Файл: Биология как одна из теоретических основ медицины, ее задачи, объект и методы исследования. Разделы дисциплины биологии и их значение для деятельности врача.docx

Как показали комплексные цитофи-зические исследования, элементарная мембрана состоит из трех слоев, вклю­чающих в себя молекулы белков и липидов. Толщина каждого слоя около 2,5 нм. Часть белковых молекул обла­дает ферментативными свойствами. Каждая молекула липида имеет водо­растворимую и водонерастворимую группы. В клеточных мембранах ли-пидные молекулы располагаются водо-нерастворимыми концами друг к другу, а водорастворимыми направлены к бел­ковым молекулам.

Единого мнения о молекулярной ор­ганизации мембран нет. По одним пред­ставлениям белковые молекулы плот­но прилегают друг к другу и представ­ляют наружные слои, по другим — белки не образуют слоя, а в виде мо­заики из глобул расположены нерав­номерно; при этом одни из них нахо­дятся только на поверхности, другие погружены в липидную фазу частично или полностью, иногда пронизывая ее насквозь. Большая часть белковых мо­лекул не связана с липидными моле­кулами и только плавает между ними. Согласно третьей гипотезе, в состав мембран
кроме липидов и белков входят также молекулы гликолипидов и гликопротеидов с разветвленными угле­водными цепями. Эти разветвленные цепи на поверхности мембраны пере­плетаются друг с другом, образуя как бы каркас с вплетенными в него моле­кулами белков. Более того, углеводные цепи гликолипидов и гликопротеидов связаны с микротрубочками, состав­ляющими цитоскелет. Часто плазматическая мембрана образует множество пальцевидных выступов— микроворсинок. Это значительно увели­чивает всасывающую поверхность кле­ток, облегчая перенос веществ через наружную мембрану и их прикрепле­ние к поверхности субстрата.

Существует, по-видимому, несколь­ко типов мембран, отличающихся по строению в ферментативными свойства­ми белков, образующих с липидами липопротеидные комплексы. С этим связаны неодинаковые функциональные свойства мембран различных орга­ноидов и различных участков клетки. Так, мембраны митохондрий тонки (около 5 нм) и имеют глобулярную структуру; мембраны сетчатого аппа­рата толще (6—8 нм), содержат липид-ные и фосфорные молекулы. В мем­бранах находятся молекулы-рецепто­ры, благодаря чему они восприимчивы к биологически активным соединениям, например, гормонам.

Наружная или плазматическая мем­брана (цитолемма или плазмолемма) ограничивает клетку от окружающей микросреды и благодаря наличию мо­лекул-рецепторов обеспечивает целе­сообразные реакции клетки на измене­ния в окружающей ее среде. Она при­нимает непосредственное

---

участие в про­цессах обмена, клетки со средой — по­ступлении веществ в клетку и выведе­нии их из нее. Она никогда не нахо­дится в состоянии покоя, совершая обычно волнообразные колебательные движения.

В тканях растений между соседними клетками образуются цитоплазматические мостики — плозмодесмы, через которые обеспечивается взаимосвязь лежащих рядом клеток. В расти­тельных клетках цитоплазматическая мембрана снаружи покрыта клеточной оболочкой.
6. Наследственный аппарат клетки; роль ядра и цитоплазмы в передаче наследственной информации. Ядро, его значение для жизнедеятельности клеток, основные компоненты ядра. Цитоплазматическая наследственность: плазмиды и эписомы.

Ядро осуществляет две группы общих функций: одну, связанную собственно с хранением генетической информации, другую – с ее реализацией. Ядро (лат. nucleus) — это один из структурных компонентов эукариотической клетки, содержащий генетическую информацию (молекулы ДНК), осуществляющий основные функции: хранение, передача и реализация наследственной информации с обеспечением синтеза белка.

В первую группу входят процессы, связанные с поддержанием информации в виде неизменной структуры ДНК. Важно, чтобы молекулы ДНК передавались из поколения в поколение стабильными, а поскольку это невозможно в силу мутагенеза, существуют репарационные механизмы на молекулярном уровне, т.е. самовосстановление первичной структуры. Существует световая репарация: при облучении видимым светом (УФ) активируется фермент, восстанавливающий первичную структуру ДНК за счет расщепления образовавшихся в мутированной молекуле димеров пиримидиновых оснований.

При темновой репарации происходит вырезание димеров пиримидинов с помощью эндонуклеазы, далее к интактной цепи ДНК присоединяются комплементарные нуклеотиды и цепь сливается лигазами с получением исходной структуры.

Чтобы дочерние клетки при делении (митозе) получили совершенно одинаковые в количественном и качественном отношении объемы генетической информации, в ядре должна пройти редупликация молекул ДНК, что и наблюдается в S-периоде интерфазы.

Во время образования половых клеток происходят рекомбинации генетической информации, что обеспечивает их генетическую разнородность при одинаковом количественном объеме (кроссинговер при редукционном делении).

Далее, в функции ядра входит распределение генетической информации между дочерними клетками, для чего в ядре происходит предварительная компактизация хромосом (выше описана).

---

Для реализации генетической информации требуется создание собственно аппарата белкового синтеза. Это включает включает синтез на молекулах ДНК разных информационных РНК, транспортных и рибосомных РНК. Кроме того в ядре эукариотических клеток происходит образование субъединиц рибосом путем образования комплексов рибосомных белков и рибосомных РНК, которые затем переходят в цитоплазму и на мембраны ЭПС, где и функционируют. Коллинеарногенетическому коду, через транскрипцию и трансляцию, конечным результатом реализации генетической информации является синтез полипептидных цепей в рибосоме. Такая однонаправленность и универсальность может быть представлена в виде схемы, известной как «центральная догма молекулярной биологии» ДНК:

ДНК → репликация → ДНК → транскрипция → РНК → трансляция → полипептид → эпигенез → белок → признак.

Таким образом, ядро представляет собой не только вместилище генетической информации (хорошо защищенной ядерной мембраной), но и место где этот материал воспроизводится и функционирует. Поэтому выпадение или нарушение любой из перечисленных функций гибельно для клетки в целом. Так, нарушение репарационных процессов будет приводить к изменению первичной структуры белков до несвойственных данной клетке, что проявится в виде патологии или гибели.

Нарушение процессов распределения генетического материала приведет к грубым нарушениям в кариотипе, летальным исходам или наследственным заболеваниям типа синдромов Тернера, Патау, Эдвардса и других с неблагоприятным прогнозом.

На организменном уровне, ведущая роль ядра проявляется и в поддержании гомеостаза. Живой организм, будучи открытой системой, на любом этапе индивидуального развития существует в единстве со средой обитания, при этом, адекватно реагируя на изменяющиеся условия, сохраняет себя как отдельную биологическую систему, Свойство живых форм поддерживать генетическую конструкцию, структурные показатели, постоянство внутренней среды закреплено генетически и сложилось в процессе эволюции. Эффективность механизмов гомеостаза определяется генотипами особей, т.е. опять же, характером генов, молекул ДНК, нормой реакции на изменение окружающей среды. Появление в клетках чужеродной информации, как результат мутаций под влиянием биологических (вирусы, бактерии), химических (пестициды, гербициды и т.д.), физических (радиация УФ и т.д.) воздействий, оказывает отрицательное действие и изменение показателей гомеостаза. Регуляция гомеостаза на клеточном уровне идет при участии ядра, цитоплазматической мембраны, рибосом, АТФ. Клетка содержит цитоплазму, состав которой модулируется избирательной проницаемостью клеточной мембраны и активностью ферментов, они в свою очередь образуются в результате считывания информации с ДНК (с участков ДНК-генов). «Включение» и «выключение» генов контролируется системами индукции и репрессии. В основе регуляции работы генов лежит репрессионно-депрессивный механизм (Жакоб, Моно, 1961г.). У многоклеточных эукариотических организмов роль регуляторов могут выполнять гормоны, которые диффундируют через клеточные мембраны (из межклеточной жидкости) и связываются с белками рецепторами в цитоплазме. Образующиеся комплексы транспортируются в ядро к начальному звену оперона – оператору, после чего со структурных генов транскрибируется про-и-РНК и запускается механизм синтеза белка, включающегося в обмен веществ и , в конечном итоге происходит коррекция в метаболизме и развитие адаптации в изменившихся условиях.

---

Важнейшая роль цитоплазмы — объединение всех клеточных структур (компонентов) и обеспечение их химического взаимодействия. Она выполняет и другие функции, в частности, поддерживает тургор клетки.

В процессе реализации заключенной в ядерных генах генетической информации важную роль играет цитоплазма клетки. Именно в цитоплазме осуществляется синтез белковых молекул на основе информации, закодированной в молекулах ядерной ДНК. Одновременно некоторые структурные элементы цитоплазмы могут хранить и передавать по наследству определенную долю генетической информации, не связанной с ядром. Такой способ передачи генетической информации называется цитоплазматической, или нехромосомной, наследственностью.

Цитоплазматическая наследственность связана с действием генов, локализованных в таких элементах цитоплазмы, которые содержат ДНК, способны к автономной репликации и равномерному распределению между дочерными клетками. Важнейшими из них являются пластиды, митохондрии и плазмиды.

---

Плазми́ды — небольшие молекулы ДНК, физически отдельные от геномных хромосом и способные реплицироваться автономно. Как правило, плазмиды встречаются у бактерий и представляют собой двухцепочечные кольцевые молекулы, но изредка плазмиды встречаются также у архей и эукариот.

Эписомы — это генетические элементы бактерий, способные функционировать в клетке независимо от бактериальной хромосомы. Эписомы представляют собой молекулы ДНК. Они определяют в бактериях ряд признаков, важнейшим из которых является устойчивость к антибиотикам и сульфаниламидным препаратам.

7.Роль хромосом в передаче наследственной информации (косвенные и прямые доказательства). Правила хромосом. Современные представления о строении хромосом. Уровни организации ДНК в хромосомах. Хроматин – как форма существования хромосом: строение и химический состав.

В ядре хромосомы являются материальными носителями информации на клеточном кровне.

Прямыми доказательствами этого являются наследственные болезни, связанные с нарушением числа и структуры хромосом.

Косвенными доказательствами этой функции хромосом являются правила хромосом:

- Правило постоянства числа хромосом. Число хромосом и особенности их строения – видовой признак

- Правило парности хромосом. Число хромосом в соматических клетках всегда четное, это связано с тем, что хромосомы составляют пары, т.к. одна хромосома при половом размножении идет от отцовского организма, а вторая от материнского. Хромосомы, относящиеся к одной паре, одинаковые по величине, форме и расположению центромер называются гамологичными.

- Правило индивидуальности хромосом. Каждая пара хромосом характеризуется своими особенностями. Негомологичные хромосомы всегда имеют ряд отличий.

- Правило непрерывности хромосом. Хромосомы способны к авторепродукции (в результате репликации ДНК). «Дочерние» хромосомы образуются в результате расхождения хроматид материнской хромосомы в анафазу митоза или мейоза 2, что обеспечивает непрерывную передачу наследственной информации при делении клеток.

Компактизация, спирализация или укладка ДНК в хромосому происходит следующим образом: выделяют несколько уровней укладки ДНК в хромосому:

нуклеосомный

---