Клетъчна биология

Второ преработено и допълнено издание. Клетката е основна единица на живота. Всеки жив организъм се състои от клетки или самият той е една единствена клетка. Следователно, само ако разбираме структурата и функцията на клетките, бихме могли да направим една по-пълна оценка на потенциала на живите организми, независимо дали те са животни, растения или микроорганизми.

Ние се намираме някъде в средата на революцията в биологическите науки, която направи поразителни открития и промени разбирането ни как са организирани клетките и как те изпълняват сложните, осигуряващи живота функции.

От особена важност е изясняването на динамичната природа на клетката, нейната способност да нараства, да се размножава, да се специализира и диференцира, да реагира с адекватен отговор на различни сигнали. Клетката буди удивление с огромния си потенциал за адаптиране към промените в заобикалящата я среда, проявявайки забележителна пластичност.

В клетката има още много тайни, неизвестни за нас. Може би скоро ще научим и за тях! А до тогава: да не преставаме да учим за клетките; да продължаваме да ги изучаваме и да използваме правилно наученото, защото те носят в себе си информацията и опита за оцеляване и усъвършенстване, придобити за милиарди години на съществуване.

УИ Паисий Хилендарски
Пловдив, 4000
ул. Цар Асен 24
0895 482 175

Въведение

• Клетъчна теория
• Исторически бележки
• Постулати на клетъчната теория
• Методи за наблюдение и култивиране на клетки
• Светлинен микроскоп
• Микроскоп с фазов контраст
• Флуоресцентен микроскоп
• Конфокален микроскоп
• Инвертен микроскоп
• Електронна микроскопия
• Трансмисионен електронен микроскоп
• Сканиращ електронен микроскоп
• Клетъчни култури
• Условия за култивиране
• Видове клетъчни култури и специфична терминология
• Субкултивиране
• Съхраняване на клетки в неактивно състояние
• Имена на клетъчни линии
• Морфология на клетките в клетъчна култура
• Клетъчни култивиране в своето начало
• Нормални клетки в клетъчна култура
• Използване на клетъчни култури
• Вирусологични изследвания и производство на ваксини
• Фундаментални изследвания
• Генетични изследвания
• Проучвания свързани с рака
• Фармацевтична и биотехнологична индустрия
• Стволови клетки
• Клетъчно култивиране и създаване на органи in vitro

От атома до клетката

• Нова на организация на материята
• Химическо ниво на организация
• Химични елементи
• Структура на атомите
• Йони, молекули, свободни радикали и съединения
• Химични връзки
• Химични реакции
• Форми на енергия
• Метаболизъм
• Типове химични реакции
• Реакции на окисление и редукция
• Активационна енергия
• Катализатори
• Неорганични съединения и разтвори
• Вода
• Неорганични киселини, основи и соли
• pH баланс
• Органични съединения
• Въглерод и неговите функционални групи
• Въглехидрати
• Липиди
• Структура на липидите
• Триглицериди
• Неглицеролови липиди
• Стероиди
• Други липиди
• Протеини
• Аминокиселини и полипептиди
• Нива на структурна организация на протеините
• Ензими
• Механизъм на действие
• Фосфорилиране и дефосфорилиране
• Аномалии свързани с ензими
• Нуклеинови киселини: ДНК и РНК
• Специални съединения
• Нуклеотидфосфати
• Редуциран никотинамид аденин динуклеотид (НАДН)
• Витамини
• Термодинамика на биологичните системи
• Основни термодинамични понятия
• Закони на термодинамиката
• Резюме

Еволюция на клетките

• Произход на живот на Земята
• Извънземен произход на живота на Земята
• Живот в нашата Вселена и други вселени
• Пребиотичен период
• Произход на Вселената
• Произход на Земята
• Земна атмосфера
• До клетъчен (предклетъчен) период
• Образуване на полимери
• РНК може би е първичният генетичен материал
• Възникване и развитие на мембраните
• Клетъчен период
• Дървото на живота
• Еволюция на еукариотните клетки
• От единични клетки към многоклетъчен организъм
• Резюме

Клетъчни мембрани

• Структура и функция на цитоплазмената мембрана
• Химически състав на мембрани
• Мембранни липиди
• Фосолипиди
• Сфинголипиди
• Холестерол
• Особености на липидния бислой в различните мембрани
• Протеини на биомембраните
• Въглехидрати
• Структура на биомембраните
• Модели на биомембрани
• Асиметрия на биомембраните
• Флуидност на биомембраните
• Поддържане на мембранната флуидност
• Подвижност на мембранните липиди
• Подвижност на мембанните протеини
• Контрол върху подвижността на мембранните протеини
• Значение на мембранната флуидност
• Взаимодействие между мембранните компоненти
• Синтез на нови мембрани
• Пренос на вещества през клетъчната мембрана
• Пасивен транспорт
• Проста дифузия през липиден бислой
• Дифузия на йони през мембранни йонни канали
• Облекчена дифузия
• Активен транспорт
• Първичен активен транспорт
• Натриево-калиева помпа
• Протонни помпи
• Калциева помпа
• Типове трансмембранни помпи
• ABC-транспортьори
• (MDR) ABC транспортьори
• Човешки Р глокопротеин
• ABCC1 и ABCG2
• Вторичен активен транспорт
• Транспорт в мехурчета
• Ендоцитоза
• Ендозомален компартамент
• Кларитин-зависима ендоцитоза на рецептори, лиганди и течности
• Рецепторно-медиирана ендоцитоза
• Вируси и рецепторно-медиирана ендоцитоза
• Пиноцитоза
• Фагоцитоза
• Екзоцитоза
• Екзозоми
• Трансцитоза
• Резюме

Сигнална трансдукция

• Сигнални молекули
• Рецептори на повърхността на клетката
• Сигнални пътища
• Сигнални пътища, използващи вторичен месинджър
• Цикличен АМФ и протеин киназа А
• Вторични месинджъри, получени от фосфолипид
• Сигнализиране с участието на протеин-тирозин киназни рецептори
• JAK-STAT сигнализиране
• Сигнална трансдукция и отстраняване на инхибитор
• Wnt път на сигнализация
• NF-kB сигнален път
• Hedgehod (Hh) сигнализиране
• Сигнализиране чрез MAP киназна каскада
• NO като сигнална молекула
• Сигнална трансдукция и стероидни хормони
• Пътища за сигнална трансдукция при растенията
• Резюме

Взаимодействие между клетките и тяхното обкръжение

• Екстрацелуларен матрикс
• Колагени
• Еластин
• Фибронектин
• Ламинини
• Нидогени
• Хидросиапатит
• Протеоглокани
• Взаимодействие на клетките с ЕЦМ
• Фокални адхезии
• Интегрини
• Хемодезмозоми
• Клетъчна миграция
• Дуротаксис
• Механотрасндукция
• Адхезионни молекули при растенията
• Междуклетъчни контакти
• Клетъчни адхезионни молекули
• Селектини
• Суперсемейство имуноглобулини
• Кадхерини
• Специализирани междуклетъчни контакти
• Контакти за механично свързване
• Адхерентни контакти
• Дезмозома
• Плътен контакт
• Контакти за пренос на информация
• Цепнатовиден контакт
• Синаптичен контакт
• Плазодерма
• Резюме

Цитоскелет

• Микрофиламенти
• Разпространение на актин
• Образуване и разпадане на актинови филаменти
• Актин-свързващи протеини
• Актин в клетъчно ядро
• Междинни филаменти
• Протеини на междинните филаменти
• Структура на протеините на междинните филаменти
• Сглобяване на междинните филаменти
• Стабилност и динамика на междинните филаменти
• Топология и роля на междинните филаменти
• Микротръбички
• Тубулини
• Структура на микротръбички
• Протеини асоциирани с микротръбички
• Центрове за организация на микротръбички
• Микротръбички на цитоскелета и моторни протеини
• Моторни протеини
• Механика на моторните протеини
• Кинезини
• Движение на кинезина
• Кинезин-медииран транспорт на органели
• Динеини
• Цитопламен динеин
• Миозин
• Конвенционални (клас II) миозини
• Неконвенционален миозин
• Центрозма
• Функционална активност на центрозмата
• Центриоли
• Структура и организация на центриоли
• Динамика и дуплициране на центриоли
• Перицентриоларен материал
• Митотично вретено
• Структура на митотичното вретено
• Делитеното вретено по време на митоза
• Обобщение на митотичните движения
• Стабилност на клетъчните структури изградени от микротръбички
• Реснички и камшичета
• Интрафлагеларен транспорт
• Движение на реснички и камшичета
• Първична ресничка
• Бактериален флагелум
• Архелум
• Заболявания свързани с реснички и камшичета
• Цилиопатии
• Резюме

Рибозоми

• Структура на рибозомите
• Прокариотна рибозома
• Еукариотна рибозома
• Функция на рибозомите
• Инициация на транслацията при прокариоти
• Инициация на транслацията при еукариоти
• Елонгация на полипептидната молекула
• Терминация на транслацията
• Резюме

Компартменти на ендомембранната система

• Ендоплазмен ретикулум
• Грануларен ендоплазмен ретикулум
• Синтез на протеини на рибозоми свързани с мембрани
• Мембранно-свързани рибозоми и транслация
• Посттранслационен процесинг в ГЕР
• Гликозилиранр в ГЕР
• Биосинтез на мембрани в ГЕР
• Синтез на мембранни протеини
• Синтез на мембранни липиди
• Агрануларен ендоплазмен ретикулум
• Функции на агрануларния ендоплазмен ретикулум
• Синтез на стероидни хормони
• Метаболизъм на въглехидрати
• Детоксикация на вредни вещества
• Депо на калциеви йони
• Комплекс на Голджи
• Структура на комплекса на Голджи
• Функции на комплекса на Голджи
• Посттранслационен процесинг на протеини
• Липиден метаболизъм в КГ
• Синтез на полизахаридите в КГ
• Сортиране на протеини и тяхното експортиран от КГ
• Движение на материалите през КГ
• Клетъчно-специфични функции на КГ
• Лизозоми
• Фагоцитоза и автофагия
• Болести и лизозоми
• Клетъчни вакуоли
• Вакуоли в растителна клетка
• Физиологични активности на вакуолите в растителните клетки
• Резюме

Биоенергетика и метаболизъм

• Митохондрии
• Разпространение на митохондрии
• Форма на митохондрии
• Големина на митохондрии
• Брой митохондрии в клетка
• Локализация на митохондриите
• Структура на митохондрия
• Външна митохондриална мембрана
• Междумембранно пространство
• Вътрешна митохондриална мембрана
• Дихателна верига
• Структура на АТФ-синтазата
• Аномалии на кристите
• Митохондриален матрикс
• Цикъл на трикарбоксилните киселини
• Митохондриален геном
• Митохондриални рибозоми
• Аномалии в митохондриалния геном
• Транспорт през митохондриалните мембрани
• Функции на миохондриите
• Клетъчно дишане
• Механизъм на окислителното фосфорилиране
• Хемиосмотична теория
• Синтез на АТФ
• Транспорт на метаболити през вътрешната митохондриална мембрана
• Окисление на мастни киселини
• Удължаване на мастни киселини
• Неутрализиране на вредни вещества
• Други функции
• Получаване на нови митохондии
• Произход на митохондриите
• Хлоропласти и други пластиди
• Хлоропласти
• Разпространение на хлоропласти
• Форма на хлоропласти
• Големина на хлоропласти
• Брой хлоропласти
• Локализация на хлоропласти
• Структура на хлоропласт
• Външна хлоропластна мембрана
• Вътрешна хлоропластна мембрана
• Стромула (stromule)
• Тилакоидна мембрана
• Строма
• Геном на хлоропласт
• Хлоропластидни рибозоми
• Импорт и сортиране на хлоропластидни протеини
• Фотосинтетични пигменти
• Фотосистеми и реакционни центрове
• Фотосинтеза
• Светлинна фаза на фотосинтезата
• Фотофосфорилиране
• Реакции на фиксация на въглерод
• Други пластиди
• Получаване на нови хлоропласти
• Произход на хлоропласти
• Пероксизоми
• Функции на пероксизоми
• Формиране на пероксизоми
• Аномалии в пероксизоми
• Резюме

Клетъчно ядро

• Основни функции на ядрото
• Ядро в еукариотна клетка
• Брой ядра
• Местоположение на ядрото в клетката
• Форма на ядрото
• Големина на ядрото
• Ядрена обвивка
• Ядрена ламина
• Ламинопатии
• Ядрен поров комплекс
• Транспорт между нуклеоплазма и цитоплазма
• Ядрената обвивка по време на митоза
• Нуклеоплазма
• Ядрен матрикс
• Субядрени структури
• Ядърце
• Структура на ядърце
• Нуклеарни петънца
• Телца на Кахал
• PML-телца
• Gem телца
• Хроматин
• Хроматин на интерфазното ядро
• Химичен състав на хроматина
• Репликация на ДНК
• ДНК полимерази
• ДНК полимерази при прокариоти
• ДНК полимерази в еукариотни клетки
• Полмеризация на нуклеотиди
• Репликация при прокариоти
• Репликация при еукариоти
• Точка на начало на репликация
• Типове ДНК последователности
• Край на репликацията
• Теломери
• Теломераза, Теломери, "лимит на Хайфлик", клетъчно стареене рак
• Транскрипция на РНК молекули
• РНК полимераза
• Информационна РНК
• Синтез на иРНК молекули
• Инициация на транскрипцията
• Некодиращи РНК молекули
• Транспортна РНК
• Рибозомна РНК
• Малки интерфериращи РНК молекули
• Малки нуклеарни (ядрени) РНК молекули
• Малки нуклеарни РНК молекули
• Малки темпорални РНК молекули
• Малки РНК молекули, взаимодействащи в Piwi-протеини
• Други некодиращи РНК молекули
• Протеини на хроматина
• Нива на структуриране на хроматина
• Морфология на митотичните хромозоми
• Центромер
• Кинетохор
• Скелет на митотичната хромозома
• Кариотип
• Резюме

Клетъчен цикъл и клетъчно делене

• Клетъчен цикъл
• Фази на клетъчния цикъл
• Интерфаза
• Контрол върху клетъчния цикъл
• Циклин-зависими кинази
• Циклини
• Контролно-пропускатели пунктове в клетъчния цикъл
• Клетъчно делене
• Събития по време на Митоза
• Варианти на митоза
• Клетъчно делене - Цитокинеза
• Амитоза
• Ендоредупликация
• Политенни хромозоми
• Резюме

Програми за клетъчна смърт

• Философията на една клетка за живота и смъртта
• Програмирана клетъчна смърт
• Апоптоза и Некроза
• Некроза
• Апоптоза
• Индуциране на апоптоза
• Каспази
• Сигналли и пътища за Апоптоза
• Външен път на апоптоза
• Вътрешен път на апоптоза
• Митохондии и апоптоза
• Ранни събития на апоптоза
• Вирусна апаптотична мимикрия
• Отстраняване на апоптотични клетки
• Апоптоза при растителни клетки
• Некроптоза
• Нетоза
• Механизъм на действие
• NET
• Самоубийствена нетоза
• Витална нетоза
• Отрицателни ефекти на нетозата
• Резюме

Клетъчно стареене, клетъчна патология, ракови клетки

• Стареене
• Биологични основи на стареенето
• Теории за стареенето
• Теория за свободните радикали
• Хипотеза "катастрофа от грешки"
• Генетика на стареенето - биологичен часовник
• Биомаркери на стареенето
• Биологичен часовник, който измерва стареенето
• Хипотеза за теломерното скъсяване
• Теория Епигенетичен часовник на стареенето
• Преждевременно стареене
• Клетъчно остаряване
• Стволови клетки и стареене
• Ракови клетки и рак
• Типове рак
• Особености на раковите клетки
• Фенотипни особености на ракови клетки в условия in vitro
• Причини за рак
• Хромозомни алтерации
• Туморни вируси
• Канцерогени от околната среда
• Генетични основи на рака
• Онкогени
• Тумур-суперсорни гени
• Ретинобластома
• Ролята на р53
• Стратегии за борба с рака
• Резюме

Клетъчна диференциация и развитие

• Основни особености на развитието
• Размножаване
• Полови клетки
• Образуване на полови клетки
• Клетки на зародишната линия
• Мейоза
• Мейоза I
• Овогенеза
• Спермогенеза
• Оплождане
• Събития предхождащи оплождането
• Старт на развитието и събитие след оплождане
• Клетъчни диференциране
• Константност на ДНК
• Молекулни основи на клетъчната диференциация
• Регулация на генната експресия
• Диференциална генна активност
• Роля на извънклетъчните сигнали
• Модели на клетъчна диференциация
• Стволови клетки
• Особености на стволовата клетка
• Клетъчно делене на стволови клетки
• Потентност на клетките
• CD-маркери
• Ембрионални стволови клетки
• Стволови клетки на възрастен организъм
• Специалните места, които обитават стволовите клетки
• Мултипотентни стволови клетки във възрастен организъм
• Специални места, които обитават стволовите клетки
• Мултипотентни стволови клетки във възрастен организъм
• Мултипотентни хемопоетични стволови клетки
• Мезенхимни стволови клетки
• Стволови клетки в тънко черво
• Трансдиференциация
• Резюме

Речник
Азбучен указател
Използвана литература