цитологические исследования в кдл. цитологические исследования. Цитологические исследования Цитология
 Скачать 168.52 Kb.
|
|
Реснички подразделяются на две группы: кинетоцилии, которые характерны для специальных эпителиев или свободно плавающих клеток и первичные реснички. Ресничка представляет собой тонкий цилиндрический вырост в цитоплазме с постоянным диаметром 300 нм. Вырост от основания до верхушки покрыт плазмолеммой. Внутри выроста расположена структура аксонема, состоящая в основном из тубулина и динеина. Нижняя проксимальная часть реснички погружена в цитоплазму и называется базальное тельце. Диаметры аксонемы и базального тельца одинаковы. Аксонема в своем составе имеет девять дуплетов, образующих внешнюю стенку цилиндра аксонемы. Дуплеты микротрубочек слегка повернуты под углом примерно 10 градусов по отношению к радиусу аксонемы. В дуплетах микротрубочек так же различают полную или А-микротрубочку, состоящую из 13 протофиламентов и В-микротрубочку, неполную, она имеет 11 протофиламентов. А-микротрубочка несет на себе выросты, которые направлены к В-микротрубочке с соседнего дуплета. Формируют эти ручки дополнительный белок динеин. Денеин представлен крупными белковыми комплексами, состоящими из 9 – 12 полипептидных цепей, содержащих 2 – 3 глобулярные головки, связанные вместе более гибкими линейными участками. Каждая головка динеина имеет активный центр для взаимодействия с молекулой АТФ. От А-микротрубочек к центру центрально цилиндра отходят радиальные вспомогательные белки, которые формируют спицы, отходящие от центрально цилиндра. Базальное тельце реснички имеет точно такое же строение, как и центриоль. Имеются ручки, втулка и спицы, расположенные в нижней части базального тельца. На участке базального тельца, примыкающего к плазмолемме, имеется девять придатков, идущих от каждого триплета к плазматической мембране и связывающих его с клеточной тканью. Поэтому базальное тельце и ресничка структурно связаны друг с другом и составляют единое целое. А- и В-микротрубочки в триплетах базального тельца, продолжаются в А- и В-микротрубочках в дуплетах аксонем. А вот внутренние части отличны друг от друга и часто в зоне перехода базального тельца в ресничку наблюдают аморфную поперечную пластинку, от которой начинаются в область аксонемы рост центральных микротрубочек. Реснички не сокращаются. Они изгибаются или бьются. В этом движении динеин является мото- или двигательным белком. При ассоциации динеина с субъединицами тубулина происходит продольное скольжение дуплетов один относительно другого. Происходит перемещение головок микротрубочек от положительного конца к отрицательному кольцу и соседний дуплет сдвигается к верхушке реснички. Дуплеты микротрубочек связаны друг с другом вспомогательными белками с центральной парой микротрубочек. Такое кооперативное смещение дуплетов в сторону верхушки приводит не к удлинению реснички, а к ее изгибу. Процесс является энергозависимым. Многие бактерии способны к движению с помощью других органелл. Это бактериальный жгутик или флагелла. Жгутики бактерий принципиально отличны. Они имеют сложное строение. Состоят из трех основных частей: внешней длинной волокнистой нити собственно жгутика, крючочка и базального тельца. Жгутиковая нить построена из белка флагеллина. Молекулярная масса его от 40 до 60 тыс. Глобулярные субъединицы флагеллина полимеризуются в спирально закрученные нити так, что образуется структура. Диаметр 12 – 25 нм. Полая внутри. Белки флагеллина не способны к движению. Они могут спонтанно полимеризоваться в спиральные нити с определенным шагом спирали. Вблизи клеточной поверхности бактерий флагелла переходит к более широкому участку, который называется крючок. Длина крючка около 45 нм. Он состоит их других белков. Бактериальное базальное тельце состоит из стержня связанного с крючком и четырех колец «дисков». Одно кольцо погружено в липосахаридную мембрану, другое – в слой муреина. Другие погружены в белковый комплекс. У эукариот жгутики движутся за счет продольного движения дуплетов. У бактерий движение жгутиков происходит за счет вращения базального тельца вокруг своей оси в плоскости плазматической мембраны. Движение жгутиков не зависит от АТФ. Третья составная часть – 10-нм промежуточные филаменты. Они строятся из фибриллярных мономеров. Основная конструкция промежуточных филаментов напоминает канат, который имеет фиксированную толщину. Локализация промежуточных филаментов строго центрирована в клетке. Они располагаются в околоядерной зоне и в пучках фибрилл, отходящих к периферии клеток. Встречаются промежуточные филаменты во всех типах клеток животных, но особенно много в тех клетках, которые подвержены механические воздействия. Например, эпидермис, мышцы, нервные отростки. В клетках растений нет промежуточных филаментов. 1.3 В состав филаментов входит большая группа изомерных белков, которые подразделяются на четыре группы: 1) Кератиновые волокна. Они способны к полимеризации. Состоят из двух подтипов. Разделяются на кислые и нейтральные. 2) Виментин, виментиновые волокна, которые характерны для мезенхимных тканей. Десмин. Характерен для мышечной ткани, причем, и гладкой и поперечно-полосатой. Глиальный белок – оболочка вокруг нейронов. 3) Нейрофиламенты. Аксоны нервных клеток. 4) Белки ламины. Они не располагаются в субмембранном слое клетки, но последние данные показали, что по строению и свойствами ламины являются промежуточными филаментами. Для всех промежуточных белков характерная сходная аминокислотная последовательность, представленная 130-ю остатками аминокислот в центральной части фибриллы, имеют спиральное строение – альфа-спираль (одинаковая у всех). Кольцевые участки характеризуются разной аминокислотной поверхностью, разной длиной, представлены не спиралью. Наличие центральных доменов позволяет образовать двойную спираль – димер, длиной около 48 нм. Димеры ассоциируют бок о бок. Образуют короткий проторфиламент, в котором будет уже 4 первоначальных молекулы и называется он тетрамер. Толщина его около 3 нм. Протофиламенты еще раз определяются попарно и образуются длинные тонкие фибриллы из состоящей из восьми продольных протофиламентов (октамер, диаметр 10нм). В этом особенность полимеризации промежуточных филаментов. Белки ядерной ламины, они полимеризуются иначе. Они образуют димеры с головками на одном конце, они, полиризуясь по 2, формируют рыхлую сетчатую прямоугольную решетку. Такая решетка связанная из димеров, способна к реакции фосфорилирования, что приводит к распаду рыхлой прямоугольной решетки. Цитоплазматические промежуточные филаменты относятся к самым стабильным и долгоживущим элементам цитоскелета. Это и есть истинно-опорная система. Интересно, что расположение промежуточных филаментов как бы дублирует расположение микротрубочек. При разрушении микротрубочек наблюдается интересное явление, которое называется коллапс промежуточных филаментов. Они собираются в плотные пучки вокруг ядра. Функции промежуточных филаментов: 1) Структурная, противодействуют силам растяжения; 2) Интеграция трех систем клетки: поверхностного аппарата, цитозоля и ядра. Итог темы. В составе цитоскелета можем выделить такие элементы цитоскелета: только каркасные (промежуточные филаменты) и опорно-двигательные (актин-миозин, тубулин-динеин). В опорно-двигательных элементах существуют 2 различных способа движения: 1) Основан на способности основного белка микрофиламентов актина и основного белка микротрубочек тубулина к полимеризации и деполимеризации, что приводит при связи этих белков с плазматической мембраной к ее морфологическим изменениям в виде образования псевдоподий, с целью перемещения клеток на поверхность субстрата. 2) При втором способе передвижения фибриллы актина или тубулина являются направляющими структурами, по которым перемещаются специальные подвижные белки – моторы. Они взаимодействуют с мембранными или фибриллярными компонентами клетки, вызывая ее перемещение. ЛЕКЦИЯ: Рибосомы. Рибосомы имеются в любой клетки. По количеству они преобладают над всеми органоидами. Количество рибосом определяет общую интенсивность синтеза белка. Диаметр одной рибосомы примерно 10 – 20 нм. Форма и детальные очертания рибосом из разнообразных организмов и клеток очень похожи и отличаются в далях. Рибосомы – это сложные рибонуклеопротеидные частицы, в состав которых входят несколько мелких индивидуальных не повторяющихся белков и несколько молекул РНК. Рибосомы эукариот и прокариот обладают общими принципами организации и функционирования, но отличаются своими размерами и молекулярными характеристиками. Рибосомы прокариот имеют константу седиментации 70S (50S+30S). Эукариотические рибосомы так же состоят из двух субъединиц. 80S (60S+40S). Полная работающая рибосома состоит из двух неравных субъединиц, который легко диссоциируют на большую и малую. Размер составляет 20 – 17 – 17 нм. Малая рибосомная субъединица имеет палочковидную форму и несколько небольших выступов. Размеры ее 23*12. Большая субъединица похожа на полусферу с 3 выступами. При объединении в полную 70S(80S) рибосому малая субъединица входит в большую, формируется округлая. Рибосомы прокариот: В состав малой субъединица прокариот входит одна молекула РНК с константой седиментации 16S (1500- 1600 нуклеотидов) и 21 индивидуальный белок. В состав большой субъединицы входит уже две молекулы РНК(23S и 5S) и 34 индивидуальных белка. Рибосомы эукариот: В состав малой субъединицы входит 1РНК 18S и 33-40 белковых молекул. В большую 28S РНК, 5,8 S РНК и 5S РНК и 40-50 белков. Рибосомные РНК обладают сложной вторичной и третичной структурой. Самоупаковка в сложные белковые тела. Благодаря наличию ионов магния и кальция рибосомы распадаются. Почти все белки уникальные (1 молекула на рибосому). Функции белков – входят в состав активных центров рибосом. Активные центры рибосом: 1) Участок взаимодействующий с иРНК; 2) Участок инициирующий тРНК (аминоацил тРНК); 3) Активный центр образования пептидных связей; 4) Пептидил тРНК (несет растущую цепь полипептидов). Для синтеза рибосома должна иметь: 1) Программу (задает последовательность). Закодирована в ядерной ДНК. 2) Материал (вещество, АМК). 3) Энергию. На ДНК синтезируются все молекулы РНК. Транскрипция – синтез РНК по принципу комплементарности на матрице одной цепи ДНК. Фермент – ДНК-зависимая-РНК-полимераза. Язык триплетов ДНК переводится на язык кодонов иРНК. В результате транскрипции синтезируются тРНК, иРНК, рРНК, которые через поры ядра выходят. Трансляция – передача, синтез полипептидных цепей на матрице рибосомы. 1 этап. Инициация. В цитоплазме на 1 из концов иРНК вступает рибосома. Молекулы тРНК, транспортируют АМК, соединяются с рибосомой, прикрепляются к началу цепи иРНК (кодон АУГ). Рядом с первой тРНК присоединяется вторая тРНК с АМК. Если антикодон АМК комплементарен кодону иРНК, то образуется пептидная связь. Потом тРНК покидает рибосому, а иРНК в рибосоме перемещается на 1 кодон. 2 этап. Элонгация (удлинение цепи). Рибосома перемещается по иРНК, прерывисто, кодон за кодоном. тРНК взаимодействуют антикодонами с кодоном иРНК. При установлении комплементарной связи рибосома перемещается еще на 1 кодон. Фермент сшивает вторую и третью АМК, образуется полипептидная цепь. Т.е. в полипептидной цепи АМК соединены в последовательности, заданной иРНК. 3 этап. Детерминация (окончание). Трансляция 1 из 3 стоп-кодонов (УАА, УАГ, УГА).Синтез тормозится, рибосома соскакивает с иРНК. Постоянно происходят мутации. На молекулярном уровне генные. Повреждения в молекуле ДНК. Затрагивают 1 или несколько нуклеотидов. Сдвиг рамки считывания. Выпадение/вставка одного или нескольких пар нуклеотидов. Изменяются кодоны, что приводит к синтезу других АМК. Это составляет 80% всех мутаций. К ним относятся так же «нонсенс-мутации». Проявление кодонов-терминаторов. Они приводят к остановке синтеза белка. Это приводит к изменению индивидуального развития или гибели. В зависимости от природы АМК (выпадение или вставка) и их функций изменяется жизнеспособность организмов. Генные мутации с заменой основания. Транзиция (пурин заменяется на пурин или пиримидин на пирмидин); Трансверсия (пурин на пиримидин, или пиримидин на пурин). Пример. Серповидно-клеточная анемия. Наследственное нарушение структуры гемоглобина. В иРНК (ГАА заменяется на ГУА). Эта замена изменяет поверхность гемоглобина. Приводит к анемии (нехватке эритроцитов). Значимость мутаций не одинакова. Молчащие мутации не оказывают видимого изменения. Мутации, которые ведут к потере функций белка и гибели клетки – нонсенс-мутации. Качественные изменения иРНК ведут к изменению признаков организма. ЛЕКЦИЯ: Ядерный аппарат Синтез белка: ДНК àРНК àбелок. Правильность и воспроизведение последовательности аминокислот в белках определяется участком структуры молекулы ДНК, который в конечном счете и отвечает за синтез этого белка. Информация о будущей белковой молекуле передается с места его хранения в место его синтеза посредством иРНК. Нуклеотидный состав информационной РНК отражает состав и последовательность нуклеотидов генного участка молекулы ДНК. В рибосоме строится полипептидная цепь, последовательность аминокислот в которой определяется последовательностью нуклеотидов в информационной РНК, т.е. последовательностью ее триплетов. Тем самым, центральная догма молекулярной биологии подчеркивает однонаправленность передачи информации только от ДНК к белку через промежуточные звенья. Главную роль в определении структуры белков принадлежит ДНК. ДНК имеет ограниченную локализацию в клетке, а именно местом ее нахождения в эукариотических клетках служит ядро. У прокариотических организмов, которые не имеют оформленного ядра, ДНК также отделена от остальной части протоплазмы в виде нескольких компактных нуклеоидных образований. Молекула ДНК – длинная линейная структура, состоящая из двух антипараллельно закрученных цепей, основными мономерами является 4 вида дезоксирибонуклеотидов. Чередование и последовательность этих дезоксирибонуклеотидов в цепи уникальна и специфична для каждого участка молекулы ДНК и для каждого вида. Различные достаточно длинные участки молекулы ДНК ответственны за синтез разных белков, поэтому одна молекулы ДНК может определить синтез большого числа функционально и химически различных белков. И за синтез каждого белка отвечает определенный участок молекулы ДНК. Такой участок молекулы ДНК часто обозначают термином цистрон. В уникальной последовательности структуры гена заключена вся необходимая информация о структуре белка. Основной принцип, который лежит в основе структуры ДНК – это принцип комплементарности. Комплементарными являются пары нуклеотидов А-Т; Г-Ц, соединенные водородными связями. Сама по себе молекулы ДНК не является самовоспроизводящейся молекулой. Для осуществления процесса репликации необходима деятельность специального фермента, который называется ДНК-полимераза. Этот фермент осуществляет последовательно идущий от одного конца молекулы ДНК к другому концу процесс расхождения двух цепей с одновременной полимеризацией на них свободных нуклеотидов по комплементарному принципу. Одна из цепей молекулы ДНК служит матрицей, т.е. создает порядок расположения нуклеотидов в синтезирующихся цепях. Первым этапом является процесс транскрипции. В этом процессе на цепи ДНК как на матрице происходит синтез химически родственного полимера РНК. Молекула РНК представляет из себя одну цепь, мономерами которой являются четыре сорта рибонуклеотидов, которые являются небольшой модификацией молекул дезоксирибонуклеотидов. Последовательность расположение нуклеотидов в молекуле РНК в точности повторяет расположение соответствующих дезоксирибонуклеотидов одной из цепей ДНК. Поэтому информация, записанная в структуре гена целиком переписывается на информационную РНК. И с каждого гена снимается неограниченно большое количество молекул информационной РНК. Эти молекулы переносят информацию от места хранения к месту ее реализации. Процесс транскрипции тоже является ферментативной реакции. Белок, который осуществляет транскрипцию – фермент РНК-полимераза. Поток аминокислот создается двадцатью видами различных сортов аминокислот. Для создания синтеза белковой молекулы свободные аминокислоты, присутствующие в клетке, должны быть вовлечены в поток вещества, поступающий в рибосому в соответствии с определенным уникальным порядком последовательности, которую задает иРНК. Такое вовлечение аминокислот, которые являются материалом для синтеза белка осуществляется через присоединение свободных аминокислот к акцепторному концу транспортных РНК. И центральным моментом процесса биосинтеза белка является слияние двух внутриклеточных потоков: потока информации и потока материала в рибосоме. Рибосомы являются местом реализации трансляции, т.е. перевода нуклеотидной последовательность информации в аминокислотную последовательность молекулы белка. И в момент трансляции принцип комплементарности играет главную роль. Молекулы иРНК, соединенные с рибосомой в каждый конкретный момент имеет лишь определенный участок свой последовательности и только этот участок может взаимодействовать с соответствующей молекулой тРНК. Ядро, являющееся местом хранения этой информации, очень сложным образом разделяет эти два явления. Процессы транскрипции отделяются от процессов трансляции отделяются различными местами протекания этого всего. Поэтому поверхностный аппарат ядра не просто определяет форму ядра, а разделяет два главных биологических процесса. Функции ядра: хранение генетической информации и обеспечение синтеза белка. В ядре так же проходит образование субъединиц рибосом. Ядерный аппарат прокариотических клеток носит название нуклеоид. Его относят к собственно ядреным структурам, т.к. в нем находится молекула ДНК. Нуклеотид бактерий содержит 80% ДНК, а на остальные 20% приходятся рядом расположенные белки и РНК. Толщина нуклеоида 2-7нм. Количество ДНК значительно меньше, чем у эукариотов. Единица измерения пикограммы. 1пг = 10-12г. Дальтон (Да) = 1.67-24г. 1 нуклеотидная пара = 1*103 Да. Длина 0,34 нм. Для примера, в ядре человека около 6пг ДНК. У прокариот молекулы ДНК замкнутые, циклические, кольцевые. Отличительной чертой ядерных структур прокариот является то, что синтез РНК и синтез белка может происходить одновременно. Рибосомы связываются с еще не до конца синтезированными молекулами иРНК и начинают производить на них синтез белка. Тройственный союз (ДНК; РНК; рибосомы). У прокариотов процессы транскрипции и трансляции не разобщены территориально. Отличается процесс проведения ядерного материала не только при делении клетки, но и в течение всего клеточного цикла. Деление всех типов клеток происходит только после удвоения ДНК. У бактерий часто сам процесс разделения тела клетки цитотомия не связан с окончанием синтеза ДНК, т.к. до наступления клеточного деления может начаться второй и даже третий цикл репликации ДНК. В результате такого синтеза ДНК в быстрорастущих культурах микроорганизмов на каждую разделившуюся клетку приходится 1 кольцевая молекула ДНК на промежуточных стадиях ее дальнейшего удвоения. Т.е. каждая дочерняя клетка сразу после деления содержит уже частично реплицированное ядро. При делении бактериальных клеток не происходит конденсации ДНК в составе нуклеоида. По мере роста клетки в длину зона нуклеоида после синтеза белка увеличивается, а затем делится с помощью специального механизма, который предполагает обособление и разделение дочерних хромосом за счет расхождения мест их укрепления в плазмолемме. Ядро было открыто Брауном в 1833 году. Под ним понимали любые шаровидные структуры в клетках растений. На сегодня мы четко можем сформулировать особенности ядерного аппарата эукариотических клеток: 1) Ядро эукариот отделено от гиалоплазмы специальной структурой, которая называется поверхностный аппарат ядра (ядерная оболочка). 2) Количество ДНК в ядрах эукариот в тысячи раз больше, чем в составе нуклеоидов прокариотических клеток. 3) ДНК эукариот представляет собой сложный нуклеопротеидный комплекс, образующий специальную структуру с названием хроматин, из которого состоят хромосомы. 4) В состав ядер эукариот входит несколько физически не связанных хромосом, каждая из которых содержит одну линейную молекулу ДНК. 5) Каждая хромосомная ДНК представляет собой полирепликонную структуру, т.е. содержит множество автономно реплицирующихся участков. 6) Синтез и образование транскриптов эукариотических клеток сопровождается процессами вторичной их перестройки, включающей в себя как фрагментацию (процессинг), так и сращивание отдельных фрагментов (сплайсинг). 7) Процессы синтеза ДНК и РНК разобщены от процессов синтеза белка. Основные элементы ядра: 1) Поверхностный аппарат ядра. Выполняет наисложнейшую барьерно-рецепторную, транспортную и каркасную функции. 2) Хроматин – главный компонент ядра, в котором заложена генетическая информация. 3) Ядрышко – это хромосомный участок, место синтеза рибосомальных генов и образования субчастиц рибосом. 4) Ядерный белковый матрикс – это не хроматиновый остов, который обеспечивает не только пространственное расположение хромосом в ядре, но и участвует в реализации из активности. 5) Кариоплазма (ядреный сок) – это жидкая фаза клеточного ядра, в которой протекают процессы, связанные с ядреным метаболизмом и внутриядерным транспортом РНК и белков. |