Вопросы. 1. Десмосомы. Строение, функции, с какими элементами цитоскелета ассоциированы

• Название: 1. Десмосомы. Строение, функции, с какими элементами цитоскелета ассоциированы
• Дата: 19.04.2022
• Размер: 46.37 Kb.
• Имя файла: Вопросы.docx
• Тип: Документы; #484600

1. Десмосомы. Строение, функции, с какими элементами цитоскелета ассоциированы.

Основная функция десмосом заключается в обеспечении структурной целостности слоев клеток эпителия за счет связывания их сетей промежуточных филаментов.

Десмосомы являются компонентами контактного комплекса.

В десмосомах находится, по меньшей мере, семь белков. Молекулярный состав десмосом различается в зависимости от типа клеток и тканей.

Десмосомы функционируют как адгезивные структуры и как комплексы передачи сигнала

Мутации в белках, входящих в состав десмосом, снижают прочность эпителиальных структур. Эти мутации могут оказаться летальными, особенно если они затрагивают структуру кожи.

Десмосомы являются компонентом контактного комплекса эпителиальных клеток. Они также присутствуют между клетками неэпителиального происхождения, например клетками миокарда, печени, селезенки и некоторыми клетками нервной системы. В электронном микроскопе можно наблюдать три характерных особенности десмосом:

Массивные скопления фибрилл, проходящие через щель (в середине десмосомы, около 30 нм в ширину) между плазматическими мембранами двух рядом расположенных клеток.

Эти фибриллы прикреплены к толстой бляшке электронно-плотного материала, расположенной на цитозольной стороне плазматической мембраны.

Бляшки, состоящие из электронно-плотного материала, прикреплены к филаментам цитозоля каждой клетки.

Плотный материал, присутствующий на плазматической мембране, состоит из двух структур, внутренней и наружной плотных бляшек. Каждая десмосома довольно мала (средний диаметр составляет около 0,2 мкм), и на участке контакта двух клеток можно видеть несколько десмосом.

Структура десмосомы напоминает подвесной мост: филаменты цитозоля двух соседних клеток связаны между собой посредством внеклеточных филаментов, прикрепленных к «якорным» структурам на плазматической мембране. Поэтому контакт был назван десмосомой, от двух греческих слов: desmos (связь, скрепление, цепь) и soma (тело). Очевидно, что назначение такой структуры состоит в связывании двух клеток друг с другом.

Две основные функции контактного комплекса: контроль межклеточного транспорта и обеспечение устойчивости к физическим нагрузкам, которые воздействуют на ткань эпителия. Поскольку десмосомы особенно характерны для клеток, подвергающихся физическим нагрузкам, например для клеток кожи и сердечной мышцы, биологи думали, что в основном им свойственна вторая из вышеуказанных функций.

В соответствии с этим, цитоплазматические филаменты, прикрепленные к плотным бляшкам, были названы тонофиламентами, что должно было отражать приложенную к ним нагрузку (от греч. tonos). Позже оказалось, что эти филаменты являются промежуточными филаментами, т. е. представляют собой основной класс цитоскелетных структур, хотя иногда их все еще называют тонофиламентами.

Помимо фибрилл промежуточных филаментов, в десмосомах идентифицировано, по меньшей мере, еще семь других типов белков, которые организованы в три семейства. Три из них (десмоглеин, десмоколин 1 и десмоколин 2) относятся к подсемейству кадгериновых рецепторов. Эти белки представляют собой основные трансмембранные белки десмосом и являются главными компонентами наружных плотных бляшек.

Они образуют «связующие филаменты», проходящие через межклеточное пространство, и служат сайтами связывания для цитоплазматических белков, представителей семейства armadillo (плакоглобина, плакофилинов) и семейства плакина (десмоплакина). Десмоплакин, в свою очередь, связывается с белками промежуточных филаментов во внутренней плотной бляшке.

Тонкая структура десмосомы, а также число образующихся десмосом в разных типах клеток варьирует, что отражает разнообразие нагрузок, которые должны выдерживать клетки.

В общем, десмосому можно уподобить «точечной сварке» двух клеток. Наряду с такой структурной ролью, белки десмосомы также играют важную сигнальную роль на поверхности клеток. Например, плакоглобин представляет собой белок, родственный b-катенину, который связывается с «классическими» кадгеринами адгезивного контакта. b-катенин является структурным белком адгезивного контакта, и также способен передавать сигналы в ядро клетки.

Аналогичным образом, при активации сигнальных рецепторов на поверхности клеток, плакоглобин и плакофилины начинают поступать в ядро, а плакоглобин даже непосредственно связывается с рецепторами фактора роста. В результате этого десмосомы могут контролировать экспрессию многих генов и оказывать существенное влияние на функцию внутриклеточных белков, включая белки других контактов.

Наиболее показательным примером, иллюстрирующим значение функционирования десмосом, является нарушение их структуры. В этом случае слои эпителия становятся очень непрочными, что приводит к легкой травмируемости органов, который они покрывают. Особенно это проявляется в случае кожи, склонной к образованию волдырей.

Под микроскопом видно, что, если между эпителиальными клетками отсутствуют десмосомы, то они плохо организованы, не имеют контактных комплексов и расположены небольшими группами, а не образуют единый непрерывный слой.

При разрушении или утрате десмосомальных контактов развивается ряд заболеваний, которые по своей этиологии подразделяются на две группы. Такие генодерматозы, как, например, ладонно-подошвенная кератодерма или контактный буллезный эпидермолиз, развиваются вследствие мутаций в белках десмосом или полудесмосом соответственно. Аутоиммунные буллезные дерматозы, например вульгарная пузырчатка (pemphigus vulgaris) или буллезный пемфигоид (bullous pemphigoid), возникают, когда у больных образуются аутоантитела к белкам своих десмосом или полудесмосом соответственно.

При болезнях обеих групп наблюдаются глубокие нарушения структуры и функции межклеточных контактов, и заболевание может приводить к смертельному исходу.

Для диагностики и лечения этих заболеваний используют комбинацию методов молекулярной генетики и тканевой инженерии. Мутации в генах белков десмосом обнаруживаются при пренатальном скрининге Это возможно по крайней мере при генодерматозных заболеваниях. При анализе образца плодной ткани методом ПЦР амплифицируется изучаемый ген (например, десмоколин-1). Затем с учетом полиморфизма длины фрагмента рестрикции и/или путем Саузерн-блоттинга анализируется ДНК.

Сейчас методы лечения пациентов с этими заболеваниями в основном сводятся к проведению мероприятий по защите кожных покровов и к соблюдению условий, исключающих образование волдырей. Для больных характерно плохое качество жизни. В настоящее время для лечения болезней, связанных с дисфункцией десмосомальных контактов, исследуется возможность применения искусственной кожи. При замещении поврежденных участков кожи лоскутом, представляющим собой слой здоровых клеток, интегрированных в искусственный внеклеточный матрикс, ученые надеются получить более стабильный и устойчивый к травме кожный покров, способный формировать нормальные десмосомы.

Десмосомы ассоциированы с промежуточными филаментами в эпителии цитоскелета.

2. Цитоскелет. Определение, состав.

Цитоскелет - это совокупность нитевидных белковых структур находящихся в цитоплазме живой клетки и образующих клеточный скелет или каркас. В 2001 году было установлено, что цитоскелет есть и в эукариотичских и прокариотических клетках. До 2001 года считалось то, что прокариотические клетки не имеют цитоскелета. Выделяют несколько основных систем цитослекелета клетки, которые делятся по основным белкам, входящим в состав (кератины, тубулин-динеиновая система или актин-миозиновая система) или по основным структурным элементам, заметным при электронно-микроскопических исследованиях (микрофиламенты, микротрубочки или промежуточные филаменты).

Состав.

Цитоскелет клетки состоит из белков трёх разных видов. В состав цитосклета входят микрофиламенты, промежуточные филаменты и микротрубочки.
1. Микрофиламентами называются нити, состоящие из молекул глобулярного белка актина, миозина, тропомиозина, актинина. Имеют размер 7-8 нанометров. Состоят из двух перекрученных цепочек белка;

2. Промежуточными филаментами называются нитевидные структуры из особых белков четырёх типов. Имеют размер 9-11 нанометров;
3. Микротрубочками цитоскелета называют белковые структуры представляющие собой полые цилиндры образованные димерами тубулина. Диаметр цилиндр равен 25 нанометрам. Микротрубочки как и микрофиламенты являются полярными.

3. Промежуточные филаменты. Роль, локализация, наиболее частые представители.

Филаменты – это белковые структуры нитчатого вида, которые принимают участие в построении цитоскелета. В соответствии с диаметром их делят на 3 класса. Промежуточные филаменты (ПФ) имеют среднюю величину в поперечном разрезе – 7-11 нм. Они занимают промежуточное положение между микрофиламентами Ø5-8 нм и микротрубочками Ø25 нм, за что и получили свое название.

Различают 2 типа этих структур:

• 
  Ламиновые. Они находятся в ядре. Ламиновые филаменты есть у всех животных.
  
• 
  Цитоплазматические. Располагаются в цитоплазме. Имеются у нематод, моллюсков, позвоночных. У последних в некоторых видах клеток могут отсутствовать (например, в глиальных клетках).
  

Основными функциями промежуточных филаментов являются следующие:

обеспечение механической прочности клеток и их отростков

адаптация к стрессовым факторам

участие в контактах, обеспечивающих прочное соединение клеток (эпителиальная и мышечная ткань)

внутриклеточное распределение белков и органелл (локализация аппарата Гольджи, лизосом, эндосом, ядер)

участие в транспортировке липидов и передаче сигналов между клетками

Локализация.

Промежуточные филаменты являются одним из основных элементов цитоскелета живых организмов, клетки которых содержат ядра (эукариоты). У прокариотов также встречаются аналоги этих фибриллярных структур. В клетках растений они не найдены.

Большая часть филаментов находится в околоядерной зоне и пучках фибрилл, которые располагаются под плазматической мембраной и отходят от центра к краям клеток. Особенно их много в тех видах, которые подвергаются механическим нагрузкам – в мышечных, эпителиальных, а также в клетках нервных волокон.

Промежуточные филаменты состоят из большой группы родственных белков, которую делят на четыре типа. Первый тип – кератины, кислые и нейтральные, встречающиеся в эпителиальных клетках; они образуют гетерополимеры из этих двух подтипов. Кератины, кроме того, имеют некоторую гетерогенность, зависящую от тканевого источника. Так, в эпителиях встречается до 20 форм кератинов, 10 форм других кератинов найдено в волосах и ногтях. Молекулярный вес кератинов колеблется от 40 до 70 тыс.

Второй тип белков ПФ включает в себя три вида белков, имеющих сходный молекулярный вес (45-53 тыс.). Это – виментин, характерный для клеток мезенхимного происхождения, входящий в состав цитоскелета клеток соединительной ткани, эндотелия, клеток крови. Десмин – характерен для мышечных клеток, как гладких, так и исчерченных. Глиальный фибриллярный белок входит в состав ПФ некоторых клеток нервной глии – в астроциты и некоторые Шванновские клетки. Периферин – входит в состав периферических и центральных нейронов.

Третий тип – белки нейрофиламентов (мол. вес от 60 до 130 тыс.) встречается в аксонах нервных клеток.

И наконец, четвертый тип – белки ядерной ламины. Хотя эти последние имеют ядерную локализацию, они сходны по строению и свойствам со всеми белками промежуточных филаментов.

Цитоплазматические промежуточные филаменты относятся к самым стабильным и долгоживущим элементам цитоскелета.

4. Микрофиламенты. Состав, локализация, роль в поддержании и изменении формы клеток.

Микрофиламенты, также называемые актиновыми нитями, представляют собой полимеры белка актина, которые являются частью клетки цитоскелета.

Микрофиламенты – это самые мелкие филаменты цитоскелета. У них есть роли в движении клеток, мускул сокращение и деление клеток.

Микрофиламенты состоят из двух нитей субъединиц белка актина (отсюда и название нитей актина), намотанных по спирали. В частности, актиновые субъединицы, которые собираются вместе, чтобы сформировать микрофиламент, называются глобулярным актином (G-актин), а когда они объединены, их называют нитевидным актином (F-актин). Как и микротрубочки, микрофиламенты полярны. Их положительно заряженный или положительный конец зазубрен, а отрицательно заряженный отрицательный конец заострен. Поляризация происходит из-за молекулярной структуры молекул, которые составляют микрофиламент. Также как микротрубочки, плюс конец растет быстрее, чем минус конец.

Микрофиламенты – это самые тонкие филаменты цитоскелета диаметром около 6-7 нанометров. Микрофиламент начинает формироваться, когда три белка G-актина собираются вместе, образуя тример. Затем больше актина связывается с колючим концом. Процессу самосборки помогают белки автоклампина, которые действуют как двигатели, помогающие собрать длинные нити, которые составляют микрофиламенты. Две длинные нити актина располагаются по спирали, образуя микрофиламент.

Состав

• 
  Актин (42 кДа, 376 а.о., водорастворим)
  
• 
  другие сократительные белки (в меньших, нежели актин, количествах): миозин, тропомиозин, актинин (несколько отличающиеся от соответствующих мышечных белков)
  
• 
  различные специальные белки: винкулин, фрагмин, филамин, виллин и др.
  

Локализация.

Микрофиламенты (МФ) встречаются во всех клетках эукариот. Особенно они обильны в высокоспециализированных мышечных волокнах и клетках, выполняющих функции сокращения мышц. Микрофиламенты входят также в состав специальных клеточных компонентов, таких как микроворсинки, ленточные соединения эпителиальных клеток, в состав стереоцилий чувствительных клеток.

Основными функциями микрофиламентов являются: поддержание формы и придание жесткости клетке (осуществляется кортексом); участие в формировании межклеточных соединений, участие в транспортных процессах — эндо-, пино-, экзоцитозе (осуществляется кортексом); участие в процессах перемещения клеточных органелл, транспортных и секреторных пузырьков (осуществляется актиновыми микрофиламентами с минимиозином, ассоциированным с поверхностью указанных структур) и в образовании микроворсинок и стереоцилии, в формировании специализированных для мышечных структур акто-миозиновых сократительных комплексов, а также в образовании клеточной перетяжки при цитотомии.

5. Микротрубочки. Строение, роль в делении клетки.

Микротрубочки представляют собой микроскопические полые трубки, изготовленные из белков, альфа и бета тубулина, которые являются частью клетка «s цитоскелет сеть белковых нитей, которая распространяется по всей клетке, придает клетке форму и сохраняет ее органеллы на месте.

Микротрубочки являются самыми крупными структурами в цитоскелете толщиной около 24 нанометров. У них есть роли в движении клеток, деление клеток и транспортировка материалов внутри камер.

В образовании микротрубочки in vitro выделяют три фазы:

• 
  замедленная фаза, или нуклеация. Это этап зарождения микротрубочки, когда молекулы тубулина начинают соединяться в более крупные образования. Такое соединение происходит медленнее, чем присоединение тубулина к уже собранной микротрубочки, поэтому фаза и называется замедленной.
  
• 
  фаза полимеризации, или элонгация. Если концентрация свободного тубулина высока, его полимеризация происходит быстрее, чем деполимеризацию на негативном конце, за счет чего микротрубочки увеличивается. По мере ее роста концентрация тубулина падает до критической и скорость роста замедляется до вступления в следующей фазе;
  
• 
  фаза стабильного состояния. Деполимеризацию уравновешивает полимеризацию, и рост микротрубочки останавливается. Лабораторные исследования показывают, что сборка микротрубочек из тубулина происходит только в присутствии гуанозинтрифосфат и ионов магния, оптимально при температуре 37 ° C.
  

Динамическая нестабильность микротрубочек играет важную физиологическую роль. Например, при делении клетки микротрубочки растут очень быстро и способствуют правильной ориентации хромосом и образованию митотического веретена.

6. Центриоль, центр организации микротрубочек.

Центр организации микротрубочек (ЦОМТ, англ. Microtubule organizing center, MTOC) — это специальная структура в клетке, в которой начинается полимеризация микротрубочек. ЦОТМ всегда содержат γ-тубулин, что ускоряет процесс нуклеации, поэтому их можно локализовать в клетке используя имуноцитохимични закрашивания этого белка. Нуклеация микротрубочек происходит на минус-конце, а их плюс-конце расходятся с ЦОМТ и растут.

Основными ЦОМТ животной клетки является центросомы, организующие цитоплазматические микротрубочки в интерфазе, и необходимые для образования веретена деления, а также базальные тельца жгутиков и ресничек. У растений и грибов центросомы отсутствуют, и нуклеация микротрубочек происходит у них на ядерной оболочке.

В большинстве животных клеток есть один центр организации микротрубочек — центросома, расположена вблизи клеточного ядра. Здесь происходит нуклеация минус концов микротрубочек, а их плюс-конце расходятся в разные стороны, формируя звездообразную структуру. Полярность микротрубочек имеет важное значение для везикулярного транспорта и позволяет направить его в правильном направлении: кинезин обычно движутся к (+) конца, поэтому они используются для переноса везикул к периферии, тогда как динеин, двигаясь к (-) концов транспортируют «груз» в центр клетки.

Центросома состоит из вяжущего матрикса (перицентриолярнои вещества), содержит большое количество (более пятидесяти) кольцевых комплексов γ-тубулина (англ. Γ-tubulin ring complex, γ-TuRC), которые и осуществляют нуклеации. В центре этой структуры размещена пара центриоль — цилиндрических структур, состоящих из модифицированных микротрубочек и вспомогательных белков. Центриоли размещаются под прямым углом друг к другу, они необходимы для организации матрикса центросомы. Перед клеточным делением центриоли удваиваются и регулируют разделение центросомы, после чего две вновь центросомы расходятся к разным полюсам клетки, где обеспечивают образование веретена деления.

Базальные тельца находятся в корне эукариотических жгутиков и ресничек и выполняют для них роль центра организации микротрубочек. По структуре они похожи на центриоль (состоят из девяти триплетов микротрубочек расположенных по кругу). Во многих случаях базальные тельца и центриоли могут быть взаимозаменяемыми: например в одноклеточной зеленой водоросли хламидомонады (Chlamydomonas) при делении жгутики диссоциируют, а базальные тельца мигрируют к полюсам клетки, где участвуют в организации веретена деления.

У грибов и диатомовых водорослей центриоли отсутствуют, центром организации микротрубочек в них выступает комплекс, называется «полярным телом веретена» (англ. Spindle pole boby, SPB). Полярное тело веретена — это небольшой многослойный диск встроенный в ядерную оболочку, содержит γ-тубулин. Он участвует как в организации микротрубочек во время интерфазы, так и в образовании веретена деления.

У высших растений отсутствуют как центросомы, так и четко выраженные полярные тела веретена, зато роль центра организации микротрубочек в них играет вся поверхность ядерной оболочки, содержащий γ-тубулин, а также вспомогательный белок Spc98p. Комплексы необходимы для нуклеации микротрубочек были найдены в ядерной оболочке растений разных отделов: в частности покрытосеменных, голосеменных и Мохообразных.

7. Жгутики и реснички эукариотической клетки. Базальное тельце. Строение, функция

Реснички и жгутики являются выростами из некоторых клеток необходимые для клеточной локомоции (передвижения). Они также помогают перемещать вещества вокруг клеток и направлять их к нужным участкам.

Они образуются из специализированных групп микротрубочек, называемых базальными телами.

Если выросты короткие и многочисленные, их называют ресничками. Если они длиннее и менее многочисленны (обычно только один или два), они называются жгутиками.

Реснички и жгутики являются выростами из некоторых клеток необходимые для клеточной локомоции (передвижения). Они также помогают перемещать вещества вокруг клеток и направлять их к нужным участкам.

Реснички и жгутики образуются из специализированных групп микротрубочек, называемых базальными телами.

Если выросты короткие и многочисленные, их называют ресничками. Если они длиннее и менее многочисленны (обычно только один или два), они называются жгутиками.

Обычно реснички и жгутики имеют сердцевину, состоящую из микротрубочек, соединенных с плазматической мембраной, расположенных по схеме 9+2. Кольцо из девяти микротрубочек имеет в своем центре две особые микротрубочки, которые сгибают реснички или жгутики. Этот тип организации встречается в устройстве большинства ресничек и жгутиков эукариотических клеток.

БАЗА́ЛЬНОЕ ТЕ́ЛЬЦЕ (ки­не­то­со­ма), внут­ри­кле­точ­ная струк­ту­ра эу­ка­ри­от, ле­жа­щая в ос­но­ва­нии рес­ни­чек и жгу­ти­ков; обес­пе­чи­ва­ет за­кре­п­ле­ние рес­ни­чек и жгу­ти­ков в клет­ке, а так­же рост их стерж­ня – ак­со­не­мы. Б. т. име­ет фор­му ко­рот­ко­го ци­лин­д­ра, стен­ки ко­то­ро­го со­сто­ят из 9 троек па­рал­лель­но рас­по­ло­жен­ных мик­ро­тру­бо­чек. Ульт­ра­струк­ту­ра Б. т. сход­на с ульт­ра­струк­ту­рой цен­трио­ли. В рес­нич­ном эпи­те­лии по­зво­ноч­ных, напр., Б. т. об­ра­зу­ет­ся пу­тём уд­вое­ния цен­трио­лей, у мно­го­жгу­ти­ко­вых и па­по­рот­ни­ко­вид­ных – из аг­ре­гатов плот­но­го ма­те­риа­ла не­из­вест­ной при­ро­ды, т. н. дей­те­ро­сом.

8. Три типа РНК, характеристика и функции каждого типа.

РНК - биополимер, мономером которого является нуклеотид. Состоит РНК из одной цепочки (в отличие от ДНК, которая состоит из двух). В состав РНК входят нуклеотиды: А (адненин) - У (урацил), Г (гуанин) - Ц (цитозин).

Все виды РНК синтезируются на матрице - ДНК, различают три вида РНК:

- Рибосомальная РНК (рРНК)

Синтезируются в ядрышке. рРНК входит в состав малых и больших субъединиц рибосом. В процентном отношении рРНК составляет 80-90% всей РНК клетки.

- Информационная РНК (иРНК)

Синтезируется в ядре в ходе процесса транскрипции (лат. transcriptio — переписывание). Фермент РНК-полимераза строит цепь иРНК по принципу комплементарности с ДНК. Исходя из данного принципа, гуанин (Г) в молекуле ДНК соединяется с цитозином (Ц) в РНК. Далее соответственно: цитозин (Ц) - гуанин (Г), аденин (А) - урацил (У), тимин (Т) - аденин (А).

- Транспортная РНК (тРНК)

Обеспечивает транспорт аминокислоты к рибосоме во время синтеза белка. Благодаря этому становится возможным соединение аминокислот друг с другом, образуется белок. тРНК имеет характерную форму клеверного листа.

9. Три типа РНК-полимераз у эукариот, какие типы РНК они синтезируют.

Эукариоты обладают различными типами РНК-полимераз, классифицируемыми по типам РНК, которые они производят:

-РНК-полимераза I, синтезирующая 45S-предшественника рРНК, превращающуюся затем в рРНК 28S, 18S и 5,8S, которые уже образуют главные РНК-секции рибосомы.

- РНК-полимераза II, производящая предшественников для мРНК, а также для большинства мяРНК и миРНК. Это наиболее хорошо изученный тип РНК-полимеразы. Ввиду того, что транскрипция должна происходить под строгим контролем, РНК-полимеразе II для связывания с промоторами требуется целый набор факторов транскрипции.

- РНК-полимераза III, синтезирующая тРНК, 5S рРНК и другие малые РНК, присутствующее в ядре и цитозоле.

Существуют также и другие типы РНК-полимеразы, используемые в митохондриях и хлоропластах. Молекулярная масса этих ферментов составляет величину порядка 500 000. Они различаются по чувствительности к альфа-аманитину. РНК-полимераза I нечувствительна к нему, РНК-полимераза III умеренно чувствительна, а РНК-полимераза II сильно ингибируется им.

10. Процессинг мРНК у эукариот — что происходит, какие ферментные комплексы участвуют.

Созревание РНК или процессинг РНК (посттранскрипционные модификации РНК) — совокупность процессов в клетках эукариот, которые приводят к превращению первичного транскрипта в зрелую РНК.

В зависимости от типа РНК (матричные, рибосомные, транспортные, малые ядерные) их предшественники подвергаются разным последовательным модификациям. Например, предшественники матричных РНК подвергаются кэпированию, сплайсингу, полиаденилированию, метилированию и иногда редактированию.

Кэпирование представляет собой присоединение к 5'-концу транскрипта 7-метилгуанозина через необычный для РНК 5',5'-трифосфатный мостик, а также метилирование остатков рибозы двух первых нуклеотидов. Процесс кэпирования происходит во время синтеза молекулы пре-мРНК. Кэпирование защищает 5'-конец первичного транскрипта от действия рибонуклеаз, специфически разрезающих фосфодиэфирные связи в направлении 5’→3':221

Функции кэпа и связанных с ним белков:

• 
  участие в сплайсинге;
  
• 
  участие в процессинге 3'-конца мРНК;
  
• 
  экспорт мРНК из ядра;
  
• 
  защита 5'-конца транскрипта от экзонуклеаз;
  
• 
  участие в инициации трансляции.
  

Полиаденилирование

Фермент поли(А)-полимераза присоединяет 3'-концу транскрипта от 100 до 200 остатков адениловой кислоты. Полиаденилирование осуществляется при наличии сигнальной последовательности 5'- AAUAAA-3' на 3'-конце транскрипта, за которой следует 5'-CA-3'. Вторая последовательность является сайтом разрезания:225.

Сплайсинг

После полиаденилирования мРНК подвергается сплайсингу, в ходе которого удаляются интроны (участки, которые не кодируют белки), а экзоны (участки, кодирующие белки) сшиваются и образуют единую молекулу. Сплайсинг катализируется крупным нуклеопротеидным комплексом — сплайсосомой, состоящей из белков и малых ядерных РНК. Многие пре-мРНК могут быть подвергнуты сплайсингу разными путями, при этом образуются разные зрелые мРНК, кодирующие разные последовательности аминокислот (альтернативный сплайсинг).

Редактирование РНК — изменение содержащейся в молекуле РНК информации путём химической модификации оснований.

Метилирование

мРНК эукариот подвергаются посттранскрипционному метилированию. То есть сметению (метилированию) наружу ингибиторного гена. Наиболее распространённой модификацией является метилирование остатков аденина по положению N6 с образованием N6-метиладенозина (m6A). Этот процесс метилируют ферменты N6-аденозинметилтрансферазы, которые распознают остатки аденина в консенсусных последовательностях GAC (70 % случаев) и AAC (30 % случаев). Соответствующие деметилазы ингибируют обратный процесс деметилирования. Учитывая обратимость и динамичность процесса метилирования мРНК, а также повышенную концентрацию m6A в длинных экзонах и вокруг стоп-кодонов, предполагают, что метилирование мРНК выполняет регуляторную функцию.

11. Рибосомы— какие субъединицы рибосом есть у эукариот и у прокариот.

Рибосомы — это немембранные органоиды, которые выполняют в клетке важнейшую функцию - синтез белка. Именно в этих маленьких частицах происходит трансляция — «перевод» с языка генетического кода на язык последовательности аминокислот в белке.

Соотношение по массе белков и РНК в рибосоме примерно поровну. Однако у прокариот белков меньше (около 40%).

Размеры как самих рибосом, так и субъединиц выражают в скорости их седиментации (осаждения) при центрифугировании. При этом S обозначает константу Сведберга — единицу, характеризующую скорость оседания в центрифуге (чем больше S, тем быстрее частица осаждается, а значит тяжелее). У прокариот рибосомы имеют размер в 70S, а у эукариот — в 80S (т. е. они тяжелее и крупнее). При этом субъединицы прокариотических рибосом имеют значения 30S и 50S, а эукариотических — 40S и 60S. Размеры рибосом в митохондриях и хлоропластах эукариот сходны с прокариотическими (хотя имеют определенную вариабельность по размерам), что может указывать на их происхождение от древних прокариотических организмов.

У прокариот в состав большой субъединицы рибосом входит две молекулы рРНК и более 30 молекул белка, в состав малой — одна молекула рРНК и около 20 белков. У эукариот в субъединицах больше молекул белка, а также в большой субъединице три молекулы рРНК. Составляющие рибосому белки и молекулы рРНК обладают способностью к самосборке и в итоге образуют сложную трехмерную структуру. Структуру рРНК поддерживают ионы магния.

Субчастицы, не соединенные друг с другом, представляют собой диссоциированные рибосомы. Соединенные ассоциированные рибосомы. Для ассоциации нужны не только конформационные изменения но и ионы магния Mg2+ (до 2х103 изменения, но и ионы магния Mg ионов на рибосому) 2+ (до 2х103 ионов на рибосому), функция которых ‐ компенсация отрицательного заряда рРНК. Рибосомальная РНК в рибосомах присутствует главным образом в  виде Mg‐соли. Магния в рибосомах до 2% от сухой массы. Кроме того, в различных  количествах (до 2,5%) могут присутствовать  также положительно заряженные положительно заряженные катионы катионы полиаминов полиаминов спермина и спермина и спермидина.

12. Где расположены гены, кодирующие рибосомные РНК у эукариот и у прокариот.

Рибосомная РНК составляет большую долю (до 80 %) всей клеточной РНК, такое количество рРНК требует интенсивной транскрипции кодирующих её генов. Такая интенсивность обеспечивается большим количеством копий кодирующих рРНК генов: у эукариот насчитывается от нескольких сотен (200 у дрожжей) до десятков тысяч (для различных линий хлопка сообщалось о 50 — 120 тыс. копий) генов, организованных в массивы тандемных повторов.

У человека гены, кодирующие рРНК, также организованы в группы тандемных повторов, расположенных в центральных областях короткого плеча 13, 14, 15, 21 и 22-й хромосом.

Синтезируются РНК-полимеразой I в виде длинной молекулы пред-рибосомальной РНК, которая разрезается на отдельные РНК, составляющие основу рибосом. У бактерий и архей начальный транскрипт обычно включает 16S, 23S и 5S рРНК, между которыми находятся удаляемые в процессе обработки пре-рРНК последовательности. Обычно между 16S и 23S рРНК генами расположен один или несколько генов тРНК; так, у E. coli начальный транскрипт такой группы генов имеет следующую последовательность:

(16S рРНК) — (1-2 тРНК) — (23S рРНК) — (5S рРНК) — (0-2 тРНК)

Такой транскрипт расщепляется на фрагменты пред-рРНК и тРНК ферментом рибонуклеазой III.

У эукариот 18S, 5.8S и 25/28 рРНК ко-транскрибируются РНК-полимеразой I, в то время как ген 5S рРНК транскибируется РНК-полимеразой III.

У эукариот места сосредоточения генов, кодирующих рРНК, обычно хорошо заметны в ядре клетки, благодаря скоплению вокруг них субъединиц рибосом, самосборка которых происходит тут же. Эти скопления хорошо прокрашиваются цитологическими красителями и известны под названием ядрышко. Соответственно, наличие ядрышек характерно не для всех фаз клеточного цикла: при делении клетки в профазе ядрышко диссоциирует, поскольку синтез рРНК приостанавливается и вновь образуется в конце телофазы при возобновлении синтеза рРНК.

13. Рибосомные РНК эукариот — разновидности, в состав каких субъединиц рибосомы входят какие рРНК.

Рибосомная РНКили рибосомальный, в клеточной биологии, является наиболее важным структурным компонентом рибосом. Следовательно, они играют незаменимую роль в синтезе белков и являются наиболее распространенными по отношению к другим основным типам РНК: мессенджер и перенос.

У эукариот гены, которые дают начало этому типу РНК, организованы в области ядра, называемой ядрышком. Типы РНК обычно классифицируются в зависимости от их поведения в седиментации, поэтому они сопровождаются буквой S «единиц Сведберга»..

Самая маленькая рибосомная РНК в бактериях может иметь от 1500 до 3000 нуклеотидов. У людей рибосомная РНК достигает более длинных длин, от 1800 до 5000 нуклеотидов.

Рибосомная РНК является центральным компонентом рибосом, поэтому ее синтез является обязательным событием в клетке. Синтез происходит в ядрышке, области внутри ядра, которая не ограничена биологической мембраной.

Гены рибосомальной РНК организованы по-разному в зависимости от происхождения. Напомним, что ген представляет собой сегмент ДНК, который кодирует фенотип.

В случае бактерий гены рибосомальных РНК 16S, 23S и 5S организованы и транскрибируются вместе в опероне. Такая организация «генов вместе» очень распространена в генах прокариот.

Напротив, эукариоты, более сложные организмы с мембранно-разделенным ядром, организованы в тандеме. У нас, людей, гены, которые кодируют рибосомную РНК, организованы в пять «групп», расположенных на хромосомах 13, 14, 15, 21 и 22. Эти области называются NOR.

В состав рибосом входят рибосомные РНК (рРНК) – консервативные элементы бактерий («молекулярные часы» эволюции). 16S рРНК входит в состав малой субъединицы рибосом, а 23S рРНК – в состав большой субъединицы рибосом.

14. Рибосомные РНК прокариот — разновидности, в состав каких субъединиц рибосомы входят какие рРНК.

Рибосомная РНК или рибосомальный, в клеточной биологии, является наиболее важным структурным компонентом рибосом. Следовательно, они играют незаменимую роль в синтезе белков и являются наиболее распространенными по отношению к другим основным типам РНК: мессенджер и перенос.

Одним из наиболее поразительных отличий между эукариотическими и прокариотическими линиями является состав с точки зрения рибосомальной РНК, которая составляет их рибосомы. Прокариоты имеют меньшие рибосомы, тогда как рибосомы у эукариот больше.

Рибосомы делятся на большие и маленькие субъединицы. Маленькая содержит одну молекулу рибосомальной РНК, а большая содержит большую молекулу и две меньшие, в случае эукариот.

Исторически рибосомная РНК идентифицируется по коэффициенту седиментации взвешенных частиц, центрифугированных в стандартных условиях, который обозначается буквой S «единиц Сведберга»..

Одним из интересных свойств этого устройства является то, что оно не является аддитивным, то есть 10S плюс 10S не являются 20S. По этой причине существует некоторая путаница, связанная с окончательным размером рибосом.

У бактерий, архей, митохондрий и хлоропластов небольшая единица рибосомы содержит 16S рибосомную РНК. В то время как большая субъединица содержит два вида рибосомальной РНК: 5S и 23S.

15. Процессинг рРНК у прокариот — какие РНК получаются из первичного транскрипта

Процессинг у прокариот в основном затрагивает предшественники рРНК и тРНК, тогда как полицистроновые мРНК используются для трансляции (биосинтеза белка) сразу после их синтеза на соответствующих оперонах бактерий и даже еще до окончания транскрипции, так что биосинтез белка оказывается непосредственно сопряжен с транскрипцией. Ранее считали, что полиаденилирование свойственно только мРНК эукариот. Однако в настоящее время установлено, что поли(А)-хвосты есть и у мРНК прокариот, но они короче, чем у мРНК эукариот (содержат от 14 до 60 остатков адениловой кислоты) и встречаются не у всех молекул мРНК. В отличие от эукариот полиаденилирование дестабилизирует структуру ряда мРНК бактерий.

Процессинг у бактерий необходим для образования зрелых молекул рРНК и тРНК. Первичный транскрипт, содержащий последовательности этих РНК, образуется на оперонах, включающих гены 16S рРНК, 23S рРНК, 5S рРНК и тРНК.

Первичные транскрипты таких оперонов имеют длину —5000 нуклеотидов и помимо последовательностей рРНК содержат вставочные последовательности (спейсеры), существенные для процессинга. Вычленение индивидуальных рРНК происходит с участием эндонуклеаз, разрезающих первичные транскрипты в областях спейсеров. Так, РНКаза III узнает и расщепляет двунитевые участки (дуплексы), образующиеся за счет спейсеров и составляющие стебли петель (шпилек) в структуре предшественников. В петлях этих шпилек содержатся последовательности зрелых молекул 16S рРНК (—1600 нуклеотидов) и 23S рРНК (—2900 нуклеотидов). Другой фермент — РНКаза М5, идентифицированный у Baccillus subtilis, отщепляет от первичного транскрипта 5S рРНК. Образующиеся после первичного эндонуклеотического расщепления пре-тРНК подвергаются дальнейшему процессингу при участии двух ферментов: эндонуклеазы Р и экзонуклеазы D (рис. 10.2). При этом пре-тРНК, содержащая более 100 нуклеотидных остатков, укорачивается с обоих концов до стандартного размера (70—90 нуклеотидов). С 5'-конца на пре- тРНК действует эндонуклеаза Р, а с З'-конца — экзонуклеаза D. Интересно, что молекула эндонуклеазы Р (РНКазы Р) сама содержит в своем составе РНК длиной до 400 нуклеотидов, которая обладает основной каталитической активностью, а белковая часть этой нуклеазы (мол. масса 17 000) только усиливает РНКазную активность. Ферменты этого типа выявлены как у бактерий, так и у эукариот. У Е. coli длина РНК в составе РНКазы Р достигает 377 нуклеотидов, у дрожжей — 250 нуклеотидов, а у человека — 100 нуклеотидов.

16. Процессинг рРНК у эукариот — какие РНК получаются из первичного транскрипта

Процессинг у эукариот затрагивает все виды первичных транс- криптов эукариотических генов. Продукты транскрипции, возникающие при участии РНК-полимеразы III (пре-тРНК), содержат вставку (интрон) вблизи антикодона. Вырезание этого интрона и лигирование (сшивание) остальной части молекулы-предшественника приводит к образованию зрелой тРНК. Необходимые для этого процесса нуклеазная (фосфодиэстеразная), лигазная и киназная реакции осуществляются, как полагают, одним полифункциональным ферментом.

Процессинг рРНК высших организмов совершается в ядрах клеток на базе молекул-предшественников, транскрибируемых с многочисленных генов, содержащихся в ДНК в виде тандемно повторяющихся копий (кластеров). В одном первичном транскрипте, имеющем у млекопитающих коэффициент седиментации 45S (—13 000 нуклеотидов), содержатся нуклеотидные последовательности 18S (—2000 нуклеотидов), 28S (—5000 нуклеотидов) и 5,8S (—160 нуклеотидов) рРНК, которые разделяются спейсер- ными последовательностями. Эндонуклеазное расщепление этого предшественника ведет к выщеплению зрелых рРНК и происходит при участии малых ядерных РНК.

рРНК человека, имеющая длину 120 нуклеотидов, кодируется и транскрибируется отдельно от других РНК с соответствующих генов, число которых в геноме достигает 2000. Синтез всех рРНК (кроме 5S рРНК) происходит в ядрышках с очень высокой скоростью. Тандемно повторяющиеся гены рРНК транскрибируются синхронно, и их транскрипты под электронным микроскопом имеют вид характерных структур типа «елочек». Одновременная транскрипция генов рРНК и процессинг общего транскрипта приводят к синхронному образованию пропорциональных количеств всех рРНК, необходимых для сборки рибосом.

У ряда видов примитивных эукариот (Tetrahymena thermophila, Physarum polycephalum и др.) гены рРНК содержат особые интроны (интроны группы 1), для которых характерен уникальный механизм сплайсинга. Такие интроны встречаются также в генах рРНК митохондрий, хлоропластов, дрожжей и грибов, однако они не выявлены в генах позвоночных животных. Изучение процессинга 26S рРНК тетрахимены (аналог 28S рРНК высших эукариот), выполненное Т. Чеком и сотрудниками, привело к открытию особого вида сплайсинга, осуществляемого без участия каких-либо белков и получившего название аутосплайсинг (сплайсинг типа I).

17. тРНК — строение, функции

Транспортные РНК или тРНК - это небольшие молекулы, которые доставляют аминокислоты к месту синтеза белка (в рибосомы). Количество этого вида рибонуклеиновой кислоты в клетке составляет примерно 10 % от общего пула РНК.

Как и другие разновидности рибонуклеиновых кислот, тРНК состоит из цепочки рибонуклеозидтрифосфатов. Длина нуклеотидной последовательности насчитывает 70-90 звеньев, и около 10 % состава молекулы приходится на минорные компоненты. Из-за того, что каждой аминокислоте соответствует свой переносчик в виде тРНК, клетка синтезирует большое количество разновидностей этой молекулы. В зависимости от вида живого организма этот показатель варьирует от 80 до 100.

Строение.

Уникальность тРНК заключается в том, что ее молекулярная структура не линейна. Она включает в себя спиральные двуцепочечные участки, которые называют стеблями, и 3 одноцепочечные петли. По форме такая конформация напоминает клеверный лист. В структуре тРНК различают следующие стебли: акцепторный; антикодоновый; дигидроуридиловый; псевдоуридиловый; добавочный. Двойные спирали стеблей содержат от 5 до 7 Уотсон-Криксоновских пар. На конце акцепторного стебля расположена небольшая цепочка неспаренных нуклеотидов, 3-гидроксил которой является местом прикрепления соответствующей молекулы аминокислоты.

Структурной областью для соединения с мРНК служит одна из петель тРНК. Она содержит антикодон, комплементарный смысловому триплету в матричной РНК. Именно антикодон и акцептирующий конец обеспечивают адапторную функцию тРНК.

Функции

Транспортная РНК является поставщиком субстрата для белкового синтеза, который происходит в рибосомах. За счет уникальной способности связываться и с аминокислотами, и с матричной последовательностью тРНК выполняет функцию смыслового адаптера при переводе генетической информации из формы РНК в форму белка. Взаимодействие такого посредника с кодирующей матрицей, как в транскрипции, основано на принципе комплементарности азотистых оснований. Главная функция тРНК заключается в акцептировании аминокислотных звеньев и их транспортировке в аппарат белкового синтеза. За этим техническим процессом стоит огромный биологический смысл - реализация генетического кода. Осуществление этого процесса основано на следующих особенностях: все аминокислоты кодируются триплетами нуклеотидов; для каждого триплета (или кодона) существует антикодон, входящий в состав тРНК; каждая тРНК может связаться только с определенной аминокислотой.

Таким образом, аминокислотная последовательность белка определяется тем, какие тРНК и в каком порядке будут комплементарно взаимодействовать с матричной РНК в процессе трансляции. Это возможно благодаря наличию в транспортной РНК функциональных центров, один из которых отвечает за избирательное присоединение аминокислоты, а другой - за связывание с кодоном. Поэтому функции и структура тРНК тесно взаимосвязаны.

18. Рибосома — функции большой и малой субъединицы

Субъединицы органелл находятся в ядрышке. Матрицей для их синтеза является ДНК. Процесс их созревания состоит из нескольких этапов:

• 
  Первый (эосома). Осуществляется синтез только рРНК.
  
• 
  Второй (неосома). После некоторых модификаций клеточные элементы выходят из цитоплазмы.
  
• 
  Третий (рибосома). Формирование зрелой органеллы.
  

Во взрослой органелле каждая субъединица выполняет определенные функции. Большая структура отвечает за трансляцию, декорирование генетических данных. Малая субъединица объединяет аминокислот. Она способствует созданию пептидных связей и синтезу нового белка.

19. Аминоацил-связывающий, пептидил-связывающий и e-сайты рибосомы. Расположение, роль в синтезе белка.

Рибосомы - это рабочие места биосинтез белка, процесс перевода мРНК в белок.

МРНК состоит из ряда кодоны которые расшифровываются рибосомой, чтобы произвести белок. Используя мРНК в качестве матрицы, рибосома пересекает каждый кодон (3 нуклеотиды) мРНК, спаривая ее с соответствующей аминокислотой, предоставленной аминоацил-тРНК.

Аминоацил-тРНК содержит комплементарный антикодон на одном конце и соответствующая аминокислота на другом. Для быстрого и точного распознавания соответствующей тРНК рибосома использует большие конформационные изменения (конформационная корректура). Маленькая рибосомная субъединица, обычно связанная с аминоацил-тРНК, содержащей первую аминокислоту метионин, связывается с кодоном AUG на мРНК и рекрутирует большую субъединицу рибосомы.

Рибосома содержит три сайта связывания РНК, обозначенных A, P и E. 

Сайт связывает аминоацил-тРНК или факторы терминации высвобождения, то P-сайт связывает пептидил-тРНК (тРНК, связанную с полипептидной цепью); и Электронный сайт (выход) связывает свободную тРНК.

Синтез белка начинается с стартовый кодон AUG около 5 'конца мРНК. мРНК сначала связывается с сайтом Р рибосомы. Рибосома распознает стартовый кодон с помощью последовательность Шайна-Далгарно мРНК прокариот и козак ящик у эукариот.

Хотя катализ пептидная связь включает C2 гидроксил Р-сайта РНК аденозин В механизме протонного челнока другие этапы синтеза белка (например, транслокация) вызываются изменениями конформации белка. Поскольку их каталитическое ядро состоит из РНК, рибосомы классифицируются как «рибозимы, и считается, что они могут быть остатками Мир РНК.