Молекулярная биология клетки. Том 1. Молекулярная биология клетки 2Molecular Bruce Alberts, Dennis Bray,Biology
 Скачать 25.6 Mb.
|
|
1.2. От прокариот - к эукариотам 22 1.3.6. Клеточная память позволяет развиваться сложным формам 46 1.3.7. Основные программы развития имеют тенденцию сохраняться в процессе эволюции 47 1.2.1. Прокариотические клетки имеют простую структуру, но различаются по биохимическим свойствам 22 1.2.2. Развитие метаболических реакций 23 1.3.8. Эукариотические организмы имеют сложный аппарат воспроизведения 48 1.2.3. Цианобактерии способны фиксировать СО 2 и N 2 26 1.3.9. Клетки позвоночных имеют более 200 различных типов специализации 49 1.2.4. Бактерии могут осуществлять аэробное окисление молекул пищи 27 1.3.10. .Клетки иммунной системы специализируются на химическом узнавании 50 1.2.5. Клетки эукариот содержат несколько характерных органелл 27 1.3.11. Нервные клетки позволяют организму быстро адаптироваться в изменяющихся условиях 51 1.2.6. Эукариотические клетки зависят от митохондрий, осуществляющих окислительный метаболизм 30 1.3.12. Связи между нервными клетками определяют типы поведения 52 Заключение 56 1.2.7. Хлоропласты представляют собой потомков «захваченных» прокариотических клеток 31 Литература 57 1.2.8. Эукариотические клетки содержат множество различных внутренних мембран 33 2. Малые молекулы, энергия и биосинтез 59 1.2.9. Эукариотические клетки имеют скелет 34 2.1. Химические компоненты клетки 59 1.2.10. К царству простейших относятся наиболее сложные из известных клеток 35 2.1.1. Основа клеточной химии – соединения … рода 59 1.2.11. Гены можно включать и выключать 36 2.1.2. Клетки используют четыре основных типа молекул 61 2.1.3. Сахара как пища для клеток 61 1.2.12. Клетки эукариот содержат значительно больше ДНК, чем это необходимо для кодирования белков 37 2.1.4. Жирные кислоты - компоненты клеточных мембран 69 2.1.5. Аминокислоты - субъединицы белков 72 2.1.6. Нуклеотиды - субъединицы ДНК и РНК 75 Заключение 79 509 2.2. Упорядоченность биологических систем и энергия 79 2.5.5. Реакции компартментализованы как на уровне клеток, так и на уровне всего организма 110 Заключение 111 2.2.1. Упорядоченность биологических систем обусловлена выделением клеткой тепловой энергии 79 Литература 112 3. Макромолекулы: структура, форма и информационные функции 113 2.2.2. Фотосинтезирующие организмы используют солнечный свет для синтеза органических соединений 80 3.1. Процессы молекулярного узнавания 113 2.2.3. Химическая энергия переходит от растений к животным 81 3.1.1. Специфические взаимодействия макромолекулы зависят от слабых нековалентных связей 114 2.2.4. Клетки получают энергию в результате окисления биологических молекул 82 3.1.2. Спираль является общим структурным элементом биологических молекул, построенных из повторяющихся субъединиц 115 2.2.5. Распад органических молекул осуществляется в результате последовательных ферментативных реакций 83 3.1.3. Диффузия - первая стадия молекулярного узнавания 115 2.2.6. Часть энергии, выделенной в реакциях окисления, расходуется на образование АТР 83 3.1.4. Тепловое движение не только приводит молекулы в соприкосновение, но и отбрасывает их друг от друга 120 2.2.7. Гидролиз АТР обеспечивает упорядоченность в клетке 84 Заключение 85 3.1.5. Атомы и молекулы находятся в постоянном движении 121 2.3. Питательные вещества и источники энергии клетки 85 3.1.6. Процесс молекулярного узнавания не может быть совершенно безошибочным 122 Заключение 122 2.3.1. Молекулы питательных веществ, расщепляясь в три этапа, образуют АТР 85 3.2. Нуклеиновые кислоты 123 3.2.1. Гены состоят из ДНК 123 2.3.2. АТР в процессе гликолиза может образовываться даже в отсутствие кислорода 87 3.2.2. Молекулы ДНК состоят из двух длинных комплементарных цепей, удерживаемых вместе благодаря спариванию оснований 123 2.3.3. Окислительный катаболизм поставляет значительно большее количество биологически полезной энергии 89 3.2.3. Структура ДНК дает ключ к пониманию механизмов наследственности 125 2.3.4. Центральным процессом метаболизма является цикл лимонной кислоты 90 3.2.4. Ошибки репликации ДНК приводят к мутациям 128 2.3.5. При окислительном фосфорилировании перенос электронов к кислороду приводит к образованию АТР 92 3.2.5. Последовательность нуклеотидов в гене определяет последовательность аминокислот в белке 129 2.3.6. Аминокислоты и нуклеотиды принимают участие в круговороте азота 93 3.2.6. С последовательностей ДНК снимаются РНК-копии для синтеза белка 130 Заключение 94 2.4. Биосинтез и создание упорядоченности 94 3.2.7. Молекулы РНК эукариотических клеток подвергаются сплайсингу, чтобы убрать интронные последовательности 131 2.4.1. Возможность протекания реакции определяется величиной изменения свободной энергии 94 2.4.2. Реакции биосинтеза зачастую непосредственно сопряжены с гидролизом АТР 95 3.2.8. Последовательность мРНК «считывается» группами по три нуклеотида и переводится в последовательность аминокислот 132 2.4.3. Коферменты участвуют в переносе специфических химических групп 100 3.2.9. Соответствие между аминокислотами и триплетами нуклеотидов устанавливают молекулы тРНК 132 2.4.4. Для биосинтеза необходимы восстановительные эквиваленты 102 3.2.10. Считывание мРНК от одного конца до другого осуществляют рибосомы 133 2.4.5. Синтез биологических полимеров осуществляется путем повторения элементарных реакций дегидратации 103 3.2.11. Некоторые молекулы РНК функционируют как катализаторы 134 Заключение 104 Заключение 137 2.5. Координация катаболизма и биосинтеза 104 3.3. Структура белка 137 3.3.1. Форма белковой молекулы определяется ее амино-кислотной последовательностью 137 2.5.1. Метаболизм - организуемый и регулируемый процесс 104 2.5.5. Реакции компартментализованы как на уровне клеток, так и на уровне всего организма 110 2.5.2 Метаболические пути регулируются изменениями ферментативной активности 106 Заключение 111 Литература 112 2.5.3. Катаболические реакции могут обращаться при поглощении энергии 107 3. Макромолекулы: структура, форма и информационные функции 113 3.1. Процессы молекулярного узнавания 113 2.5.4. Ферменты могут переходить в активное или неактивное состояния путем ковалентных модификаций 109 3.1.1. Специфические взаимодействия макромолекулы 510 4.1.3. Различные компоненты клетки можно окрашивать по- разному 176 3.3.5. Сравнительно немногие потенциально возможные полипептидные цепи могут оказаться полезными 146 3.3.6. Новые белки часто возникают в результате незначительных изменений старых 146 4.1.4. Специфические молекулы могут быть локализованы в клетках с помощью флуоресцентной микроскопии 177 3.3.7. Новые белки часто возникают в результате объединения разных полипептидных доменов 148 4.1.5. Фазово-контрастный и интерференционный микроскопы позволяют изучать живые клетки 178 3.3.8. Структурные гомологии могут помочь в определении функций вновь открытых белков 149 4.1.6. Изображение можно усиливать или анализировать с помощью электронных методов 180 3.3.9. Белковые субъединицы способны к самосборке в большие клеточные структуры 150 4.1.7. Электронный микроскоп позволяет анализировать тонкую структуру клетки 181 3.3.10. Одинаковые белковые субъединицы могут взаимодействовать с образованием геометрически регулярных структур 150 4.1.8. Для наблюдения под электронным микроскопом биологические образцы необходимо подвергнуть специальной обработке 181 3.3.11. Самособирающиеся структуры могут состоять из различных белковых субъединиц и нуклеиновых кислот 153 4.1.9. Сканирующий электронный микроскоп используется для получения трехмерного изображения поверхности 185 3.3.12. Не все клеточные структуры образуются путем самосборки 154 Заключение 155 4.1.10. Для изучения деталей поверхности в просвечивающем электронном микроскопе используют оттенение 186 3.4. Функции белков 155 3.4.1. Конформация белка определяет его химические свойства 156 4.1.11. Методы электронной микроскопии замораживание- скалывание и замораживание –травление обеспечивают уникальную возможность наблюдать внутреннее строение клетки 186 3.4.2. Связывание субстрата - первая стадия ферментативного катализа 158 3.4.3. Ферменты ускоряют реакции, но не смещают химического равновесия 159 4.1.12. Методы негативного контрастирования и криоэлектронной микроскопии обеспечивают высокое разрешение при анализе макромолекул 188 3.4.4. Многие ферменты заставляют реакции протекать преимущественно в одном направлении, сопрягая их с гидролизом АТР 160 4.1.13. Детальная структура молекул, образующих кристаллическую решетку, может быть рассчитана на основании полученных дифракционных картин 190 3.4.5. Мультиферментные комплексы повышают скорость клеточного метаболизма 160 3.4.6. Внутриклеточные мембраны ускоряют реакции, лимитируемые диффузией 161 4.1.14. Дифракция рентгеновских лучей дает возможность выявить трехмерную организацию атомов в молекулах 192 Заключение 193 3.4.7. Молекулы белка способны обратимо изменять свою форму 162 4.2. Изучение химической среды в живых клетках 194 3.4.8. Аллостерические белки участвуют в регуляции метаболизма 162 3.4.9. Аллостерические белки совершенно необходимы для клеточной сигнализации 163 4.2.1. Для определения химических условий в популяции живых клеток можно использовать ядерный магнитный резонанс (ЯМР) 194 3.4.10. Белки можно заставить изменять конформацию 163 4.2.2. Концентрацию ионов можно измерять внутриклеточными электродами 196 3.4.11. Изменения конформации белка, происходящие с затратой энергии, могут быть использованы для выполнения полезной работы 165 4.2.3. Быстрые изменения концентрации внутриклеточных ионов можно измерять с помощью светоизлучающих индикаторов 197 3.4.12. Мембранные аллостерические белки, используя энергию АТР, могут служить молекулярными насосами 166 4.2.4. Существует несколько методов для введения в клетки молекул, не проникающих через мембрану 199 Заключение 201 3.4.13. Белки могут мобилизовать энергию ионных градиентов для выполнения полезной работы 166 4.3. Разделение клеток и их культивирование 201 3.4.14. Белковые машины играют основную роль во многих биологических процессах 167 4.3.1. Клетки можно выделить из тканей и разделить на различные типы 201 Заключение 167 Литература 168 4.3.2. Клетки можно выращивать в культуральном сосуде 203 4. Как изучают клетки 172 4.1. Микроскопия 172 4.3.3. С помощью сред определенного химического состава можно идентифицировать специфические факторы роста 204 4.3.4. Для получения гомогенных клеток обычно используют клеточные линии эукариот 205 4.1.1. С помощью светового микроскопа можно различить объекты, отстоящие друг от друга на 0,2 мкм 174 4.3.5.. Слияние клеток приводит к образованию клеточных гибридов 206 4.1.2. Для проведения микроскопических исследований ткани обычно фиксируют и режут 175 Заключение 511 4.4. Фракционирование клеточного содержимого 208 4.4.1. С помощью ультрацентрифугирования можно разделять органеллы и макромолекулы 208 4.6.9. Искусственные ДНК-зонды позволяют проводить дородовую диагностику наследственных болезней 240 4.6.10. Гибридизация позволяет выявлять и отдаленно родственные гены 241 4.4.2. Детали сложных внутриклеточных процессов на молекулярном уровне можно расшифровать в бесклеточных системах 210 4.4.3. Для фракционирования белков можно использовать хроматографию 211 4.6.11. Для локализации специфических последовательностей нуклеиновых кислот в хромосомах и клетках используют гибридизацию in situ 242 4.6.12. Методы рекомбинантных ДНК дают возможность изучать даже минорные белки клеток 243 4.4.4. С помощью электрофореза в полиакриламидном геле в присутствии додецилсульфата натрия (ДСН) можно определить размеры и субъединичный состав белков 215 4.6.13. Функция генов наиболее ярко проявляется в организме мутантов 244 4.4.5. Методом гель-электрофореза можно разделить в одном геле более 1000 белков 216 4.6.14. Клетки и организмы, содержащие измененные гены, можно исправить 245 4.4.6. Избирательное расщепление белка приводит к образованию характерного набора пептидных фрагментов 219 4.6.15. С помощью искусственных генов, кодирующих антисмысловые РНК, можно создавать специфические доминантные мутации 245 Заключение 246 Литература 247 4.4.7. С помощью автоматических приборов можно анализировать короткие аминокислотные последовательности 219 5. Основные генетические механизмы 253 Заключение 220 5.1. Синтез РНК и белка 253 4.5. Изучение клеточных макромолекул с помощью антител и радиоактивных изотопов 221 5.1.1. РНК-полимераза «переписывает» заключенную в ДНК информацию в виде РНК: процесс транскрипции 254 4.5.1. Методы выявления радиоактивных атомов отличаются высокой чувствительностью 221 5.1.2. Промоторная последовательность определяет, какая именно цепь ДНК будет транскрибироваться 256 4.5.2. Радиоактивные изотопы используют для изучения перемещения молекул в клетках и в целом организме 222 4.5.3. Для выявления и выделения специфических молекул можно использовать антитела 223 5.1.3. Молекулы транспортных РНК служат адапторами, переводящими нуклеотидные последовательности в аминокислотные 258 4.5.4. Клеточные линии гибридом служат источником моноклональных антител 226 5.1.4. Каждая аминокислота присоединяется к соответствующей молекуле тРНК при помощи специфического фермента 260 4.5.5. Антитела и другие макромолекулы можно инъецировать в живые клетки 227 Заключение 228 5.1.5. Аминокислоты присоединяются к карбоксильному концу растущей полипептидной цепи 261 4.6. Технология рекомбинантных ДНК 228 5.1.6. Генетический код вырожден 263 4.6.1. Технология рекомбинантных ДНК революционизировала клеточную биологию 228 5.1.7. Реакции синтеза белка протекают на рибосомах 264 5.1.8. Рибосома продвигается шаг за шагом вдоль цепи мРНК 265 4.6.2. Рестрицирующие нуклеазы расщепляют ДНК в специфических участках нуклеотидных последовательностей 230 5.1.9. Белковая цепь отделяется от рибосомы, как только она достигает одного из трех терминирующих кодонов 267 4.6.3. Клонирование ДНК позволяет получать любые последовательности ДНК в большом количестве 231 5.1.10. Рамка считывания матрицы устанавливается в момент инициации синтеза полипептидной цепи 267 4.6.4. Метод гель-электрофореза позволяет быстро фракционировать молекулы ДНК разного размера 232 5.1.11. У эукариот на каждой молекуле мРНК синтезируется только один вид полипептидных цепей 269 4.6.5. Очищенные молекулы ДНК можно метить радиоизотопами in vitro 233 5.1.12. Множество рибосом, присоединившихся к одной молекуле мРНК, образуют полисому 271 4.6.6. Выделенные фрагменты ДНК можно легко секвенировать 234 5.1.13. Общая скорость белкового синтеза регулируется у эукариот факторами инициации 272 4.6.7. Реакция гибридизации нуклеиновых кислот - чувствительный метод выявления специфических последовательностей нуклеотидов 237 5.1.14. Точность белкового синтеза обеспечивается двумя различными механизмами 272 5.1.15. Многие ингибиторы белкового синтеза прокариот - эффективные антибиотики 274 5.1.16. Эволюция белкового синтеза 275 4.6.8. Методы Нозерн- и Саузерн-блоттинга позволяют гибридизовать молекулы нуклеиновых кислот, предварительно фракционированные с помощью электрофореза 239 Заключение 276 512 5.2. Механизмы репарации ДНК 276 5.2.1. Высокая надежность сохранения нуклеотидных последовательностей ДНК 277 5.4.2. Общая рекомбинация инициируется в точке разрыва одной из двух цепей двойной спирали ДНК 303 5.2.2. Скорость мутирования в растущих клетках совпадает с оценками, полученными на основе эволюционных исследований 277 5.4.3. Гибридизация ДНК может служить моделью этапа общей рекомбинации, связанного с комплементарным спариванием 304 5.2.3. Большинство мутаций, изменяющих белки, вредны и элиминируются естественным отбором 278 5.4.4. Белок rесА у Е. coli дает возможность одиночным цепям ДНК спариваться с гомологичным участком двойной спирали ДНК 305 5.2.4. Наблюдаемые низкие частоты мутаций необходимы для сохранения вида в целом и каждого индивидуума 279 5.4.5. Общая генетическая рекомбинация включает обычно обмен с перекрещиванием цепей 307 5.2.5. Низкие частоты мутаций означают, что родственные организмы построены практически из одних и тех же белков 279 5.4.6. Общая генетическая рекомбинация в сочетании с ограниченным синтезом ДНК ведет к конверсии генов 309 5.2.6. Без коррекции спонтанные повреждения в ДНК быстро изменили бы ее нуклеотидные последовательности 280 5.4.7. Ферменты сайт-специфической рекомбинации вводят в геном особые нуклеотидные последовательности ДНК и выводят их из геномов 310 Заключение 313 5.2.7. Стабильность генов обеспечивается репарацией ДНК 281 5.5. Вирусы, плазмиды и транспозоны 313 5.2.8. Различные типы повреждений в ДНК распознаются разными ферментами 283 5.5.1. Вирусы - это мобильные генетические элементы 314 5.2.9. Клетки синтезируют репарирующие ферменты в ответ на повреждение ДНК 284 5.5.2. Вирус заключен в белковый капсид или в мембранную оболочку 315 5.2.10. Особенности структуры и химические свойства двойной спирали ДНК облегчают ее репарацию 285 5.5.3. Геномы вирусов представлены разнообразными формами, а генетическим материалом у них может быть как ДНК, так и РНК 315 Заключение 286 |