экзамен по биологии ПСПбГМУ. 1. Строение поверхностного аппарата клетки (пак)
 Скачать 0.66 Mb.
|
|
1. Строение поверхностного аппарата клетки (ПАК) ПАК определяет границу между цитоплазмой и внеклеточной средой. Состав 1. Плазматическая мембрана 2. Надмембранный комплекс 3. Субмембранный опорно-сократительный аппарат. Плазмолемма имеет в своем составе липиды (фосфолипиды, гликолипиды, стероиды, холестерин) и белки. Липиды имеют гидрофильную зараженную головку (могут содержать остаток H3PO4 или углевод), нейтральную шейку (содержит глицерол или сфингозин) и два гидрофобных незаряженных хвоста (остатки жирных кислот). На жидкостность мембраны влияют: длина липидных хвостов, их насыщенность, температура, давление и др. Холестерол стабилизирует плотность мембран. F: структурная, барьерная, регуляция работы белков и транспорта. Белки, целиком погруженные в БЛС – интегральные (ковалентные связи) или частично - полуинтегральные, расположенные на поверхности БЛС – периферические (электростатические связи). F: каталитическая, рецепторная, маркерная, переносчики и транспортеры, обеспечение контактов. Надмембранный комплекс включает в себя гликокаликс и производные внеклеточные структуры (в составе которых гликопротеины и белки) Гликокаликс 1. Углеводные остатки гликолипидов и гликопротеинов 2. Периферические и полуинтегральные белки 3. Свободные углеводы. Субмембранный опорно-сократительный аппарат (СОСА) состоит из периферической гиалоплазмы и опорно-сократительной системы (ОСС) Периферическая гиалоплазма – водный р-р солей, сахаров, АК и белков, являющихся микросредой для ОСС Здесь располагаются белки и ферменты, отвечающие за транспорт, фермент аденилатциклаза и секреторные гранулы Элементы ОСС образуют цитоскелет 1. Тонкие фибриллы – связывают между собой элементы ОСС, делят клетку на компартменты. К ним могут присоединяться ферментативные комплексы и различные органоиды 2. Микрофибриллы (микрофиламенты) – тонкие МФ состоят из актина, способного связываться с миозином, тропонином и тропомиозином (F: образование ЦС и контактов, движение, изменение конфигурации ПАК, транспорт, сокращение мышц, передвижение белков ПЛ, защита от осмотического шока, цитокинез) Выделяют α (в клетках скелетных мышц и миокарда), β и γ (в немышечных клетках) актин. Глобулярный G-актин способен образовывать протофибриллы, из которых собирается фибриллярный F-актин, на котором расположены ТРМ и ТРП Толстые МФ состоят из пучков молекул миозина, соединенных зеркально концами друг с другом. Головки миозина обладают АТФазной активностью. Мышечное сокращение обеспечивается повышением концентрации кальция, освобождением активного центра и связывания с ним головок миозина 3. Промежуточные филаменты (скелетные фибриллы) – образованы за счет взаимодействия нескольких гомотетрамеров по принципу кирпичной кладки. F: опорная, образование контактов 4. Микротрубочки – состоят из α-, β- и γ-тубулинов. При наличии ионов магния и АТФ альфа- и бетатубулины собираются в гетеродимеры, связывающиеся в протофибриллы. Формируется тубулиновый коврик, сливающийся в полую трубочку, в которой выделяют + и – концы. F: опорная, структурная, цитоз. Белки-транслокаторы кинезин и динеин обеспечивают транспорт к в клетке, скользя по МТ (антероградный и ретроградный соответственно) 2. Барьерно-транспортная функция ПАК 1. Свободный транспорт, или простая диффузия. 2. Пассивный транспорт, или облегченная диффузия 3. Активный транспорт 4. Транспорт в мембранной упаковке или цитоз Свободный транспорт – (без энергии и переносчиков) идет по электрохимическому градиенту концентрации. Данный транспорт касается мелких молекул (жирораств витамины, половые гормоны, этанол, углекислый газ, вода, кислород) Пассивный транспорт – (без энергии, но с переносчиками) С их помощью специфических переносчиков по градиенту концентрации транспортируются гидрофильные молекулы (сахара, АК, различные ионы) Мембранные каналы могут быть регулируемыми, открывающимися за счет изменения конформации и нерегулируемыми. Переносчики глюкозы Glu T-1,2,3,5 при появлении глюкозы меняют свою конформацию и канал открывается, а Glu-5 встраивается в мембрану только после взаимодействия инсулина с инсулиновыми рецепторами. Также существуют хемочувствительные каналы Активный транспорт – (затрата АТФ и переносчики) идет против градиента концентрации. Осуществляется переносчиками-“насосами”, или “помпами”. 1. Первично-активный – энергия АТФ или ГТФ (кальциевый насос, натрий-калиевый насос, гликопротоин Р) 2. Вторично-активный – энергия электрохимического градиента концентрации (реабсорбция в почечных канальцах) Цитоз или транспорт в мембранной упаковке 1. Эндоцитоз (с помощью фагоцитоза, макро- и микропиноцитоза) 2. Экзоцитоз (конститутивный, регулируемый и модифицированный) 3. Диацитоз или трансцитоз (унипорт, симпорт, антипорт) 3. Индивидуализационная (антигенная) функция ПАК. Биологические аспекты трансплантации Заключается в различной индивидуальной маркировке ПАК (ПЛ и гликокаликса) у различных типов клеток у одного или разных организмов. Маркерные молекулы – антигены (белки, гликопротеины, гликолипиды). Группы поверхностных антигенов: дифференцировачные маркеры (ДМ) и индивидуализирующие (ИМ) ДМ обнаруживаются на разных специализированных клетках одного организма (мышечные, нервные, эпителиальные и др. клетки). ДМ могут выступать в роли фермента, переносчика, рецептора, адгезивной молекулы и тд. Собственные ДМ в норме не являются антигенами для собственной же иммунной системы, но в патологических случая способны вырабатывать аутоиммунный ответ (например, при ЧМ травмах или появление антигенов тканевой гистосовместимости, характерных для макрофагов, В-лимфоцитов и дендритных клеток, на клетках поджелудочной железы) ИМ создают различия между одинаковыми клетками у различных особей – групповые антигены. Например, эритроцитарные антигены системы групп крови АВН. В ПЛ эритроцитов находятся три антигена – А, В и Н, представляющие собой гликосфинголипиды Н является предшественником А и В, превращение контролируется ферментом галактозилтрансферазой. Ее структуру контролирует ген I, находящийся в трех аллельных состояниях: I – неактивная форма фермента, на поверхности эритроцита только антиген Н. Генотип –I0 I0 , 1-я группа крови IA – активная форма, присоединение к Н N-ацетилгалактозамина, образование антигена А, генотип IA IA. IB – изоформа активного фермента, присоединение к Н галактозы, образование антигена В. Генотип IB IB. Если сразу А и В – IV группа крови - IA IB Основное правило трансплантации – антигены донора и реципиента должны максимально совпадать (также нужно учитывать лейкоцитарные антигены) 4. Рецепторно-сигнальная функция, механизмы передачи сигнала в клетке Рецепторами ПАК являются протеины и протеогликаны, имеющие наружный, или рецепторный, трансмембранный и цитоплазматический домен. РД – хеморецепторы, фоторецепторы, терморецепторы, барорецепторы ТД фиксирует рецептор в БЛС и учувствует в передаче сигнала на ЦД (рабочий домен) Передача сигнала осуществляется путем изменения конформации рецептора. Ответные реакции бывают быстрыми и медленными Быстрый ответ обеспечивается за счет изменения конфорамации уже существующих белков (фосфорилирование или дефосфорилирование). Система состоит из мембранного рецептора и протеинкиназы. ЦД мембранного рецептора взаимодействует с протеинкиназой, фосфорилирующей различные белки клетки, обеспечивающие быстрый ответ Медленный ответ обеспечивается за счет синтеза новых белков, осуществляется более сложными и универсальными системами, включающий вторичных посредников, усиливающих сигнал. Сигнальная молекула, выступающая в роли первичного посредника, (гормоны, нейромедиаторы, иммуномедиаторы, факторы роста, лекарства) проникает в клетку через ПЛ и соединяется с рецептором в периферической гиалоплазме. Образовавшийся комплекс поступает в ядерный аппарат и присоединяется к инициаторам определённых генов => транскрипция определенных типов иРНК, кодирующих определённые белки Активация рецептора первичным посредником приводит к активации фермента аденилатциклазы, превращающей АТФ в цАМФ. Циклическая АМФ способна активировать другие регуляторные белки или ферменты. В результате этого в клетке происходят определенные изменения, вызывающие адекватную реакцию клетки Изменение структуры и функции рецепторов инсулина приводит к тому, что не включается переносчик глюкозы в жировых и мышечных клетках в результате развивается инсулиннезависимая форма сахарного диабета. Нарушение структуры рецептора тестостерона у людей с набором хромосом XY вызывает болезнь тестикулярную феминизацию (синдром Морриса) 5. Структура и функции клеточных контактов Контакты бывают временные (пример-миграция клеток в ходе индивидуального развития с образованием органов и тканей) и постоянные (обеспечиваются клеточными поверхностными адгезивными молекулами (КАМ) и субстратными адгезивными молекулами (САМ)) Адгезивное связывание бывает следующим: гомофильное, гетерофильное и через линкер (КАМ связываются через САМ) Постоянные клеточные контакты делятся на механические (адгезивные), изолирующие (плотные), коммуникационные (щелевые или синаптические) Механические контакты образуются за счет гомофильного связывания (F: поддержание многоклеточности и перераспределение механической нагрузки) Дефект – пузырчатка Изолирующие контакты образованы специальными интегральными белками, формирующими изолирующие полоски (F: адгезивная, создание клеточных барьеров) Дефект – например, в эпителии капсулы Шумлянского-Боумана – наличие белка в моче Коммуникационные контакты Щелевые КК осуществялются при помощи интегральных белков коннксинов, образующих коннексоны, за счет гомофильного взаимодействия соседних клеток. Перенос ионов, витаминов, моносахаридов, АК, стероидных гормонов, цАМФ и др. Наиболее часто встерчаются в миокарде и стенке матки Дефект – аритмия, опухоли Синаптические КК образованы синапсом, включающим в себя пресинаптическую мембрану, содержащую синаптические пузырьки с нейромедиатором, синаптическую щель с адгезивными молекулами и постсинаптическую мембрану с синаптическими рецепторами, связывающиеся с нейромедиатором Нерный импульс – активация потенциалзависимых кальциевых каналов – выделение медатора в щель экзоцитозом – деполяризация и образование нервного импульса на постсинаптической мембране или деполяризацию и торможение 6. Локомоторная и метаболическая функция ПАК Локомоторная функция осуществялется за счет элементов СОСА (МФ, ПФ, МТ) – актомиозиновой и тубулиндинеиновой системами. АМС учавствует в образовании псевдоподий для передвижения, перемещение зародышевых пластов в эмбриогенезе, фагоцитозе. ТДС учавствует в образовании ресничек и жгутиков, образованных 9 дуплетами МТ, соединенных динеиновыми ручками, от центрального дуплета отходят белковые спицы Метаболическая функция заключается в участии белков ПАК в различных процессах обмена в-в и метаболизма В ГК кишечника пртистеночное пищеварение – гликозидазы расщипляют углеводы, липазы – липиды, протеазы и пептидазы – белки и пептиды, нуклеазы – НК Дефект – расстовйство пищеварения В периферической гиалоплазме ОСС локализуются протеинкиназы и ферменты гликолиза, учавствующих в бескислородном этапе энергетического обмена и расщипляющие глюкозу Дефект – малокровие 7. Структура цитоплазмы и ЭПС ЦП или ГП состоит из фибриллярных компонентов, мембранных и немамбранных органелл и включений Основная ГП – водный р-р сахаров, АК, белков и РНК, образующий микросреду для протекания бх реакций Периферическая ГП – компоненты СОСА, образующие каркас, определяющий форму клетки, образующий ЦС, локализующий органеллы и обеспечивающий внутриклеточный транспорт Включения – непоятоянные компоненты клетки. Трофические (пит в-ва – жиры, крахмал, гликоген), секреторные (хим в-ва – гормоны), специальные (синтезируемые в высокодифференцируемых клетках) ЭПС образовалась в процессе становления эукариотической клетки (погружение участков мембраны в цитоплазму, образование компартмента, следовательно, полость ферментативных реакций). ЭПС состоит из мембранных ветвящихся каналов, пузырьков и уплощенных полостей – цистерн. С функциональной точки зрения ЭПС можно разделить на 3 отдела: 1. Шероховатая или гранулярная ЭПС – уплощенные мембранные цистерны, на которых располагаются рибосомы 2. Промежуточная ЭПС – система мембранных каналов без рибосом 3. Гладкая ЭПС - система цистерн без рибосом F Основная функция - синтез и сегрегация белков (белки рибофорины, с которыми способна взаимодействовать большая часть рибосом и на мембране ЭПС могут идти элонгация и терминация белкового синтеза). В ряде случаев рибосомы, на которых происходит белковый синтез в гиалоплазме не доводят его до конца и вступают в так называемую трансляционную паузу, затем при помощи специальных причальных белков такие рибосомы присоединяются к мембране шЭПС и выходят из трансляционной паузы заканчивая синтез белка. Помимо рибофоринов на мембране шЭПС образуются специальный комплекс интегральных белков, который называется транслокационным комплексом. Он участвует в транспортировке определенных белков через мембрану шЭПС в ее полость. Все белки, которые синтезируются на рибосомах ЭПС можно разделить на две группы: 1. белки, которые уходят в ПАК и гиалоплазму 2. белки, которые уходят в полость ЭПС и которые на своем конце имеют специальную пептидную последовательность, она опознается рецепторами транслокационного комплекса и в процессе прохождения белка через транслокационный комплекс отделяется. Первый этап сегрегации проходит на мембране шЭПС. В полости шЭПС белки сегрегируют на два потока: 1. Резидентные - белки собственно ЭПС, имеют специальный аминокислотный сигнал задержки. (рибофорины, белки транслокационного комплекса, рецепторы, ферменты) 2. Транзитные - белки, которые из полости шЭПС выводятся в промежуточную ЭПС не имеют сигнала задержки и еще в полости шЭПС гликозилируютсят (мембранные, секреторные белки, ферментыгидролазы) С внутренней стороны на мембране промежуточной ЭПС находятся рецепторы, которые опознают углеводородную сигнальную часть. За счет экзоцитоза в промежуточной ЭПС образуются мембранные пузырьки, которые содержат гликозилированные белки и рецепторы их опознающие. Эти пузырьки направляются к комплексу Гольджи В шЭПС осуществляются конечные этапы синтеза некоторых мембранных липидов. F пЭПС: Отпочковывание мембранных пузырьков с помощью клатринподобных белков. F гЭПС: 1. Синтез практически всех клеточных липидов. (фосфолипиды и церамид). Кроме того, в гладкой ЭПС локализованы ферменты, которые участвуют в синтезе холестерола, который в свою очередь является предшественником стероидных гормонов. 2. Депонирование кальция и регуляция концентрации Са в гиалоплазме. Эта функция определяется тем, что на мембране трубочек гЭПС существуют переносчики для Са, а в полости гЭПС находятся Сасвязывающие белки. За счет активного транспорта с помощью Са-ого насоса он закачивается в полость ЭПС и связывается с белками. При ↓ концентрации Са в клетке пассивным транспортом Са выводится в гиалоплазму. Эта функция особенно развита в мышечных клетках, например, в кардиомиоцитах. Транспорт Са может быть вызван активацией фосфолипазной системы 3. Детоксикация. В клетках печени ядовитые гидрофобные вещества переводятся в неядовитые гидрофобные, при помощи специфичных оксидоредуктаз 4. Метаболизм углеводов. На мембране гЭПС локализован фермент глюкоза-6-фосфатаза, который способен отщеплять фосфатный остаток от глюкозы. Глюкоза может быть выведена в кровь только после дефосфолилирования. Дефект - болезнь Гирке (накопление избытка гликогена в печени и почках, а также гипогликимия, ацидоз) Общая F всех видов ЭПС – компартментализация 8. Комплекс Гольджи В состав КГ входят мембранные пузырьки, мембранные цистерны, мембранные трубочки. Цистерны (4- 10), связанные между собой фибриллами, образуют диктиосому, они изолированы друг от друга, транспорт между цистернами только в мембранной упаковке. Вокруг диктиосом – мембранные пузырьки с различным содержимым, образующие вакуолярную зону. Выделяют следующие отделы: - цис-отдел, или проксимальный полюс (ближе к ядру) - медиальный отдел (в середине диктосомы) - транс-отдел, или дистальный полюс (удаленный от ядра) F формирование компонентов ПАКа, секреторных гранул, лизосом, сегрегация белков на потоки, транспорт бжу, синтез углеводов (гликозамингликаны – смазочный материал в соединительной ткани), конденсация растворенных веществ. В КГ происходит сегрегация белков, поступающих из ЭПС. Мембранные пузырьки из ЭПС, сливаются с цистерной спасения. Она возвращает в ЭПС рецепторы и причальные белки. Белки из цистерны спасения транспортируются в соседнюю цистерну цис-отдела. Здесь происходит сегрегация белков на два потока. Часть белков фосфолилируются за счет специального фермента фосфогликозидазы, т.е. фосфолилирование идет по углеводной части. После этого белки поступают в медиальный отдел, где происходят различные химические модификации: гликозилирование, ацетилирование, сиалирование, после чего белки поступают в транс-отдел, где наблюдается частичный протеолиз белков, возможны дальнейшие химические модификации, а затем белки в трансраспределительном отделе сегрегируются на три потока: 1. Постоянный или конститутивный поток белков к ПАКу (регенерирация компонентов ПЛ и ГК) 2. Секреторный или индуцируемый поток белков (гормонов, антител) 3. Лизосомальный, с помощью которого выводятся мембранные пузырьки с фосфорилированными по маннозе белками и некоторыми гликозаминогликанами. Дефект – муколипидоз (гидролазы не попадают в лизосомы и остаются в плазме крови). 9. Лизосомы и пероксисомы, строение и функции ЛС - мембранные пузырьки, отшнуровывающиеся от транс-отдела КГ. Пузырьки сливаются между собой, образовывая первичную лизосому с матриксом внутри. Его белковые компоненты синтезируются в ЭПС, углеводные – в КГ. В матриксе локализованы неактивные гидролазы. Активация происходит за счет закисления среды путем включения протонных насосов. Ингибирование гидролаз осуществляется за счет их гликозилирования в ЭПС, за счет фосфолилирования в комплексе Гольджи, за счет того, что Рh матрикса не соответствует реакциям гидролиза. Функции лизосом реализуются в двух фагических циклах: 1. Аутофагический цикл 2. Гетерофагический цикл АЦ Процесс захватывания в ЛС собственных внутриклеточных в-в или органоидов F расщипление старых компонентов, запасных в-в клетке, избыточного кол-ва секреторных гранул, регресс эмбриональных тканей и органов в процессах морфогенеза (зачаток хвоста, жаберных щелей, перепонок м Типы АЦ ежду пальцами) 1. Макроаутофагия или типичная аутофагия. Формирование аутофагосом – сливание с первичной лизосомой, содержащей неактивные гидролазы – образование аутофаголизосомы – включение протонных насосов - закисление среды - активация гидролаз – расщипление в-в – образование вторичной ЛС – слияние с аутофагасомами и первичными лизосомами до потери активности гидролаз – образование телолизосом, вывоядщихся или накапливающихся в клетке 2. Микроаутофагия. Постпуление в-в непосредственно через мембранну лизосомы. В этом случае наблюдается фосфолилирование определенных белков первичной лизосомы. Дефект - массовый выход гидролаз в цитоплазму и неконтролируемое расщепление компонентов клетки при дестабилизации мембраны, или же суперстабилизация мембраны. Болезни накопления при отсутствии гидролаз ГЦ - расщепление веществ из внешней среды. Формирование гетерофагосомы, сливание с первичной лизосомой. Весь дальнейший гетерофагический цикл осуществляется так же, как и аутофагический. F питание у одноклеточных, защита (нейтрофилы и макрофаги), усиление иммунного ответа за счет обработки чужеродного вещества, участие сперматозоида в оплодотворении, пристеночное пищеварение Дефект -различные иммунодефициты. Пероксисомы – мембранные орг, содержащие оксидоредуктазу, пероксидазу, каталазу. F Расщепление длиннорадикальных жирных кислот (ферменты оксидоредуктазы, отщепляющие остатки уксусной кислоты и образуюющие внутри радикала ЖК двойную связь и как побочный продукт образуется перекись водорода. Образовавшаяся перекись используется ферментом пероксидазой для окисления токсичных веществ, а ее избыток расщепляется специальным ферментом каталазой до Н2О и ОРасщепление идет с образованием остатков уксусной кислоты или ацетата, взаимодействующего с 2 - β-окисление. коферментом А с образованием ацетилСоА, изпользующимся в энергообмене и образовании новых ЖК Дефект - Синдром Боумена-Цельвегера (новорожденные с очень маленьким весом, патологичное развитие мозга, печени, почек). Детоксикация спиртов, альдегидов и кислот за счет их окисления Катализ окисления уратов, т.к. в них находится фермент уратоксидаза Дефект - недостаток каталазы приводит к развитию рецидивирующего стоматита (язвы на деснах, гангрена зубных альвеол) 10. Митохондрии и энергетический обмен в клетке МХ – двумембранный полуавтономный органоид. Состоит из внутренней и наружной мембраны, межмембранного пространства и матрикса Наружная мембрана гладкая, в основном состоит из липидов (фосфоглицеролипиды и холестерол 80%), белки порины (20%). Также на наружной мембране имееются ферменты, участвующие в метаболизме клетки Межмембранное пространство накапливает в-ва, проходящие через наружную мембрану, ферменты, белки Внутренняя мембрана содержит до 80% белков (липопротеиновый коврик) и кардиолипин, делающий мембрану малопроницаемой. На кристах расположены ферменты синтеза АТФ. Также на внутренней мембране локализованы переносчики для ПВК, неорганического фосфата, жирных кислот, протонов, АТФ и АДФ. За счет энергии электронов, передающихся по цепи переноса электронов на внутренней мембране, в межмембранное пространство выводятся протоны и на внутренней мембране создается электрохимический градиент относительно протонов. В некоторых местах наружная и внутренняя мембраны объединяется в контактном сайте с образованием контактных сайтов, через которые транспортируются белки из гиалоплазмы Матрикс - водный р-р ионов и молекул, в котором локализуется ферменты цикла Кребса, 70S рибосомы и кольцевая ДНК. Митохондриальный геном – 37 генов, контролирующих синтез митохондриальных рРНК, т-РНК и белков, необходимых для энергообмена F участие в энергообмене клетки, расщепление короткорадикальных жирных кислот до АцСоА, синтез холестерола и предшественников стероидных гормонов, депо Са, метаболизм аммиака и в его перевод в мочевину, запас питательных веществ Энергетический обмен в клетке включает три этапа 1. Подготовительный 2. Анаэробный обмен или бескислородный 3. Аэробный или кислородный обмен Энергообмен – это совокупность реакций катаболизма, которые приводят к получению энергии. Часть энергии выделяется в виде тепловой, часть энергии запасается в виде макроэргических связей (АТФ, ГТФ, АцКоА и др) Подготовительный этап В жкт. Расщепление полимеров на мономеры (крахмал – глюкоза, белки – АК, жиры – глицерин и жирные кислоты, нукл кислоты – нуклеотиды). Энергия выделяется в виде тепла Анаэробный этап В цитоплазме Гликолиз – совокупность реакций расщепления глюкозы до ПВК На одну молекулу глюкозы затрачивается 2 молекулы АТФ и образуется 4 молекулы АТФ и 2 молекулы восстановленного переносчика, поэтому чистый выход на одну молекулу глюкозы = 2 молекулы АТФ и 2 молекулы НАДН Н+ . У некоторых бактерий вместо ПВК могут образовываться другие органические кислоты или этанол. Таким образом, у бактерий результатом гликолиза будет являться брожение, например, молочнокислое, спиртовое, лимоннокислое, уксуснокислое. Аэробный этап Проходит в митохондриях и включает в себя: 1. Промежуточный этап 2. Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот, цикл лимонной кислоты) 3. Окислительной фосфорилирование Промежуточный этап - в матриксе МХ ПВК через поры в наружной мембране поступают в межмембранное пространство, а затем через пассивные переносчики на внутренней мембране поступает в матрикс. В матриксе ПВК расщепляется до остатков уксусной кислоты, которые соединяются с СоА. В ходе реакции расщепления выделяется СО2 и образуется восстановленный переносчик. Но на 1 молекулу глюкозы образуется 2 молекулы АцСоА и образуется 2 молекулы восстановленного переносчика 8 Цикл Кребса - в матриксе митохондрий Суть - сжигание уксусной кислоты и получение энергии. Для этого АцСоА фиксируется на щавелеуксусной кислоте или ЩУКе. По ходу встречается 4 фермента дегидрогеназы. За счет дегидрогеназ восстанавливаются переносчики и образуются 3 НАДН Н+ и 1 молекула ФАДН2. По ходу цикла располагаются ферменты декарбоксилазы, за счет которых образуются 2 молекулы СО2. В цикле необходима фиксация воды. По ходу цикла от трикарбоновых кислот отщепляется СоА, который затем присоединяется к другим трикарбоновым кислотам. За счет энергии отщепления образуется одна молекула ГТФ, в которой потом заменяется азотистое основание и образуется 1 молекула АТФ. Суть цикла заключается в получении восстановленных переносчиков, которые затем используются в процессах окислительногофосфорилирования. На 1 молекулу глюкозы цикл прокручивается 2 раза (т.к. 2 АцСоА) и образуется 6 НАДН Н+ , 2 молекулы ФАДН2 и 2 АТФ. Окислительное фосфорилирование – на внутренней мембране митохондрий и делится на 2 процесса: 1. окисление 2. фосфорилирование Окисление проходит за счет электронно-транспортной цепи, содержащую около 40 различных белков, расположенных в порядке изменения их окислительно-восстановительного потенциала, и локализованной на внутренней мембране. Ферменты дыхательной цепи – НАД- и ФАД- зависимые дегидрогеназы, ко-фермент Q, цитохромы, железо-серные белки и медьсодержащие белки, формирующие ферментативные комплексы НАДН*Н-дегидрогеназный комплекс (НДК). 25 белков. Донор протонов и электронов НАДН*Н+. НДК делит электроны и протоны на два потока – на кофермент Q и в межмембранное пространство соответственно. НДК создает электрохимический градиент. Ко-Q или Убихинон. Небелковый железосодержащий фермент, который способен отщеплять Н от ФАДН2, а также передавать еследующему переносчику Цитохромредуктазный комплекс (ЦРК) включает в себя цитохром С1 и цитохром В и принимает электроны и протоны от Ко-Q. Способен прокачивать в межмембранное пространство 2 протона Цитохром-оксидазный комплекс (ЦОК) Содержит цитохром а и а3 Передаваемые по ЭТЦ электроны отдают свою энергию на создание градиента протонов, а он – расходует на синтез АТФ. Конечный акцептор электронов – кислород. Образуются радикал-ионы, образующие метаболическую воду с протонами. Метаболическая вода может использоваться в ходе цикла Кребса. Т.о. главный смысл процесса окисления заключается в создании градиента концентрации относительно протонов на внутренней мембране митохондрий (протонного резервуара в межмембранном пространстве не создается т.к. протоны способны диффундировать через поры наружной мембраны в гиалоплазму). Донорами электронов в данном случае являются восстановленные переносчики, которые образуются в ходе гликолиза, промежуточного этапа и цикла Кребса, причем на одну молекулу НАДН Н+ в межмембранное пространство выкачивается 6 Н+ , на одну молекулу ФАДН2 – 4 Н + . Фосфорилирование 11. Немембранные органеллы и включения Небольшие частицы из двух субъединиц рибонуклеопротеидной природы. Рибосомы состоят из рибосомальных белков и рРНК. Они имеются в ГП, на ядерной одолочке и на шЭПС – большие 80S, или эукариотические рибосомы. В МХ, пластидах и бактериях – 70S, или прокариотические. РБ состоит из большой и малой субъединицы: у прокариот это 50S и 30S, и эу – 60S и 40S. Субъединицы формируют на рибосоме 4 активных центра – аминоацильный (АЦ), пептидильный (ПЦ), трансферазный (ТЦ) и эжекторный (ЭЦ) АЦ – узнавание антикодонов аа-т-РНК, ПЦ – удержание пептидил-т-РНК, ТЦ – образование пептидной связи между карбоксигруппой пептидил-т-РНК с аминогруппой аа-т-РНК, ЭЦ – выталкивание свободной т-РНК. Клеточный центр располагается около ядра и состоит из центросомы и центросферы, представляя собой центр организации микротрубочек (ЦОМТ). Центросомы и центросферы образованы МТ, собирающихся из α и β тубулина, под инициацией γ тубулина. Центросома образована центриолями из 9 триплетов МТ с динеиновыми ручками. Внутри центроли белковая ось, от которой отходят 9 белковых фибрилл-спиц. ЦО расположены диплосомой перпендикулярно друг к другу, при этом у одной имеются сателлиты с γ тубулином В S-периоде интерафазы ЦО удавиваются Перед делением сателлиты переформировываются в перицентриолярное гало, выполяняя функцию ЦОМТа в материнских ЦО Центросфера представялет совокупность радиально расходящихся МТ, включая также МФ и ПФ. F КЦ: организация сборки интерфазных МТ, сборка нитей веретена деления Микротрубочки и микрофиламенты (см выше) Реснички и жгутики, состоящие из дуплетов МТ, в основании – базальное тельце. Включения - необязательные компоненты цитоплазмы; они возникают и исчезают в зависимости от состояния клетки. 4 типа: Трофические (капельки жиров, гранулы полисахаридов), Секреторные и экскреторные, Пигментные. 13. Строение ДНК. Репликация ДНК ДНК – правозакрученная спираль, состоящая из двух антипараллельных комплеменарных полинуклеотидных цепей, связанных водородными связями Мономеры – дезоксирибонуклеотиды, состоящие из азотистого основания (пуринового – А, Г или пиримидинового – Ц, Т), дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты Нуклеотиды связываются между собой при помощи сложноэфирных связей Репликация - полуконсервативный матричный процесс, происходящий в синтетическом периоде клеточного цикла. Обычно у клеточных организмов и вирусов паразитирующих бактерий: матрица – ДНК, копия – ДНК У ретровирусов (СПИД): матрица - РНК, копия - ДНК У рибовирусов (грипп): матрица-РНК, копия –РНК Центральным ферментом данного процесса является фермент ДНК-зависимая-ДНК-полимераза У прокариот встречаются только два типа полимераз: полимераза 1 и полимераза 2. У эукариот: полимераза α, полимераза β, полимераза ε, полимераза δ, полимераза γ (в митохондриях). Полимераза α - синтез небольших фрагментов ДНК, наращивание 3’ конца Полимераза β – репарация ДНК Полимераза ε - синтез очень длинных фрагментов ДНК Полимераза γ – репликация митохондриальной ДНК Как и любой матричный процесс, репликация требует участия ферментов белковых факторов, энергии в виде АТФ. Делится на три стадии: Инициация – начинается в автономно-реплицирующихся последовательностях (АРП) или точках ori (у прокариот) на молекуле ДНК, которые богаты содержанием А=Т пар, и продолжается в обоих направлениях от точек терминации. Ori-район опознается ori-связывающими белками, которые активизируются благодаря фосфолилированию. Комплекс белка и точки-ori или комплекс инициирующего белка и АРП опознается ферментом геликазой, который начинает разрывать водородные связи в А=Т парах, в результате чего образуется репликационный глазок или вилка репликации - Проблему суперсперализации двуцепочечной ДНК по обе стороны от репликационного глазка решает фермент топоизомераза, надрезая одну из нитей ДНК, распутывая и сшивая обратно. - Проблему восстановления водородных связей между цепями и появления репликационных шпилек (скручивание ДНК) решают стабилизирующие SSBP-белки, кооперативно присоединяющиеся к одной цепочке ДНК. - Проблема создания затравки. ДНК-полимераза не может начинать синтез, но это делает ДНКзависимая-РНК-полимераза (праймаза), она по правилу комплементарности строит на матричной к 3’-5’ цепи фрагмент РНК или праймер (до 100 нуклеотидов), являющийся затравкой. К праймеру присоединяется ДНК-полимераза α, наращивающая 3’ конец РНК/далее ведущая синтез ДНК. Элонгация – осуществляется с помощью ферментов ДНК-полимераза ε и ДНК-полимераза δ ДНК-полимераза ε ведет синтез новой лидирующей цепи, комплементарной материнской. По антипараллельной цепи 5’-3’ тоже идет построение праймера, но репликация идет в обратном направлении за счет работы ДНК-полимеразы δ. По матричной цепи 3’-5’ синтез ДНК будет продолжаться непрерывно (лидирующая цепь), а по второй матричной цепи 5’-3’ – прерывисто, тк направление работы полимеразы не совпадает с направлением работы геликазы (отстающая цепь), следовательно, необходимо построение новых праймеров. Терминация Далее праймеры удаляются вытеснением, после подвергаясь расщеплению ферментом эндонуклеазой, а на их место встают короткие отрезки ДНК – фрагменты Оказаки Куски ДНК сшиваются ДНК-лигазой, который образовывает ковалентные связи с затравкой с помощью энергии АТФ. Репликон - участок молекулы ДНК между двумя терминаторами. - Проблема с застройкой бреши на лидирующей цепи ДНК. С каждой репликацией длина цепей уменьшается из-за утраты теломерных участков, следовательно, генов останется все меньше и меньше. Это приводит к ограничению кол-ва клеточных делений. Первичные половые клетки, стволовые клетки крови и эпителия, раковые клетки могут делиться неограниченное число раз. В таких клетках в активной форме находятся фермент теломераза, работающая как обратная транскриптаза и использующая РНК, комплементарную теломерному повтору, как матрицу для построения ДНК. 12. Ядро, строение и функции несколько комплексов в составе ядра: 1. Поверхностный аппарат ядра или кариотека 2. Кариоплазма, нуклеоплазма, ядерный сок или кариолимфа 3. Ядерный матрикс 4. Хроматин ПАЯ состоит из нескольких элементов: 1. Ядерная оболочка или кариолемма 2. Белковые поровые комплексы 3. Периферическая плотная пластинка (ППП), которая подстилает кариолемму Ядерная оболочка представлена наружной и внутренней мембраной, которые переходят друг в друга в районе пор, между мембранами находится перинуклеарное пространство. Наружная мембрана ядра непосредственно переходит в мембрану шЭПС, поэтому в настоящее время считается, что ядерный аппарат возник как специализированная часть ЭПС и его возникновение способствовала изоляции генетического материала от остальной цитоплазмы. На наружной мембране могут располагаться рибосомы, кроме того, здесь локализовано большое количество переносчиков, ферментов и рецепторов. F разделение внутриядерного содержимого от цитоплазмы, формированием отдельного компартмента В кариолемме располагается большое количество пор, причем количество пор зависит от функциональной активности ядра. В порах располагаются поровые комплексы, главная функция которых состоит в специфическом транспорте макромолекул из ядра и в ядро. Каждый поровый комплекс представляет собой систему крупных белковых гранул, причем в каждой комплекс входят периферические глобулы и одна центральная глобула. Периферические глобулы образуют наружное и внутренней кольцо, причем каждое кольцо состоит из 8 глобул. Эти кольца связаны с центральной глобулой фибриллярными белками, которые придают целостность всему комплексу. Фиксация периферических глобулярных колец осуществляется за счет гидрофобных взаимодействий с наружной и внутренней мембраной, а также за счет взаимодействия с ППП. Через центральную глобулу из ядра в цитоплазму транспортируются и-РНК, из цитоплазмы в ядро транспортируются полипептиды, причем на центральной глобуле есть рецепторы, опознающие белковые молекулы, и транспорт белков идет с затратой энергии АТФ. Белки, попадающие в ядро, называются нуклеофильными т.к. они обладают пептидной сигнальной последовательностью. Через периферические глобулы из ядра в цитоплазму транспортируются т-РНК и субъединицы рибосом. ППП это сложная белковая структура, которая состоит из скелетных белков-ламинов А, В, С, взаимодействующих друг с другом и формирующие сложную сетчатую структуру. Ламины подстилают только внутреннюю мембрану, в районе поровых комплексов они прерываются. F кольца порового комплекса, организация хроматина, т.к. к ламинам определение формы ядра, единство клеточных структур, организация внутреннего периферического -А прикрепляются теломерные участки хромосом Кариоплазма представляет собой водный раствор органических веществ и ионов. В ней содержится ядерный матрикс, хроматин, ферменты гликолиза и другие белки. Создают специфическую среду для протекания матричных процессов. Ядерный матрикс включает разнообразные белки: структурные – актин и коллаген, которые поддерживают форму ядра и составляют кариоскелет совместно с ламинами, белки-ферменты, регуляторные белки матричных процессов, белки-организаторы хроматина. В ЯМ выделяют ядрышко, состоящее из фибриллярных и гранулярных компонентов. Фибриллярный – участки хромосом с вторичной перетяжкой, которые содержат множественные копии генов р-РНК – ядрышковый организатор. Гранулярный – р-РНК + р-блеки, образующие большие и малые рибосомальные единицы. F обеспечивающие матричные процессы пространственная организация хроматина, образование ядрышка, оодержит белки, инициирующие и Хроматин – комплекс ДНК и белков-гистонов, который можно назвать дезоксирибонуклеопротеидом. Из хроматина строятся хромосомы. Гистоны обладают щелочными свойствами и хорошо взаимодействуют с ДНК. 5 видов гистонов – Н1, Н2А, Н2В, Н3, Н4, находящиеся в соотношении 1:2:2:2:2. Участвуют в структурной организации хроматина и обеспечивают его компактизацию и функциональную активность. 3 уровня пространственной организации хроматина Нуклеосомный – образование нуклеосом, белковой основой которых является коровая частица, содержащая 8 молекул разных гистонов (Н2А, Н2В, Н3, Н4х2). Она взаимодействует с участком молекулы ДНК, наматывающимся на коровую частицу 1,7 раза. ДНК закрепляется гистоном Н1. Идет формирование нуклеосомной нити – ряд бусинок (нуклеосом) и нить (линкерная ДНК). За счет нуклеосомной организации ДНК укорачивается в 7 раз. Не препятствует использованию ДНК в качестве матрицы для синтеза РНК. Нуклеомерный – организация нуклеомер с помощью гистона Н1, чьи концевые домены взаимодействуют между собой, сближая соседние нуклеомеры. Группы из 4-12 нуклесом – нуклеомера. ДНК укорачивается в 40 раз. Препятствует использованию ДНК в качестве матрицы для синтеза РНК. Хромомерный – взаимодействие специфических участков молекулы ДНК с белками ядерного матрикса. Вокруг белков формируются петли нуклеомерного хроматина, образующие хромомеры. ДНК укорачивается в 1000 раз Хромонемный – сближение в линейном порядке хромомерных петель с образованием хромонемной нити Хромосомный – спиральная укладка хромонемы (хроматиды) Максимальная конденсация – в метафазу При дифференциальной окраске основная масса хроматина имеет бледную окраску за счет слабого поглощения красителя – эухроматин. Интенсивно поглощающий краситель и имеющий яркую окраску – гетерохроматин. Интенсивность окрашивания зависит от степени спирализации, отражающейся на функциональной активности хроматина Эухроматин – невысокая степень спирализации, может служит матрицей для ситеза РНК, т.е. содержит активные гены Гетерохроматин – сильно спирализован и включает функциональную (факультативную) и структурную (конститутивую) составляющие ФГ может переходить в эу- путем деконденсации и деспирализации и участвовать в транскрипции. СГ транкрипционно неактивен и выполняет только структурную функцию, образуя центромерные и теломерные районы хромосом Деспирализация хроматина – один из методов экспрессии генов |