Вопрос 1 (Дайте современное определение жизни и охарактеризуйте её свойства. Назовите формы жизни) Жизнь
 Скачать 59.69 Kb.
|
|
Вопрос 1 (Дайте современное определение жизни и охарактеризуйте её свойства. Назовите формы жизни): Жизнь – это макромолекулярная открытая система, которой свойственна иерархическая организация, способность к самовозобновлению, обмен веществ и тонко регуляторный процесс. Свойства живого: 1. Самовозобновление, которое связано с постоянным обменом вещества и энергии, и в основе которого лежит способность хранить и использовать биологическую информацию в виде уникальных информационных молекул: белков и нуклеиновых кислот. 2. Самовоспроизведение, которое обеспечивает преемственность между поколениями биологических систем 3. Саморегуляция, которая основана на потоке вещества, энергии и информации 4. Большинство химических процессов в организме находятся не в динамичном состоянии 5. Живые организмы способны к росту Признаки живого: 1. Обмен веществом и энергией 2. Обмен веществ – особый способ взаимодействия живых организмов со средой 3. Обмен веществ требует постоянного притока некоторых веществ и энергии из вне и выделения некоторых продуктов диссимиляции во внешнюю среду. Организм является открытой системой 4. Раздражимость – заключается в передаче информации от внешней среды к организму; на основе раздражимости осуществляется Саморегуляция и гомеостаз 5. Репродукция – воспроизведение себе подобных 6. Наследственность – поток информации между поколениями в результате чего обеспечивается преемственность 7. Изменчивость – появление новых признаков в процессе репродукции; основа эволюции 8. Онтогенез – индивидуальное развитие, реализация индивидуальной программы 9. Филогенез – историческое развитие, эволюционное развитие осуществляется в результате наследственной изменчивости, естественного отбора и борьбы за существование 10. Организмы включены в процесс эволюции Формы жизни: 1. клеточные (про- и эукариот) 2. неклеточные (вирусы) Вопрос 2 (Назовите эволюционно-обусловленные уровни организации биологических систем): 1. молекулярный 2. клеточный 3. тканевый 4. огранный 5. системный 6. организменный 7. биогеоцианотический 8. ноосфера Вопрос 3 (Каковы основные положения клеточной теории Шлейдона и Шванна? Какие дополнения внёс в эту теорию Вирхов? Современное состояние клеточной теории): Положения клеточной теории Шлейдена-Шванна 1.Все животные и растения состоят из клеток. 2.Растут и развиваются растения и животные путём возникновения новых клеток. 3.Клетка является самой маленькой единицей живого, а целый организм — это совокупность клеток. Немецкий биолог Рудольф Вирхов спустя 20 лет внес очень важное дополнение в клеточную теорию. Он доказал, что количество клеток в организме увеличивается в результате клеточного деления, т.е. клетка происходит только от клетки. Современное состояние клеточной теории: 1. Клетка – элементарная единица всех существующих биосистем. 2. Клетки возникают из клеток путем митоза, т. о. митоз есть универсальный способ клеткообразования у всех организмов на земле. 3. Все клетки у всех имеющихся в природе организмов являются гомологичными образованиями, т. к. для них характерен единый план строения и путь образования. 4. Важным доказательством гомологичности клеток является принципиальное сходство в них метаболических, энергетических процессов, а также информационной взаимодействие, в частности и генетического кода. Генетический код универсален. 5. Клетка является важным этапом в развитии биологических систем из небиологических компонентов, от неживого к живому. 6.Клетки обладают важным свойством – способностью к многоклеточности, что служит основой для возникновения организменного уровня организации. 7. В процессе фило- и онтогенеза клетки гомологичны, но постепенно перестают быть аналогичными, следствием чего является дифференциация и специализация клеток. 8. Дифференциация и специализация клеточных структур это один из основных механизмов индивидуального развития биосистем, в т. ч. организма. 9. Несмотря на дифференциацию и специализацию клеток многоклеточный организм представляет собой сложноорганизованную интегрированную систему, состоящую из функционирующих и взаимодействующих между собой клеток. 10. Организм не представляет собой простую сумму клеток, а их единство в целом. Свойства организма не объясняются свойствами составляющих его клеток. 11.В жизнедеятельности клеток принимают участие ядро и цитоплазма. Но в жизни клеток очень важная роль принадлежит компартментации ее содержимого. 12.Разнокачественные клетки в организме образуют структурно-функциональные единицы органов и тканей, выполняющих органные и тканевые функции. 13. В генетическом аппарате клетки находятся единицы наследственности (гены). 14.Существование в природе вирусов подтверждают универсальность клеточного строения организма, т. к. вирусы неспособны к самостоятельному функционированию, они ведут паразитический образ жизни. 15. Изучение общей ультраструктурной организации клеток и ее процессов, а также закономерностей клеткообразования, взаимодействия между клетками, клеточного гомеостаза существенно укрепило значение клеточной теории. Вопрос 4 (Каков химический состав клетки): Наибольшее количество приходится на кислород, углерод, водород и азот. Данные элементы называют основными или биогенными. На их долю приходится 95 % массы клеток, причем их относительное содержание гораздо больше, чем в земной коре. Для жизнедеятельности клеток также важны кальций, фосфор, сера, калий, хлор, натрий, магний, йод и железо. Их содержание в клетке исчисляется десятыми и сотыми долями процента. Перечисленные вещества называют макроэлементами. Другие химические элементы: медь, марганец, молибден, кобальт, цинк, бор, фтор, хром, селен, алюминий, йод, железо, кремний — содержатся в исключительно малых количествах (менее 0,01 % массы клеток). Они образуют группу микроэлементов. Органические вещества – это вещества органического происхождения, которые содержатся в клетке и играют очень важную роль в её жизнедеятельности, а также в жизнедеятельности все организма в целом. К органически веществам относятся: Белки Жиры Углеводы Нуклеиновые кислоты Вопрос 5 (Как устроены про- и эукариотические клетки?): Прокариоты: носитель информации – ДНК (кольцевая), нуклеоид. Нет гистонов, обеспечивающих нуклеосомную организацию хроматина. Нет органелл клетки, имеются лишь мелкие рибосомы, клеточная стенка - муреин. Эукариоты: имеются ядра с оболочкой. Ядерные ДНК заключены в хромосомы. В цитоплазме есть оргоноиды. Вопрос 6 (Какова организация универсальной биологической мембраны? Какие модели этой мембраны вам известны?): Клеточная стенка, если таковая у клетки имеется (обычно есть у растительных клеток), покрывает клеточную мембрану. Клеточная мембрана представляет собой двойной слой (бислой) молекул класса липидов, большинство из которых представляет собой так называемые сложные липиды — фосфолипиды. Молекулы липидов имеют гидрофильную («головка») и гидрофобную («хвост») часть. При образовании мембран гидрофобные участки молекул оказываются обращены внутрь, а гидрофильные — наружу. Мембраны — структуры инвариабельные, весьма сходные у разных организмов. Некоторое исключение составляют, пожалуй, археи, у которых мембраны образованы глицерином и терпеноидными спиртами. Толщина мембраны составляет 7—8 нм. Биологическая мембрана включает и различные белки: интегральные (пронизывающие мембрану насквозь), полуинтегральные (погруженные одним концом во внешний или внутренний липидный слой), поверхностные (расположенные на внешней или прилегающие к внутренней сторонам мембраны). Некоторые белки являются точками контакта клеточной мембраны с цитоскелетом внутри клетки, и клеточной стенкой (если она есть) снаружи. Некоторые из интегральных белков выполняют функцию ионных каналов, различных транспортеров и рецепторов.  Рис. Молекулярная организация биологической мембраны: 1 — бимолекулярный слой липидов, 2 — белки Модели клеточной мембраны: а) сэндвича (бутербродная) б) ковровая в) жидкостно-мозаичная (динамическая) - современная: Вопрос 7 (то такое органеллы и включения? Какова их роль в клетке?):
3. Лизосомы - пузырьки, имеют одномембранную оболочку, которая снаружи иногда бывает покрыта волокнистым белковым слоем. Содержат набор ферментов (кислых гидролаз), которые осуществляют при низких значениях рН гидролитическое (в присутствии воды) расщепление веществ (нуклеиновых кислот, белков, жиров, углеводов). Основная функция — внутриклеточное переваривание различных химических соединений и клеточных структур. Выделяют первичные (неактивные) и вторичные лизосомы (в них протекает процесс переваривания). Вторичные лизосомы образуются из первичных. Они подразделяются на гетеролизосомы и аутолизосомы. В гетеролизосомах (или фаголизосомах) протекает процесс переваривания материала, который поступает в клетку извне путем активного транспорта (пиноцитоза и фагоцитоза). В аутолизосомах (или цитолизосомах) подвергаются разрушению собственные клеточные структуры, которые завершили свою жизнь. Вторичные лизосомы, которые уже перестали переваривать материал, называются остаточными тельцами. В них нет гидролаз, содержится непереваренный материал. При нарушении целостности мембраны лизосом или при заболевании клетки гидролазы поступают внутрь клетки из лизосом и осуществляют ее самопереваривание (автолиз). Этот же процесс лежит в основе процесса естественной гибели всех клеток (апоптоза). 4. Пероксисомы - обязательная органелла эукариотической клетки, ограниченная мембраной, содержащая большое количество ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные реакции (оксидазы D-аминокислот, уратоксидазы и каталазы). Набор функций пероксисом различается в клетках разных типов. Среди них: окисление жирных кислот, фотодыхание, разрушение токсичных соединений, синтез желчных кислот, холестерина, а также эфиросодержащих липидов, построение миелиновой оболочки нервных волокон, метаболизме фитановой кислоты и т. д. Наряду с митохондриями пероксисомы являются главными потребителями O2 в клетке. В пероксисоме обычно присутствуют ферменты, использующие молекулярный кислород для отщепления атомов водорода от некоторых органических субстратов (R) с образованием перекиси водорода (H2O2). Каталаза использует образующуюся H2O2 для окисления множества субстратов — например, фенолов, муравьиной кислоты, формальдегида и этанола. Этот тип окислительных реакций особенно важен в клетках печени и почек, пероксисомы которых обезвреживают множество ядовитых веществ, попадающих в кровоток. Почти половина поступающего в организм человека этанола окисляется до ацетальдегида этим способом. 5. Митохондрии Митохондрия имеет две мембраны: наружную (гладкую) и внутреннюю (образующую выросты — кристы. У митохондрий внутренним содержимым является матрике — коллоидное вещество, в котором кроме ферментов содержатся: митохондриальная ДНК (митДНК) и митохондриальные рибосомы. Функция: синтез молекул АТФ ("Запас энергии") 6. Рибосомы - плотные тельца, содержащие белок и рибонуклеиновую кислоту (РНК). Они являются местом синтеза белка. 7. Клеточный центр (центросома) - обычно состоит из 2-ух центриолей. При делении клетки центриоли расходятся к полюсам клетки, образуя нити веретена деления. 8. Ядро - кариолемма (ядерная оболочка) двумембранная и позволяет веществам проходить между ядром и цитоплазмой благодаря своей пористой структуре (ядерные поры). -кариоплазма (ядерный сок). Светлая, вязкая жидкость, которая находится под ядерной оболочкой и в которую погружены остальные ядерные структуры. Представляет собой внутреннюю среду ядра. -ядрышко - сферическое тельце, изолированное или в группах, участвующее в образовании рибосом. -хроматин (раскрученные хромосомы). состоит из длинных нитей ДНК, связанной с гистоновыми белками (H 1, 2A, 2B, 3, 4). Вопрос 8 (В чём сходство и различие растительной и животной клетки?): Общее в строении растительных и животных клеток: клетка живая, растет, делится. протекает обмен веществ. И в растительных, и в животных клетках имеется ядро, цитоплазма, эндоплазматическая сеть, митохондрии, рибосомы, аппарат Гольджи. Различия между растительными и животными клетками возникли из-за разных путей развития, питания, возможности самостоятельного движения у животных и относительной неподвижности растений. Клеточная стенка у растений есть ( из целлюлозы ) у животных - нет. Клеточная стенка придает растениям дополнительную жесткость и защищает от потерь воды. Вакуоль есть у растений, у животных - нет. Хлоропласты есть только у растений, в которых образуются органические вещества из неорганических с поглощением энергии. Животные потребляют готовые органические вещества, которые получают с пищей. Резервный полисахарид: у растений – крахмал, у животных – гликоген. Вопрос 10 (Как организован наследственный материал у про- и эукариот?): а) локализация (в прокариотической клетке – в цитоплазме, в эукариотической клетке – ядро и полуавтономные органоиды: митохондрии и пластиды), б) характеристика Геном в прокариотической клетке: 1 кольцевидная хромосома – нуклеоид, состоящая из молекулы ДНК (укладка в виде петель) и негистоновых белков, и фрагменты – плазмиды – внехромосомные генетические элементы. Геном в эукариотической клетке – хромосомы, состоящие из молекулы ДНК и гистоновых белков. Вопрос 11 (Что такое ген и какова его структура?): Ген (от греч. génos — род, происхождение), элементарная единица наследственности, представляющая отрезок молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты — ДНК (у некоторых вирусов — рибонуклеиновой кислоты — РНК). Каждый Г. определяет строение одного из белков живой клетки и тем самым участвует в формировании признака или свойства организма. Вопрос 12 (Что такое генетический код, его свойства?): Генети́ческий код — свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов. Свойства генетического кода: 1. универсальность (принцип записи един для всех живых организмов) 2. триплетность (считываются три, рядом расположенные нуклеотида) 3. специфичность (1 триплет соответствует ТОЛЬКО ОДНОЙ аминокислоте) 4. вырожденность (избыточность) (1 аминокислота может кодироваться несколькими триплетами) 5. неперекрываемость (считывание происходит триплет за триплетом без "пробелов" и областей перекрывания, т.е. 1 нуклеотид НЕ может входить в состав двух триплетов). Вопрос 13 (Характеристика этапов биосинтеза белка у про- и эукариот): Биосинтез белка у эукариот Транскрипция ,постранскрипция, трансляция и посттрансляция. 1.Транскрипция заключается в создании "копии одного гена" - молекулы пре-и-РНК (пре-м-РНК).Происходит разрыв водородных связей между азотистыми основаниями, присоединения к гену-промотору РНК полимеразы, которая "подбирает" нуклеотиды по принципу комплементарности, и антипараллельности. Гены у эукариот содержат участки, содержащие информацию, - экзоны и неинформативные участки - экзоны. В результате транскрипции создается "копия" гена, которая содержит как экзоны, так и интроны. Поэтому молекула, синтезирующаяся в результате транскрипции у эукариот - незрелая и-РНК (пре-и-РНК). 2.Период посттранскрипции он называется процессинг, который заключается в созревании и-РНК. Происходит: Вырезание интронов и сшивание (сплайсинг) экзонов ( сплайсинг называется альтернативным, если экзоны соединяются в другой последовательности, чем были изначально в молекуле ДНК). Происходит "модификация концов" пре-и-РНК: на начальном участке - лидере (5') образуется колпачок или кэп - для узнавания и связывания с рибосомой, на конце 3' - трейлере образуется polyА (множество адениловых оснований) - для транспорта и-РНК из мембраны ядра в цитоплазму. Это зрелая м РНК. 3. Трансляция: -Инициация -связывание и-РНК с малой субъединицей рибосомы -попадание стартового триплета и-РНК - АУГ в аминоацильный центр рибосомы -объединение 2-ух субъединиц рибосомы (большой и малой). -Элонгация АУГ попадает в пептидильный центр , а в аминоацильный центр попадает второй триплет, потом две тРНК с определенными аминокислотами поступают в оба центра рибосомы. В случае комплементарности триплетов на и-РНК (кодона) и т-РНК (антикодон, на центральной петле молекулы т-РНК) между ними образуются водородные связи и данные т-РНК с соответствующими АМК "фиксируются" в рибосоме. Между АМК, прикрепленными к двум т-РНК, возникает пептидная связь, а связь между первой АМК и первой т-РНК разрушается. Рибосмома делает "шаг" по и-РНК ("передвигается на один триплет). Таким образом, вторая т-РНК, к которой прикреплены уже две АМК, перемещается в пептидильный центр, а в аминоацильном центре оказывается третий триплет и-РНК, куда из цитоплазмы поступает следующая т-РНК с соответствующей АМК. Процесс повторяется... до тех пор, пока в аминоацильный центр не попадет один из трех стоп-кодонов (УАА, УАГ, УГА), которые не соответствуют ни одной аминокислоте - Терминация - окончание сборки полипептидной цепи. Результат трансляции - образование полипептидной цепи, т.е. первичной структуры белка. 4. Посттрансляция приобретение молекулой белка соответствующей конформации - вторичной, третичной, четвертичной структур. Особенности биосинтеза белка у прокариот: а) все этапы биосинтеза происходят в цитоплазме, б) отсутствие экзон-интронной организации генов, вследствие чего в результате транскрипции образуется зрелая полицистронная м-РНК, в) транскрипция сопряжена с трансляцией, г) имеется только 1 вид РНК-полимеразы (единый РНК-полимеразный комплекс), тогда как у эукариот 3 вида РНК-полимераз, осуществляющих транскрипцию разных видов РНК. Вопрос 14 (Каковы механизмы регуляции активности генов у прокариот – схема Жакоба и Моно): Регуляция синтеза у прокариот (Жакоб, Моно). Выделили у прокариот Оперон: группа структурных и функциональных генов. Т.е. перед геном (генами), несущим информацию о структуре каких-либо белков (структурные гены), находится группа функциональных генов (которые "отвечают", определяют процесс транскрипции). К функциональным генам относят: ген- промотор и ген-оператор и находящийся на некотором расстоянии ген-регулятор. Какие механизмы регуляции есть у прокариот? 1. Путем индукции. а) ген-регулятор "отвечает" за синтез белка-репрессора, который, синтезируясь, соединяется с геном-оператором, препятствуя прохождению РНК-полимеразы к структурным генам. --> транскрипция не идет. б) в случае появления в среде какого-либо вещества, белок-репрессор связывается с ним --> освобождается участок гена-оператора, и РНК-полимераза, связываясь с геном-промотором, перемещается к структурным генам --> транскрипция (а позднее трансляция) осуществляется. В данном случае синтез белка "активироваля" поступающим веществом, которое названо индуктором, а сам механизм регуляции - регуляция путем индукции (например, лактозный оперон). 2. Путем репрессии а) ген-регулятор несет информацию и о белке-апорепрессоре, который синтезируется в неактивной форме --> не связывается с геном-оператором,транскрипция осуществляется. б) в случае увеличения концентрации конечного продукта (синтезируемого белка), он связывается с апорепрессором и образуется активный "комплекс" - голорепрессор (апорепрессор+синтезируемый белок) --> голорепрессор связывается с геном-оператором и препятстувует прохождению РНК-полимеразы от гена-промотора к структурным генам --> транскрипция блокируется. В данном случае наблюдается "подавление", остановка синтеза конечным продуктом - механизм путем репресии. Как только концентрация конечного продукта (белка) снижается, в нем возникает необходимость, комплекс голорепрессор распадается --> траскрипция (и трансляция позже) возобновляется. Вопрос 15 (Каковы особенности регуляции работы генов у эукариот?): Особенности регуляции генов у эукариот: 1)нет оперонной организации генов.2) Гены, определяющие синтез ферментов рассеяны в геноме. 3)Регуляция транскрипции является комбинационной, т.е. активность каждого гена регулируется большим числом генов-регуляторов. (промотор и энхансер) 4)белки-регуляторы контролируют транскрипцию генов, кодирующих другие белки-регуляторы 5)гормоны – индукторы транскрипции 6) процесс компактизации и декомпактизации хроматина 7) обратная связь между процессингом, сплайсингом и экзон-интронной организацией генов – например изменение схемы сплайсинга при синтезе антител. Вопрос 16 (Жизненный цикл клетки. Митотический цикл, его периоды. Стволовые клетки. Дифференцировка и гибель клеток): Жизненный цикл клеток – период существования от образования клетки до ее собственного деления или гибели:фаза деления, фаза роста, фаза покоя, фаза специализации или дифференциации, фаза зрелости, фаза старения, деление или гибель. Митотический цикл. Митоз - непрямое деление клетки, в результате которого сначала происходит удвоение наследственного материала, а затем его равномерное распределение между двумя дочерними клетками. На процесс деления клетки митозом уходит 1-3 часа. Промежуток между двумя клеточными делениями называют интерфазой, продолжительность которой обычно занимает около 90% времени клеточного цикла . Интерфаза состоит из трех периодов. пресинтетический период (G1), который начинается сразу же за завершением предыдущего митоза. В этот период в клетке синтезируются РНК и белки, образуется достаточное число органоидов, клетка растет. Количество генетического материала в клетке не меняется. Число хромосом в клетке равно двойному, гаплоидному (2п), но каждая хромосома все еще состоит из одной хроматиды, то есть из одной молекулы ДНК. Таким образом, формула клетки в этот период — 2п2с; синтетический период (S) характеризуется тем, что происходит удвоение молекул ДНК, и к концу этого периода каждая хромосома состоит из двух одинаковых хроматид, а значит, из двух абсолютно одинаковых молекул ДНК. Таким образом,формула клетки становится: 2п4с; постсинтетического периода (G2) происходит подготовка клетки к делению: синтезируются белки, необходимые для образования веретена деления и для формирования хромосом; запасается АТФ. Формула клетки не меняется, оставаясь 2п4с. Непосредственно процесс деления клетки подразделяют на четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. В профазе происходит спирализация хромосом. Оболочка ядра разрушается. Центриоли расходятся к полюсам клетки. Формируется веретено деления — 2п4с. В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки. Нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом — 2п4с. В анафазе центромеры делятся, и хроматиды хромосом расходятся к полюсам клетки за счет укорочения нитей веретена деления. Формула клетки становится 4п4с. В телофазе заканчивается кариокинез — деление ядра. Хромосомы деспирализуются, образуется ядерная оболочка. А далее происходит цитокинез — деление клетки. В конце телофазы из материнской клетки (4п4с) образуются две идентичные клетки с наборами генетического материала 2п2с. Биологическое значение митоза в том, что в итоге его образуются две клетки с совершенно одинаковой наследственной информацией. Митоз позволяет увеличивать число клеток в организме, обеспечивая рост, вегетативное размножение, регенерацию и заживление повреждений тела. Ствол клетки – камбиальные клетки, родоначальные в обновляющихся тканях животных (кроветворной, лимфоидной, эпидермисе, пищеварительном тракте и др.) Размножение и дифференцировка ствол. Кл-к восстанавливает потерю специализ. Кл-к при их естественной или аварийной гибели Ст. Кл-кт индивидуальны для каждого тканевого типа. Напр. из ст. кроветв кл-кт обр-ся эритроциты, лейкоциты или мегакариоциты Дифференцировка – возникновение различий между однородными клетками и тканями в ходе развития особи, приводящие к формированию специализированных клеток, органов и тканей, т.е. приобретаются хим., морфологические и функцион. особенности. Вопрос 17 (Виды тканей по характеру клеточной пролиферации. Обновляющиеся, растущие, стабильные ткани, их характеристика. Митотический коэффициент): Виды тканей по характеру клеточной пролиферации: 1. Стабильные – все клетки находятся в состоянии необратимой дифферненцировки (эмаль зубов, кардиомиоциты, нервная ткань). Неопределяется МК 2. Растущие – количество клеток в ткани увеличивается, так как доля клеток, идущих в митотический цикл, превышает долю клеток, идущих в дифференцировку (эмбриональные, регенерирующие, опухолевые). 40- 45 3. обновляющиеся – происходит размножение клеток, однако общее количество клеток остаётся постоянным, так как половина клеток переходит в необратимую дифференцировку и погибает. - быстро обновляющиеся – красный костный мозг, эпителий тонкой кишки, эпителий языка, пищевода, желудка, роговицы, эпидермис. 5-35 - медленно обновляющиеся – паренхима печени, почек. – 0.2 – 0.5 Митотический коэффициент - сколько раз может делиться клетка Вопрос 18 (Репликация ДНК у про- и эукариот. Удвоение хромосом. Изменение количества ДНК и набора хромосом в различные периоды жизненного цикла клеток): Репликация у прокариот. Наиболее изучен процесс репликации у Escherichia coli. У этой бактерии (как и ещё некоторых исследованных видов) в области точки инициации репликации (ori C, длиной примерно 245 п.н.) находятся повторы размером в 13 и 9 пар оснований (Рис.5). При инициации 10-20 молекул белка инициации реплика¬ции Dna A связывается с четырьмя девятимерными повторами (9-mers) и расплетает ДНК в районе тандем¬ного набора тринадцатимеров, богатых АТ парами (что облегчает их расплетание, т.к. между А и Т только две водородные связи). Белок Dna C доставляет шестисубъединичный белок Dna B (геликаза) к матрице. На каж¬дую из одиночных цепей садится по одному Dna B и они затем двигаются в разных направлениях расплетая ДНК. К геликазе присоединяется праймаза и синтезирует РНК-затравку. Две ДНК-полимеразы с помощью своих двух b-субъединиц прикрепляются к нити ДНК и начинают синтез ДНК. Расплетанию спирали способст¬вует SSB-белки, которые связываются с одноцепочечными участками ДНК, предотвращают образование шпи¬лек и тем са¬мым стабилизируют расплетённый дуплекс. Сбалансированное действие топоизомеразы II (гираза), способной индуцировать отрицательные сверхвитки(см.рис.4), и топоизомеразы I, снимающей отрицательные сверх¬витки(см.рис.3) регулирует степень сверхспиральности ДНК и таким образом влияет на скорость движе¬ния реп¬ликативной вилки. У прокариот обнаружено три типа ДНК-полимераз. Их свойства приведены ниже. ДНК-полимераза III осуществляет удлинение лидирующей цепи, а также удлинение РНК-праймеров с обра¬зова¬нием фрагментов Оказаки длиной от 1000 до 2000 нуклеотидов. Две ДНК-полимеразы связаны между со¬бой субъединицей. Удаление сегментов РНК с 5-конца каждого фрагмента Оказаки и заполнение пробелов между ними катализируетcя ДНК-полимеразой I ,способной удлинять цепь и осуществлять ник-трансляцию. Когда рас¬тущий 3-гидро¬ксильный конец каждого фрагмента Оказаки до¬ходит до 5 –дезоксинуклеотид¬ного конца соседнего фраг¬мента, вступает в действие ДНК- лигаза и образуется непре¬рыв¬ная отстающая цепь. Роль ДНК-полимеразы II в репликации не выяснена. Обнаружен специальный белок терминации – Tus-белок. Он задерживает геликазу, в результате чего прекращается расплетение нити и происходит терминация репликации. Репликация у эукариот. Как и в случае с E.coli исследования репликации в эукариотических клетках сначала были сосредото¬чены на характеристике различных ДНК-полимераз (см. табл.2). Следующим этапом стало создание систем для репликации хромосом вирусов животных in vitro. В ре¬зуль¬тате в настоящее время хромосома вируса SV40 может быть реплицирована in vitro с использованием всего лишь восьми компонентов клеток млекопитающих. По своим свойствам эти белки напоминают белки необхо¬димые для репликации в E.coli. Репликация ДНК эукариот также идёт в двух направлениях; для син¬теза ДНК нужны праймеры синтезируемые праймазой; синтез лидирующей цепи непрерывен, а отстающей прерывистый. Как показано на рис.7, инициация репликации ДНК вируса SV40 происходит в уникальном сайте, точке начала репликации, путём связывания кодируемого вирусом белка, называемого T antigen, или Tag. Этот полифункциональный белок расплетает дуплекс ДНК благодаря своей геликазной активности. Распле¬тание дуплекса требует также наличия АТФ и белка репликации A (RPA), кодируемого клеткой-хозяи¬ном и обладающего способностью связываться с однонитчатой ДНК (как SSB-белки в E.coli). Одна молекула ДНК-полимеразы α (Pol α) прочно связывается с праймазой и затем связывается с образовавшейся однонит¬чатой ДНК. Праймаза образует РНК-праймеры, которые затем удлиняются на небольшую длину Pol α , обра¬зуя пер¬вую часть ведущих цепей, которые растут от точки ori в противоположных направлениях. Активность Pol α стимулируется фактором репликации C (RFC). Затем c 3-концамb удлинённых Pol α РНК-праймеров связывается PCNA (proliferating cell nuclear antigen) и замещает Pol α на обоих растущих ведущих цепях, прерывая их синтез. На следующем этапе Pol δ связывается с PCNA на 3-концах растущих цепей. PCNA повышает процессивность Pol δ так, что полимераза может непрерывно продолжать синтез ведущих цепей. Таким образом, функция PCNA аналогична функции β-субъединицы полимеразы III E.coli, т.к. оба белка образуют сходные структуры (“кольца”), охватывающие ДНК и способствующие удержанию полимераз на цепи ДНК. Они, однако, имеют различные первичные структуры; кроме того PCNA-тример, а не димер как β-субъединица полимеразы III E.coli. Комплекс праймаза- Pol α. садится на цепь, являющуюся матрицей для отстающей цепи и вместе с RFC осуще¬ствляют синтез запаздывающей цепи. Наконец, как и в E.coli топоизомеразы сни¬мают меха¬ническое напряжение, возникающее при распле¬тании ДНК в репликативной вилке, и участ¬вуют в разделе¬нии двух дочерних хромосом. Од¬нако топои¬зомеразы эукариот имеют некоторые от¬личия от прокариотиче¬ских: 1.топоизомеразы I эукариот взаи¬модействуют с 3-фосфорильным концом разорванной цепи (прока¬риотические --с 5-фосфорильным кон¬цом) 2. топои-зомеразы I эукариот устраняют как отри¬цательные, так и положительные сверх витки (прокариотиче-ские—только отрицательные) 3.топоизомеразы II эу¬кариот не способны инду¬циро¬вать образование отрица¬тельных сверхвит¬ков (как это делает в релаксирован¬ных кольцевых ДНК гираза бактерий). Итак, получено много данных об эукариотических белках, осуществляющих репликацию ДНК вируса SV40 in vitro. Как упоминалось ранее, инициация репликации ДНК SV40 in vitro требует наличие вирусного белка - T антигена. Для инициации же репликации у эукариот хромосомной ДНК необходим целый комплекс белков. Так, у дрожжей с сайтом ori в течение всего жизненного цикла связан комплекс из 6 разных белков (ORC), к которому в интерфазе присоединяется ещё целый ряд белков и образованный комплекс инициирует процесс репликации. Такие же белки синтезируются всеми эукариотическими клетками. Хромосомы эукариот линейны и их концы представлены теломерами, со¬стоящими из повто-ряющихся олигомерных последо¬вательностей; у человека это 25-200 копий последовательности TTAGGG. Наличие специ¬альной области на концах эукариотических хро¬мосом абсолютно необходимо. Дело в том, что при удалении последнего РНК-праймера отстаю¬щей цепи, на 5-конце этой цепи остаётся брешь, которую не способна заполнить ни одна из ДНК-полимераз, т.к. всем им для работы необходим праймер со свободным 3-ОН концом. Без сущест¬вования какого-либо специального меха¬низма дочерняя нить ДНК, синтезируемая на от¬стающей цепи, укорачивалась бы с каждым клеточным де¬лением. Ферментом, предотвращаю¬щим такое укорочение, является теломераза. Этот фермент имеет ассоциированную с ним короткую нить РНК, комплиментарную шестичленной после¬до-вательности, повторяющейся в теломере и слу¬жащую матрицей для синтеза ДНК теломеров. Бла¬годаря этому механизму эукариотические хромо¬сомы могут реплицироваться полностью. Репликация в большинство соматических клеток проходит без участия теломеразы, поэтому с каж¬дым делением длина хромосом клетки укорачи¬ва¬ется и после определённого числа делений хромо¬сомы утрачивают теломеры и начинают терять смысловые участки , что приводит к гибели клетки. Теломераза активна в половых, раковых клетках и клетках одноклеточных эукариот. G1 – 2n2c S – G2 – 2n4c Gh – 2n2n Митоз : 2n4n 2n2c Вопрос 19 (уровни организации хромосом эукариот. Изменение организации (спирализация)хромосом в митотическом цикле клеток): Уровни организации хроматина: ДНК – нуклоеосомная нить – элементарная хроматиновая фибрилла – интерфазная хромонема (укладка в петли, далее глыбки хроматина как компактная структура)– метафазная хроматида (суперспирализация, отдельные хромосомы хорошо различимы). Ядерная структура в интерфазе называется хроматин, в метафазе – хромосома. Вопрос 20 (Митоз, характеристика фаз митоза. Значение митоза. Эндомитоз, политения. Патологические виды деления клеток): В профазе происходит спирализация хромосом. Оболочка ядра разрушается. Центриоли расходятся к полюсам клетки. Формируется веретено деления — 2п4с.В метафазе хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки. Нити веретена деления прикрепляются к центромерам хромосом — 2п4с.В анафазе центромеры делятся, и хроматиды хромосом рас¬ходятся к полюсам клетки за счет укорочения нитей веретена деления. Формула клетки становится 4п4с.В телофазе заканчивается кариокинез — деление ядра. Хромосомы деспирализуются, образуется ядерная оболочка. А далее происходит цитокинез — деление клетки. В конце телофазы из материнской клетки (4п4с) образуются две идентичные клетки с наборами генетического материала 2п2с. Биологическое значение митоза в том, что в итоге его образуются две клетки с совершенно одинаковой наследственной информацией. Митоз позволяет увеличивать число клеток в организме, обеспечивая рост, вегетативное размножение, регенерацию и заживление повреждений тела. Эндомитоз - кратное увеличение количества хромосом в клетке - появление полиплоидных клеток. Политения - кратное увеличение количества ДНК. Амитоз – прямое деление клетки. Вопрос 21 (Мейоз, характеристика фаз мейоза. Редукция и рекомбинация генетического материала в мейозе. Значение мейоза): К концу Профазы I центриоли мигрируют к полюсам клетки, формируются нити веретена деления, разрушается ядерная мембрана и ядрышки. Кроссенговер и конъюгация. Метафаза I — бивалентные хромосомы выстраиваются вдоль экватора клетки. Анафаза I — микротрубочки сокращаются, биваленты делятся и хромосомы расходятся к полюсам. Важно отметить, что, из-за конъюгации хромосом в зиготене, к полюсам расходятся целые хромосомы, состоящие из двух хроматид каждая, а не отдельные хроматиды, как в митозе. Телофаза I — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка. Второе деление мейоза следует непосредственно за первым, без выраженной интерфазы: S-период отсутствует, поскольку перед вторым делением не происходит репликации ДНК. Профаза II — происходит конденсация хромосом, клеточный центр делится и продукты его деления расходятся к полюсам ядра, разрушается ядерная оболочка, образуется веретено деления. Метафаза II — унивалентные хромосомы располагаются на «экваторе» в одной плоскости, образуя так называемую метафазную пластинку. Анафаза II — униваленты делятся и хроматиды расходятся к полюсам. Телофаза II — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка. Происходит редукция (уменьшение) числа хромосом и переход клеток из диплоидного состояния в гаплоидное; рекомбинация – перемешивание наследственного материала. Значение У организмов, размножающихся половым путем, предотвращается удвоение числа хромосом в каждом поколении, так как при образовании половых клеток мейозом происходит редукция числа хромосом. Мейоз создает возможность для возникновения новых комбинаций генов (комбинативная изменчивость), так как происходит образование генетически различных гамет. Редукция числа хромосом приводит к образованию "чистых гамет", несущих только один аллель соответствующего локуса. Расположение бивалентов экваториальной пластинки веретена деления в метафазе 1 и хромосом в метафазе 2 определяется случайным образом. Последующее расхождение хромосом в анафазе приводит к образованию новых комбинаций аллелей в гаметах. Независимое расхождение хромосом лежит в основе третьего закона Менделя. Вопрос 22 (регуляция пролиферации и дифференцировки клеток): Регуляция пролиферации и дифференцировки клеток: геномная, внутриклеточные и тканевые регуляторы (фактор роста нервов, др), индукция клеточная и частей органов, целых органов и частей системы друг на друга, гормоны. Мутации как сбой регуляции. |