1. предмет, задачи, методы и место биохомии среди других биологических дисциплин
 Скачать 1 Mb.
|
|
31. Основной постулат молекулярной биологии. Генетический код и его характерные черты. Акцепторная роль тРНК. Синтез аминоацил-тРНК как регуляторный механизм трансляции. Основной постулат молекулярной биологии. Передача наследственной информации от материнской клетки к дочерней осуществляется при помощи ДНК-репликация. Для использования генетической информации необходимы РНК, образуемые на матрице ДНК-транскрипция. Далее РНК непосредственно участвуют на всех этапах синтеза белковых молекул трансляция, обеспечивающих структуру и деятельность клетки. Генетический код. Генетическая информация, содержащаяся в ДНК и в иРНК, заключена в последовательности расположения нуклеотидов в молекулах. Последовательность расположения нуклеотидов в иРНК определяет последовательность расположения аминокислот в белках. Этот код называют генетическим. Код триплетен. В состав РНК входят 4 нуклеотида: А, Г, Ц, У(каждая из 20 аминокислот зашифрована последовательностью 3 нуклеотидов, т. е. триплетом, который получил название кодон)Код однозначен. Каждый триплет шифрует только одну аминокислоту. Код универсален. Код един для всех живущих на Земле существ. Акцепторная роль тРНК. тРНК-осуществляет доставку аминокислот к рибосоме. Связывается с аминокислотами, образуя комплекс аминоацил-тРНК, при помощи аминоацил-тРНК-синтетазы. Синтез аминоацил-участие в регуляции. Аминоацил-тРНК-синтетаза— фермент, катализирующий образование аминоацил-тРНК в реакции этерификации определенной аминокислоты с соответствующей ей молекулой тРНК. Для каждой аминокислоты существует своя аминоацил-тРНК-синтетаза. 32 (31).Этапы трансляции. Состав трансляционного аппарата клетки. Строение и механизм функционирования рибосом. Роль РНК в процессе трансляции. Участие белковых комплексов инициации, элонгации и терминации в биосинтезе полипептидной цепи. Трансляция- перевод генетического текста иРНК в последовательность аминокислот в белке.Этапы трансляции:1. Рекогниция. Происходит связывание АК со своей тРНК. 2. Инициация. Состоит из 7 фаз: а) подготовка рибосомы к трансляции. Рибосома взаимодействует с фактором инициации , в результате разделяется на малую и большую субъединицы. б) подготовка РНК-матрицы к трансляции; в) подготовка инициаторной аминоацил-тРНК. г) образование инициирующего комплекса. д) связывание мРНК с инициирующим комплексом. е) поиск и комплементарное взаимодействие со стартовым кодоном. ж) формирование 80S-рибосомы. В образовавшейся рибосоме выделяют 2 участка: Р-участок, там будет происходить образование пептидных связей; А-участок (аминоацильный участок) – служит для присоединения аминоацильной- тРНК. 3. Элонгация состоит из 3-х фаз: а)присоединение следующей аминоацил-тРНК в соответствии со смыслом следующего кодона матрицы; б) пептизация; в)транслокация или перемещение. Рибосома перемещается на 1 кодон в направлении 3’-конца тРНК. При достижении рибосомой нонсенс-кодона элонгация прекращается и наступает терминация. 4. Терминация. Нонсенс-кодон распознается белковыми R-факторами (факторы освобождения) в А-участке рибосом. В результате действия R-факторов обеспечивается диссоциация элементов трансляционного аппарата и в цитоплазму высвобождаются рибосома, иРНК, полипептид. Трансляция включает 3 этапа: инициация, элонгация, терминация. 5. Процессинг белка - Это совокупность изменений в структуре белка, которые заканчиваются формированием структурно и функционально зрелой белковой молекулы.он может быть 2-х видов: а)котрансляционный, протекающий во время трансляции; б)посттрансляционный – химическая модификация белка происходит после трансляции. Рибосомы. Каждая рибосома состоит из малой и большой субъединиц. Содержит рРНК, а также около 80 различных белков, в том числе и ферментов. Трансляция — синтез белка рибосомой на основе информации, записанной в матричной РНК. мРНК связывается с малой субъединицей рибосомы, когда происходит узнавание 3'-концом 16S рибосомной РНК комплементарной последовательности Шайн-Далгарно, расположенной на 5'-конце мРНК, а также позиционирование стартового кодона мРНК на малой субъединице. У эукариот малая субчастица рибосомы связывается также с помощью кэпа, на конце мРНК. Ассоциация малой и большой субъединиц происходит при связывании формилметионил-тРНК и участии факторов инициации. Таким образом, распознавание антикодона происходит на малой субъединице. 33. Регуляция биосинтеза белка на уровне репликации и транскрипции. Регуляция биосинтеза белка на этапе трансляции. Посттрансляционная модификация белков. Основные уровни регуляции биосинтеза: 1. Регуляция синтеза белка на стадии репликации. Регуляция возможна путем добавления (или удаления) кодирующих (или регуляторных) участков на ДНК. Если удалить матрицу , то и синтеза белка с нее не будет, а если увеличить дозу определенного гена в ДНК , то появится возможность ускорить построение белков на многих одинаковых матрицах. В большинстве случаев наличие избыточной генетической информации отрицательно сказывается на жизнеспособности клеток, а ее недостаток, возникающий из-за недорепликации ДНК, приводит к их гибели из-за отсутствия жизненно важных генов. 2. На уровне транскрипции. Варианты: а)групповая репрессия генов белками – гистонами; б)амплификация генов - увеличение числа копий заданного участка ДНК или гена. в)регуляция сигналами-усилителями. Сигналы-усилители - энхансеры - выступающий участок ДНК, который может быть значительно удален от промотора. 3. регуляция на уровне трансляции: тотальная репрессия или активация трансляции при изменении активности и количества белковых факторов; избирательная дискриминация иРНК; механизм повышения эффективности трансляции включает образование полисом - это комплекс нескольких рибосом с одной иРНК. 4. Регуляция биосинтеза белков путем посттрансляционной модификации: приводила к образованию общей полипептидной цепи, разрезаемой в дальнейшем на индивидуальные белки специфическими протеиназами. Посттрансляционная модификация белков. Модификации происходят в ЭПС и аппарате Гольджи . Однако множество других ковалентных модификаций протекает в первую очередь именно в цитозоле. Некоторые из них стабильны и необходимы для активности белка. Посттрансляционные модификации включают в себя фосфорилирование факторов транскрипции протеинкиназами , гликозилирование, ацилирование, циклизацию, амидирование, гидроксилирование и метилирование различных остатков аминокислот. Многие из перечисленных модификаций являются критическими для биологической активности пептидов. 34. Теория оперонной регуляции транскрипции. Ф-ии и особые зоны промотора.В 1961 году при исследовании индукции синтеза фермента—β-галактозидазы, участвующего в расщеплении лактозы в клетках E. coli, было установлено следующее: когда клетки E. Coli растут на среде, содержащей глюкозу, то в них содержится менее 10 молекул β-галактозидазы на клетку. Если же в среде глюкозу заменить на лактозу, то ч/з несколько минут наблюдается индукция синтеза белков, и концентрация ферментов утилизации лактозы увеличивается в сотни раз. Это явление объяснила теория оперона, доказавшая, что на молекуле ДНК можно обнаружить участки —опероны, которые содержат информацию о группе функционально взаимосвязанных структурных белков, и регуляторную зону (участки оператора и гена регулятора), контролирующую транскрипцию этих генов. Экспрессия структурных генов определяется способностью РНК-полимеразы связываться с промотором, расположенным на 5'-конце оперона. Присоединение фермента зависит от оператора, участка ДНК, который находится рядом с промотором и даже частично с ним перекрывается. Оператор может связываться с белком-репрессором, который синтезируется в клетке с постоянной скоростью. Строение белка-репрессора кодирует мРНК, транскрибируемая с гена-регулятора, расположенного на определенном расстоянии от оперона, работу которого он контролирует. Если белок-репрессор присоединяется к оператору, то РНК-полимераза не может связаться с промотором и транскрипция структурных генов не идет. Белки, участвующие в утилизации лактозы, практически не синтезируются. Когда в среде появляется индуктор —лактоза и присоединяется к белку-репрессору, то последний изменяет конформацию и теряет сродство к оператору. РНК-полимераза связывается с промотором, структурные гены транскрибируются, синтезируется одна полицистронная молекула мРНК, содержащая информацию о трех белках: β-галактозидазе, пермеазе и галактозидтрансацетилазе, необходимых для утилизации лактозы клетками. При регуляции оперона по механизму репрессии белок-репрессор в клетках, выращенных на среде, содержащей NH4CL в качестве единственного источника азота, не имеет сродства к оператору. Транскрибируются структурные гены оперонов, которые кодируют ферменты. Когда добавляют корепрессор— аминокислоту, за синтез которой отвечает один из этих оперонов, то она связывается с белком-репрессором. Образуется комплекс белок-репрессор — корепрессор, который приобретает сродство к оператору, связывается с ним и транскрипция структурных генов прекращается. 35. Молекулярные механизмы генетической изменчивости. Виды и причины мутаций, связь между мутагенными факторами и типом мутаций. 1)Повреждения и репарация ДНК, 2)Апоптоз- механизм запрограмированной и регулируемой гибели клеток. Он начинается с повреждений систем репараций ДНК и накопление повреждений ДНК. Эти изменения активируют ряд специфических протеаз в клетке, которые активируют эндонуклеазы. Эндонуклеазы гидролизуют ДНК сначала на крупные фрагменты, а затем происходит гидролиз по межнуклеосомным областям ДНК и образуются фрагменты. Далее клетка распадается на мембранные везикулы, содержащие фрагментированную ДНК и другие компоненты клетки, и всё это впоследствии поглощается фагоцитирующими клетками. Таким путем устраняются клетки, размножение которых может быть опасным для организма, например привели к развитию раковой опухоли. 3) Мутагенез, вследствии воздействия мутагенов(нитраты, УФ излучение и т.д.) ВИДЫ МУТАЦИЙ: Точечная мутация, или единственная замена оснований, — тип мутации в ДНК или РНК, для которой характерна замена одного азотистого основания другим. Хромосомные мутации- Хромосомные мутации - это перестройки хромосом. Участки хромосом могут изменить свое положение, потеряться или удвоиться. 1.Инверсии-поворот участка на 180градусов. 2. Транслокации - перенос какого-то участка хромосомы в другое место той же хромосомы или на другую хромосому 3. Делеции- выпадения букв из цепи. 4. Дупликации - тип мутаций, заключающийся в удвоении какого-либо участка хромосомы. Геномные мутации 1. Анеуплоидия (уменьшение количества хромосом в 2 и более раз) 2. Полиплоидия (увеличение количества хромосом в 2 и более раз). Ядерные и цитоплазматические мутации 1. Ядерные мутации — геномные, хромосомные, точечные. 2. Цитоплазмотические мутации — связанные с мутациями неядерных генов находящихся в митохондриальной ДНК и ДНК пластид — хлоропластов. 36. Классификация мутаций. Геномные мутации. Нерепарируемые мутации и их последствия. Мутации разделяют на геномные , хромосомные и генные . При геномных мутациях(полиплоидия) у организма-мутанта происходит внезапное изменение числа хромосом, кратное целому геному. Различают аллополиплоидию , в рез-те которой происходит объединение при гибридизации целых неродственных геномов, и аутополиплоидию - увеличение числа хромосом собственного генома, кратное 2n. При хромосомных мутациях происходят как изменение числа отдельных хромосом в геноме (анеуплоидия ), так и крупные перестройки структуры отдельных хромосом ( аберрации) . В этом случае наблюдаются потеря ( делеции ) или удвоение части ( дупликации ) генетического материала одной или нескольких хромосом, изменение ориентации сегментов хромосом в отдельных хромосомах ( инверсии ), а также перенос части генетического материала с одной хромосомы на другую ( транслокации ). При генных мутациях происходят замены, делеции и вставки одного или нескольких нуклеотидов, транслокации, дупликации и инверсии различных частей гена. Генные мутации-нерепарированные наследуемые изменения первичной структуры ДНК, которые ведут либо к прекращению синтеза белка, кодируемого поврежденным геном, либо к синтезу измененного, «неправильного» белка. 37.Генные мутации и соответствующие мутагенные факторы.37 как способ исправления ген.мутаций. Генные мутации-нерепарированные наследуемые изменения первичной структуры ДНК, которые ведут либо к прекращению синтеза белка, кодируемого поврежденным геном, либо к синтезу измененного, «неправильного» белка. Мутагенные факторы:1)ионизирующее излучение — электромагнитные волны с маленькой длиной волны, но с очень высокой энергией квантов. Такие кванты проникают в ткани организма, повреждая различные молекулы, и, в частности, молекулы ДНК. 2)Ультрафиолетовое излучение –кванты разрушают только поверхностные слои тканей. 3)Повышенная температура. 4)Воздействие химических веществ(соли свинца и ртути, формалин, хлороформ, препараты для борьбы с сельскохозяйственными вредителями-вызывают мутации); 5)вирусы-встраиваю гены в свою ДНК, а при заражении следующей клетки вносят в нее чужеродные гены. Репарация- механизм удаления повреждений в ДНК. Специфическая нуклеаза удаляет небольшой сегмент ДНК, включающий поврежденный участок. Удаленный участок восстанавливается ДНК-полимеразой, использующей в качестве матрицы комплементарную цепь. Оставшийся одноцепочечный разрыв закрывается ДНК-лигазой. Тиминовые димеры могут быть удалены фотореактивацией. Специфическая фотолиаза связывается с дефектным участком ДНК и после облучения расщепляет димер с образованием отдельных нуклеиновых оснований. 38. Система групп крови как пример аллельной системы. Правила переливания крови. Гру́ппа кро́ви — описание индивидуальных антигенных характеристик эритроцитов, определяемое с помощью методов идентификации специфических групп углеводов и белков, включённых в мембраны эритроцитов животных. Правила переливания крови. В связи с наличием изоантител, образующихся в результате присутствия чужеродных антигенов крови, у людей с группой крови А после переливания крови группы В сразу образуются анти-В антитела. Они связываются с В антигенами на эритроцитах и вызывают лизис эритроцитов. Аналогичные процессы происходят для B и O групп. Людям разрешается переливать только кровь такой же как у них группы, причем с обязательным учетом резус-принадлежности. Особое внимание следует обратить также на резус фактор. То есть, резус-фактор и группа крови ABO - это два важнейших признака, совместимость которых обязательно необходимо рассматривать при осуществлении переливания крови. 39 (123). Иммунитет и его виды. Компоненты иммунной системы. Роль лимфоцитов. Иммунитет – естественный защитный механизм нашего организма, он поддерживает постоянство внутренней среды, устраняет чужеродное воздействие инфекционных возбудителей, химических веществ, аномальных клеток и т.д. Иммунитет отвечает за: 1) замена отработавших или поврежденных, состарившихся клеток различных органов нашего тела; 2) защита организма от проникновения разного рода инфекций – вирусов, бактерий, грибков. Существует два вида иммунитета: 1. специфический иммунитет приобретается после инфекции или вакцинации и формируется на протяжении всей жизни человека в результате контакта его иммунной системы с различными микробами и антигенами. Специфический иммунитет сохраняет память о перенесенной инфекции и препятствует ее повторному возникновению; 2. неспецифический (врожденный) иммунитет – врожденная способность уничтожать все чуждое организму. Это способность клеток синтезировать мембранные рецепторы к антигенам других организмов, других тканей и некоторым микроорганизмам, а также синтезировать соответствующие антитела и выводить их в жидкости тела. Органы иммунной системы: Главную роль в иммунной системе два фактора: это антитела и лейкоциты (белые кровяные тельца). Иммунная система организма человека состоит из разных органов. Тимус - это вилочковая железа. Он является рассадником Т-лимфоцитов. Селезенка - играет роль фильтра всей крови организма, удаляя из ее русла старые эритроциты и тромбоциты. Кроме того, она является и резервуаром крови, а также в ней формируются некоторые клетки иммунной системы. Костный мозг - содержится в крупных трубчатых костях (бедренных), а также позвонках и тазовых костях, это источник эритроцитов и лимфоцитов. Лимфоузлы - представляют собой фильтры лимфы, очищая ее от различных антигенов: бактерий, вирусов, раковых клеток. Они задерживают антигены. Антитела - особые белки (протеины), которые продуцируются клетками иммунной системы, они способны бороться со специфичными антигенами. Определенные антитела могут воздействовать только на определенные антигены. Белые кровяные тельца-это лейкоциты. Их очень много в крови и они циркулируют по всему организму, как бы, будучи на страже, чтобы в любой момент отразить атаку антигенов. Макрофаги - клетки иммунной системы ( макро – большой и фаг – пожирать). Роль лимфоцитов в иммунном ответе. Они являются главными иммунными клетками. Лимфоциты первые реагируют на инфекцию, путем распознавания чужеродных антигенов, с последующим запуском целой цепочки иммунных реакций. Благодаря взаимодействию Т-лимфоцитов и В-лимфоцитов, происходит запуск гуморального и клеточного иммунитета. Лимфоциты — это единственные клетки организма, способные специфически распознавать собственные и чужеродные антигены и отвечать активацией на контакт с конкретным антигеном. 40 (121). Строение, ф-ии и типы антител. Их роль в иммунитете. Антителами - сывороточные белки, образующиеся в ответ на действие антигена (называются иммуноглобулины). Ч/з них реализуется гуморальный тип иммунного ответа. Антитела обладают 2 свойствами: специфичность, т. е. способность вступать во взаимодействие с антигеном, аналогичным тому, который вызвал их образование; гетерогенность по физико-химическому строению, по специфичности, по генетической детерминированности образования (по происхождению). Все иммуноглобулины являются иммунными: нормальные (анамнестические) антитела, которые обнаруживаются в любом организме как результат бытовой иммунизации; инфекционные антитела, которые накапливаются в организме в период инфекционной болезни; постинфекционные антитела, которые обнаруживаются в организме после перенесенного инфекционного заболевания; поствакцинальные антитела, которые возникают после искусственной иммунизации. Антитела всегда специфичны антигену, индуцировавшему их образование. Противомикробные иммуноглобулины по специфичности делятся на те же группы, что и соответствующие микробные антигены: группоспецифические; видоспецифические; вариантспецифические; перекрестнореагирующие. Классы иммуноглобулинов (Ig) существует 5 классов имунноглобулинов, отличающихся друг от друга константными участками тяжелых цепей. 1. IgM, синтезируется в ответ на наличие антигена. Он представляет собой олигомер, состоящий из пяти субъединиц, каждая из которых содержит 4 полипептидные цепи с дестью антиген-связывающими участками. Входит в первую линию защиты при бактериальных или вирусных заражениях. 2. IgA- также играет существенную роль в формировании первой линии иммунной защиты. Обеспечивает защиту слизистых оболочек от бактериальных и вирусных инфекций. Содержит две четырехцепочные субъединицы. 3. IgG- локализован во внутриклеточных жидкостях организма. В больших количествах синтезируется при вторичном иммунном ответе. Способствует массовому фагоцитозу антигенов. 4. IgD- связан с поверхностью цитоплазматической мембраны лимфоцита. Состоит из одной четырехцепочной субъединицы. 5. IgE- участвует в комплексной защите от бактериальных инфекций. Связан с появлением симптомов аллергии. Состоит из одной четырехцепочной субъединицы. 41. Структурная организация и св-ва биологических мембран. Роль компонентов мембраны в обеспечении ее функций. Кле́точная мембра́на отделяет содержимое любой клетки от внешней среды, обеспечивая её целостность; регулируют обмен м/д клеткой и средой; внутриклеточные мембраны разделяют клетку на специализированные замкнутые отсеки —органеллы. Клеточная стенка (обычно есть у растительных клеток), покрывает клеточную мембрану.Клеточная мембрана - двойной слой молекул класса липидов, большинство из которых представляет собой сложные липиды — фосфолипиды. Молекулы липидов имеют гидрофильную и гидрофобную часть. При образовании мембран гидрофобные участки молекул оказываются обращены внутрь, а гидрофильные — наружу. Толщина мембраны составляет 7—8 нм. Биологическая мембрана включает и различные белки: интегральные (пронизывающие мембрану насквозь), полуинтегральные (погруженные одним концом во внешний или внутренний липидный слой), поверхностные (расположенные на внешней или прилегающие к внутренней сторонам мембраны). Функции: Барьерная — обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой, Транспортная — через мембрану происходит транспорт веществ в клетку и из клетки, Матричная — обеспечивает определенное взаиморасположение и ориентацию мембранных белков, их оптимальное взаимодействие. Механическая — обеспечивает автономность клетки, ее внутриклеточных структур, также соединение с другими клетками (в тканях). Энергетическая - система переноса энергии, в которых также участвуют белки; Рецепторная — некоторые белки, находящиеся в мембране, являются рецепторами (молекулами, при помощи которых клетка воспринимает те или иные сигналы). Мембраны состоят из липидов трёх классов: фосфолипиды, гликолипиды и холестерол. Фосфолипиды и гликолипиды состоят из двух длинных гидрофобных углеводородных «хвостов», которые связаны с заряженной гидрофильной «головой». Холестерол придаёт мембране жёсткость, занимая свободное пространство между гидрофобными хвостами липидов и не позволяя им изгибаться. Поэтому мембраны с малым содержанием холестерола более гибкие. 42.Транспорт вещ-в через мембрану. Классификация. Активный транспорт- перенос в-в из низкой концентрации в область высокой, т.е с затратой свободной энергии организма. Бывает- первичный и вторичный. Первичный- происходит за счет энергии, образующейся при гидролизе АТФ или других фосфатов. Модели первич. активного транспорта- натрий-калиевый насос- переносит ионы натрия из клетки, а ионы калия в клетку, кальциевый насос- транспортирует кальций из клетки или цитозоля в саркоплазму и водородный насос- в митохондриальной мембране. актив.транспорт останавливается при нарушении АТФ. 2 вида актив транспорта: 1. первич актив транспорт использует энергию АТФ или окислит-восстанов-го потенциала. 2. вторич актив транспорт использует градиент ионов Na, K, H, созданный на мембране за счет работы первич актив транспорта. Натрий- калиевый насос- отвечает за поддержание состава внутриклеточной среды, в которой концентрация К выше, чем Na, он способен гидролизовать АТФ. Следствием его работы яв-ся поддержание трансмембранных градиентов Na и К. Вторич актив транспорт- происходит за счет энергии, создаваемой первич. актив.транспортом из-за неодинаковых концентраций ионов по разные стороны мембраны. Вторич актив транспорт возникает только тогда, когда он связан с транспортом другого в-ва (парный перенос)- антипорт и симпорт. 2 вида - эндоцитоз и экзоцитоз. Эндоцитоз- перенос в-ва из среды в клетку вместе с частью плазматич. мембраны. Путем эндоцитоза осущ-ся питание, защитные и иммунные реакции, транспорт. Цикл эндоцитоза нач-ся в определ участках плазматич мембраны- «окаймленные ямки». Они втягиваются в клетку, у основания сужаются, отделяются от мембраны, образуют «окаймленные пузырьки». Окаймленные ямки живут недолго, формир-ся в течении минуты, затем совершают цикл эндоцитоза. Путем эндоцитоза клетки могут поглащать большие частицы, захват осущ-ся клетками- фагоцитами. Экзоцитоз- процесс обратный эндоцитозу- выделение клеткой различ частиц в окр. среду, при этом происходит слияние мембраны с клеточной мембраной. 2 пути экзоцитоза: нерегулируемая секреция- непрерывно синтезирует белки, упаковывает их в пузырьки и переносит к плазматич. мембране, для секреции. (синтез и секреция коллагена фибробластами) и регулируемая секреция- хранение молекул в пузырьках, слияние их с плазматич мембраной при воздействии на клетку стимула. (выброс пептидного гормона инсулина в кровь после еды). Стимул-повышение концентрации глюкозы в крови. 43. Эндоцитоз и экзоцитоз как способы трансмембраного переноса вещ-в. Биологическая мембрана-специализированная органелла, каждая ее часть выполняет определенные функции. Участки отвечающие за эндоцитоз и экзоцитоз имеют в своем составе рецепторы, чувствительные элементы которых обращены во внешнюю среду или внутрь клетки.1)Эндоцитоз: чувствительные элементы обращены во внешнюю среду. Белковые части рецепторов связаны с микротрубочками входящими в состав цитоскелета клетки, на внутренней поверхности этого участка мембраны ассоциированные специальные белки – клойрины находятся в состоянии третичной структуры. При контакте их боковых поверхностей начинается сборка 4-ой структуры, которая представляет собой сферу. Переносимое в-во соединяется с рецепторами, точнее с их чувств. элементами. В результате изменяется конформация их белковых частей, пронизывающих мембрану насквозь=>сокращение микротрубочек, связанных с белковыми элементами – в мембране возникает прогиб. Каймой в данном случае явл.клойрины. их боковые поверхности приходят в контакт и начинается сборка клойриновой сферы, размеры которой соотвествуют размерам поглощенного в-ва. Таким образом формируется эндоцитозный пузырек. По окончанию сборки клойриновой сферы пузырек отдается в мембрану, целостность которой восстанавливается путем самосбарки. Пузырек отделяется, сливается с лизосомой и его содержимое расщепляется.2)Экзоцитоз: углеводные компоненты рецепторов направленны внутрь клетки. С внутр.пов-ти также ассоциативные клойрины. С белковыми частями рец-ов связаны микротрубочки. Переносимое из клетки в-во связывается с чувств.элементами рецепторов. Конформация белк.частей рецепторов изменяется и микротрубочки растягиваются, на пов-ти мембраны возникает выпуклость. Начинает формироваться клойриновая сфера и в итоге от мембраны отделяется пузырек, содержащий выделяемое в-во. При этом клойриновая сфера находится внутри пузырька. 44.Метаболизм и его категории. Характерные черты метоболизма. Общие принципы организации обмена вещ-в. Метаболизм-совокупность хим. процессов, обеспечивающих жизнедеятельность организма .Состоит из 3 категорий: катаболизм (распад), анаболизм (биосинтез), анфиболизм (общая часть).Катаболизм- совокупность процессов, в которых поступившие в клетку S расщепляются до более простых продуктов=>запасается энергия, используемая затем на нужды клетки. Анаболизм-из образовавшегося при катаболизме набора конечных продуктов клетка синтезирует большое количество необходимых ей в-в. Анфиболизм-включает конечные этапы катаболизма и начальные этапы анаболизма. Он выполняет 2 функции: а)коллекторная- собирает конечные продукты катаболизма в определенных метаболитических путях; б)перераспределяет их по анаболитическим путям в зависимости от потребностей клетки. Характерные черты метаболизма: 1)принцип минимум: поток энергии и веществ в клетке является минимальным возможным в данных условиях;2)гибкость и управляемость: быстрое перераспределение потока в-ва и энергии при изменении условий окружающей среды; 3)направленность и энергетическая стабильность: метаболизм направлен на поддержание уровня организации живой системы. 4)последовательность: все реакции обмена в-в осуществляются в определенном порядке и в соответствии со стехиометрией; 5) универсальность: большинство реакций обмена в-в одинаковы во все живых системах. Принципы организации обмена в-в: 1)весь обмен в-в разделен на метаболические блоки реакций, которые могут быть организованы по линейному или циклическому принципу. Продукт деятельности одного блока является субстратом для другого.2)метаболиты к которым сходятся несколько блоков-ключевые; 3) все клетки организованы по принципу компартментализации. Компартмент- это часть клетки, отделяющаяся от остальных мембраной. В каждом компартменте осуществляется свой набор метаболитических блоков; 4)большинство S в клетке являются инертными;6)для активации S и обеспечения нормальной деятельности клетки некоторое количество носителей энергии и ключевых метаболитов, сосредоточено в ней в виде пулов;7)регуляция обмена в-в в клетке осущ.при помощи концентрации «узких мест», что существенно уменьшает кол-во точек контроля; 8)регуляция обмена в-в на осущ.при помощи нервной системы и гормонов. 45 (44).характерные черты и котегории метаболизма. Компартмелизация как способ организации живых систем.уровни и принципы организации метаболизма. Метаболизм(обмен вещ-в)-это совокупность процессов превращения вещ-в и энергии в организме, происходящие с участием ферментов. Характерные черты: Метаболизм обеспечивает организм энергией, полученных при расщепление пищевых вещ-в или путем преобразования энергии солнца. Обеспечивает превращение пищевых молекул в предшественники. Обеспечивает пластическое и энергетическое поддержание структуры организма. Синтезирует и разрушает биомолекулы, которые выполняют специальные функции в организме. Сущ-ет 2 категории: катаболизм и анаболизм. Катаболизм-ферментативное расщепление крупных пищевых молекул (углеводов, липидов, белков) до более простых (H2O,CO2,NH3) с выделением энергии и запасанием ее в виде АТФ или восстановительных эквивалентов. Включает 3 стадии:1) Переваривание, протекает в ЖКТ. Происходит превращение: полимеров в мономеры-крахмал и гликоген-в глюкозу, белки-в аминокислоты, триацилглицеролы-в жир.к-ты и глицерол, нукл к-ты-в нуклеотиды. 2) Специфические пути катаболизма. Мономеры превращаются в пируват и ацетил-КоА. 3) Общий путь катаболзима. Окисление ацетил-КоА до CO2 и H2O. Эта стадия включает цикл трикарбоновых к-т,цепи переноса электронов и окислительное фосфорилирование. Анаболизм-синтез крупных полимерных молекул из простых предшественников с затратой АТФ или НАДН, НАДФН,ФАДН2. Включает 3 стадии: 1) Цикл трикарбоновых кислот, 2) Образование мономеров по реакциям,обратным реакциям катаболизма. 3) Синтез полимеров из мономеров. Компартментализация- это сосредоточение ферментов в одном компартменте (определенной органелле) -в ЭПС, митохонд,лизосомах. Например в митохондриях- расположены ферменты βоксиления жир.к-т,цикла трикарбон.к-т,дыхательной цепи. В рибосомах- ферменты синтеза белка. В цитоплазме- ферменты гликолиза, глюконеогенеза,ПФПути,биосинтеза липидов,пуринов,пиримидинов. Регуляция метаболизма: Она обеспечивает синтез вещ-в,контроль кол-ва поступаемых пит.веществ. В результате уменьшения или увеличения скорости специфич. р-ций, клетка реагирует быстро на изменение условий окр.среды (t,pH,концентрацию пит.в-в). Сущ-ет 3 механизма регуляции метаболизма: 1)Изменение активности ферментов - самый распространен. способ. Регуляции подвержены основные ферменты, которые определяют скорость всего процесса. 2) Изменение кол-ва фермента в клетке-осущ-ся путем индукции или репрессии генов 3)Изменение проницаемости мембран. В организме человека координация метаболизма осущ-ся нервной и эндокрин.системами. Нерв сист.отвеч.за быструю реакцию на изменение окр.среды. В эндокрин.сист.секретир-ся гормоны,которые поступают в кровь. 46 (48). Общий путь катаболизма. Катаболизм -ферментативное расщепление крупных пищевых молекул(углеводов, липидов, белков) до более простых(H2O,CO2,NH3) с выделением энергии и запасанием ее в виде АТФ или восстановительных эквивалентов(НАДН,НАДФН,ФАДН2). Включает 3 стадии: 1) Переваривание, протекает в ЖКТ. Происходит превращение: полимеров в мономеры-крахмал и гликоген-в глюкозу, белки-в аминокислоты, триацилглицеролы-в жир.к-ты и глицерол, нукл к-ты-в нуклеотиды. При этом высвобождается около 1% энергии и рассеивается в виде тепла. 2) Специфические пути катаболизма. Мономеры превращаются в пируват и ацетил-КоА. Локализация 2 стадии-цитоплазма и митохондрии. Часть энергии рассеивается в виде тепла и примерно 13 % энергии вещ-ва усваивается. 3) Общий путь катаболзима. Все реакции этого этапа протекают в митохондриях. Окисление ацетил-КоА до CO2 и H2O. Эта стадия включает цикл трикарбоновых к-т,цепи переноса электронов и окислительное фосфорилирование. В результате окислительного фосфорилирования образ-ся H2O и АТФ. Часть выделенной энергии рассеивается в виде тепла и около 46 % энергии усваивается, т.е запасается в связях АТФ и ГТФ. 47. (48) Окислительное декарбоксилирование пирувата: реакции. Характеристика и состав полиферментного комплекса. Медицинские аспекты. происходит в матриксе митохондрий. ПВК в клетках образуется из глюкозы, ряда аминокислот, молочной кислоты и глицерина. Окисление пирувата до ацетил-КоА происходит при участии ряда ферментов и коферментов: три фермента: пируватдегидрогеназа; трансацетилаза; дигидролипоилдегидрогеназа. пять коферментов: тиаминдифосфат; амид липоевой кислоты; коэнзим A; флавин-аденин-динуклеотид; никотинамид-аденин-динуклеотид (НАД). Суммарную реакцию, катализируемую пируватдегидрогеназным комплексом, можно представить следующим образом: Пируват + НАД+ + коэнзим А –> Ацетил-КоА + НАДН + Н+ + СO2. Реакция сопровождается значительным уменьшением стандартной свободной энергии и практически необратима. Образовавшийся в процессе окислительного декарбоксилирования ацетил-КоА подвергается дальнейшему окислению с образованием СО2 и Н2О. Полное окисление ацетил-КоА происходит в цикле трикарбоновых кислот (цикл Кребса). Этот процесс, так же как окислительное декарбоксилирование пирувата, происходит в митохондриях клеток.  48 (49). Цикл Кребса: последовательность реакций, биохимическое значение, регуляция. Восстановительные эквиваленты как носители энергии типы дегидрогеназ. Цикл лимонной кислоты (цикл Кребса, цикл три- карбоновых кислот) - представляет собой реакции, протекающие в митохондриях, в ходе которых осуществляются катаболизм ацетильных групп и высвобождение водородных эквивалентов. В состав СоА входит витамин — пантотеновая кислота. ЦТК включает в себя 8 стадий (10 реакций): 1) Цикл начинается с взаимодействия молекулы ацетил-СоА с щавелевоуксусной кислотой (оксалоацетатом), в результате образуется лимонная кислота (цитрат). 2)цитрат превращается в изоцитрат через цис-аконитат. 3)изоцитрат дегидрируется с образование α- кетоглутарата и СО2 4) α- кетоглутарата окисляется до сукцинилСоА и СО2. 5) сукцинилСоА превращается в сукцинат. 6)сукцинат ддегидрируется с образованием фумарата. 7)фумарат дигидрируется с образованием малата. 8)малат дигидрируется с образованием оксалацетата. Значение: Главная функция цикла лимонной кислоты состоит в том, что он является общим конечным путем окисления углеводов, липидов и белков, поскольку в ходе метаболизма глюкоза, жирные кислоты и аминокислоты превращаются либо в ацетил-СоА, либо в промежуточные соединения рассматриваемого цикла. Цикл лимонной кислоты играет также главную роль в процессах глюконеогенеза, переаминирования, дезаминирования и липогенеза. О жизненно важной роли цикла лимонной кислоты свидетельствует и тот факт, что у человека почти неизвестны (или их вообще нет) генетически обусловленные изменения ферментов, катализирующих реакции цикла; вероятно, наличие таких нарушений несовместимо с нормальным развитием.  49 (50). анаплератические реакции как способ регуляции скорости ЦТК и его сопряжение с другими метаболическими блоками. Анаплеротические реакции- реакции, восполняющие запас промежуточных метаболитов ЦТК. В цитозоле ПВК может появиться при окислении молочной кислот и в реакции трансаминирования аланина. После этого пируват симпортом с ионами H,движущимися по протонному градиенту, проникает в митохондрии. В митохон. пируваткарбоксилаза превращает ПВК в оксалоацетат. Эта реакция идет в клетке постоянно, являясь анаплеротической реакцией ЦТК. 50. Челночный мех-змы их роль в обеспечении беспребойного функционир-я и регуляции метаболических процессов. Глицеролфосфатный челночный механизм. Дигидроксиацетонфосфат образуется в альдолазной р-ции восстанавливается до альфа-глицерофосфата при наличии фермента глицерофосфатадегидрогиназа.Внутренняя мембрана проницаема для глицеролфосфата ,который переносится в матрикс.в матриксе происходит обратимая р-ция ,катализируемая митохондриальным ферментом (Ко-ФАТ).С коферментом протоны и электроны переносятся в дых.цепь ,где синтезируется 2АТФ.Система функционирующая в скел.мышцах и мозге. СH2OH CH2OH C=O+NADH(H+)---CHOH + NAD+ CH2O-P CH2O-P .Малат-аспартатная челночная система.  В митохондриях печени,почек и сердцадля переноса NADH(H+),обр-ся в ходе реакций катализируемой глицероальдегид-3-дегидрогеназой из цитопл.в митох.действ.система изображ.на рис.Транспорт малата,глутомата и аспартата через внутр.мембрану митохондрий,осущ.при помощи спец переносчиков. 52.Структура и функции дыхательной цепи. Роль дыхательной цепи в создании и поддержании протонного электрохимического градиента.Градиент как носитель энергии. Дыхательная цепь-представлена последовательностью реакций, связанных с переносом водорода на O2 при участии специфич. переносчиков электронов. Состоит из 4-ёх типов переносчиков.1тип-никотинамидные коферменты- NAD+ и NADP+.Они способны активировать H,принимают участие в окислении субстрата и в восстановлении продуктов реакции.Также они легко отделяются от белка-носителя.2тип - флавиновые коферменты: флавинмононуклеотид (FMN) и флавинадениндинуклеотид (FAD)-они акцептируют водород от NADH.3тип- убихинон(бензохиновое соединение).При восстановлении он присоединяет 2е и 2p, образуя гидрохиноновую форму-CoQH2-это так называемая система, куда стекает H. 4тип-гемсодержащие белки- цитохромы. В качестве простетич.группы они создают ген,похожий по строению на ген гемоглобина и отличается от него тем,что в одном из пирольных колец имеется дополнительная углеводородная цепочка, что позволяет такой структуре принимать и отдавать не только протоны, но и электроны.В центре кольца нах-ся ионFe. Цитохромы переносят электроны последовательно от СoQ на конечный акцептор- O2.Первый из цитохромов-цитохром а – реагирует с цитохромом с, принимает электроны и переносит их на цитохром а3, котор. взаимод.с O2. В транспорте электронов принимают участие белки (ферредоксины),содерж-е негемовое железо, в молекуле которых железо связывается сбелком-носителем через атом серы. Ф-я-утилизация восстановленных дыхательных переносчиков, образующихся в реакциях метаболического окисления субстратов (главным образом в ЦТК); участ. в образовании АТФ и др.биологич.энергий. Энергия, высвобождаемая в процессе переноса электронов по дыхательной цепи, запасается в форме электрохимического протонного градиента на внутренней мембране митохондрий. Энергия электрохимического протонного градиента используется для синтеза АТФ и транспорта метаболитов и неорганических ионов в матрикс. Но синтез АТФ - это не единственный процесс, идущий за счет энергии электрохимического градиента, так же принимают участие различ. белки-переносчики, многие из которых осуществляют процесс, требующий затраты энергии. Энергия электрохимического протонного градиента используется также для переноса в матрикс ионов Са2+ , которые играют роль в регуляции активности некоторых митохондриальных ферментов. 53.механизмы окислительного фосфорилирования, локализация пунктов фосфорилирования в дых.цепи, сопряжение и разобщение дыхания и фосфорилирования. Дыхание- это перенос электронов по цепи для создания и поддержания протонного электрохимического градиента. Этот процесс осуществляется постоянно, поскольку этот градиент является первичным по отношения ко всем остальным. Любая мембрана представляет собой 2 проводящие поверхности разделенные диэлектриком и в этом плане аналогичны конденсатору. В то же время АТФ не может быть запасен в также как и многие в-ва. Кроме некоторого запаса носителей энергии большинство молекул АТФ используют сразу же после синтеза, поэтому клетке необходимо разобщать дыхание(перенос электронов) и окислительное фосфорилирование (синтез АТФ). В нормальных условиях коэффициент сопряжения составляет 0,7, т.е. 70% все перенесенных протонов используются для образования АТФ. Разобщение может осуществляться следующими способами: 1)в составе каталитической части АТФсинтетазы имеется субъединица, регулирующая протоный поток, т.е. кол-во протонов которое переносится через канал за 1 раз. Чем больше количество протонов, тем меньше молекул АТФ. 2)во внутр.мембрану встроены специальные переносчики:А)протонофоры переносят протоны из межмембранного пространства в матрикс, минуя канал АТФсинтетазы. При этом изменяется химическое составляющее градиента, градиент в целом и уменьшается уровень синтеза АТФ; Б)ионофоры перемещают положительно заряженные ионы из межмембранного пространства в матрикс, изменяется электрическая составляющая градиента, градиент в целом и уровень синтеза АТФ. 3)поскольку внешняя митохондриальная мембрана хорошо проницаема для большинства веществ, то часть протонов может быть использована с разными целями в цитоплазме, н-р в восстановительных биосинтезах. 4)в зависимости от потребностей клетка может условия гидролиза фосфатной связи, и следовательно изменять энергетику этого процесса (от 5,5 ккал/м до 8,5) следовательно для обеспечения одной и той же реакции может затрачено больше АТФ (при его избытке) и меньше (при его недостатке). 5)в прокариотических клетках протоны секретируются в окружающую среду, могут быть использованы в процессе аутостабилизации, т.е. для создания оптимального уровня рН. 6)в прокариотических клетках часть протонов может быть использована для приведения в действие двигательных элементов. Встроенные в мембрану жгутики или реснички приводятся при помощи специальных белковых компонентов(протонная турбина). 54. Эффект Пастера ЛуиЭто снижение потребления глюкозы и прекращение продукции молочной кислоты клеткой в присутствии кислорода. Биохимический механизм эффекта заключается в конкуренции за пируват между пируватдегидрогеназой, превращающей пируват в ацетил-S-КоА, и лактатдегидрогеназой, превращающей пируват в лактат. У пируватдегидрогеназы сродство гораздо выше и в обычных аэробных условиях она окисляет большую часть пировиноградной кислоты. Как только поступление кислорода уменьшается (недостаток кровообращения, тромбоз и т.п.) происходит следующее: внутримитохондриальные процессы дыхания не идут и НАДН в дыхательной цепи не окисляется,моментально накапливающийся в митохондриях НАДН тормозит цикл трикарбоновых кислот, ацетил-S-КоА не входит в ЦТК и ингибирует ПВК-дегидрогеназу. В этой ситуации пировиноградной кислоте не остается ничего иного как превращаться в молочную. При наличии кислорода ингибирование ПВК-дегидрогеназы прекращается и она, обладая большим сродством к пирувату, выигрывает конкуренцию. Анаэробный гликолиз -сложный ферментативный процесс распада глюкозы, протекающий в тканях ч-@ и животных без потребления О2 .Конечным продуктом гликолиза яв-ся молочная к-та. В процесс гликолиза образуется АТР. Суммарное уравнение гликолиза:C6H12+2АДФ+2Фн->2CH3CH(OH)COOH +2H2O В анаэробных условиях гликолиз – единств.процесс в животном орг-ме, поставляющий энергию. Именно благодаря ему ор-м ч-@ и животных опред-ый период может осуществлять ряд физиологических ф-ий в условиях недостаточности О2.Внутриклеточный гликолиз локализуется в цитоплазматическом компартменте. Гликолитические ферменты способны связываться с мышечными белками.На долю F-актина приходится больше связанных ферментов гликолиза, чем на долю миозина, актомиозина или белков стромы. Из ферментов и наибольшим сродством к F-актину обладает альдолаза и немного глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (ГАФДГ).Среди др ферментов, проявляющих определённую склонность к связыванию ,необходимо отметить фосфофруктокиназу (ФФК).3-фосфоглицераткиназу, пируваткиназу (ПК) и лактатдегидрогеназу (ЛДГ)Окисление глюкозы до СО2 и Н2О (аэробный распад). При аэробных условиях пируват проникает в митохондрии, где полностью окисляется до СО2и Н2О. Если содержание кислорода недостаточно, как это может иметь место в активно сокращающейся мышце, пируват превращается в лактат. Аэробный распад глюкозы можно выразить суммарным уравнением: С6Н12О6 + 6 О2 → 6 СО2 + Н2О + 2820 кДж/моль. Этот процесс включает несколько стадий: Аэробный гликолиз - процесс окисления глюкозы с образованием двух молекул пирувата; Общий путь катаболизма, включающий превращение пирувата в ацетил-КоА и его дальнейшее окисление в цитратом цикле; ЦПЭ на кислород, сопряжённая с реакциями дегидрирования, происходящими в процессе распада глюкозы. (1.Аэробный гликолиз. Глюкоза → 2 Пируват 2. Окислительное декарбоксилир-е пирувата 2 (Пируват → Ацетил-КоА) 3. Цитратный цикл 2(Ацетил-КоА → СО2+ Н2О). 55. Роль углеводов в энергетич. Обеспечении обмена в-в. Углеводы служат основным источником энергии для организма. gagБольшая часть углеводов поставляется в орг-зм с пищей растит/ происхождения. Суточн. рацион 400-500 г. углеводов из которых 60-80% полисах-ды(в основном крахмал в меньшем кол-ве гликоген и пищеварительные волокна), 20-30% олигосахариды (сахароза, лактоза, мальтоза),остальное количество моносахариды: в основном глюкоза, фруктоза, пентоза. Углеводы обеспечивают 60-70% суточного энергопотребл-я. В кишечнике всасываются моносахарид. При распаде углеводов высвобождаемая энергия рассеивается в виде тепла или накапливается в молекулах АТФ. Углеводы обеспечивают около 50-60% суточного энергопотребления организма, а при мыш. деятельности на выносливость - до 70%. При окислении 1 г углеводов выделяется 17кДж энергии (4ккал). В качестве основного энергетического источника используется свободная глюкоза или запасы углеводов в виде гликогена. 56. Гликолиз. Р-ции. Регуляция. Реакции: 1)2ПВК+2АТФ+2СО2->(пируваткарбоксилаза)2 оксалоацетат+2фосфат неорганич.+2 АТФ 2)2 ацелоацетат+ 2 НАДН(Н+)->(малатдегидрогеназа) 2 малат+2НАД+ 3)2 малат +2НАД+->(малатдегидрогеназа)2 ацелоацетат+2НАДН(Н+) 4)2 оксалоацетат+2 ГТФ->(фосфоенол-пируват-карбоксикиназа)2 фосфоенол-пируват+2ГТФ 5)2 фосфоенол-пируват->(енолаза)2 фосфоглицерат 6)2 фосфоглицерат->(фосфоглицератмутаза) 2 3-фосфоглицерат 7)2 3-фосфоглицерат +2АТФ->(фосфоглицераткиназа)2 1,3-дифосфоглицерат +2 АДФ 8)2 1,3-дифосфоглицерат +2 НАДН(Н+)->(глицеральдегид-3-фосфат-дегидрогеназа) 2 глицеральдегид-3-фосфат+2 фосфат нерганич. 9)Глицеральдегид-3-фосфат->(триозофосфат-изомераза) дигидрокси ацетон фосфат 10)Глицеральдегид-3-фосфат+дигидрокси-ацетон-фосфат->(фруктозодифосфат-альдалаза) фруктозо-1,6-дифосфат 11)Фруктозо-1,6-дифосфат+Н2О->(фруктозодифосфатаза) фруктозо-6-фосфат+фосфат неорганич. 12)Фруктозо-6-фосфат->(фосфоглико-изомераза) глюкозо-6-фосфат 13)Глюкозо-6-фосфат + Н2О->(глюкозо-6-фосфатаза) глюкоза+ фосфат неоганич. Регуляция гликолиза: гликолиз стимулир-ся инсулином, повышающим кол-во молекул гексокиназы, фосфофруктокиназы, пируваткиназы. В печени активность глюкокиназы регулир-ся гормонами: активацию вызывает инсулин и андрогены, подавляют ее активность глюкокортикоиды и эстрогены. |