Гистология реферат. Тема 1 клетка Вопрос Химический состав, организация плазмолеммы. Функции плазмолеммы
 Скачать 3.29 Mb.
|
|
Тема 1: «КЛЕТКА» Вопрос 1. Химический состав, организация плазмолеммы. Функции плазмолеммы. Плазматическая мембрана – жидкая динамическая система с мозаичным расположением белков и липидов. Плазмолемма состоит на 45% из липидов, которые формируют бислой мембраны клетки; на 50% из белков, и на 2 – 10% из углеводов. Основа мембраны – билипидный слой, образованный фосфолипидами, сфинголипидов, холестерина. Молекула фосфолипида состоит из полярной гидрофильной головки, которая обращена кнаружи, и аполярного гидрофобного хвоста, обращенного вовнутрь (по отношению к плазмолемме). Гидрофобный характер сердцевины бислоя определяет возможность или невозможность непосредственного проникновения через мембрану различных веществ: неполярные вещества свободно проникают через мембрану, а полярные вещества могут проникать через мембрану только с помощью вторичных посредников. Сфинголипиды – липиды, содержащие основание с длинной цепью и находящиеся в большом количестве в миелиновых оболочках нервных волокон, плазмолемме шванновских клеток. Из белков различают интегральные (прочно встроенные в билипидный слой на всем его протяжении), полуинтегральные и периферические (находящиеся на одной из поверхностей клеточных мембран). Примерами интегральных мембранных белков являются белки ионных каналов и рецепторные белки, а периферических – рецепторные и адгезионные (на наружной поверхности), белки цитоскелета, белки системы вторых посредников (на внутренней поверхности). Для интегральных белков характерно латеральная подвижность – они могут перераспределяться в мембранах в результате взаимодействия с периферическими белками, элементами цитоскелета, молекулами мембраны соседних клеток и компонентами внеклеточного матрикса. Углеводы мембраны входят в состав гликопротеинов и гликолипидов, а цепи олигосахаридов на наружной поверхности мембран формируют гликокаликс (поверхностную оболочку, участвующую в процессах межклеточного узнавания, межклеточного взаимодействия и пристеночного пищевария). Функции: 1) трансмембранный транспорт веществ; 2) эндоцитоз - поглощение клеткой воды, веществ, частиц, микроорганизмов; 3) экзоцитоз - секреция, внутриклеточные секреторные везикулы сливаются с плазмолеммой, а их содержимое выходит из клетки. 4) межклеточные информационные взаимодействия. Вопрос 2. Избирательная проницаемость плазмолеммы: пассивный транспорт, облегчённая диффузия, активный транспорт, сочетанный или обменный транспорт ионов, белки-переносчики и ионные каналы. Пассивный транспорт — перенос веществ по градиенту концентрации из области высокой концентрации в область низкой без затрат энергии (например, диффузия, осмос). Характеризуется низкой специфичностью. Диффузия — пассивное перемещение вещества из участка большей концентрации к участку меньшей концентрации (диффузия газов при дыхании). Осмос — поток воды через полупроницаемую мембрану из компартмента с меньшей концентрацией растворенных в воде веществ в компартмент с большей их концентрацией (гипер-, изо- и гипотонические растворы). Облегченная диффузия осуществляется с участием компонентов мембраны (ионные каналы, белки-переносчики, анионообменники), по градиенту концентрации и без затрат энергии. Активный транспорт - перенос молекул через биологическую мембрану при участии АТФаз из области низкой концентрации в область высокой концентрации (против градиента), что требует расхода энергии. Активный транспорт веществ происходит только в области клеточных мембран и носит однонаправленнный характер. Активный транспорт обладает следующими особенностями: для него необходима энергия. В простейшем случае активный транспорт осуществляется гипотетическими переносчиками, располагающимися на поверхности клеточной мембраны. На внутренней стороне мембраны переносчик освобождает транспортируемое вещество и диффундирует обратно к наружной стороне мембраны. Натрий, калиевая АТФаза выкачивает натрий из клетки в обмен на калий, протонная, калиевая АТФаза участвует в образовании соляной кислоты, кальциевая АТФаза откачивает ионы кальция из цитозоля против градиента во внутриклеточное депо кальция. К сочетанному или обменному транспорту ионов относят следующие виды транспорта: симпорт, антипорт. Симпорт – сочетанный обменный транспорт двух или более веществ в одном направлении через один канал. Антипорт – согласованный перенос двух или более веществ через один канал в противоположных направлениях. Белки-переносчики специальный молекулы белковой природы связывающиеся с лигандом и обеспечивающие его транспорт к рецептору, связывание с рецептором и проникновение в цитоплазму клетки. Ионные каналы - большая группа интегральных белков, обеспечивающих избирательный транспорт ионов через фосфолипидный бислой мембраны ИЗ КЛЕТКИ В МЕЖКЛЕТОЧНОЕ ПРОСТРАНСТВО И ОБРАТНО! Образованы несколькими связанными между собой белковыми субъединицами. Вопрос 3. Межклеточные взаимодействия. Сигналы и рецепторы. Мембранные и ядерные рецепторы: строение, функции. Вторые посредники. Межклеточные взаимодействия – совокупность процессов, проявляющихся в виде физических, химических, механических раздражителей внешней среды и сигналов информационного характера из внутренней среды организма, действующих на клетку, а также воздействия соседних клеток, и приводящих к ответу клетки на эти сигналы. Информационные межклеточные взаимодействия осуществляются по следующей схеме: От клетки к клетке поступает сигнал. Передачу сигналов осуществляют сигнальные молекулы, или первый посредник, вырабатываемые в одних клетках и специфически воздействующие на клетки мишени. Специфичность воздействия определяют присутствующие в клетках-мишенях рецепторы, связывающие только собственные лиганды. Гидрофильные молекулы связываются с мембранными рецепторами, а жирорастворимые – с ядерными, проникая через плазмолемму. Рецепторы регистрируют поступающий к клетке сигнал и передают его вторым посредникам. Различают мембранные и ядерные рецепторы. Мембранные рецепторы – гликопротеины, контролирующие проницаемость мембраны путем изменения конформации белков ионных каналов (никотиновый холинорецептор), регулирующие поступление молекул в клетку, связывающие молекулы внеклеточного матрикса с элементами цитоскелета и регистрирующие присутствие информационных сигналов. Мембранные рецепторы регистрируют поступающий к клетке сигнал и передают его внутриклеточным химическим соединениям, опосредующим конечный эффект (вторые посредники). Функционально мембранные рецепторы подразделяют на каталитические, связанные с ионными каналами и оперирующие через G–белок. Ядерные рецепторы – активируемые лигандом факторы транскрипции. Каждый рецептор имеет область связывания лиганда и участок, взаимодействующий со специфическими последовательностями ДНК. Клетка, воспринимая различные сигналы, реагирует на изменения окружающей ее среды изменением функционирования. Лиганды – это сигнальные молекулы из внутренней среды организма (например, гормоны), которые связываются с рецептором – высокомолеклярным веществом, встроенным в плазмолемму. Клетка узнает лиганд и изменяет режим своего функционирования. Это и есть информационные взаимодействия. Клеточные рецепторы – молекула на поверхности клетки, клеточных органелл или растворенная в цитоплазме, специфично реагирующая изменением своей конфигурации на присоединение к ней молекулы, передающей сигнал извне. Их можно разделить на два основных класса: • мембранные рецепторы - трансмембранные белки, основная функция: распознавание внешних сигналов, благодаря которым клетки, например, могут взаимодействовать между собой, ориентируясь в пространстве и создавая ткани. • Внутриклеточные, или ядерные рецепторы - факторы транскрипции или белки, взаимодействующие с факторами транскрипции, транспортируются совместно с лигандами в ядро клетки и участвуют в экспрессии гена – подавляют либо индуцируют. Внутриклеточные сигнальные молекулы (вторые посредники) передают информацию с мембранных рецепторов на эффекторы (исполнительные молекулы), опосредующие ответ клетки на сигнал. Стимулы, такие, как свет, молекулы различных веществ, гормоны и другие химические сигналы (лиганды), инициируют ответ клетки-мишени, изменяя в ней уровень внутриклеточных (вторых) посредников. Вторые посредники представлены многочисленным классом соединений. К ним относятся циклические нуклеотиды (цАМФ и цГМФ), инозитолтрифосфат, диацилглицерол, Са2+. Вопрос 4. Эндоцитоз (пиноцитоз, фагоцитоз и опосредуемый рецепторами эндоцитоз). Эндоцитоз – это поглощение клеткой воды, веществ, частиц и микроорганизмов. Пиноцитоз – процесс поглощения жидкости и растворенных веществ с образованием небольших пузырьков. При этом некоторая область клеточной мембраны впячивается, образует ямку и далее пузырек, содержащий медклеточную жидкость. Фагоцитоз - процесс, при котором специально предназначенные для этого клетки крови и тканей организма захватывают и переваривают твёрдые частицы. Фагоцитоз, в отличие от пиноцитоза, индуцирует сигналы, воздействующие на рецепторы в плазмолемме фагоцитов. Опосредованный рецепторами эндоцитоз с образованием окаймленных кларитином пузырьков - эндоцитоз, при котором мембранные рецепторы связываются с молекулами поглощаемого вещества, или молекулами, находящимися на поверхности фагоцитируемого объекта — лигандами. То есть лиганд взаимодействует с мембранным рецептором, данный комплекс концентрируется на поверхности окаймленной ямки и формируется окаймленный кларитином пузырек, который погружается в клетку. Последовательность событий опосредованного рецепторами эндоцитоза такова: взаимодействие лиганда с мембранным рецептором концентрирование комплекса «лиганд–рецептор» на поверхности окаймлённой ямки формирование окаймлённого клатрином пузырька погружение в клетку окаймлённого пузырька. Обладающий ГТФазной активностью хемомеханический белок динамин на стыке плазмолеммы и окаймлённого пузырька формирует т.н. молекулярную пружину, которая при расщеплении ГТФ распрямляется и отталкивает пузырёк от плазмолеммы (рис. 2-9Б). Подобным образом клетка поглощает трансферрин, холестерин вместе с ЛНП и многие другие молекулы. Вопрос 5. Кавеолы и клатрин-независимый эндоцитоз. Кларитин-независимый эндоцитоз с участием кавеол. Кавеола — небольшая вогнутость плазматической мембраны клеток позвоночных. Путём клатрин-независимого эндоцитоза происходит поглощение (интернализация) многих объектов и молекул, например, белков, связанных с гликозилфосфатидилинозитолом, рецептора TGFb, b‑цепи рецептора интерлейкина-2, g c-рецептора цитокинов, токсинов, вирусов и др. Эндоцитоз происходит с участием рафтов — мембранных липидных микродоменов, богатых холестерином и гликосфинголипидами и содержащих резидентный белок флотилин. Один из путей клатрин-независимого эндоцитоза — поглощение молекул с помощью небольших инвагинаций плазмолеммы диаметром 50–80 нм — кавеол. Кавеолы характерны для большинства клеточных типов; особенно многочисленны в эндотелиальных клетках, где они участвуют в транспорте крупных макромолекул. Кавеолы содержат рафты и имеют оболочку, образованную белком кавеолином-1. Кавеолин-1 (VIP21, Vesicular Integral-membrane Protein) связывает ассоциированные с кавеолой сигнальные белки, такие, как Src и гетеротримерный ГТФ-связывающий белок Gi, в их неактивной форме. Кавеолы содержат белок gp60, который соединён с Gi и способен активировать формирование мембранного пузырька и его направленную миграцию в клетке. В эндоцитозе с участием кавеол задействованы ассоциированный с мембраной белковый комплекс, содержащий интерсектин, динамин, SNAP-23, SNARE, кавеолин-1, Rab5, а также липиды, организованные в цитозольные надмолекулярные белково-липидные комплексы. Интерсектин ассоциирован преимущественно с перешейком кавеолы и остаётся соединённым с кавеолой после её отрыва от плазмолеммы. Интерсектин способствует кластеризации динамина (в нативном состоянии — димеров и тетрамеров). Интерсектин «собирает» динамин вблизи плазмолеммы, способствуя его взаимодействию с мембранными липидами и создавая высокую локальную концентрацию динамина, необходимую для формирования «воротника» вокруг перешейка кавеолы (рис. 2-11). При пониженном содержании интерсектина нарушается отделение кавеолы от плазмолеммы. Вопрос 6. Экзоцитоз: конститутивная и регулируемая секреция. Экзоцитоз (секреция) — процесс, когда внутриклеточные секреторные пузырьки (например, синаптические) и секреторные гранулы сливаются с плазмолеммой, а их содержимое освобождается из клетки. В ходе экзоцитоза можно выделить следующие последовательные стадии: перемещение везикулы в субплазмолеммальное пространство, установление связи и докинг (от англ. dock — стыковка) к участку плазмалеммы, слияние мембран, высвобождение содержимого гранулы (пузырька) и восстановление (обособление) мембраны гранулы. Конститутивная секреция обеспечивает встраивание в плазмолемму вновь синтезированных белков и рецепторов, интернализованных при опосредованном рецепторами эндоцитозе. Необходим для встраивания вновь синтезированных компонентов плазмолеммы. Ряд внеклеточных молекул (например, белки плазмы, антитела, белки внеклеточного матрикса и т.д.) также секретируются путём конститутивного экзоцитоза. В регулируемом экзоцитозе участвуют секреторные гранулы, а также специализированные эндосомы (например, синаптические пузырьки). При регулируемом экзоцитозе происходит экзоцитоз пула заранее сформированных стабильных гранул, которые в ряде клеток существуют довольно долго в отсутствие стимуляции. Экзоцитоз может происходить по принципу «всё или ничего» с высвобождением содержимого всех гранул (например, как при дегрануляции тучной клетки). Для многих клеточных типов (нейроэндокринных, эндокринных, экзокринных) характерна секреция только небольшой части (1%) имеющегося большого резервного пула Вопрос 7. Ядро. Структурные компоненты ядра (оболочка, хроматин, ядрышко, нуклеоплазма). Ядро – самая крупная органелла эукариотической клетки, от 3 до 10 мкм. Может быть различной формы (овальное, круглое, бобовидное и т.д.). Состоит из хроматина – комплекса ядерной двуцепочечной ДНК с белками, выделяют гетеро- и эухроматин. Гетерохроматин (10%) – транскрипционно неактивный хроматин интерфазного ядра (например, тельце Барра – инактивированная Х-хромосома женского организма). Располагается по периферии ядра. Эухроматин (90%) – менее конденсированная часть хроматина, является активной, находится между гетерохроматином. Ядрышко - компактная структура в ядре интерфазных клеток, содержит петли ДНК. Основные функции - синтез рРНК и образование СЕ рибосом. Нуклеоплазма – заключена в ядерную оболочку, состоит из ядерного матрикса и ядерных частиц разных молекул. Ядерная оболочка - состоит из внутренней (граничит с перинуклеарной, отделена от содержимого ядра ядерной пластинкой) и наружной ядерной мембраны (на ней рибосомки) и ядерной пластинки (содержит белки промежуточных филаментов, участвует в организации ядерной оболочки). Вопрос 8. Хроматин. Организация хроматина. Гетерохроматин и эухроматин. Термином «хроматин» обозначают комплекс ядерной двуцепочечной ДНК с белками (гистоны, негистоновые белки). Хроматин представлен хроматиновыми волокнами диаметром 11 нм, состоящими из сферических структурных единиц — нуклеосом. Соотношение ДНК и белков в хроматине составляет 1:1. Различают гетеро- и эухроматин. Гетерохроматин Гетерохроматин — транскрипционно неактивный, конденсированный хроматин интерфазного ядра. В световом микроскопе — базофильные глыбки, в электронном — скопления плотных гранул. Располагается преимущественно по периферии ядра и вокруг ядрышек, составляет 10% от общего хроматина. Типичный пример гетерохроматина — тельце Барра. · Тельце Барра. Во всех соматических клетках генетически женского организма одна из X–хромосом инактивирована и известна как половой хроматин (тельце Барра). Инактивация Х-хромосомы известна как лайонизация. · Лайонизация. Механизм компенсации дозы генов X–хромосомы у женщин объясняет гипотеза Мэри Лайон. Согласно гипотезе, инактивация X–хромосомы происходит в раннем эмбриогенезе, осуществляется случайным образом (инактивированной может быть либо отцовская, либо материнская X–хромосома), затрагивает целиком всю X–хромосому и характеризуется устойчивостью, передаваясь клеточным потомкам. Клетки женского организма по экспрессии генов X–хромосомы мозаичны. Эухроматин Эухроматин — менее конденсированная (диспергированная) часть хроматина, локализуется в более светлых участках ядра между гетерохроматином. Эухроматин составляет 90% от общего хроматина, где 10% ¾ транскрипционно активная часть и 80% ¾ неактивная. В трансформированных (опухолевых) клетках отношение эухроматина к гетерохроматину выше, чем в здоровых клетках. Вопрос 9. Строение ядерной оболочки (ядерная пластинка, ядерные поры). Ядерная оболочка состоит из: наружной и внутренней ядерной мембраны, перинуклеарные цистерны, ядерная пластинка, ядерные поры. НАРУЖНАЯ ЯДЕРНАЯ МЕМБРАНА На поверхности наружной ядерной мембраны расположены рибосомы, где синтезируются белки, поступающие в перинуклеарную цистерну, рассматриваемые как часть гранулярной эндоплазматической сети. Перинуклеарная цистерна Локализуется между наружной и внутренней мембранами, шириной в 20–40 нм. В местах слияния двух мембран расположены ядерные поры. ВНУТРЕННЯЯ ЯДЕРНАЯ МЕМБРАНА Снаружи граничит с перинуклеарной цистерной, изнутри отделена от содержимого ядра ядерной пластинкой. Ядерная пластинка содержит белки промежуточных филаментов — ламины A, B и C, перинуклеарного хроматина, может разделять комплексы ядерных пор и дезинтегрировать или интегрировать структуру ядерной оболочки в ходе митоза. Фосфорилирование ламинов ферментом ламин киназой приводит к диссоциации филаментов и разборке ядерной оболочки в прометафазе митоза, дефосфорилирование способствует реорганизации ядерной оболочки в телофазе. ЯДЕРНАЯ ПОРА Содержимое ядра сообщается с цитозолем через 3–4 тысячи специализированных коммуникаций — ядерных пор, осуществляющих диффузию воды, ионов и транспорт множества макромолекул (в т.ч. разных РНК, рецепторы стероидных и тиреоидных гормонов, транскрипционные факторы, ДНК и РНК полимеразы) между ядром и цитоплазмой. Ядерная пора имеет диаметр 80–150 нм, содержит канал поры и комплекс ядерной поры. Перенос макромолекул через ядерные поры осуществляют специальные транспортные белки — кариоферины, которые специфически распознают и связывают свои молекулы и курсируют между ядром и цитоплазмой, перенося связанную молекулу в одном направлении: из цитоплазмы в ядро (импортины) или из ядра в цитоплазму (экспортины). Комплекс ядерной поры включает цитоплазматическое кольцо, нуклеоплазматическое кольцо и среднее кольцо. Цитоплазматическое кольцо. Восемь субъединиц с филаментами, направленными в цитоплазму, располагаются вокруг поры на наружной мембране. Нуклеоплазматическое кольцо. Восемь субъединиц находятся вокруг ядерной поры на внутренней мембране со стороны нуклеоплазмы. К нуклеоплазматическому кольцу прикрепляется ядерная корзинка, состоящая из фибриллярных структур. Среднее кольцо. Восемь субъединиц, встроенных между цитоплазматическим и нуклеоплазматическим кольцами, выступают в просвет ядерной поры. Вопрос 10. Строение ядрышка. Ядрышковый организатор. Ядрышко – тельце округлой формы в ядре интерфазных клеток, не являющееся самостоятельной органеллой. В ядрышке выделяют гранулярный и фибриллярный компоненты, а также фибриллярный центр – слабоокрашенный компонент. Плотный фибриллярный компонент образован транскрипционно активными участками ДНК и тонкими рибонуклеопротеиновыми фибриллами, в нем протекают ранние стадии образования предшественников рРНК. Гранулярный компонент содержит зрелые предшественники рибосомных субъединиц. Функциями ядрышка являются синтез рРНК и образование СЕ хромосом. Транскрипция рРНК происходит в хромосомах 13, 14, 15, 21, 22, петли которых содержат соответствующие гены, формирующие ядрышковый организатор – структуру, с которой в фазу G1 клеточного цикла начинается восстановление ядрышка. Вопрос 11. Хромосома и её организация. Хромосома — структурный элемент клеточного ядра, содержащий ДНК и белки, различимый в виде образования определенного размера и формы только во время деления клетки. Самоудвоение и закономерное распределение хромосом по дочерним клеткам обеспечивает передачу наследственной информации. Вопрос 12. Организация молекулы ДНК. Ген как участок молекулы ДНК. Геном, ядерный и митохондриальный. Молекула ДНК состоит из 2 (смысловой и антисмысловой) спирально закрученных полинуклеотидных цепей, которые состоят из нуклеотидов – фосфатные эфиры нуклеозидов. Двойная спираль ДНК образована 2мя антипараллельными комплементарными цепями полинуклеотидов, соединенных водородными связями. Смысловая цепь ДНК кодирует наследственную информацию. Антисмысловая цепь служит матрицей для синтеза мРНК, тРНК, рРНК. Вопрос 13. Молекула РНК (мРНК, тРНК, рРНК). Реализация генетической информации (экспрессия гена) (транскрипция => процессинг => трансляция => посттрансляционная модификация). РНК — полинуклеотид, сходный по химическому составу с ДНК, но содержащий в нуклеотидах рибозу вместо дезоксирибозы и азотистое основание урацил (U) вместо тимина (T). Различают мРНК, тРНК, рРНК. Матричная РНК Матричная РНК (мРНК, информационная РНК) содержит сотни и тысячи нуклеотидов и переносит генетическую информацию из ядра в цитоплазму и непосредственно участвует в сборке полипептида на рибосомах (трансляция). Синтез полипептидной цепи при трансляции инициирует стартовый кодон AUG, а один из терминирующих кодонов (UAA, UAG или UGA) его прекращают. Транспортная РНК (тРНК) содержит около 80 нуклеотидов и доставляет аминокислоты к рибосоме, где они присоединяются к растущей полипептидной цепи. Существует минимально одна тРНК для каждой из 20 аминокислот. Один конец тРНК (акцептор) присоединяется к аминокислоте, а другой конец содержит антикодон из трёх нуклеотидов, который узнаёт соответствующий кодон мРНК и спаривается с ним. Так тРНК переводит последовательность нуклеотидов в последовательность аминокислот. Рибосомная РНК (рРНК) взаимодействует с мРНК и тРНК в ходе сборки полипептида, в комплексе с белками (в т.ч. ферментами) образует рибосому. Интерферирующая РНК комплементарно взаимодействует с мРНК, инициируя деградацию мРНК–мишени, и как следствие, прекращение трансляции чужеродного или эндогенного белка. Такой механизм посттранскрипционной блокады синтеза белка получил название «РНК–интерференция». Транскрипция – синтез РНК на матрице ДНК в направлении от 5’ к 3’, который осуществляет ДНК-зависимая РНК-полимераза. Стадии: Инициация: это сложный этап транскрипции, который включает в себя несколько стадий. Смысл инициации – РНК-полимераза должна найти точку на молекуле ДНК, с которой начнется транскрипция. РНК-полимераза прикрепляется к определенному сайту, который называется промотором. Промотор имеет в начале определенную последовательность нуклеотидов – точка узнавания (ТАТА-бокс – зона узнавания промотора). Для нахождения РНК-полимеразной зоны необходимы факторы инициации (белки). Каждый ген имеет такую начальную зону. Элонгация: процесс собственно синтеза РНК, для чего необходимо, чтобы фермент двигался вдоль одной оси и по мере движения происходило образование молекулы РНК. Для того, чтобы РНК-полимераза могла двигаться, необходимо расплетать нити молекулы ДНК, т.е. впереди движется фермент, который расплетает эти нити. Синтез идет только на одной нити – смысловой. Сам процесс катализируется ферментами, которые проталкивают нить РНК-полимеразы; процесс идет непрерывно, но с разной скоростью, которую можно регулировать. Терминация: это окончание синтеза РНК. Существуют специальные белки терминации. Смысл процесса: нужно отсоединить РНК-полимеразу от молекулы ДНК и тем самым блокировать синтез РНК. «Шпилька» терминации тормозит движение РНК-полимеразы, которая и застревает на этой «шпильке». Это дает время для того, чтобы присоединились факторы терминации и молекула ДНК отсоединилась. Процессирование про-мРНК (созревание мРНК) включает процессы сплайсинга, кэпирования 5-го конца РНК, удаление нуклеотидов на 3-м конце, образование полиаденинового хвоста. Для начала процесса трансляции, полученный транскрипт должен созреть. Экзон - смысловой, интрон - несмысловой, его нужно вырезать. Процессинг есть процесс разрезания про-мРНК с помощью ферментов для дальнейшего удаления интронов. В зонах соединения экзонов и интронов есть определенная последовательность, которая узнается своим ферментом, который отделяет экзон от интрона. Затем смысловые куски сшиваются и получается более короткая РНК, где есть только экзоны. Процесс сшивания называется сплайсингом. Существуют специальные гены, которые ускоряют (энхансеры) или замедляют (сайленсеры) эти процессы. Следующий этап - КЭПирование переднего отдела мРНК – это присоединение к 5’-концу 7-метил-гуанозина. Он не дает возможности ферментам, способным разрезать РНК, это сделать, способствует экспорту мРНК из ядра в цитоплазму и обеспечивает связывание мРНК с рибосомой. Следующий этап – полиаденилирование (проходит в 2 этапа): 1 этап - удаляются 20 нуклеотидов на 3’-конце про-мРНК до сайта инициации полиаденилирования. 2 этап – к 3’-концу присоединяются адениновые основания, образуется полиадениновый хвост, защищающий мРНК. Трансляция – это процесс непосредственно синтеза пептида (белковой молекулы). Это считывание той информации, которую содержит в себе РНК, и ее преобразование в последовательность аминокислот в белке. Этот процесс обеспечивается рибосомой, которая состоит из рРНК, белков. Инициация (нужно собрать все молекулы, участвующие в трансляции, в единый комплекс): малая субъединица связывается с мРНК и активированными тРНК, которые доставляют аминокислоты (а/к) к рибосоме, где эти а/к присоединяются к растущей полипептидной цепи. А/к прикрепляются к малой СЕ с помощью специального сайта, содержащегося на 3’-конце тРНК (акцептор). К 5’-концу тРНК, содержащему антикодон из трех нуклеотидов, прикрепляется соответствующий кодон мРНК. Элонгация: считывание информации идет непрерывно, т.к. нет промежутков между кодонами и антикодонами. После образования пептидной связи, которое катализирует пептидилтрансфераза в большой субъединице, происходит смещение вперед (этот процесс требует затрат энергии ГТФ, осуществляется за счет ферментов). Так шаг за шагом происходит наращение пептидной цепочки. Терминация: процесс доходит до узнавания нонсенс-кодона, которому нет соответствующей тРНК. Вместо тРНК прикрепляются факторы терминации. В итоге происходит отделение малой СЕ от большой СЕ. Пострансляционная модификация – добавление к полипептиду разных химических группировок, например фосфатных, карбоксильных и т.д. Вопрос 14. Основные компоненты цитоплазмы (цитозоль, органеллы, цитоскелет, включения). Жидкая часть цитоплазмы (цитозоль), составляет около половины объёма клетки. Помимо воды, в цитозоле присутствуют ионы, множество химических соединений разной природы, макромолекулы. Здесь синтезируются белки, часть которых собирается на полисомах и остается в цитозоле. Цитозоль содержит цитоскелет, органеллы, включения. Органелла (органоид) — специализированный для выполнения конкретной функции и метаболически активный элемент цитоплазмы. К органеллам относят свободные рибосомы, гранулярную эндоплазматическую сеть (шероховатый эндоплазматический ретикулум), гладкую эндоплазматическую сеть (гладкий эндоплазматический ретикулум), митохондрии, комплекс Гольджи, центриоли, окаймлённые пузырьки, лизосомы, пероксисомы. Цитоскелет трёхмерная цитоплазматическая сеть волокнистых и трубчатых структур различного типа формирует цитоскелет. К элементам цитоскелета относят микротрубочки, промежуточные филаменты, микрофиламенты. Цитоскелет придаёт клетке определённую форму и выполняет множество других функций (например, подвижность клетки, внутриклеточный транспорт). Включения – скопления в цитоплазме различных гранул и капель. Вопрос 15. Цитоскелет. Строение и функции микротрубочек, промежуточных филаментов, микрофиламентов. Цитоскелет – трехмерная сеть микротрубочек промужеточных филаментов и микрофиламентов, он определяет форму клетки и выполняет множество других функций: внутриклеточный транспорт, межклеточная адгезия, подвижность клеток, образование цитоплазматических выростов. Микротрубочки – тонкие трубочки, диаметром около 24 нм, их стенки толщиной около 5 нм образованы спирально упакованными глобулярными субъединицами белка тубулина. Функции: участвуют в расхождении дочерних хромосом при митозе и мейозе, в движении жгутиков и ресничек, пермещении органоидов и придают форму клетке. Микрофиламенты – очень тонкие белковые нити диаметр около 6 нм, образованные преимущественно белком актином. Они переплетаются и образуют густую сеть в цитоплазме. Обеспечивают двигательную активность гиалоплазмы. Промежуточные филаменты – диаметр около 10 нм, образованы молекулами разных фибриллярных белков. Функция : выполняют в организме опорную функцию. Вопрос 16. Рибосомы (митохондриальные, цитоплазматические). Полирибосомы. Рибосомы (60S и 40S СЕ) – немембранные двухсубъединичные образования состоящие из рРНК и белков, обеспечивающие этап трансляции синтеза белковых молекул при участии иРНК и тРНК. Состоит из 2х субъединиц: большой и малой. Бывают свободные и связанные. Полирибосома – совокупность нескольких рибосом на одной молекуле мРНК. Могут находиться в свободном состоянии в цитоплазме или могут могут быть прикреплены к мембранам ЭПС. Свободные синтезируют белки для самой клетки, а связанные с ЭПС для хранения и экспорта. Митохондриальная рибосома (состоят из 45S и 35S СЕ) - рибосома расположенная внутри митохондрии и обеспечивающая трансляцию мРНК, кодируемых митохондриальным геномом; по структуре схожа с цитоплазматической рибосомой. Вопрос 17. Гранулярная ЭПС. Структурная организация, функции. Гранулярная эндоплазматическая сеть — система плоских мембранных цистерн с находящимися на их наружной поверхности рибосомами. Рибосомы связываются с мембранами сети при помощи рибофоринов. На шероховатой эндоплазматической сети происходит синтез белков для плазматической мембраны, лизосом, пероксисом, а также синтез белков на экспорт, т.е. предназначенных для экзоцитоза. Также в цистернах ЭПС хранятся белки. Мембраны гранулярной эндоплазматической сети связаны с наружной мембраной оболочки ядра и перинуклеарной цистерной. Вопрос 18. Гладкая ЭПС. Структурная организация, функции. Гладкая ЭПС — система анастомозирующих мембранных каналов, пузырьков и трубочек — не содержит рибофоринов и по этой причине не связана с рибосомами. Функции гладкой эндоплазматической сети: синтез липидов и стероидных гормонов, детоксикация (например, фенобарбитала при помощи оксидаз в гепатоцитах), депонирование ионов кальция. Большое количество цистерн гладкой ЭПС присутствует в гепатоцитах. Здесь с наружной поверхностью мембран гладкой ЭПС связаны многочисленные гранулы гликогена, из которого образуется глюкоза. Вопрос 19. Генез, строение и функции митохондрий. Участие в апоптозе. Митохондрия – двумембранные образования, имеющие собственную кольцевую двуспиральную ДНК. Возникли из прокариот после объединения с эукариотическими клетками в результате эволюции и последующего с ними сосуществования. Большинство ферментов, участвующих в трансляции митохонриального мРНК кодируется ДНК клетки, который находится в митохондриях Морфология: имеет 2 мембраны внутренняя мембрана образует выросты внутрь – кристы. Функции – обеспечивают синтез АТФ(на внутренней мембране митохондрий проходят реакции дыхательной цепи, в результате чего происходит образование АТФ из АДФ), контролирует внутриклеточное содержание ионов Са, обеспечивают образование тепла, а также участвуют в апоптозе. Под влиянием проапоптозных белков в мембране митохондрий образуются поры, через которые из митохондрий в цитозоль выходят проапоптозные факторы, участвующие в сборке апоптосом и последующей активации каспазного каскада. Вопрос 20. Комплекс Гольджи. Структура, функции. Комплекс Гольджи — одномембранный органоид, образован стопкой из 3–10 уплощённых и слегка изогнутых цистерн с расширенными концами. Цистерны комплекса Гольджи образуют три основных компартмента: цис-компартмент, транс-компартмент, промежуточный компартмент. С комплексом Гольджи тесно связан и всегда рассматривается вместе ещё один компартмент — транс-сеть Гольджи. 1. Цис-компартмент (формирующийся) более осмиофилен, включает цистерны, обращённые к расширенным элементам гранулярной эндоплазматической сети, а также небольшие транспортные пузырьки. 2. Транс-компартмент (зрелый) образован цистернами, обращёнными к вакуолям и секреторным гранулам. На небольшом расстоянии от краевой цистерны транс-компартмента лежит транс-сеть. 3. Промежуточный компартмент включает небольшое количество цистерн между цис- и транс-компартментами. 4. Транс-сеть Гольджи лежит на небольшом расстоянии от краевой цистерны транс-компартмента и участвует в образовании лизосом и сортировке белков для различных транспортных пузырьков. Функции. 1. Модификация секреторного продукта ферменты комплекса Гольджи гликозилируют белки и липиды; образующиеся здесь гликопротеины, протеогликаны, гликолипиды и сульфатированные гликозаминогликаны предназначены для последующей секреции. Наиболее значимый процесс модификации белков в комплексе Гольджи — гликозилирование, т.е. присоединение к молекуле белка молекул сахаров. 2. Концентрирование секреторных продуктов происходит в конденсирующих вакуолях, расположенных в транс-компартменте. 3. Упаковка секреторного продукта, образование участвующих в экзоцитозе секреторных гранул. 4. Сортировка и упаковка секреторного продукта, образование секреторных гранул. Выходящие из цистерн комплекса Гольджи белки находятся внутри транспортных пузырьков Продукты комплекса Гольджи разделяются на три потока, которые направляются в плазматическую мембрану (интегральные мембранные белки), лизосомы или выделяются из клетки (например, пищеварительные ферменты). Вопрос 21. Организация, локализация и значение центриолей, базального тельца, аксонемы, реснички, жгутика. Центриоль — немембранная органелла, входящая в состав клеточного центра. Представляет собой цилиндр, стенка которого состоит из девяти триплетов микро- трубочек. Локализовано в цитоплазме вблизи ядра. Центриоли участвуют в образовании митотического веретена в процессе деления клетки, а также в образовании базальных телец ресничек и жгутиков. Во время интерфазы в центросоме обычно присутствует две центриоли; когда происходит деление клетки, они реплицируются, пары расходятся к полюсам клетки, а между ними образуется веретено деления. Базальное тельце состоит из 9 триплетов микротрубочек, расположенных в основании реснички или жгутика; служит матрицей при организации аксонемы. Аксонема — основной структурный элемент реснички и жгутика. Состоит из 9 периферических пар микротрубочек и двух расположенных центрально одиночных микротрубочек. Ресничка — вырост клетки длиной 5–10 мкм и шириной 0,2 мкм, содержащий аксонему. Реснички присутствуют в эпителиальных клетках воздухопроводящих и половых путей, перемещают слизь с инородными частицами и остатками отмерших клеток и создают ток жидкости около клеточной поверхности. Жгутик, как правило, не встречается в количестве более двух на клетку. В сперматозоиде человека имеет длину 50–55 мкм и толщину 0,2–0,5 мкм, содержит аксонему. Вопрос 22. Тубулин-динеиновый, тубулин-кинезиновый хемомеханические преобразователи. Примеры их локализации, строение, функционирование. Тубулин-кинезиновый хемомеханический преобразователь образуют молекулярный мотор, который обеспечивает внутриклеточный транспорт органелл и перемещение хромосом вдоль микротрубочек в ходе клеточного деления. Перемещение органелл вдоль микротрубочек с участием кинезинов осуществляется в направлении (+)–конца микротрубочек. Тубулин-динеиновый хемомеханический преобразователь в цитоплазме отвечает за направленный транспорт макромолекул и органелл к (–)–концу микротрубочек. В составе аксонемы тубулиновый молекулярный мотор приводит в движение жгутик сперматозоида и реснички мерцательных клеток. Вопрос 23. Лизосомы: образование, строение, функции. Лизосомы — окружённые мембраной округлые пузырьки, содержащие лизосомные ферменты (кислые гидролазы). В широком смысле функция лизосом заключается в утилизации «внутриклеточного мусора». Размеры и электронная плотность лизосом значительно варьируют от типа лизосом. Лизосомы образуются путём слияния поздних эндосом, содержащих лизосомные гидролазы и лизосомные мембранные белки, с везикулами, подлежащим деградации. Образуются путём слияния перинуклеарных эндосом, содержащих лизосомные гидролазы и лизосомные мембранные белки, с везикулами, подлежащими деградации (периферической эндосомой, фагосомой или аутофагоцитозной вакуолью). Лизосомы участвуют во внутриклеточном пищеварении. Варианты участия лизосом в переваривании материала внутриклеточных компонентов (аутофагия) или частиц, различными путями попавших в клетку (гетерофагия). Лизосомы преимущественно работают внутриклеточно, однако некоторые клетки (например, нейтрофилы, остеокласты) для выполнения своих функций секретируют лизосомы во внеклеточное пространство. Вопрос 24. Пероксисомы: образование, строение, функции. Пероксисомы — органеллы, аналогичные лизосомам, имеют меньшие размеры. Пероксисомы — мембранные пузырьки размером 0,1–1,5 мкм с электроноплотной сердцевиной. Они особенно многочисленны в клетках печени и почки; количество пероксисом в одной клетке может составлять до нескольких сотен. В составе мембраны органеллы находятся специфичные для пероксисом белки — пероксины, а в матриксе — матриксные белки, в т.ч. более 40 ферментов (например, каталаза и пероксидаза), катализирующие анаболические (биосинтез жёлчных кислот) и катаболические процессы. Все компоненты пероксисом поступают из цитозоля. Функции · Окисление органических веществ с помощью оксидазы и использованием молекулярного кислорода O2. Образующаяся при этом H2О2 также участвует в окислении. · b-Окисление длинных цепей жирных кислот до коротких цепей, которые затем поступают в митохондрии для завершения окисления. · Биосинтез эфиров фосфолипидов (плазмалогенов). Пероксисомы осуществляют также биосинтез холестерина, желчных кислот (в гепатоцитах), полиненасыщенных жирных кислот. · Разрушение пуринов с помощью урат оксидазы. Формирование пероксисом Белки для пероксисом транслируются на свободных рибосомах, а затем поступают в органеллу в виде законченных полипептидных цепей. Фосфолипиды, будучи синтезированы в эндоплазматической сети, поступают в пероксисому с участием белков-переносчиков. По мере поступления веществ пероксисомы увеличиваются в размерах. Продолжительность жизни пероксисом — 5–6 суток. Новые органеллы возникают из предсуществующих путём их простого деления. Вопрос 25. Клеточный цикл, фазы клеточного цикла. Интерфаза. Митоз. Регуляторы клеточного деления. Мейоз. Фазы митоза: Интерфаза подразделяется на 3 периода: пресинтетический (G1) (Высокая метаболрическая активность, рост клетки, синтез РНК и белков), синтетический(S) (Период синтеза и репликации ДНК, в хромосоме синтезируется вторая хроматида, разделяются центриоли) и постсинтетический (G2) (продолжается синтез РНК и белка, накапливается АТФ). Митоз Состоит из 5 фаз: профаза, прометафаза, метафаза, анафаза, телофаза. Прометафаза – завершается формирования веретена деления. Хромосомы направляются к экватору деления. Метафаза – хромосомы выстраиваются в плоскости экватора клетки, начинают разделяться на дочерние хроматиды. Анафаза – Дочерние хроматиды расходятся к полюсам клетки, образуются дочерние звезды. Телофаза - деконденсация хромосом, образование ядрышка, разрушение веретена деления. Итог - разделение тела материнской клетки. Мейоз: Первое деление мейоза (профаза I, метафаза I, анафаза I и телофаза I) — редукционное. Профаза I. Профаза I последовательно проходит несколько стадий: лептотена, зиготена, пахитена, диплотена, диакинез. • Лептотена. Хроматин конденсируется, каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединённых центромерой. • Зиготена. Гомологичные парные хромосомы сближаются и вступают в физический контакт, обеспечивающего конъюгацию хромосом. • Пахитена. Хромосомы утолщаются вследствие спирализации. Здесь происходит кроссинговер. • Диплотена. Происходит разделение конъюгировавших хромосом, чётко различимы 4 хроматиды. • Диакинез. Продолжаются процессы укорочения хромосом и расщепления хромосомных пар. Разрушается ядерная мембрана, исчезает ядрышко. Появляется митотическое веретено. Метафаза I. Хромосомы перемещаются к экватору клетки. Анафаза I. Анафаза I отличается от анафазы митоза тем, что к полюсам отходят целостные хромосомы. Телофаза I. Формируются ядра, имеющие 23 хромосомы, происходит цитокинез, образуются дочерние клетки. Второе деление мейоза — эквационное — протекает так же, как митоз (профаза II, метафаза II, анафаза II и телофаза II), но значительно быстрее. Дочерние клетки получают гаплоидный набор хромосом (22 аутосомы и одну половую хромосому). Регуляторы. Внутриклеточные регуляторы. Внутриклеточные молекулярные сигналы многочисленны, среди них в первую очередь следует назвать собственно регуляторы клеточного цикла (циклины, циклин-зависимые протеинкиназы, их активаторы и ингибиторы) и онкосупрессоры. Циклины, циклин-зависимые протеинкиназы (Cdk), активаторы и ингибиторы циклинов и Cdk. Скоординированная деятельность этих многочисленных регуляторов клеточного цикла обеспечивает как переход клеток от фазы к фазе клеточного цикла, так и точное выполнение событий каждой фазы. Нарушения же такой скоординированной деятельности приводят как к искажениям прохождения клетки по фазам клеточного цикла (патология митоза), так и к потере контроля за пролиферативными потенциями клетки, что может привести к бесконтрольной её пролиферации — появлению неконтролируемого клона, т.е. к опухолевому росту. Циклины — регуляторные СЕ p34-протеинкиназ, играют важную роль в регуляции клеточного цикла. Идентифицировано шесть классов циклинов: A, B, C, D, E, F. Название этих белков отражает цикличность процессов сборки и разборки макромолекулярного комплекса в процессе каждого клеточного цикла. Циклины различаются экспрессией на определенных стадиях клеточного цикла и соответственно на различных стадиях регулируют деление клетки. К середине M–фазы концентрация циклинов в клетке резко уменьшается с последующим нарастанием синтеза на протяжении всего цикла. · Cdk (cyclin dependent protein kinase) — циклин-зависимые протеинкиназы. Комплекс циклинов с циклин-зависимыми протеинкиназами играет центральную роль в клеточном цикле. Последовательная активация циклин-зависимых протеинкиназ и последующее фосфорилирование ими критических субстратов контролируют клеточный цикл, переключая его с одной фазы на другую (с G1 на S или G2 на M). Белки, связывающиеся с этим комплексом и ингибирующие его каталитическую активность, блокируют клеточный цикл в ответ на анти-пролиферативные сигналы (TGFb, факторы дифференцировки миогенных, миелоидных и нервных клеток). Белок p27 связывается с циклином и Cdk и блокирует вхождение клетки в S–фазу цикла. Определение р27 используют в диагностике рака молочной железы. Снижение уровня р27 является плохим прогностическим признаком. Онкосупрессоры в нормальной клетке постоянно контролируют множество процессов, в том числе и пролиферацию клеток путем блокирования митоза. p53 известен как главный супрессор развития опухоли. Белок р53 — один из важнейших регуляторов клеточного цикла, специфически связывается с ДНК и подавляет рост клеток в фазе G1. р53 регистрирует различные сигналы при внешних воздействиях на клетку (вирусная инфекция, гипоксия) и состояние её генома (активация онкогенов, повреждения ДНК). При неблагоприятной информации о состоянии клетки р53 блокирует клеточный цикл до тех пор, пока нарушения не будут устранены. В повреждённых клетках содержание р53 возрастает. Это даёт клеткам шансы восстановить ДНК путём блокирования клеточного цикла. При серьёзных повреждениях р53 инициирует самоубийство клетки — апоптоз. Межклеточные сигналы На множество важных клеточных функций (экспрессия конкретных генов и специфическая дифференцировка, поддержание дифференцированного состояния и т.д.) влияют различные информационные сигналы, поступающие к клетке извне. Регуляция клеточного цикла и пролиферация (или блок пролиферации) клеток также регулируются внеклеточными сигналами в виде гормонов (например, гормон роста, эстрогены, ФСГ), цитокинов (например, ИЛ и интерфероны), факторов роста (например, фактор роста эпидермиса — EGF). Некоторые из таких молекулярных сигналов расцениваются как стимулирующие митогенную активность факторы (митогены). Существенное влияние на пролиферативную активность клеток имеют и контакты с элементами межклеточного матрикса (например, с ламинином и фибронектином). После взаимодействия с соответствующими рецепторами такие митогенные сигналы (в значительном числе случаев при помощи связанных с G–белками протеинкиназ) передаются на соответствующие участки генома, активируя транскрипцию контролирующих фазы клеточного цикла генов (например, циклин-зависимых протеинкиназ). |