1 Цитология ее цели и задачи. Этапы развития цитологии

• Название: 1 Цитология ее цели и задачи. Этапы развития цитологии
• Анкор: Otvety (2).docx
• Дата: 01.01.2018
• Размер: 167.31 Kb.
• Имя файла: Otvety (2).docx
• Тип: Документы; #13580
• страница: 8 из 10

37) Структурно-биохимическая организация рибосом, их роль в синтезе белка.

Рибосомы имеются в любой клетке. По количеству они преобладают над всеми органоидами. Количество рибосом определяет общую интенсивность синтеза белка. Диаметр одной рибосомы примерно 10 – 20 нм. Форма и детальные очертания рибосом из разнообразных организмов и клеток очень похожи и отличаются в далях.

Рибосомы – это сложные рибонуклеопротеидные частицы, в состав которых входят несколько мелких индивидуальных не повторяющихся белков и несколько молекул РНК.

Рибосомы эукариот и прокариот обладают общими принципами организации и функционирования, но отличаются своими размерами и молекулярными характеристиками. Рибосомы прокариот имеют константу седиментации 70S (50S+30S).

Эукариотические рибосомы так же состоят из двух субъединиц. 80S (60S+40S).
Полная работающая рибосома состоит из двух неравных субъединиц, который легко диссоциируют на большую и малую. Размер составляет 20 – 17 – 17 нм.

Малая рибосомная субъединица имеет палочковидную форму и несколько необольших выступов. Размеры ее 23*12. Большая субъединица похожа на полусферу с 3 выступами.

При объединении в полную 70S(80S) рибосому малая субъединица входит в большую, формируется округлая.

Рибосомы прокариот: В состав малой субъединица прокариот входит одна молекула РНК с константой седиментации 16S (1500- 1600 нуклеотидов) и 21 индивидуальный белок.

В состав большой субъединицы входит уже две молекулы РНК(23S и 5S) и 34 индивидуальных белка.

Рибосомы эукариот: В состав малой субъединицы входит 1РНК 18S и 33-40 белковых молекул.

В большую 28S РНК, 5,8 S РНК и 5S РНК и 40-50 белков.

Рибосомные РНК обладают сложной вторичной и третичной структурой. Самоупаковка в сложные белковые тела. Благодаря наличию ионов магния и кальция рибосомы распадаются.

Почти все белки уникальные (1 молекула на рибосому).

Функции белков – входят в состав активных центров рибосом.

Активные центры рибосом:

Участок взаимодействующий с иРНК;

Участок инициирующий тРНК (аминоацил тРНК);

Активный центр образования пептидных связей;

Пептидил тРНК (несет растущую цепь полипептидов).
Для синтеза рибосома должна иметь:

Программу (задает последовательность). Закадирована в ядерной ДНК.

Материал (вещество, АМК).

Энергию.

На ДНК синтезируются все молекулы РНК.
Транскрипция – синтез РНК по принципу комплиментарности на матрице одной цепи ДНК. Фермент – ДНК-зависимая-РНК-полимераза. Язык триплетов ДНК переводится на язык кодонов иРНК.

В результате транскрипции синтезируются тРНК, иРНК, рРНК, которые через поры ядра выходят.

Трансляция – передача, синтез полипептидных цепей на матрице рибосомы.
1 этап. Инициация.

В цитоплазме на 1 из концов иРНК вступает рибосома. Молекулы тРНК, транспортируют АМК, соединяются с рибосомой, прикрепляются к началу цепи иРНК (кодон АУГ).

Рядом с первой тРНК присоединяется вторая тРНК с АМК. Если антикодон АМК комплиментарен кодону иРНК, то образуется пептидная связь. Потом тРНК покидает рибосому, а иРНК в рибосоме перемещается на 1 кодон.

2 этап. Элонгация (удлинение цепи).

Рибосома перемещается по иРНК, прерывисто, кодон за кодоном. тРНК взаимодействуют антикодонами с кодоном иРНК. При установлении комплиментарной связи рибосома перемещается еще на 1 кодон. Фермент сшивает вторую и третью АМК, образуется полипептидная цепь. Т.е. в полипептидной цепи АМК соединены в последовательности, заданной иРНК.

3 этап. Детерминация (окончание).

Трансляция 1 из 3 стоп-кодонов (УАА, УАГ, УГА).Синтез тормозится, рибосома соскакивает с иРНК.
Постоянно происходят мутации. На молекулярном уровне генные. Повреждения в молекуле ДНК. Затрагивают 1 или несколько нуклеотидов.

Сдвиг рамки считывания. Выпадение/вставка одного или нескольких пар нуклеотидов. Изменяются кодоны, что приводит к синтезу других АМК. Это составляет 80% всех мутаций. К ним относятся так же «нонсенс-мутации». Проявление кодонов-терминаторов. Они приводят к остановке синтеза белка. Это приводит к изменению индивидуального развития или гибели.

В зависимости от природы АМК (выпадение или вставка) и их функций изменяется жизнеспособность организмов.

Генные мутации с заменой основания.

Транзиция (пурин заменяется на пурин или пиримидин на пирмидин);

Трансверсия (пурин на пиримидин, или пиримидин на пурин).

Пример. Серповидно-клеточная анемия. Наследственное нарушение структуры гемоглобина. В иРНК (ГАА заменяется на ГУА). Эта замена изменяет поверхность гемоглобина. Приводит к анемии (нехватке эритроцитов).

Значимость мутаций не одинакова. Молчащие мутации не оказывают видимого изменения.

Мутации, которые ведут к потере функций белка и гибели клетки – нонсенс-мутации.

Качественные изменения иРНК ведут к изменению признаков организма

38) Гипотезы происхождения эукариотической клетки и основных компартментов эукариотических клеток.
Наиболее популярна в настоящее время симбиотическая гипотеза происхождения эукариотических клеток, согласно которой основой, или клеткой-хозяином, в эволюции клетки эукариотического типа послужил анаэробный прокариот, способный лишь к амебоидному движению. Переход к аэробному дыханию связан с наличием в клетке митохондрии, которые произошли путем изменений симбионтов — аэробных бактерий, проникших в клетку-хозяина и сосуществовавших с ней.

Сходное происхождение предполагают для жгутиков, предками которых служили симбионты-бактерии, имевшие жгутик и напоминавшие современных спирохет. Приобретение клеткой жгутиков имело наряду с освоением активного способа движения важное следствие общего порядка. Предполагают, что базальные тельца, которыми снабжены жгутики, могли эволюционировать в центриоли в процессе возникновения механизма митоза.

Способность зеленых растений к фотосинтезу обусловлена присутствием в их клетках хлоропластов. Сторонники симбиотической гипотезы считают, что симбионтами клетки-хозяина, давшими начало хлоропластам, послужили прокариотические синезеленые водоросли.

Серьезным доводом в пользу симбиотического происхождения митохондрий, центриолей и хлоропластов является то, что перечисленные органеллы имеют собственную ДНК. Вместе с тем белки бациллин и тубулин, из которых состоят жгутики и реснички соответственно современных прокариот и эукариот, имеют различное строение.

Центральным и трудным для ответа является вопрос о происхождении ядра. Предполагают, что оно также могло образоваться из симбионта-прокариота. Увеличение количества ядерной ДНК, во много раз превышающее в современной эукариотической клетке ее количество в митохондрий или хлоропласте, происходило, по-видимому, постепенно путем перемещения групп генов из геномов симбионтов. Нельзя исключить, однако, что ядерный геном формировался путем наращивания генома клетки-хозяина (без участия симбионтов).

Согласно инвагинационной гипотезе, предковой формой эукариотической клетки был аэробный прокариот. Внутри такой клетки-хозяина находилось одновременно несколько геномов, первоначально прикреплявшихся к клеточной оболочке. Органеллы, имеющие ДНК, а также ядро, возникли путем впячивания и отшнуровывания участков оболочки с последующей функциональной специализацией в ядро, митохондрий, хлоропласты. В процессе дальнейшей эволюции произошло усложнение ядерного генома, появилась система цитоплазматических мембран.

^ Инвагинационная гипотеза хорошо объясняет наличие в оболочках ядра, митохондрий, хлоропластов, двух мембран. Однако она не может ответить на вопрос, почему биосинтез белка в хлоропластах и митохондриях в деталях соответствует таковому в современных прокариотических клетках, но отличается от биосинтеза белка в цитоплазме эукариотической клетки.

39) Жизненный цикл клетки: пресинтетическая, синтетическая, постсинтетическая стадии, митоз.

Клеточный цикл эукариот. Клетка характеризуется разной способностью к делению. У многоклеточных есть клетки, которые потеряли способность к делению. Чаще всего это специализированные дифференцированные клетки. Клетки ЦНС, кардиомиоцита, хрусталика глаза. И в организме есть постоянно обновляющиеся клетки. Это кровь, эпителиальные ткани. В таких тканях существует часть клеток, которые заменяют отработавшие или погибающие клетки. Клетки базального слоя покровного эпителия, клетки крипт кишечника, кроветворные клетки костного мозга и т.п. Последовательность событий, происходящих между образованием данной клетки и ее собственным делением на дочерние называют клеточным или жизненным циклом. Этот цикл однонаправленный процесс. Клетка последовательно проходит разные его периоды без их пропуска или возврата к предыдущим стадиям и, вступив в клеточный цикл, клетка заканчивает его синтезом ДНК и образованием новой клетки. Весь клеточный цикл состоит как бы из четырех временных отрезков: Собственно митоз Пресинтетический период (G₁),синтетический (S) и постсинтетический (G₂).Периоды его стадий очень сильно варьируют как у разных организмов, так и у клеток разной формы одного организма.

Самым главным является синтетический период. В это время происходит синтез ДНК. Весь синтез ДНК протекает за счет независимого синтеза на множестве отдельных леприконов. Биологический смысл этого становится понятным, когда мы сравниваем синтез ДНК прокариот и эукариот. А именно, бактериальный нуклеоид монолепрекон. Длина примерно в 1600 мкм. Если бы сантиметровая молекула хромосомы млекопитающих также как и монолепреконовая структура увеличивала численностью свою, то на это бы ушло около шести суток. Но если в такой хромосоме расположено несколько сот леприконов, то для полной ее репликации требуется только один час.

В некоторых случаях включаются дополнительные репликоны или появляются новые точки репликации, что дает возможность закончить синтез за минимально короткое время. У Дрозофилы на ранних стадиях весь синтез занимает 3 с половиной минуты, а в клетках взрослой ткани уже 600 минут. В клетках взрослых кол-во репликонов больше.

Синтез ДНК по длине отдельной хромосомы происходит асинхронно, т.е. неравномерно. В индивидуальной хромосоме активные репликоны собраны в группы, которые называются репликативной единицей, включающей в себя от 10 до 80 точек начала репликации. Каждая хромосома характеризуется высокой стабильностью порядка репликации по своей длине и временными параметрами. Репликативные единицы вместе с белками ядерного матрикса и ферментами репликации образуют особые зоны, которые называются кластеросомы, т.е. зоны, на которых идет синтез ДНК. Порядок определяется структурой хроматина в этом участке. Например, зоны конститутивного гетерохроматина реплицируются обычно в конце S периода. При этом существует строгая детерминированная последовательность. Весь синтез ДНК протекает за счет независимого синтеза на множестве отдельных репликонов, что сокращает время репликации.

G1 – это отрезок времени, предшествующий началу синтеза ДНК. Характеризуется преимущественным ростом цитоплазмы. Этот период наиболее длителен у подавляющего большинства живых организмов. Варьирует от 10 часов до нескольких суток. Но в этот период G1 происходят закономерно следующие процессы – образование митохондрий и хлоропластов, ЭПР, лизосом, комплекса Гольджи, вакуолей, секреторных пузырьков и т.д. Ядро синтезирует все типы РНК. Образуются субъединицы рибосом. В цитоплазме собираются полные работающие рибосомы. Синтезируются структурные и функциональные белки. Наблюдается интенсивный клеточные метаболизм. Клетка растет, увеличивается в размерах. Образуется в результате химических реакций вещества, которые либо подавляют, либо стимулируют все остальные стадии клеточного цикла. И если происходит в клетке переход к следующей стадии S, такую интерфазу называют автосинтетической. Если же в клетке синтез различных веществ происходит, а синтез ДНК отсутствует, то такая интерфаза называется гетеросинтетической. и такой выходы клетки из цикла обозначается стадией G₀ . Так называемый период покоя. Это фаза принятия решения и через какое-то время такие клетки могут вновь вернуться, но чаще всего в многоклеточных организмах такие клетки теряют способность к размножению.
G₀ – фаза принятия решения. Будет ли клетка размножаться. Это комплекс факторов роста, которые побуждают клетки к размножению. Это могут быть или собственные продукты данных клеток и тогда мы имеем дело с аутокринной стимуляцией. Или продукты других соседних клеток, тогда мы имеем дело с паракринной стимуляцией или даже могут быть продукты клеток других органов – гормональная стимуляция. Это разные факторы роста взаимодействуют на поверхности клеток со своими рецепторами и передают сигнал на систему многоклеточного каскада. Механизм универсальный.

Постсинтетический период G₂. Он характеризуется разрастанием и ядра и цитоплазмы. Вновь отличаются интенсивные процессы биосинтеза, деление митохондрий, хлоропластов, формируются все необходимые компоненты для образования веретена деления.

Особо следует отметить синтез белка. Серин\треонин-протеинкиназа – фактор созревания, который является ферментом, катализирующем фосфолирирование белков. Протеин-киназа активируется незадолго до конца фазы G₂ и это служит сигналом перехода клетки к митозу. Под контролем этого фермента находятся три процесса: 1) фосфолирирование белков ламины. В результате ламина деполимеризуется и при этом разрушается ядерная оболочка. 2) Фосфолирируются белки, взаимодействующие с микротрубочками при образования веретена деления. 3) фосфолирируются гистон Н₁
Другой термин, который более отражает суть процесса – кариокинез. Или непрямое деление. Это единственный способ увеличения с полноценным распределением. Выделяют несколько типов митоза – наиболее простой тип митоза – плевромитоз, который подразделяется на несколько видов. Закрытый. Расхождение происходит без нарушения ядерной оболочки. В качестве центров организации участвуют структуры, находящиеся на внутренней стороне ядерной мембраны. Полярные тельца, от которых отходят микротрубочки. Этих телец два, они расходятся друг от друга не теряя связи с ядерной оболочки и в результате этого образуются два полуверетена, связанные с хромосомами. Весь процесс образования митотического аппарата и расхождения хромосом происходит внутри ядерной оболочки такой тип митоза широко распространен у грибов. А у простейших встречается другая форма плевромитоза – полузакрытый, когда после формирования веретена ядерная оболочка частично разрушается.

Другая форма митоза – ортомитоз. В этом случае ЦОМТы располагаются в цитоплазме и идет образование не полуверетен, а двух полюсных веретен. Ортомитоз делится на три вида: открытый, полузакрытый и закрытый. При полузакрытом ортомитозе образуется бисиметричное веретено с помощью расположенных в цитоплазме ЦОМТов ядерная оболочка сохраняется за исключением полярных ЦОМТов. Такая форма митоза характерна для зеленых водорослей, грегарин. При закрытом ортомитозе полностью сохраняется ядерная оболочка. Под ней образуется настоящее веретено. Микротрубочки формируются в кариоплазме. Такой тип характерен для микронуклеусов инфузорий. При открытом ортомитозе ядерная оболочка полностью распадается, содержимое ядра кариоплазмы смешивается с гиалоплазмой и формируется единая внутренняя среда, которая называется миксоплазма. Такой тип деления характерен для высших растений, большинства животных клеток и есть у некоторых растений. Эта форма митоза представлена двумя типами: астральным и анастральным типами. Астральный тип веретена или конвергентный характеризуется тем, что его полюса представлены небольшой долей, которые сходятся в микротрубочке. В полюсах астральных веретен располагаются центросомы, содержащие центриоли. От полюсов расходятся радиальные микротрубочки, образующие звездчатые структуры, которые называются цистостеры. Анастральный тип никогда не имеет на полюсах цитостер. Полярные области веретена здесь широкие, их называют полярными шапочками. Волокна веретена в данном случае не отходят от одной точки, а расходятся широким фронтом, как бы дивергируют.

Для делящихся клеток высших растений характерен такой тип митотического деления.

Для образования веретена деления для всех эукариот принимают участие два рода структур – полярные тельца или полюса веретена и кинетохоры хромосом.

Центросомы (полярные тельца) являются центрами организации. От них своими положительными концами отрастают микротрубочки, образующие пучки и тянущиеся к хромосоме. Как правило, при организации аппарата деления участвуют две центросомы или два полярных тельца, находящиеся на противоположных концах клетки. У многих эукариот центриолей нет, а центры организации микротрубочек присутствуют в виде бесструктурных аморфных зон, от которых отходят многочисленные микротрубочки.
40) Деление прокариотических клеток. Особенности репродукции прокариот.

К прокариотам, или доядерным организмам, относятся бактерии и сине-зеленые водоросли. Клетки этих относительно просто устроенных организмов не имеют ядра, ограниченного ядерной оболочкой. Наследственный материал представлен замкнутой в кольцо двойной спиралью ДНК. Она не образует комплексов с белками и лишь условно может быть названа хромосомой. Все прокариоты гаплоидные, то есть содержат одну копию генов. ДНК-содержащую зону клетки называют нуклеоидом. Это эволюционно более примитивная форма организации ядерного вещества. Помимо ядерной оболочки в прокариотических клетках отсутствуют ядрышки, а также мембранные органоиды.
В клетках бактерий цитоплазматическая мембрана способна впячиваться внутрь цитоплазмы и образовывать мезосомы. У одних бактерий они выявляются чаще, у других реже, форма и размеры этих образований также чрезвычайно разнообразны. Наиболее обычным и легко обнаруживаемым типом мезосом являются кольцевые впячивания ЦПМ, расположенные в зоне образования клеточной перегородки. По мнению некоторых авторов, только их и следует называть истинными мезосомами. Для мезосомных образований, связанных с бактериальной хромосомой, используют термин нуклеоидосома.
Бесполое размножение бактерий осуществляется путем бинарного деления, которому предшествует репликация ДНК. Удвоение начинается с определенного участка этой молекулы, так называемой точки инициации. При этом одна из цепей ДНК остается прикрепленной к нуклеоидосоме, а другая, «раздвигаясь», постепенно от нее. Фермент ДНК-полимераза на каждой из них достраивает комплементарную полинуклеотидную цепь. Таким образом, возникают две молекулы ДНК, каждая из которых содержит одну «старую» цепь и одну вновь синтезированную цепь.
Завершение репликации служит сигналом для начала формирования перегородки между дочерними клетками. При этом клеточная мембрана как бы «врастает» между образовавшимся молекулами ДНК, разделяя их. Предполагает, что мезосомы каким-то образом участвуют в синтезе веществ клеточной стенки.
Одновременно с ростом клеточной перегородки идет процесс ее расслаивания в центре, что обеспечивает каждую дочернюю клетку новой оболочкой. Цепочки бактерий образуются в том случае, если перегородка разделяется не полностью. Механизмы, приводящие к расщеплению клеточной перегородки и расхождению дочерних клеток, до конца еще не выяснены. С помощью бинарного деления бактерии могут делиться каждые 20-30 минут.