1. Форми життя клітинна та неклітинна
 Скачать 0.68 Mb.
|
|
2. Елонгація (подовження поліпептидного ланцюга). Друга, навантажена тРНК з'єднується з рибосомою на ділянці А. ЇЇ антикодон зв'язується з комплементарним кодоном ланцюга іРНК. На ділянці П метіонін звільняється від своєї тРНК і з'єднується пептидним зв'язком з проліном. Процес каталізує фермент пептидилтрансфераза. У цьому процесі зв'язок між першою амінокислотою та її тРНК розривається і -СООН група першої амінокислоти утворює пептидний зв'язок з вільною -NH2 групою другої амінокислоти. Таким чином, друга тРНК уже несе дипептид. Перша тРНК, тепер вільна, відокремлюється від П-ділянки рибосоми і повертається у загальний фонд тРНК у цитоплазмі. Тут вона може знову зв'язуватися зі своєю амінокислотою.тРНК-дипептидний комплекс разом з ІРНК переміщається в напрямку П-ділянки рибосоми . Цей процес називається транслокацією (від лат. translocatio - переміщення).Третя молекула тРНК зі специфічною їй амінокислотою, наприклад, аргініном, надходить до А-ділянки рибосоми і приєднується своїм антикодоном до комплементарного кодону іРНК. Дипептид метіонін-пролін знову приєднує амінокислоту аргінін за допомогою ферменту пептидилтрансферази. Таким чином, дипептид збільшується до трипептиду. Друга тРНК звільняється, залишає ланцюг іРНК, вивільняючи П-ділянку. Транспортна РНК - трипептидний комплекс переноситься з А-ділянки на П-ділянку.Весь процес, що включає надходження тРНК-амінокислотного комплексу, утворення пептидного зв'язку і транслокацію, багаторазово повторюється. В міру просування іРНК щодо рибосоми всі її кодони переміщаються по А-ділянці один за одним і пептидний ланцюг зростає. У процесі елонгації беруть участь спеціальні білкові фактори, що регулюють ці процеси.Синтез пептидного ланцюга відбувається з досить великою швидкістю, що залежить від температури і факторів внутрішнього і зовнішнього середовища. У середньому в еукаріотів ця швидкість складає близько 2 амінокислоти за 1 с. У прокаріотів швидкість вища - близько 15 амінокислот за секунду.Рибосома рухається щодо іРНК тільки в одному напрямку, переміщуючись на один триплет від 5'-кінця до 3'-кінця іРНК. Синтез білкової молекули (об'єднання амінокислот) відбувається у великій субодиниці, де навпроти одного триплету розташований аміноацильний центр (від'єднання АК від тРНК), а іншого - пептидильна ділянка (приєднання АК до пептиду, що зростає).Амінокислоти зв'язуються в поліпептид у тій послідовності, що повідомляється їм за допомогою іРНК. 3. Термінація (закінчення синтезу та вивільнення поліпептидного ланцюга). У кінці ланцюга іРНК знаходиться один із "стоп"-кодонів (УАА, УАГ, УГА). Вони не розпізнаються жодною тРНК. Фактор термінації (спеціальний білок) приєднується до цього кодону і блокує подовження поліпептидного ланцюга. Як наслідок, до останньої амінокислоти синтезованого білка приєднується вода і її карбоксильний кінець відокремлюється від тРНК. Зв'язок між останньою тРНК і поліпептидним ланцюгом розривається спеціальними ферментами - факторами вивільнення. Рибосома відокремлюється від ланцюга іРНК і розпадається на дві субодиниці. Синтезований поліпептид звільняється і потрапляє в цитоплазму. Кожна молекула ІРНК транскрибується декілька разів, а згодом руйнується. Середній час "життя" іРНК складає приблизно 2 хв. Вибірково руйнуючи старі й створюючи нові ІРНК, клітина може регулювати як якісний, так і кількісний склад білків, а значить, рівень і спрямованість метаболізму. Значення трансляції. Білковий синтез є основою поділу, диференціювання, росту й розвитку, забезпечує особливості метаболізму і функцій. Білки сприяють об'єднанню клітин у групи, що призводить до утворення тканин і органів. Будь-які порушення трансляції та синтезу білків спричиняють порушення метаболізму, функцій, що призводить до появи хвороб. Посттрансляційна модифікація білка як основа для їх функціонування. Вивільнений поліпептид - це прямолінійна молекула, що не має метаболічної активності. Синтезовані з амінокислот поліпептидні ланцюги надалі можуть надходити в цитоплазму, ендоплазматичну сітку або комплекс Гольджі, де завершується формування білкової молекули. У процесі "дозрівання" вона може втрачати деякі кінцеві амінокислоти за допомогою ферменту екзопептидази, а згодом утворювати вторинну і третинну структури. Молекули можуть об'єднуватися з іншими поліпептидами для утворення четвертинної структури складних білків. Синтезовані молекули об'єднуються з вуглеводними або ліпідними молекулами, вбудовуються в біомембрани або інші комплекси клітини. Процеси зміни початкової структури поліпептиду та формування нової називаються посттрансляційною модифікацією. Внаслідок цього білки набувають специфічних властивостей і функціональної активності. 18.Молекулярно-генетичне підтримування гомеостазу клітинного середовища Синтез ряду ферментів залежить від умов середовища, в яких знаходиться клітина (такі ферменти називають індуцибельними). Виявилося, що сама речовина (субстрат), яка надходить у клітину з навколишнього середовища, є індуктором вмикання оперону. Субстрат з'єднується з білком-репресором оперону, переводить його в неактивну форму (відокремлює від гена-оператора). Отже, оперон вмикається і починається транскрипція з усіх структурних генів, внаслідок чого синтезуються необхідні ферменти, які розщеплюють даний субстрат. Хоча ген-регулятор продовжує синтез нових молекул білків-репресорів, вони зв'язуються з субстратом і ген-оператор залишається вільним, а оперон - ввімкненим. Поки в середовищі є субстрат, доти утворюється фермент, який його розщеплює. Якщо ж субстрат у середовищі буде витрачений, репресор не інактивується. Він приєднується до оператора ДНК і блокує роботу структурних генів. Синтез ферментів може не тільки індукуватися, але й пригнічуватися. Наприклад, в результаті ланцюга реакцій у клітині утворюється кінцевий продукт "Д" у більшій кількості, ніж це необхідно клітині. Це може порушити нормальний хід реакцій обміну, тому в клітині виникає необхідність зупинити даний процес. Речовина "Д" вступає в реакцію з відповідним білком-репресором і переводить його в активний стан. Після цього відбувається приєднання репресора до гена-оператора, тим самим вимикається вся система оперону і синтез ферментів припиняється. Таким чином, гальмування синтезу здійснюється кінцевим продуктом, що утворюється в результаті реакції. Це приклад позитивної регуляції. Такий механізм дії називається регуляцією за принципом зворотного зв'язку. На основі цього контролюється синтез тих ферментів, які потрібні за даних умов. Наприклад, відповідно до наявної генетичної програми кишкова паличка може синтезувати кілька десятків ферментів, що розщеплюють різні речовини, оскільки склад середовища, який оточує бактерії, дуже мінливий. За цих умов постійне утворення ферментів було б неекономічним для клітини, тому що недоцільно утворювати одночасно 60-80 ферментів, iз яких за даних умов середовища можуть знадобитися лише 6-8. У природі добір відбувається за принципом найбільшої економії, тому клітини, що функціонують більш економічно, краще пристосовуються і швидше розмножуються. Це призвело до виникнення й удосконалення системи регуляції метаболізму. 19. Генна інженерія та біотехнологія. Генна інженерія - галузь молекулярної біології і генетики, завдання якої - конструювання генетичних структур за заздалегідь наміченим планом, створення організмів із новою генетичною програмою. Ге́нна інжене́рія — це біотехнологічний прийом, спрямований на конструювання рекомбінантних молекул ДНК на основі ДНК, взятої з різних джерел. Генна інженерія ґрунтується на молекулярній біології, яка дає можливість вносити зміни в молекулярну взаємодію основних біологічних молекул у клітині й поза нею. На сьогоднішній день генетична інженерія сільськогосподарських рослин розвивається переважно в руслі класичної селекції. Основні зусилля вчених зосереджені на захисті рослин від несприятливих (біотичних та абіотичних) факторів, покращенні якості та зменшенні втрат при зберіганні продукції рослинництва. Зокрема, це підвищення стійкості проти хвороб, шкідників, заморозків, солонцюватості ґрунту тощо, видалення небажаних компонентів із рослинних олій, зміна властивостей білка і крохмалю в пшеничному борошні, покращення лежкості та смакових якостей овочів та ін. Експериментальне перенесення генів в інший геном називається трансгенезом. У сучасній генетиці використовуються два способи синтезу генів поза організмом - хімічний і ферментативний. Для хімічного синтезу необхідно мати повністю розшифровану послідовність нуклеотидів ДНК Ферментативний синтез генів здійснюють за допомогою процесу зворотної транскрипції. Відкриття цього процесу зроблено на пухлиноутворювальних РНК-вмісних вірусах. Проте згодом виявилося, що передавання генетичної інформації з іРНК на ДНК може відбуватися в умовах експерименту і з іншими РНК. Саме це лежить в основі ферментативного синтезу гена Клонування генів - це процес, що включає виділення й ампліфікацію (дублювання великої кількості)окремих генів у реципієнтних про- й еукаріотичних клітинах. Ці клітини, які містять потрібний нам ген, можна використовувати для одержання: а) великої кількості білка, що кодується даним геном, або б) великої кількості самого гена у високоочищеному вигляді. Біотехноло́гія — використання живих організмів і біологічних процесів у виробництві. Інший важливий напрямок біотехнології - виробництво вакцин. Так створена вакцина проти гепатиту В. Успішно ведеться робота над вакцинами для гепатитів А, С, хламідіозів, герпесу й інших захворювань.Трансгенні організми. За допомогою методів генної інженерії можна одержати різні організми, які мають у складі свого геному чужорідні гени інших організмів. Такі організми називаються трансгенними. У даний час ця галузь науки швидко розвивається.У різних галузях господарської діяльності людини використовуються трансгенні бактерії. Крім того, що бактерії використовуються для клонування генів і виробництва білка, вони реконструюються і для інших цілей.Так, біоінженерні бактерії використовуються для оздоровлення рослин. У природі існують бактерії, що можуть розщепити будь-яку органічну речовину. Бактерії використовують для бактеріального синтезу. Так, були реконструйовані бактерії для виробництва амінокислоти фенілаланіну. Зручним об'єктом для генетичних маніпуляцій виявилися рослини, тому що рослинні клітини можна вирощувати в культурі, де із кожної клітини отримують цілу рослину.Ведуться роботи зі створення біоінженерних рослин, що могли б мати наступні властивості: 1) високу пристосованість до умов зовнішнього середовища; 2) містити більшу кількість необхідних для людини поживних речовин; 3) тривалий час зберігатися без псування.Розробляються трансгенні рослини, здатні продукувати в інтересах людини хімічні речовини й ліки. 20.Соматичні мутації як порушення мітозу Мутації в організмі людини можуть відбуватися під впливом факторів зовнішнього середовища, зокрема внаслідок опромінення радіацією чи дії деяких хімічних речовин. Мутації, які відбуваються в соматичних клітинах, називаються соматичними. Соматичними мутаціями називають такі мутації, що відбуваються в генетичному апараті соматичних клітинах, тобто клітинах, що складають весь організми людини. Дані мутації, на відміну від генеративних, виявляються тільки у даної особини. Вони не можуть передатися нащадкам, але можуть передаватися дочірнім клітинам, тобто клітинам, що утворились в наслідок мітозу. Дана аномалія робить організм мозаїком (особиною зі змішаними популяціями клітин) та істотно впливає на розвиток певних ознак організму. У клітках організму, що розвивається, можуть виникати соматичні мутації всіх тих типів, які спостерігаються в статевих клітках. Доведено, що чим раніше в процесі розвитку організму виникає соматична мутація, тим більша кількість кліток-нащадків її успадкує за умови, що мутація не вбиває клітку-носійку і не знижує темпів її розмноження. Соматичний мозаїцизм доведено при 30 генних захворюваннях, зокрема: синдром Олпорта, синдром Марфана, туберозний склероз та ін.. 21.Механізми,що призводять до генетичної різноманітності гамет У процесі мейозу створюються можливості виникнення в гаметах нових генних комбінацій. Механізми, які забезпечують генетичну мінливість: 1. Зменшення числа хромосом від диплоїдного до гаплоїдного супроводжується розходженням алелів так, що кожна гамета має тільки один алель у локусі. Реципрокний обмін генами між хроматидами гомологічних хромосом може відбуватися у профазі І мейозу. Таким чином утворюються нові групи зчеплення, і відповідно генетичні рекомбінації алелів. 2. Біваленти в екваторіальній площині веретена поділу в метафазі І і хромосоми в метафазі II розташовуються довільно і випадково. Наступне їх розділення (сегрегація) в анафазах І і II відповідно створює нові комбінації алелів у гаметах. Такий незалежний розподіл призводить до великої кількості різних хромосомних комбінацій, до випадкового розподілу материнських і батьківських хромосом між дочірніми ядрами. 3. Утворення хіазм між гомологічними хромосомами у профазі І і наступний кросинговер зумовлюють нові комбінації алелів у хромосомах статевих клітин. Генетичне значення мейотичного поділу полягає в наступному: 1. У результаті мейозу кожна материнська клітина дає початок чотирьом клітинам з "редукційним", тобто зменшеним удвоє, числом хромосом. 2. Мейоз є механізмом, який підтримує видову сталість кількості хромосом і зумовлює постійність видів на Землі. Якби число хромосом не зменшувалося, то в кожному наступному поколінні відбувалося б зростання їх удвічі (у батьків - 46, у дітей - 92, в онуків -184, у правнуків - 368 і т.д.) 3. Мейоз забезпечує завдяки випадковій комбінації материнських і батьківських хромосом генетичну різнорідність гамет. Тобто мейоз сприяє комбінативній мінливості (гени батьків комбінуються, внаслідок чого в дітей можуть з'являтися ознаки, яких не було в батьків). Комбінативна мінливість забезпечує велику різноманітність людства і дає можливість пристосуватися до зміни умов середовища, сприяє виживанню виду. 4. Мейоз забезпечує різнорідність гамет за генетичним складом, сприяє внаслідок рекомбінації ділянками гомологічних (парних) батьківських хромосом утворенню хромосом нового генетичного складу. У профазі цьому сприяв кросинговер, у метафазі - вільне перекомбінування хромосом. Тобто виникає рекомбінація батьківських наборів хромосом. 22.Генеративні мутації Генеративні мутації – це зміни у первинних статевих клітинах або в гаметах, які з них утворилися. Їх властивості передаються наступному поколінню. У результаті нормального процесу мейозу в людини утворюються гамети з гаплоїдним набором хромосом (23 хромосоми). Коли обидві хромосоми однієї пари не розділяються і залишаються в одній і тій же зародковій клітині (нерозходження), то остання містить 24, а інша тільки 22 хромосоми. Якщо при заплідненні одна з гамет містить на одну хромосому менше, то виникає моносомна зигота, з якої розвивається переважно нежиттєздатний ембріон. Гамета з 24 хромосомами після запліднення нормальною гаметою з 23 хромосомами є причиною трисомїї. Причини, які можуть викликати порушення розходження хромосом у мейозі: 1) вплив іонізуючої радіації; 2) негативна дія на статеві залози рентгенівського проміння; 3) вплив хімічних мутагенів (солі азотистої кислоти, органічні сполуки ртуті тощо.) 4) перенесені під час вагітності вірусні інфекції (вірус віспи, кору, вітряної віспи, епідемічного паротиту, грипу та ін.) Ряд спадкових уроджених ознак нащадків корелює з фізіологічними особливостями матері, зокрема, з її віком. Спостерігається кореляція між віком матері і частотою народження дітей з аномаліями. Доведено невпинне зростання відсотка дітей з виродливостями із збільшенням віку матері від 30 до 49 років. У групі матерів віком від 45 до 49 років частота народження дітей з вадами розвитку в три рази більша, ніж у матерів у віці 15-29 років. Встановлено, що частота уроджених вад серця, аномалій нервової системи, зокрема, аненцефалія, гідроцефалія, spina bifida збільшується з віком матері. "Заяча губа" і "вовча паща" теж переважають у дітей від матерів старших вікових груп. Досить чітка кореляція спостерігається між віком матері і частотою хвороби Дауна і причина цього - підвищення частоти хромосомних аномалій в яйцеклітинах. Які чинники порушують мейоз у жінок старших вікових груп? 1. З віком зазнає змін рН, особливо в результаті запальних захворювань статевих органів, що може призвести до нерозходження хромосом. 2. Ендокринопатії (зміна гормонального статусу) можуть викликати появу дітей з мозаїцизмом хромосом і синдромом Дауна. 23. Генотип людини як цілісна система генів організму Генотип - сукупність генів даного організму. Генотип людини, як і інших організмів, сформувався еволюційно. Загальна еволюція генотипу еукаріотів пов'язана з прогресивним збільшенням кількості ДНК, що призвело до великого числа кодуючих ділянок ДНК. Серед можливих механізмів збільшення геному виділяють поліплоїдизацію й ампліфікацію. Найбільших змін геном зазнає в результаті поліплоїдизації (збільшення кількості ДНК і хромосом, кратне гаплоїдному). Поліплоїдія призводить до збільшення дози всіх генів і створює надлишок генетичного матеріалу, який в подальшому змінюється в результаті мутацій та добору. Очевидно, що в ході еволюції поліплоїдизація супроводжувалася переходом до диплоїдного стану. Важливим механізмом, який призвів до еволюційного збільшення геному, є ампліфікація нуклеотидних послідовностей (утворення їх копій, виникнення ділянок ДНК, що повторюються). Певне значення в еволюційному визначенні розмірів геному мали і хромосомні перебудови, зокрема делеції, дуплікації, транслокації. В результаті таких складних еволюційних перетворень у кожного виду організмів сформувалася складна система генотипу, яка представлена різними за функціями генами. Однак всі ці гени взаємодіють і функціонують як єдине ціле. Розрізняють взаємодію алельних і неалельних генів. |