Файл: Молекулярная биология (теория).docx

10.1МИКРОТРУБОЧКИ И ИХ Ф-ЦИИ. ПАТОЛОГИЯ МИКРОТРУБОЧЕК

Микртр. – прямые полые цилиндры с Д-24нм, их стенки образованы молекулами белка тубулина, сечение – 13 субъединиц, соединённые в кольцо. Участвуют в транспорте мелких везикул. Образуют цитоскелет.

входят в состав постоянных (реснички, жгутики, центриоли кл.центра) и временных(веретено деления, элементы цитоскелета клеток м/у делениями) структур клетки. Микртр.имеют св-во сборки на положительном конце и разборки на отрицательном.

Центриоли – не мембранные органоиды общего назначения, образующие клеточный центр, структурная единица – центросомы. Центриоли распологаются перпендик. др. к др. вблизи ядра. Каждая центриоль имеет вид полого цилиндра Ш-0,2мкм и Дл -0,3-0,5мкм, стенка которого образована 9 триплетами микротрубочек. Центриоли играют важную роль в делении клетки. Они образуют митотический аппарат, веретено деления. При подготовке кл.к делению центриоли расходятся и удваиваются. Кл.высших растений не имеют центриолей, но у них есть аналогичный центр организации микротрубочек.

Реснички – органоиды движения специального назначения, представляют собой виросты цитоплазмы. Остов реснички имеет вид цилиндра, по периметру которого располагаются 9 парных микротр.и 2 одиночные в центре.

Патологии: Существуют генетические аномалии числа или расположения дуплетов. Например врожденный синдром неподвижных ресничек (синдром Картагенера) характеризуется тем, что реснички покровного эпителия дыхательных путей и слизистой оболочки среднего уха неподвижны или малоподвижны. Что ведет к хроническому воспалению дыхательных путей и среднего уха. У таких больных неподвижны также сперматозоиды, так как их хвост эквивалентен ресничкам.

Отсутствие связи между периферическими и центральными дуплетами в ресничках сопровождается их неподвижностью. Это может наблюдаться при самой разнообразной патологии:

- при инфекционных бронхитах, сопровождающихся иммобилизацией ресничек и отсутствием их движений в слизистой бронха;

- у курильщиков очень часто отмечается неподвижность патологически измененных ресничек, в которых содержится множество дуплетов;

- размножение центриолей с образованием "кист ресничек" часто наблюдается в генитальном тракте женщин при хронических воспалительных

2.МЕХАНИЗМ ЭНДОЦИТОЗА

Эндоцитоз – захват клеткой крупных молекул или частиц. Фагоцитоз – процесс поглощения клеткой крупных частиц – вирусов, бактерий, клеток. Хар-рен для макрофагов и гранулоцитов. Пиноцитоз – поглощении жидких веществ и мелких гранул. Присущ всем клеткам.(происходит инвагинация мембраны, образование везикулы, кот.сначала сливается с мембраной, а потом оказывается внутри клетки)

Эндоцитоз бывает неспецифический и специфический

Неспецифич эндоцит осуществляется без участия рецепторных белков плазмолеммы. Первым его этапом является АДГЕЗИЯ(прилипание) твердых частиц к внешней поверхности плазмолеммы. Второй этап погружение частиц в клетку путем ИНВАГИНАЦИИ плазмолеммы. Адгезия и погружение происходит в тех участках плазмолеммы которые свободны от холестерина и к которым со стороны цитоплазмы прилежит слой белка, клатрина. После отшнуровки от участка с твердыми частицами образуется Эндосома внутриклеточный пузырек. Эндосома перемещается в гиалоплазме с помощью элементов цитоскелета. Дальнейшая их судьба различна. Обычно они подвергаются процессу внутриклеточного переваривания, формируя фаголизосому, в которой происходит химическое расщепление макромолекул до мономерных соединений, от мембраны фаголизосомы отшнуровываются фрагменты, которые восполняют дифицит плазмолеммы образовавшегося от отшнуровки эндосомы.

Процесс пиноцитоза подразделяется на макро и микро. При микропиноцитозе начальным этапом является образование инвагинации плазмолеммы, в которой находится часть жидкой среды. После образуются пиносомы( по аналогии энлосом)- небольшие пузырькипогружение капли жидкости при микропиноцитозе происходит только в тех участках где присутствует тонкий слой белка – клатрина. Макропиноцитоз отлич от микропиноцит.тем, что с помощью довольно длинных выростов плазмолеммы клетка активно захватывает фрагменты жидкой среды. Его еще наз-ют рофеоцитозом. После смыкания конца выроста с соседним участком плазмолеммы образуется крупная пиноцитозная вакуоль.. при макропиноцит процесс поглощения клеткой жидкости происх более интенсивно.

9.1.Ф-и белков

1строительная: из белков состоят мембраны клеток и клеточных оранелл, а также внеклеточных структур. У высших животных стенки кровеносных сосудов, сухожилия, хрящи.

2) каталитическая: ферменты, кот.ускоряют все хим.реакции в кл.,это вещ-ва белковой природы.

3) сигнальная: в мембрану встроены белки, кот.изменяют свою третичную структуру в ответ на действие факторов внешней среды. Так происходит приём сигналов из внешней среды и передача инф-ции в кл.

4) двигательная: обеспечивается спец.сократительными белками. Они участвуют во всех видах движения, к кот.способны клетки и организмы: мерцание ресничек и биение жгутиков у простейших, сокращение мышц у животных и т.п.

5) регулятоная происходит за счёт гормонов. Они поддерживают постоянные концентрации вещ-в в крови, уч-ют в росте, размножении. (инсулин – Ур-нь глюкозы в крови).

6) защитная: при поступлении чужеродных белков или микроорганизмов в лейкоцитах образуются антитела, кот.связ-ся с чужеродными антигеами. В рез.обр-ся нетоксичный антигенантитело, кот.потом вагоцитируется.

7)транспортная: (гемоглобин) присоединение вещ-тв к белкам и их перенос к разным оргнам и тканям. Оч.много их в мембране, т.к.переносятся в-ва из внешней среды во внутреннюю.

8)энергетическая – прирасщ.1гр.белка обр-ся 17,6 кДж энергии.

2. РНК,СТРОЕНИЕ И Ф-ЦИИ.ВИДЫ РНК.

Нуклеиновые кислоты - природные высокомолекулярные органические соединения, обеспечивающие хранение и передачу информации. М.б. днк и рнк.

РНК - макромолекулярные биополимеры, мономерами которых является нуклеотиды. нуклеотиды состоят из: азотистого основания, пентозы (рибозы) и остатка фосфорной кислоты.

В отличие от молекул ДНК рибонуклеиновые кислоты представлены одной полинуклеотидной цепью, которая состоит из четырех разновидностей нуклеотидов, содержащих сахар, рибозу, фосфат и одно из четырех азотистых оснований — аденин, гуанин, урацил или цитозин. РНК синтезируется на молекулах ДНК при помощи ферментов РНК-полимераз с соблюдением принципа комплементарности и антипараллельности, причем аденину ДНК в РНК комплементарен урацил. Все многообразие РНК, действующих в клетке, можно разделить на три основных вида: мРНК, тРНК, рРНК.

Т-рнк –самая маленькая, в состав входит 75-90 нуклеотидов, 10-20% от массовой доли рнк. Ф-ция: перенос активированных (а/к+атф) а/к к рибосомам. 3 петли: 1-дигидроуридиновая. 8-12 нуклеотидов. 2 – псевдоуридиновая. 7 нуклеотидов. Обеспечивает взаимодействие с рибосомой. 3 – антикодоновая. 20нуклеотидов. Входит триплет нуклеотидов, обеспечивающий «узнавание места» а/к-ы в строящейся белковой молекуле. Для каждой а/к свои кодоны.

И-рнк образуется в ходе транскрипции на молекуле ДНК. 2-6% массовой доли всех рнк. Входит 6 участков: 1) кэп: стабилизация молекулы и-рнк. 2) предцистронный: связывание с рибосомой за счёт образования водородной связи. 3) инициирующий : содержит «команду» о начале биосинтеза белка в рибосоме. 4) цистронный: несёт инф.о биосинтезе белка. 5) обрывающийся триплет: команда о прекращении биосинтеза. 6) постцистронный: регулирует к-во синтезируемого белка.

Р-рнк – основной структурный компонент рибосом. 75% от общей массы. Взаимодействуя с белками р-рнк образует субъединицы(большой и малой) рибосом.

1.1Роль цитоскелета в функционировании клетки.

Цитоскелет. Микротрубочки белковой природы. В цитоплазм они могут образовывать сложные образования, прим. Веретено клеточного деления. Микротруб входят в сост сложноорганизованных специальных органелл, таких как центриоли, базальные тельца, являются основным структурным элементом ресничек и жгутиков. Микротр предст собой пряиые неветвящиеся полые цилиндры. Главное функц-е зная микротр цитоплазмы заключ в создании эластичного и устойчивого каркаса(цитоскелета), необходимого для поддержания формы клетки.

2Уровни структурной организации белков

Белки.-азотистые соединения, состоящие из а/к, связанных пептидными связями.

Различают: первичную, вторичную, третичную и для олигомерных белков – четвертичную.

Первичная структура- это последовательность аминокислотных остатков, связанных друг с другом пептидными связями.

Вторичная структура- представлена альфа-спиралью и бета-структурой. альфа-спиралью представлены миозин, тропомиозин и альфа-кератин, а бета-структурой – фибрион шелка и бета-кератин.

Третичная – определяется формой «упаковки» доменов. Домен – определённые структуры, состоящие из разных типов вторичной структуры. В зав-ти от соотношения а и б участков м.б.глобулярные и фибриллярные третичные структуры белков. В стабилизации третичной структуры участвуют дисульфидные ковалентные связи, образ-ся м/у остатками а/к цистеина. Водородные, ионные связи. Гидрофобное взаимодействие.

8.1. Механизм действия на примере инсулина

Подобно другим гормонам своё действие инсулин осуществляет через белок-рецептор.

Инсулиновый рецептор представляет собой сложный интегральный белок клеточной мембраны, построенный из 2 субъединиц (a и b), причём каждая из них образована двумя полипептидными цепочками.

Инсулин с высокой специфичностью связывается и распознаётся а-субъединицей рецептора, которая при присоединении гормона изменяет свою конформацию. Это приводит к появлениютирозинкиназной активности у субъединицы b, что запускает разветвлённую цепь реакций по активации ферментов, которая начинается с аутофосфорилирования рецептора.

Весь комплекс биохимических последствий взаимодействия инсулина и рецептора ещё до конца не вполне ясен, однако известно, что на промежуточном этапе происходит образованиевторичных посредников: диацилглицеролов и инозитолтрифосфата, одним из эффектов которых является активация фермента — протеинкиназы С, с фосфорилирующим (и активирующим) действием которой на ферменты и связаны изменения во внутриклеточном обмене веществ.

Усиление поступления глюкозы в клетку связано с активирующим действием посредников инсулина на включение в клеточную мембрану цитоплазматических везикул, содержащих белок-переносчик глюкозы GLUT 4.

2.Цитоплазма компоненты.

а) Гиалоплазма – это матрикс цитоплазмы (Основное вещество цитоплазмы), представляет собой концентрированный раствор неорганических и органических соединений, главными компонентами которого являются белки. Это коллоидная система, которая может переходить из жидкого в гелеобразное состояние и обратно

в котором находятся её структуры.

в) Некоторые макромолекулы могут объединяться (путём самосборки) в те или иные комплексы и структуры.

б) В гиалоплазме располагаются органоиды микроструктуры цитоплазмы, выполняющие в клетке различные жизненно важные функции. Органоиды могут быть мембранными отграничены собственной мембраной от окружающей гиалоплазмы, т.е. представляют собой закрытые компартменты. (ядро, аппарат Гольджи, эндоплазматический ретикулум, лизосомы, митохондрии, хлоропласты) и немембранными структуры, не окружённые мембраной. (клеточный центр, рибосомы, цитоскелет).

3. Включения продукты клеточной деятельности, вакуоли, а также мельчайшие трубочки и нити, образующие скелет клетки.

а) Включения - необязательные компоненты цитоплазмы; они возникают и исчезают в зависимости от состояния клетки.

б) Различают 4 типа включений.

I. Трофические (капельки жиров, гранулы полисахарид)- резервные запасы питательных веществ.

II – III. Секреторные (биологически активные вещества) и экскреторные (ненужные продукты обмена. включения) - обычно это мембранные пузырьки, содержащие вещества, подлежащие выведению из клетки;

IV. Пигментные включения – экзогенные (красители, провитамин А и тд),

эндогенные (меланин, гемосидерин (комплекс белка с железом) и др.)

В цитоплазме протекают основные процессы обмена веществ, она объединяет в одно целое ядро и все органоиды, обеспечивает их взаимодействие, деятельность клетки как единой целостной живой системы.

7.1 Фолдинг белков. Фолдинг- сворачивание пептидной цепи в нправильную трехмерную структуру. Белки фолдинга можно разделить на 2 группы:

1 Фолдазы- белки с каталитической активностью т.е ферменты.

2 Шапероны – вспомогательные белки с различными механизмами действия. Они предупреждают неправильные взаимодействия в пептидной цепи, контролируют рефолдинг, учавствуют в некоторых видах внутриклеточного транспорта белков. (в лизосомы и митохондрии). НСР60 – Сворачивает, 100 – разворачивает белковые глобулы.

2. Митохондрии, лизосомы, комплекс Гольджи, их строение и функции

Митохондрии – это энергетические органоиды. Форма митохондрий различна, они могут быть остальными, палочковидными, нитевидными со средним диаметром 1 мкм. и длиной 7 мкм. Число митохондрий зависит от функциональной активности клетки и может достигать десятки тысяч в летательных мышцах насекомых. Митохондрии снаружи ограничены внешней мембраной, под ней – внутренняя мембрана, образующая многочисленные выросты – кристы.Внутри митохондрий находятся РНК, ДНК и рибосомы. В ее мембраны встроены специфические ферменты, с помощью которых в митохондрии происходит преобразование энергии пищевых веществ в энергию АТФ, необходимую для жизнедеятельности клетки и организма в целомМембрана, матрикс, выросты – кристы. Функции: синтез молекулы АТФ, синтез собственных белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов, образование собственных рибосом.

Аппарат Гольджи – пластинчатый комплекс, представляет собой стопку из 5-20 уплощённых дисковидных мембранных полостей и отшнуривающихся от них микропузырьков – лизосом. Структурная единица аГ – диктиосома. Ф-ции: участие в экзоцитозе,транспорт в-тв, образует лизосомы, содержащие ферменты. Сортировка, хим.модификация биомолекул.

Перечень функций комплекса Гольджи

сегрегация (отделение) соответствующих белков от гиалоплазмы и концентрирование их,продолжение химической модификации этих белков,сортировка данных белков на лизосомальные, мембранные и экспортные,включение белков в состав соответствующих структур (лизосом, секреторных пузырьков, мембран).

Лизосомы – это мембранные органоиды. Имеют овальную форму и диаметр 0,5 мкм. В них находится набор ферментов, которые разрушают органические вещества. Мембрана лизосом очень прочная и препятствует проникновению собственных ферментов в цитоплазму клетки, но если лизосома повреждается от каких-либо внешних воздействий, то разрушается вся клетка или часть ее. Лизосомы встречаются во всех клетках растений, животных и грибов. Строение: пузырьки овальной формы, снаружи мембрана, внутри ферменты. Функции: расщепление органических веществ, разрушение отмерших органоидов, уничтожение отработавших клеток.

лизосомы - это мембранные пузырьки, содержащие ферменты гидролиза биополимеров, образуются, отпочковываясь от цистерн комплекса Гольджи.

Функция лизосом

1-переваривание захваченных клеткой при эндоцитозе вещеста или частиц

2-аутофагия – уничтожение ненужн клетке структур во время замены старых органоидов новыми или переваривании белков и др. веществ, производящихся внутри самой клетки

3-автолиз-самопереваривание клетки, приводящее к ее гибели Примером может служить утрата хвоста при превращении головастика в лягушку

6.1. Строение и функции эндоплазматического ретикулума.

ЭПС – система соединённых м/у собой трубочек, канальцев и полостей, отграниченных от цитоплазмы одним слоем мембраны иразделяющих цитоплазму клеток на изолированные пространства. Это неободимо, чтобы определить множество параллельно идущих реакций. ЭПС связывает м/у собой основные органоиды клетки. Участвует в экзоцитозе. Шероховатая – на её пов-ти образованы рибосомы, которые синтезируют белок, а также упаковка, транспорт и хранение белков. Гладкая – осуществляет синтез липидов, стероидов и углеводов, дапонирование ионов Са.

2.Функции мРНК и т-РНК.

Т-рнк –самая маленькая, в состав входит 75-90 нуклеотидов, 10-20% от массовой доли рнк. Ф-ция: перенос активированных (а/к+атф) а/к к рибосомам. 3 петли: 1-дигидроуридиновая. 8-12 нуклеотидов. 2 – псевдоуридиновая. 7 нуклеотидов. Обеспечивает взаимодействие с рибосомой. 3 – антикодоновая. 20нуклеотидов. Входит триплет нуклеотидов, обеспечивающий «узнавание места» а/к-ы в строящейся белковой молекуле. Для каждой а/к свои кодоны.

И-рнк образуется в ходе транскрипции на молекуле ДНК. 2-6% массовой доли всех рнк. Входит 6 участков: 1) кэп: стабилизация молекулы и-рнк. 2) предцистронный: связывание с рибосомой за счёт образования водородной связи. 3) инициирующий : содержит «команду» о начале биосинтеза белка в рибосоме. 4) цистронный: несёт инф.о биосинтезе белка. 5) обрывающийся триплет: команда о прекращении биосинтеза. 6) постцистронный: регулирует к-во синтезируемого белка

2.1. Основные функции биомембран

барьерная — обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой. Например, мембрана пероксисом защищает цитоплазму от опасных для клетки пероксидов. Избирательная проницаемость означает, что проницаемость мембраны для различных атомов или молекул зависит от их размеров, электрического заряда и химических свойств. Избирательная проницаемость обеспечивает отделение клетки и клеточных компартментов от окружающей среды и снабжение их необходимыми веществами.

транспортная — через мембрану происходит транспорт веществ в клетку и из клетки. Транспорт через мембраны обеспечивает: доставку питательных веществ, удаление конечных продуктов обмена, секрецию различных веществ, создание ионных градиентов, поддержание в клетке оптимального pH и концентрации ионов, которые нужны для работы клеточных ферментов.
Частицы, по какой-либо причине неспособные пересечь фосфолипидный бислой (например, из-за гидрофильных свойств, так как мембрана внутри гидрофобна и не пропускаетгидрофильные вещества, или из-за крупных размеров), но необходимые для клетки, могут проникнуть сквозь мембрану через специальные белки-переносчики (транспортеры) и белки-каналы или путем эндоцитоза.
При пассивном транспорте вещества пересекают липидный бислой без затрат энергии по градиенту концентрации путем диффузии. Вариантом этого механизма является облегчённаядиффузия, при которой веществу помогает пройти через мембрану какая-либо специфическая молекула. У этой молекулы может быть канал, пропускающий вещества только одного типа.
Активный транспорт требует затрат энергии, так как происходит против градиента концентрации. На мембране существуют специальные белки-насосы, в том числе АТФаза, которая активно вкачивает в клетку ионы калия (K+) и выкачивают из неё ионы натрия (Na+).

матричная — обеспечивает определенное взаиморасположение и ориентацию мембранных белков, их оптимальное взаимодействие.

механическая — обеспечивает автономность клетки, ее внутриклеточных структур, также соединение с другими клетками (в тканях). Большую роль в обеспечение механической функции имеют клеточные стенки, а у животных — межклеточное вещество.

энергетическая — при фотосинтезе в хлоропластах и клеточном дыхании в митохондриях в их мембранах действуют системы переноса энергии, в которых также участвуют белки;

рецепторная — некоторые белки, находящиеся в мембране, являются рецепторами (молекулами, при помощи которых клетка воспринимает те или иные сигналы).
Например, гормоны, циркулирующие в крови, действуют только на такие клетки-мишени, у которых есть соответствующие этим гормонам рецепторы. Нейромедиаторы (химические вещества, обеспечивающие проведение нервных импульсов) тоже связываются с особыми рецепторными белками клеток-мишеней.

ферментативная — мембранные белки нередко являются ферментами. Например, плазматические мембраны эпителиальных клеток кишечника содержат пищеварительные ферменты.

осуществление генерации и проведения биопотенциалов.
С помощью мембраны в клетке поддерживается постоянная концентрация ионов: концентрация иона К+ внутри клетки значительно выше, чем снаружи, а концентрация Na+ значительно ниже, что очень важно, так как это обеспечивает поддержание разности потенциалов на мембране и генерацию нервного импульса.

маркировка клетки — на мембране есть антигены, действующие как маркеры — «ярлыки», позволяющие опознать клетку. Это гликопротеины (то есть белки с присоединенными к ним разветвленными олигосахаридными боковыми цепями), играющие роль «антенн». Из-за бесчисленного множества конфигурации боковых цепей возможно сделать для каждого типа клеток свой особый маркер. С помощью маркеров клетки могут распознавать другие клетки и действовать согласованно с ними, например, при формировании органов и тканей. Это же позволяет иммунной системе распознавать чужеродные антигены.

2.СТРОЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ А/К

Аминокислоты — это органические бифункциональные соединения, в состав которых входят карбоксильная группа —СООН и аминогруппа —NH₂. В зависимости от взаимного расположения обеих функциональных групп различают ά-,β -, γ –аминокислоты

А/К делятся на 2 гр: Заменимые-при отсутствии этих а/к они м.б. заменены др.а/к близкой по строению. Незаменимые они сентезируются только в автотрофных организмах (трптофан, метионин,лизин.)

З: аланин, аспарагин, аспартат, глицин, глутамин, глутамат, пролин, серин, гидроксилизин, гидроксипролин.

Н.З.:Валин, изолейцин,лейцин, лизин, метионин, тирозин,треонин, трептофан, фенилаланин, цистеин.

П.З: аргинин,гистидин