия и хетерофагия 120
ЛИПОЗОМИ 124
ЦИТОСКЕЛЕТОН 126
Въведение 126
АКТИНОВИ ФИЛАМЕНТИ 127
Молекули, които изграждат актиноВите филаменти 127
Плазмалемално-актиноВи фракталозоми 136
Плазмалемално-актиноВи адхезиозоми 136
ИНТЕРМЕДИЕРНИ ФИЛАМЕНТИ 137
Молекули, които изграждат интермедиерните филаменти 137
Плазмалемално-кератиноВи адхезиозоми _________________________________________ 139
Кератинопатии_______________________________________________________ 139
Ламинопатии_________________________________________________ 140
МИКРОТУБУЛИ 140
Молекули, които изграждат микротубулите
__________________________________ 140
Плазмалемално-микротубулни фракталозоми 141
Цилиогенеза
_________________________________________ 143
Цилиарни дискинезии и цилиопатии
______________________________ 143
БИОМОРФОГЕНЕН ПРИНЦИП IV: АСЕМБЛИРАНЕ И ДЕЗАСЕМБЛИРАНЕ 146
СИНТЕЗ И СЕКРЕЦИЯ НА ПРОТЕИНИ 149
С и н те зъ т на Всички клетъчни протеини започва о т свободните полирибозоми 150
Секрецията на протеини се осъществява о т гранулиран ендоплазматичен 151
ретикулум, комплекс на Голджи, микротубули и моторни протеини
ТЬРНОВЪР И ПОЛУЖИВОТ НА ПРОТЕИНИ 156
ТОПОГЕНЕЗА НА ПРОТЕИНИ 156
Сортиране и насочване на протеини: сигнална хипотеза на Гюнтер Блобел 158
КЛЕТЪЧНИ ФУНКЦИИ 160
Съдържание

Георги Чалдъков
Основни клетъчни функции 160
Невротрансмисия и невротрансмитери 166
ДИФЕРЕНЦИАЦИЯ И фЕНОТИПНА МОДУЛАЦИЯ 167
Миоцити и въглехидратен метаболизъм 168
Миоцити и хормони 168
фенотипна модулация 168
КЛЕТЪЧНО ДЕЛЕНЕ И ПРОГРАМИРАНА КЛЕТЪЧНА СМЪРТ 169
Клетъчно делене: м итоза, мейоза, неоза 170
Програмирана клетъчна см ъ р т: апоптоза, автофагия, аноикия, пироптоза 172
Eat me or Do not eat т е 174
K ISS ЗА КЛЕТЪЧНАТА БИОЛОГИЯ: РЕМОДЕЛИРАНЕ НА МСф 174
Обратима ковалентна модификация на биомолекули: сърцевина на епигенетичния 175
контрол на клетъчните функции
REPETITIO E ST M ATER STUDIORUM 178
СЪВРЕМЕННИТЕ ЗНАНИЯ ЗА КЛЕТЪЧНАТА БИОЛОГИЯ СА МНОГО, НО ОЩЕ ПОВЕЧЕ СА 179
НЕЙНИТЕ ТАЙНИ
ВЪПРОСИ-МИКРОГРАФИИ-ОТГОВОРИ: ПОТОК НА АСОЦИАЦИИ 181
Въведение 181
Въпроси-микрографии-отговори 182
Основни етапи за обработка на тъкани за рутинно изследване със светлинен 182
микроскоп и с ТЕМ
П лазмоцитите са антитяло-секретираиди клетки 185
Примери за форма и локализация на клетки 189
ЯДРО (NUCLEUS, KARYON) 193
ДНК 195
Синапси: комуникация неврон-неврон и неврон-ефекторна клетка 198
Постсинаптични уплътнения (PSD): мултимолекулни комплекси за рецептори 200
на невротрансмитери
Нероните са bona fide секреторни клетки 200
Невроните са полярни клетки
________ 200
П л ъ тните връзки са плазмалемално-актинови адхезиозоми 202
Трипартидни синапси _______________________________ 203
Примери за фонетично сходни, но биологично различни термини 203
Не олимпиади, а нобелиади са престижни за една нация 207
Протеинов секреторен път: ГЕР-Голджи 208
Топогенеза на секреторни протеини (плазмалемални, лизозомни и експортни) 210
Протеинов секреторен път: микротубули и актинови филаменти 211
Стероиден секреторен път: липозоми-митохондрии-ГлЕР 211
IV Съдържание

Клетъчна биология
Центрозома: майка на всички клетъчни микротубули 214
РАЗДЕЛ 4. ЕКСТРАЦЕЛУЛАРЕН МАТРИКС 220
МАТРИКСНИТЕ МОЛЕКУЛИ СА СЕКРЕТОРНИ ПРОДУКТИ НА КЛЕТКАТА 220
Клетките секретират матриксни макромолекули, о т които в екстрацелуларното 221
пространство се образуват матриксните структури
Гликопротеини, гликозаминогликани и протеогликани 221
СТРУКТУРИ НА ЕЦМ: ФИБРИ, ФИБРИЛИ, ФИЛАМЕНТИ, ПРОТЕОГЛИКАНОВИ МРЕЖИ И 221
БАЗАЛНА ЛАМИНА
Терминология за фибриларни структури 223
ФИБРОБЛАСТИТЕ СА ГЛАВНИТЕ ФИБРОГЕННИ КЛЕТКИ 224
Фибробласти: терминология 225
ОСНОВЕН ФИБРИЛАРЕН ПРОТЕИН НА ЕЦМ Е КОЛАГЕН 225
Характеристика на проколаген тип I и колаген тип I 226
Колагеногенезата има два етапа 227
Болести, дължащи се на нарушена колагеногенеза 230
Инхибирана колагеногенеза 230
Активирана колагеногенеза 230
ЕЛАСТИН0ВИ ФИБРИ И ЛАМЕЛИ 231
Еластин 231
Фибрилин 231
Примери за еластогенни клетки 232
Болести с нарушена еластогенеза 233
ПРОТЕОГЛИКАНОВИТЕ МРЕЖИ СА ИЗГРАДЕНИ ОТ АГРЕКАНИ И ХИАЛУРОНОВА КИСЕЛИНА 234
Локализация на протеогликани 237
Локализация на хиалуронова киселина 237
Секреция на протеогликани 237
Хиалуроновата киселина се синтезира в плазмалемата 237
Свойства на протеогликани и хиалуронова киселина 239
ПЕРИЦЕЛУЛАРНИЯТ МАТРИКС НА ХОНДРОЦИТИ Е ИЗГРАДЕН ОТ АГРЕКАНИ И ХИАЛУРОНОВА 240
КИСЕЛИНА, СВЪРЗАНИ С ПЛАЗМАЛЕМАТА
Други функции на протеогликани и хиалуронова киселина 241
БАЗАЛНАТА ЛАМИНА Е ИЗГРАДЕНА ОТ ЛАМИНИН, НИДОГЕН, КОЛАГЕН ТИП IV, ПЕРЛЕКАН 243
И ФИБУЛИН
Функции на базална и перицелуларна ламина 244
Перицелуларна ламина versus базална ламина 244
Болести с нарушение на базалната ламина 244
БИОМОРфОГЕНЕН ПРИНЦИП V: АСЕМБЛИРАНЕ И ПАКЕТИРАНЕ 244
Колаген mun I-III и колагенни фибрили 246
Съдържание v

Георги Чалдъков
Еластин, фибрилин и еластиноби влакна ____________________I 246
ОПОЗНАЙТЕ МОЛЕКУЛИТЕ, ЗА ДА РАЗБИРАТЕ СТРУКТУРИТЕ И ФУНКЦИИТЕ НА КЛЕТКИТЕ 247
И МАТРИКСА __________
____________________1
ТЪРНОВЪРЪТ НА СТРУКТУРИТЕ НА ЕЦМ Е ФУНКЦИЯ НА КЛЕТЪЧНА СЕКРЕЦИЯ И 247
ЕКСТРАЦЕЛУЛАРНО РАЗГРАЖДАНЕ
__________________________
Разграждането на матрикса е функция на ензими и т е хн и те инхибитори 248
М атриксните протеази са серинови, цистеинови и металопротеази 248
КАЛПАИН И КАЛПАСТАТИН РЕГУЛИРАТ МАТРИКСНАТА ПР0ТЕ0ЛИЗА. КОЙ Е ТАКАШИ 249
МУРАЧИ?
ЕЦМ СКЛАДИРА РАСТЕЖНИ ФАКТОРИ И МОДУЛИРА АКТИВНОСТТА ИМ 250
Свързване на растежни фактори с матриксни молекули 250
АДХЕЗИЯ КЛЕТКА-КЛЕТКА И КЛЕТКА-МАТРИКС 252
Адхезията клетка-клетка се медиира о т КАМ (кадхерини, интегрини и селектини) 252
Примери за кадхерини
________________ ________________________________Й 253
Адехзията клетка-матрикс се медиира о т интегрини и матриксни адхезивни 253
молекули
_______________________________________________________
ИНТЕГРИНИТЕ СА МАТРИКСНИ РЕЦЕПТОРИ, ОСЪЩЕСТВЯВАЩИ АДХЕЗИЯ КЛЕТКА- 255
МАТРИКС
И нтегрините са хетеродимерни плазмалемални гликопротеини 255
Р 1 -ИНТЕГРИНИ, МАТРИКСНИ ПРОТЕИНИ, АКТИНОВИ фИЛАМЕНТИ И АКТИН-АСОЦИИРАНИ 257
ПРОТЕИНИ ИЗГРАЖДАТ ФОКАЛНИ АДХЕЗИВНИ КОНТАКТИ
Р4-ИНТЕГРИНИ И ИНТЕРМЕДИЕРНИ фИЛАМЕНТИ ИЗГРАЖДАТ ХЕМИДЕЗМОЗОМИ И 257
ОСЪЩЕСТВЯВАТ АДХЕЗИЯ КЛЕТКА-БАЗАЛНА ЛАМИНА
Болести с нарушение 6 с т р у к т у р а т а на хемидезмозоми 261
МАТРИКСНА БИОЛОГИЯ НА СИНАПСИТЕ 262
ФОКАЛНИТЕ АДХЕЗИВНИ КОНТАКТИ, ЛАМЕЛИПОДИ И фИЛОПОДИ МЕДИИРАТ 264
МИГРАЦИЯТА НА КЛЕТКИ
Клетъчна миграция при физиологични и патологични процеси 265
Други примери за клетъчна миграция 266
ИНТЕГРИНИ, СЕЛЕКТИНИ И ИНТРАЦЕЛУЛАРАНИ АДХЕЗИВНИ МОЛЕКУЛИ МЕДИИРАТ 266
ХОУМИНГ НА ЛЕВКОЦИТИ ПРИ ВЪЗПАЛЕНИЕ
_______________
Болести о т дефицит на КАМ (адхезиопатии)
________ 267
Ф