Биомедицина

Биомедици́на, также называемая теоретической медициной — раздел медицины, изучающий с теоретических позиций организм человека, его строение и функцию в норме и патологии, патологические состояния, методы их диагностики, коррекции и лечения ^[1].

Биомедицина включает накопленные сведения и исследования, в большей или меньшей степени общие медицине, ветеринарии, стоматологии и фундаментальным биологическим наукам, таким, как химия, биологическая химия, биология, гистология, генетика, эмбриология, анатомия, физиология, патология, биомедицинский инжиниринг ^[2], зоология, ботаника и микробиология ^[3]^[4]^[5].

Как правило, биомедицина не затрагивает практику медицины в такой степени, в какой она занята теорией и исследованиями в медицине. Результаты биомедицины делают возможным появление новых лекарственных средств, индуцированных стволовых клеток для клеточной терапии, более глубокое, молекулярное понимание механизмов, лежащих в основе болезни, тем самым создавая фундамент для всех медицинских приложений, диагностики и лечения

2вопрос

Для европейской медицины непреходящее значение имеет этика древнегреческого врача Гиппократа (ок. 460 – ок. 370 гг. до н. э.), воззрения которого, изложены в книгах «Корпуса Гиппократа»: «Клятва», «Закон», «О враче», «О благоприличном поведении», «Наставления» и др. В «Клятве» Гиппократ определил фундаментальные принципы традиционной медицинской этики, многие из которых являются актуальными и на сегодняшний день. В первой части сочинения древнегреческий врач подчеркивает, что отношение ученика, который обучается искусству врачевания, должны строиться на почтении и уважении к учителю. Вторая часть «Клятвы» посвящена отношению врача к больному. В ее основе лежат следующие идеи:

– воздержание от причинения всякого вреда и несправедливости по отношению к больному («Не навреди!»);

– запрет на использование смертельного средства, даже если об этом просит больной;

– запрет на аборт;

– воздержание от всего неправедного и пагубного, от интимных отношений с больными;

– забота о пользе больного;

– запрет разглашать врачебную тайну.

3 вопрос.

Белки́ (протеи́ны, полипепти́ды^[1]) — высокомолекулярные органические вещества, состоящие из альфа-аминокислот, соединённых в цепочку пептидной связью. В живых организмах аминокислотный состав белков определяется генетическим кодом, при синтезе в большинстве случаев используется 20 стандартных аминокислот. Множество их комбинаций создают молекулы белков с большим разнообразием свойств. Кроме того, аминокислотные остатки в составе белка часто подвергаются посттрансляционным модификациям, которые могут возникать и до того, как белок начинает выполнять свою функцию, и во время его «работы» в клетке. Часто в живых организмах несколько молекул разных белков образуют сложные комплексы, например, фотосинтетический комплекс.

Белки

Первичная структура белка –Представляет собой линейную цепь аминокислот, расположенных в определенной последовательности и соединенных между собой пептидными связями.

Вторичная структура белка –Низший уровень пространственной организации белка. Фрагменты пространственной структуры биополимер, имеющие периодическое строение полимерного остова.· α – спираль – остов пептидной цепи закручивается в спираль– так что радикалы аминокислот обращены кнаружи от спирали· β – спираль – остовы пептидных цепей не скручены , а имеют зигзагообразную, складчатую конфигурацию

Структура определяется первичной структурой белка. Удерживается водородными связями

Третичная структура белка – образование белковой глобулы связи между радикалами аминокислот. Полная укладка в пространстве всей полипептидной цепи, включая укладку боковых радикалов. Дисульфидные, ионные, водородные, гидрофобные связи. Приобретение белком функции активности.

Подвижность структуры– важнейший способ изменения биологической активности.

Четвертичная структура белка-состоит из нескольких субъединиц, связывание субъединиц может происходить лишь после образования третичной структуры. Пример- гемоглобин, иммуноглобулин

4 вопрос.

Функции белков в клетках живых организмов более разнообразны, чем функции других биополимеров — полисахаридов и ДНК. Так, белки-ферменты катализируют протекание биохимических реакций и играют важную роль в обмене веществ. Некоторые белки выполняют структурную или механическую функцию, образуя цитоскелет, поддерживающий форму клеток. Также белки играют ключевую роль в сигнальных системах клеток, при иммунном ответе и в клеточном цикле.

Свойства белков

Разная растворимость в воде. Растворимые белки образуют коллоидные растворы.
Гидролиз – под действием растворов минеральных кислот или ферментов происходит разрушение первичной структуры белкаи образование смеси аминокислот.

3. Денатурация – частичное или полное разрушения пространственной структуры, присущей данной белковой молекуле. Денатурация происходит под действием
высокой температуры

– растворов кислот, щелочей и концентрированных растворов солей

– растворов солей тяжёлых металлов
– некоторых органических веществ (формальдегида, фенола)
– радиоактивного излучения

Ренатурация-восстановление структуры белка, когда не произошло разрушение первичной структуры молекулы и восстановились нормальные условия среды.
Лиганды –влияют на структуру белка: стабилизируют, меняют третичную структуру , обьединяет глобулы, обеспечивают подвижность субъединиц белка.
Шапероны – обеспечивают правильный фолдинг новообразованных белков , контроль за рефолдингом , участие во внутриклеточном транспорте белков.

5вопрос.

Нуклеиновые кислоты – материальные субстрат наследственности и изменчивости , это макромолекулы, биополимеры мономеры которых являются нуклеотиды.

Типы : 1. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).2. Рибонуклеиновая кислота(рнк).

Каждый нуклеотид сод.3 хим.компонентов.:азотистое основание, сахар-пентоза,(рибоза или дезоксирибоза)остаток фосфора кислоты. Разлиают нуклеотиды от азотистых оснований: Аденин,гуанин, цитозин, тимин, урацил.

Особенности .

В 1953 америк. Биофизик уотсон и анг. Биофизик и генетик ф.крик представили трехмерную модель молекулы днк.

Молекулы днк хранят наследственную информацию и структуре специфических для каждого организма белков.

Молекулы днк обеспечивают передачу наследственной информации от клетки к клетке , от организма к организму .

Молекулы днк участвуют в реализации генетической информации, т.е участвуют в процессе синтеза полептидов.

Молекула днк очень стабильна благодаря своей уникальной структуре . Стабильность позовляет максимально сохранить закодированную информацию и передавать ее следующим поколениям.

Ген – это участок цепи днк последовательность нуклеотидов , определяющая последовательность аминокислот в полипептиде. ДНК – это химическая основа генов. Гены расположены линейно на днк.

Первичная структура представляет собой линейную последовательность дезоксирибонуклеотидов в одной цепочке. В такой форме в природе ДНК не существует, но именно первичная структура (последовательность нуклеотидов) определяет все ее свойства.
Вторичная структура – две полинуклеотидовые цепочки, каждая из которых закручена в спираль вправо и обе закручены вправо вокруг одной оси. Две цепочки удерживаются рядом за счет водородных связей между азотистыми основаниями разных цепочек. Азотистые основания, образующие пары по принципу Чаргаффа (а это всегда одно пуриновое и одно пиримидиновое) , называются комплементарными: А = Т; G = С. Адениновый и тимидиновый соединяются двумя Третичная структура ДНК и структуры более высокого порядка представляют собой дальнейшую спирализацию и суперспирализацию молекулы ДНК.водородными связями, а гуаниновый и цитозиновый – тремя.

6вопрос.

Митохондриальная ДНК (мтДНК) — ДНК, находящаяся (в отличие от ядерной ДНК) в митохондриях, органоидах эукариотических клеток.

Гены, закодированные в митохондриальной ДНК, относятся к группе плазмагенов, расположенных вне ядра (вне хромосомы). Совокупность этих факторов наследственности, сосредоточенных в цитоплазме клетки, составляет плазмон данного вида организмов (в отличие от генома).

Особенности.

Кодирующие последовательности (кодоны) митохондриального генома имеют некоторые отличия от кодирующих последовательностей универсальной ядерной ДНК.

Так, кодон AUA кодирует в митохондриальном геноме метионин (вместо изолейцина в ядерной ДНК), кодоны AGA и AGG — терминаторные кодоны (в ядерной ДНК кодируют аргинин), кодон UGA в митохондриальном геноме кодирует триптофан ^[22].

Если говорить точнее, то речь идёт не о митохондриальной ДНК, а о мРНК, которая списывается (транскрибируется) с этой ДНК перед началом синтеза белка. Буква U в обозначении кодона обозначает уридин, который при транскрипции гена в РНК заменяет тимин.

Количество генов тРНК (22 гена) меньше, чем в ядерном геноме с его 32 генами тРНК^[22].

В человеческом митохондриальном геноме информация настолько сконцентрирована, что в последовательностях кодирующих мРНК, как правило, частично удалены нуклеотиды, соответствующие 3′-концевым терминаторным кодонам.

7вопрос.

Свойства.

ДНК обладает особыми свойствами: способностью к самоудвоению (репликации) и способностью к самовосстоновления (репарация).

Функции ДНК:

* Молекулы ДНК хранят (содержат) наследственную информацию (программу) о структуре специфических для каждого организма белков.
* Молекулы ДНК обеспечивают передачу наследственной информации от клетки к клетке, от организма к организму.
* Молекулы ДНК участвуют в реализации генетической информации, т. е. участвуют в процессе синтеза полипептидов.

8 вопрос.

Матричная РНК, также её называют информационной(мРНК), является молекулой, обеспечивающей перенос генетической информации с днк к месту синтеза белка. Она является короткоживущей (от 20 мин до нескольких часов у эукариот), ее в клетке около 5 %. На 5′-конце зрелой мРНК находится «колпачок» или кэп, который защищает 5′-конец мРНК от действия ферментов разрушающих ее структуру. 5′-нетранслируемый участок необходим для связывания мPНК с рибосомой, но она не кодирует последовательность аминокислот. Вторичная структура мРНК на линейной молекуле мPНК формируются двуспиральные шпильки, которые способствуют узнаванию определенных участков рибосом. Кодирующая часть содержит информацию о последовательности аминокислот в белке. И у прокариот, и у эукариот часть зрелой мРНК лишена интронов некодирующих последовательностей. По oкончанию кодирующей части находится кодон терминации один из трех бессмысленных кодонов(УАА, УАГ, УГА). За Этим кодоном Может следовать еще 3′-нетранслируемый участок, значительно превышающий по длине 5′-нетранслируемую область. Почти все зрелые мPНК эукариот(кроме гистоновых мРНК) на 3′-конце содержит поли(A)-фрагмент из 150-200 адениловых нуклеотидов. 3′-нетранслируемый участок, и поли(А) фрагмент имеют отношение к регуляции продолжительности в жизни мРНК. В клетках молекулы мРНК практически всегда связаны с белками.

9вопрос.

Транспортная РНК(тРНК) в состав тPНК входит около 100 нуклеотидов. Для каждой из 20-ти аминокислот имеется от одного до шести видов ТРНК. Среди них большое количество модифицированных(минорных) нуклеотидов (дигидроуридин, инозин, метилyридин, метилинозин). В состав тРНК входят 4 двух цепочечных спиральных участка причем 3 из них являются «шпильками». Благодаря образованию шпилек тРНК приобретает характерную структуру «клеверного листа». 3-конец тPНК называется акцепторным. Здесь присоединяется аминокислота. В противоположной стороне от акцепторной ветви располагается антикодон. Антикодoновая петля участок из 7 нуклеотидов в середине цепи. Три из этих нуклеотидов выполняют функцию антикодона, который комплементарно взаимодействует с соответствующим кодоном в цепи тРНК. Дигидроуридиловая, и псевдоуридиловая петли способствуют формированию специфичной для данной тРНК третичной структуры. Функция тPнк осуществляет транспорт аминокислот к рибоcoме к:

Функции тРНК˸ 1) транспорт аминокислот к месту синтеза белка, к рибосомам, 2) трансляционный посредник. В клетке встречается около 40 видов тРНК, каждый из них имеет характерную только для него последовательность нуклеотидов. Однако у всех тРНК имеется несколько внутримолекулярных комплементарных участков, из-за которых тРНК приобретают конформацию, напоминающую по форме лист клевера. У любой тРНК есть петля для контакта с рибосомой (1), антикодоновая петля (2), петля для контакта с ферментом (3), акцепторный стебель (4), антикодон (5). Аминокислота присоединяется к 3′-концу акцепторного стебля. Антикодон — три нуклеотида, ʼʼопознающиеʼʼ кодон иРНК. Следует подчеркнуть, что конкретная тРНК может транспортировать строго определенную аминокислоту, соответствующую её антикодону. Специфичность соединения аминокислоты и тРНК достигается благодаря свойствам фермента аминоацил-тРНК-синтетаза.

10вопрос.

Строение и функции рРНК

Рибосомальные РНК – основа формирования субъединиц рибосом. Среди азотистых оснований больше содержания гуанина и цитозина.

Рибосома состоит из малой и большой субъединиц, в состав которых входят 60% рРНК и 40% белков. В малой субъединице- 1 молекула рРНК и 30 молекул белка, а в большой- 3 разные молекулы рРНК и 45 молекул белка.

Во вторичной структуре рРНК много двухцепочечных участков и петель.

Функция:

структурный компонент рибосом
обеспечивает связание их с определенной нуклеотидной последовательностью мРНК. Этим устанавливается начало и рамка считывания при образовании пептидной связи.

11вопрос.

Репликация – способность к самокопированию это одно из основных свойств наследственного материала. Репликация ДНК обеспечивает воспроизведение наследственной информации при образовании новых клеток. Клеточное деление бывает двух типов: митоз (количество хромосом не изменяется) и мейоз количество хромосом уменьшается в два раза. Репликация днк происходит полуконсервативным способом , когда каждая дочерная молекула ДНК содержит одну материнскую и одну синтезированную цепь. Процесс репликации осуществляется сложным ферментным комплексом (15-20 различных белков). В каждой точке репликации начинаются работать два ферментных комплекса , двигаясь в противоположные стороны – образуя две репликативные вилки. Между вилками образуется «вздутие » или глазок. Каждый комплекс реплицирует обе цепи. В зону соиденения глаза сливается вся молекула ДНК.

12вопрос.

Характеристика репликативного комплекса. В процессе репликации ДНК сложный ферментный комплекс, включающий 15-20 белков-ферментов. Выделяют белки подготавливающие родительскую ДНК к репликации, ферменты полимеризации, ферменты, завершающие репликацию ДНК. Для осуществления репликации цепи материнской ДНК должны быть отделены друг от друга, чтобы стать матрицами на которых будут синтезироваться комплементарные цепи дочерних молекул. Репликация ДНК состоит из следующих периодов: а) инициация репликации б) полимеризация; в) терминация. Репликация происходит двумя механизмами: (1) Непрерывный синтез, ДНК-полимераза добавляет нуклеотиды к 3′ концу лидирующей нити. (2) Прерывистый синтез: Праймaза добавляет короткий РНК праймер впереди 5′ конца отстающей цепи. Затем ДНК-полимераза добавляет нуклеотиды к праймеру пока пробел не заполняется. ДНК полимераза I заменяет праймер на нуклеотиды ДНК, и ДНК-лигаза сшивает короткие сегменты нуклеотидов к отстающей нити.

13 вопрос.

Инициация репликации осуществляется в особых участках ДНК, обозначаемых ori (от англ. origin начало). Точки начала репликации на молекуле ДНК имеют специфическую последовательность основании, богатую парами А-Т.Процесс начинается с того, что с каждой такой последовательностью связывается несколько молекул yзнающих белков. Двойная спираль ДНК в этих локусах, под действием фермента геликазы, разделяется на две цепи, при этом, как правило, по обе стороны от точки начала репликации образуются области расхождения полинуклеотидных цепей- репликационные вилки, которые движутся в противоположных от локуса ori направлениях. Фермент гeликаза разделяет нити двойной цепи ДНК. Образующиеся при этом одинарные цепи ДНК связываются специальными дестабилизирующими белками(SSB-белки), которые растягивают остовы цепей, делая их азотистые основания доступными для связывания с комплементарными нуклеотидами. Разделение спирально закрученных цепей родительской ДНК ферментом геликазы вызывает появление супервитков перед репликационной вилкой. Фермент топoизомераза I разрывает одну цепь ДНК и дает возможность вращаться другой цепи, тем самым ослабляет напряжение в двойной спирали ДНК.

14 вопрос.

. Элонгация рост цепи мРНК, т.е. последовательное присоединение нуклеотидов друг к другу в том порядке в котором стоят комплементарные нуклеотиды в транскрибируемой нити ДНК. Примерная скорость движения РНК-полимеразы и синтеза РНК-30 нуклеотидов в секунду.

15вопрос.

Терминация. Сигналом об окончании трансляции служит появление в рибосоме одного из«бесмысленных» (терминирующих, или стоп-кодонов) кодонов мPНК УAA, УАГ или УГА. После окончания терминации трансляции пептидная цепь, тРНК и мРНК покидают рибосому, а субъединицы рибосомы дислоциируют друг от друга и ьеперь готовы начать синтез очередной пептидной цепи.

16вопрос

Репликация ДНК состоит из следующих периодов: а) инициация репликации б) полимеризация; в) терминация. Репликация происходит двумя механизмами: (1) Непрерывный синтез, ДНК-полимераза добавляет нуклеотиды к 3′ концу лидирующей нити. (2) Прерывистый синтез: Праймaза добавляет короткий РНК праймер впереди 5′ конца отстающей цепи. Затем ДНК-полимераза добавляет нуклеотиды к праймеру пока пробел не заполняется. ДНК полимераза I заменяет праймер на нуклеотиды ДНК, и ДНК-лигаза сшивает короткие сегменты нуклеотидов к отстающей нити.

17вопрос.

Теломеры – концевые участки хромосом, которые не несут генетической информации и защищают ДНК от расщепления нуклеазами и предотвращают слияние молекул.

Функции:Не несут генетической информации..Каждая клетка нашего организма содержит 92 теломеры.Играют важную роль в процессе деления клетки – обеспечивают стабильность генома.Защищают хромосомы в процессе репликации от деградации и слияния.Обеспечивают структурную целостность окончаний хромосом.Защищают клетки от мутаций, старения и смерти.

Теломераза (ДНК-нуклеотидилтрансфераза) – фермент, восстанавливающий длину теломер, обеспечивает сохранность генетической информации при каждым делением клетки. Теломераза есть только в зародышевых клетках и клетках опухолей, в соматических клетках теломераза отсутствует. Состоит из белка и РНК. РНК служит матрицей для синтеза теломер.

Функции: создает матрицу, по которой достраиваются критически короткие теломеры.предотвращает укорочение теломер.защищает клетки от старения.продлевает жизнь клетки.позволяет клетке вернуться к молодому фенотипу, т.е. функционировать по сценарию молодой клетки

18вопрос

Генетический код это определённая последовательность нуклеотидов в ДНК кодирующий последовательность аминокислот в полипептидной цепи любого клеточного белка.Генетический код своеобразный словарь, переводящий текст, записанный с помощью четырех нуклеотидов, в белковый текст, записанный с помощью 20 аминокислот. Остальные аминокислоты, встречающиеся в белке, являются модификациями одной из 20 аминокислот. Элементарной структурой генетического кода является Триплет (кодон), несущий информацию об аминокислоте Триплет( кодон)-это группа, состоящая из трёх соседних нуклеотидов цепи молекулы ДНК. Из четырёх нуклеотидов ,входящих в состав ДНК, может быть составлено 64 триплета(кодона )по три нуклеотида в каждом .Один Триплет содержит информацию только об одной аминокислоте в молекуле белка.

Изучение структуры и свойств кодонов ДНК показало, что из 64 кодонов 61 являются информативными ,кодирующими различные аминокислоты ,3 кодона- бессмысленными ,не несущими информации;они получили название терминальных кодонов (нонсенс кодоны),так как служат сигналами об окончании считывания информации . Свойства генетического кода

Триплетность каждой аминокислоте соответствует три нуклеотида мРНК-кодон. Существуют 64 кодона, из них 61 является смысловыми и 3- бессмысленными(терминирую- щими, stop-кодонами, это триплеты УAА, УАГ и УГА).Непрерывность-(нет разделительных знаков между нуклеотидами)-отсутствие знаков препинания внутри гена. Колинеарность-соответствие линейной последовательности кодонов мРНК и аминокислот в белке..

19вопрос.

—

20вопрос.

Биосинтез белка-это многостадийный процесс синтеза и созревания белков , протекающий в живых организмах. в биосинтезе белка выделяют три основных этапа : транскрипция, трансляция и фолдинг. Процесс биосинтеза белка требует значительных затрат энаргии. Сигналом об окончании трансляции служит появление в рибосоме одного из«бесмысленных» (терминирующих, или стоп-кодонов) кодонов мPНК УAA, УАГ или УГА. После окончания терминации трансляции пептидная цепь, тРНК и мРНК покидают рибосому, а субъединицы рибосомы дислоциируют друг от друга и ьеперь готовы начать синтез очер.

(транскрипция прокрариот )Фермент, ведущий матричный синтез РНК называется «РНК-полимераза» (не синтезируют РНК-праймеры для репликации, РНК-праймеры синтезируют специальные РНК-полимеразы – праймазы). Он копирует информацию, «записанную» в гене. Так мы будем называть участок ДНК, направляющий комплементарный синтез молекул РНК. Одни из этих молекул кодируют далее синтез белков, а также элементов, участвующих в регулировании этого синтеза. Такие РНК условимся называть «информационными» (иРНК). Другие гены направляют (непосредственно) синтез стабильных молекул клеточных РНК. Впрочем, иногда гены нескольких функционально связанных белков располагаются на ДНК рядом, в виде «кластера» генов и «прочитываются» РНК-полимеразой за один проход. Такую группу генов именуют «опероном». Соответствующая ему иРНК направляет рибосомальный синтез всех этих белков.В клетке E.coli одна и та же РНК-полимераза (ДНК-зависимая РНК-полимераза) ведет синтез всех типов РНК (информационных — иРНК, рибосомальных — рРНК и транспортных — тРНК). Для холофермента РНК-полимеразы известны: молекулярный вес М ~ 487 тыс. дальтон и 5 субъединиц: две α, одна β, одна β΄, одна δ и одна ω (α2ββ΄δω). Альтернативная, форма фермента, называемая кор-ферментом или кором, лишена δ-субъединицы (т.е. кор-фермент + δ-субъединица = холофермент). β-субъединица участвует в связывании рибонуклеозидтрифосфатов в реакциях инициации и элонгации. Комплекс α- и β΄-субъединиц (α2β΄) участвует в неспецифическом прочном связывании с ДНК и в специфичном взаимодействии фермента с промоторами – сайтами, детерминирующими инициацию транскрипции. δ-субъединица (прозрачка 5) обеспечивает эффективное связывание холофермента с промотором, а при ее отсоединении оставшийся кор-фермент переключается на элонгацию. δ-субъединица может снова стимулировать инициацию, специфически связавшись с другой молекулой РНК-полимеразы.

21вопрос

Транскрипция это перенос генетической информации с ДНК на РНК.

Методы:

Инициация. Важнейший этап транскрипции:происходит связывание рнк полимеразы с промотором и образование первой межнуклеотидной связи.Фермент осуществляющий транскрипцию – рнк полимераза. У эукариотов существует 3 вида:рнк полимераза 1- для синтеза ррнк, рнк полимераза 2 для мрнк, рнк полимераза 3- для трнк. Фермент перемещаясь вдоль ДНК поочередно катализирует включение в растущую цепь рибонуклеотидов , комплементарных нуклеотидам матричной цепи днк. У эукариот в промотор входит участок называемый ТАТА-бокс. При инициации транскрипции у эукариот всегда требуется предварительное связывание с промотором целой совокупности белков общих факторов транскрипции, с образованием комплекса. Кроме того, инициация транскрипции гена зависит от прочих транскрипционных факторов, взаимодействующих с энхансерами этого гена.

22вопрос

Элонгация. Рост цепей мрнк, последовательное присоединения нуклеотидов к друг другу в том порядке в котором стоят комплементарные нуклеотиды в транскрибируемой нити днк. Примерная скорость движение рнк полимеразы и синтеза рнк -30 нуклеот. В секунду.

23вопрос

Терминация. Окончание транскрипции. Сигналом для этого служат специальные участки в конце генов богатые содержанием нуклеотидов гуанина и цитозина.

24вопрос.

Трансляция эукариот .Вместо комплементарного РНК-РНК узнавания, в которое вовлечена прединициирующая последовательность Шайна-Дальгарно прокариотических мРНК, эукариотические мРНК узнаются эукариотическими рибосомами по кэпированному 5′-концу с обязательным участием белка, например, eIF-4F инициаторного фактора ( Rhoads, 1988 ). Предполагается, что этот белок участвует в расплавлении вторичных структур 5′- областей мРНК, облегчая их связывание с малыми субчастицами рибосом. В отличие от прокариот, эукариотическая мРНК образует комплексы с белками ( мРНП , или мессенджер-рибонуклеопротеиды, или информосомы ), что обусловливает ее метаболическую стабильность. Вследствие этого у эукариот отсутствует постоянная интенсивная деградация и интенсивный ресинтез мРНК, которые, как правило, моноцистронны и имеют специфически модифицированный (кэпированный) 5′-конец. Все это обусловливает целый ряд особенностей инициации трансляции и ее регуляции у эукариотических организмов. Естественно, что метаболическая стабильность эукариотической мРНК делает регуляцию на уровне трансляции особенно важной в общей картине регуляции биосинтеза белка

25 вопрос

Инициация важнейший этап транскрипции: происходит связывание РНК-полимераз с промотором и образование первой межнуклеотидной связи. Фермент осуществляющий транскрипцию-РНК-полимераза. У эукариот существуют три вида этого фермента:1. РНК-полимераза I- для синтеза пре-рРНК 2. РНК-полимераза II для синтеза пре-мРНК, 3.РНК- полимераза III для синтеза пре-тРНК. Фермент перемещаясь вдоль ДНК, катализирует поочередное включение в растущую цепь рибонуклеотидов, комплементарных нуклеотидам матричной цепи ДНК. У бактерий РНК-полимераза непосредственно узнает определенную последовательность нуклеотидных пар в составе промотора, например, бокс Прибнова. У эукариот в промотор входит участок называемый ТАТА-бокс. При инициации транскрипции у эукариот всегда требуется предварительное связывание с промотором целой совокупности белков общих факторов транскрипции, с образованием комплекса. Кроме того, инициация транскрипции гена зависит от прочих транскрипционных факторов, взаимодействующих с энхансерами этого гена. Связавшись с промотором, РНК полимераза вызывает локальную денатурацию ДНК, т.е. разделение цепей ДНК На протяжении примерно 1,5 витка ДНК (15 нуклеотидных пар). Как говорят, образуется транскрипционный “глазок”. ДНК разматывается, как только ДНК входит в РНК полимеразный комплекс, и ДНК перематывается снова как только покидает этот комплекс. Одна цепь ДНК функционирует как матричная цепь, и нуклеотиды как строительные блоки объединяются в РНК, основываясь на последовательность матричной цепи.

26 вопрос

Элонгация рост цепи мРНК, т.е. последовательное присоединение нуклеотидов друг к другу в том порядке в котором стоят комплементарные нуклеотиды в транскрибируемой нити ДНК. Примерная скорость движения РНК-полимеразы и синтеза РНК-30 нуклеотидов в секунду.

27вопрос.

Терминация транскрипции-это окончание транскрипции . сигналом для этого служат специальные участки в конце генов богатые содержанием нуклеотидов гуанина и цитозина (ГЦ-участки) в конце генов. Поскольку сила взаимодействия пар ГЦ довольно велика, локальная денатурация таких участков в ДНК происходит трудней, это замедляет продвижение РНК-полимеразы и может служить для нее сигналом прекращения транскрипции. Но еще до окончания процесса в конце новосинтезированный РНК тоже успевает появиться ГЦ-богатый участок. Благодаря взаимодействию между своими нуклеотидами , он образует «шпильку». Т.е. взаимодействия с нуклеотидами матричной цепи ДНК заменяются на «внутрешпилечные» взаимодействия. Это облегчает отсоединение РНК от ДНК.

28вопрос.

Транскрипция у эукариот.. В основном, механизмы транскрипции у эукариот сходны с хорошо исследованной транскрипцией прокариот. Однако, имеются и значительные различия. Главными из них являются: 1. Транскрипция у эукариот происходит в ядре с участием трех разных РНК-полимераз. В отличие от прокариот, РНК-транскрипты у эукариот не соединяются с рибосомами до завершения транскрипции. Трансляция (синтез белка) на иРНК происходит после ее выхода из ядра в цитоплазму клетки. 2. Ни одна из полимераз эукариот не способна самостоятельно связываться с промоторами транскрибируемых ими генов. Для присоединения к транскриптонам эукариот служат специфичные для каждой РНК-полимеразы белковые факторы транскрипции (TF-факторы). РНК-полимеразы I, II и III требуют участия факторов транскрипции, называемых TFI, TFII, TFIII соответственно. 3. Первичный РНК-транскрипт подвергается процессингу или созреванию: обычно к 5׳-концу добавляется кэп (шапочка), а к 3׳-концу – хвост (поли (А)-фрагмент), внутренняя последовательность РНК подвергается сплайсингу. Первичные транскрипты (пре-мРНК) намного длиннее зрелых мРНК и локализованы в ядре клетки, образуя группу гетерогенных ядерных РНК (гя РНК). Укорочение происходит за счет вырезания, не кодирующих белка последовательностей и сшивания смысловых последовательностей (сплайсинг). Процесс транскрипции состоит из трех этапов: инициации, элонгации и терминации.

29 вопрос.

30 вопрос

31 вопрос.

32 вопрос.

Трансля́ция у прокарио́т — процесс синтеза белка на матрице мРНК, происходящий в клетках прокариотических организмов. В отличие от аналогичного процесса у эукариот, в трансляции у прокариот принимает участие рибосома 70S, а первой (инициаторной) аминокислотой выступает формилметионин, а не метионин.

33вопрос.

Инициация трансляции катализируется особыми белками факторами инициации, которые подвижно связаны с малой субъединицей рибосомы. По завершении инициации эти факторы отделяются от рибосомы. При образовании очередной пептидной связи, пептидил удлиняется на одну аминокислоту. В итоге инициации трансляции в П-центре собранной рибосомы оказывается инициирующий кодон мРНК(АУГ) и связанная с ним инициирующая аа-ТPНК. Инициация начинается с связывания мРНК(своим нетранслируемым участком) с малой субьединицей рибосомы. При этом инициирующий кодон(АУГ) оказывается на уровне П-центра будущей рибосомы. Далее за счет комплементарного взаимодействия с этим кодоном происходит связывание инициирующий аа-тPнк, т.е. Мет-тРНК. А последним взаимодействует с П-центром большой субъединицы вызывает связывание и этой субъединицы. Таким образом формируется своеобразный «бутерброд» из четырех основных компонентов.

34вопрос.

Элонгация включает в себя все реакции от момента образования первой пептидной связи до присоединения последней аминокислоты. Она представляет собой циклически повторяющийся события. В цикле элонгации различают 3 стадии: a) Связывание аa-тРНК. На первой стадии цикла со свободным А-центром рибосомы cвязывается очередная аа-тРНК-та, чей актикодон комплементарен кодону MPHК, находящемуся в А-центре. б) Замыкание пептидной связи. В рибосоме же после первой стадии цикла оказывается друг возле друга пептидил-тРНК(в П-центре) и аа тРНК (в A-центре). Причем их акцепторные петли и связанные с ними аминокислотные

остатки располагаются в каталитическом центре(ПТФ -центре) в) Транслокация. Завершающая стадия цикла перемещение(транслокация) мPНК вместе вновь образованной пептидил-тРНК относительно рибосомы на длину одного кодона. Или можно сказать, что рибосома перемещается относительно мРНК- в направлении ее 3′ конца.

35вопрос.

Сигналом об окончании трансляции служит появление в рибосоме одного из«бесмысленных» (терминирующих, или стоп-кодонов) кодонов мPНК УAA, УАГ или УГА. После окончания терминации трансляции пептидная цепь, тРНК и мРНК покидают рибосому, а субъединицы рибосомы дислоцируют друг от друга и теперь готовы начать синтез очередной пептидной цепи.

36вопрос.

Мембранный транспорт — транспорт веществ сквозь клеточную мембрану в клетку или из клетки, осуществляемый с помощью различных механизмов — простой диффузии, облегченной диффузии и активного транспорта.

Эндоцито́з — процесс захвата внешнего материала клеткой, осуществляемый путём образования мембранных везикул. В результате эндоцитоза клетка получает для своей жизнедеятельности гидрофильный материал, который иначе не проникает через липидный бислой клеточной мембраны. Различают фагоцитоз, пиноцитоз и рецептор-опосредованный эндоцитоз.

Типы::::1) Фагоцитоз (поедание клеткой) — процесс поглощения клеткой твёрдых объектов, таких как клетки эукариот, бактерии, вирусы, остатки мёртвых клеток и т. п. Вокруг поглощаемого объекта образуется большая внутриклеточная вакуоль (фагосома).2) Пиноцитоз (питьё клеткой) — процесс поглощения клеткой жидкой фазы из окружающей среды, содержащей растворимые вещества, включая крупные молекулы (белки, полисахариды и др.).3) Рецептор-опосредованный эндоцитоз — активный специфический процесс, при котором клеточная мембрана выпучивается внутрь клетки, формируя окаймлённые ямки. Внутриклеточная сторона окаймлённой ямки содержит набор адаптивных белков (адаптин, клатрин, обуславливающий необходимую кривизну выпучивания, и др. белки).

37вопрос.

Экзоцитоз – у эукариот клеточный процесс, при котором внутриклеточные везикулы (мембранные пузырьки) сливаются с внешней клеточной мембраной. При экзоцитозе содержимое секреторных везикул (экзоцитозных пузырьков) выделяется наружу, а их мембрана сливается с клеточной мембраной. Практически все макромолекулярные соединения (белки, пептидные гормоны и др.) выделяются из клетки этим способом.

У прокариот везикулярный механизм экзоцитоза не встречается, у них экзоцитозом называют встраивание белков в клеточную мембрану (или в наружную мембрану у грамотрицательных бактерий), выделение белков из клетки во внешнюю среду или в периплазматическое пространство.

Экзоцитоз может выполнять три основные задачи:

доставка на клеточную мембрану липидов, необходимых для роста клетки;
высвобождение различных соединений из клетки, например, токсичных продуктов метаболизмаили сигнальных молекул (гормонов или нейромедиаторов);
доставка на клеточную мембрану функциональных мембранных белков, таких как рецепторыили белки-транспортёры. При этом часть белка, которая была направлена внутрь секреторной везикулы, оказывается выступающей на наружной поверхности клетки.

38вопрос.

Посттранскрипционные модификации РНК особенно характерны для эукариот, у которых в силу мозаичной интрон-экзонной структуры их генов первичные транскрипты представлены гигантскими предшественниками, включающими в себя последовательности как экзонов, так и интронов. 5′-Конец предшественника мРНК чаще всего подвергается котранскрипционным модификациям, в результате которых к его 5′-концевому нуклеотиду особым образом присоединяется остаток гуанозина с образованием “шапочки” – кэпа. Эта котранскрипционная модификация создает условия для прохождения следующего этапа процессинга мРНК – сплайсинга, сопровождающегося вырезанием последовательностей интронов и объединением экзонов с образованием непрерывной кодирующей последовательности мРНК. Одновременно от 3′-конца путем эндонуклеазного расщепления отделяется избыточный фрагмент РНК, и к оставшейся части присоединяется поли(А)-последовательность.

Процессинг или созревание РНК совокупность процессов в клетках эукариот, которые приводят к превращению первичного транскрипта в зрелую РНК. В результате транскрипции образуется пре-мРНК(«незрелая» мРНК). В составе генов эукариот на молекуле ДНК есть некодирующие последовательности нуклеотидов, поэтому пре-мPНК так же содержит эти некодирующие последовательности называемые интронами. Кодирующие последовательности называются экзонами. Процессинг включает в себя процессы: 1. Сплайсинг 2. Модификация нуклеотидов.

Сплайсинг состоит из двух этапов: вырезание интронов и сшивание экзонов. Интроны вырезаются с помощью ферментов-рестриктаз,а экзоны сшиваются с помощью лигаз. Зрелые молекулы РНК, имеют меньшие размеры, чем их структурные гены. Количество интронов в генах колеблется от 1 до 50. Сплайсинг очень точный процесс. Его нарушения изменяет рамку считывания при трансляции, приводит к синтезу другого пептида.

39вопрос.

Фолдинг- процесс сворачивания полипептидной цепи в определенную пространственную структуру; в результате фолдинга в водных растворах у водорастворимого полипептида уменьшается свободная энергия, гидрофобные остатки аминокислот упаковываются преимущественно внутрь молекулы, а гидрофильные остатки располагаются на поверхности белковой глобулы. К факторам, стабилизирующим конформацию белка, относятся водородные связи, дисульфидные мостики, электростатическое взаимодействие и комплексообразование с ионами металлов. Правильный фолдинг полипептидных цепей может происходить как самопроизвольно, так и с участием белков-помощников фолдаз и шаперонов, которые необходимы для эффективного формирования третичной структуры полипептидных цепей других белков, но не входят в состав конечной белковой структуры.

Шаперо́ны (англ. chaperones) — класс белков, главная функция которых состоит в восстановлении правильной нативной третичной или четвертичной структуры белков, а также образование и диссоциация белковых комплексов.

Шапероны кроме своей основной функции, укладки белков также осуществляют много других важных функций связанных с изменением конформации белков, а именно:

Транспорт многих белков из одного компартмента в другой, например, перенос субъеденицы фермента Rubisco из цитоплазмы в хлоропласт происходит при участии шаперона Hsp70, который находится с ним в комплексе .
Участие в сигнальных путях, например, присутствие необходимо для активации фосфатазы, которая путем дефосфорилирования ингибирует протеин киназу JNK , компонент сигнала стресс-индуцированного апоптоза , т.е. Hsp70 является частью антиапоптозного сигнального пути .
Регуляция функции различных молекул, например, стероидный рецептор, находящийся в цитоплазме, связан с Hsp90, лиганд, попадающий в цитоплазму, присоединяется к рецептору и вытесняет шаперон из комплекса. После этого комплекс рецептор-лиганд приобретает способность связываться с ДНК, мигрирует в ядро и осуществляет функцию транскрипционного фактора

40вопрос.

Геном – вся совокупность наследственного материала, заключенного в гаплоидном наборе хромосом данного вида организма. Геном видоспецифичен. При половом размножении в процессе оплодотворения объединяются геномы двух родительских половых клеток, образуя генотип нового организма. Генотип – это генетическая конституция организма, представляет собой совокупность всех наследственных задатков его клеток, заклченных в их хромосомном наборе – кариотипе.

К прокариотам относят организмы, геном которых не заключен в ядро, ограниченное ядерной мембраной, и его редупликация не сопровождается митозом. В отличие от эукариот геном прокариот построен очень компактно. Количество некодирующих последовательностей нуклеотидов минимально. Для кодирования белков часто используются всего две или все три рамки считывания одной и той же последовательности нуклеотидов гена, что повышает кодирующий потенциал их генома без увеличения его размера. Простота строения генома прокариот объясняется их упрощенным жизненным циклом.

Геном митохондрий. Митохондрии представляют собой окруженные двойной мембраной органеллы , специализирующиеся на синтезе АТФ. Митохондрии имеют собственную ДНК и аппарат белкового синтеза. Секвенирование генома митохондрий человека в 1981 году. Митохондриальный геном содержит 16 569 пар оснований и кодирует две рибосомные РНК, 29 транспортной РНК и 13 полипептидов.Строение митохондриальной ДНК. Кольцевая двухцепочная ДНК. Высокая «плотность генов». В кольцевой мтДНК содержится 13 генов и 22 гена тРНК.Количество мтДНК. В каждой соматической клетке содержится около 1000 митохондрий.Наследуется по материнскому типу.Геном непрерывен не содержит интронов, нет гистонов и системы репарации ДНК. Траскрибируется мтДНК обе цепи. Общим свойством всех митохондриальных геномов является максимальная структурная компактность при максимальной информационной нагруженности. Это достигалось за счет изменений генетического кода, которые позволили сократить необходимый для считывания набор тРНК. Митохондриальные генетические коды различных организмов не только отличаются от универсального генетического кода, но и различаются между собой.

41вопрос.

Ген — структурная и функциональная единица наследственности живых организмов. Ген представляет собой участок ДНК, задающий последовательность определённого полипептида либо функциональной РНК. Гены (точнее, аллели генов) определяют наследственные признаки организмов, передающиеся от родителей потомству при размножении. Среди некоторых организмов, в основном одноклеточных, встречается горизонтальный перенос генов, не связанный с размножением. Совокупность всех генов организма называется генотип, совокупность признаков – фенотип.

Организация генома прокариот: Геном прокариот может состоять из одной или нескольких крупных молекул ДНК, называемых хромосомами, и небольших

молекул ДНК – плазмид. В хромосомах представлены практически все гены, необходимые для жизнедеятельности бактерии. Плазмиды же несут гены, необязательные для бактерии, без них клетка может обойтись, хотя в некоторых условиях они способствуют ее выживанию.Хромосомы и плазмиды могут представлять собой как кольцевые, так и линейные двухцепочечные молекулы ДНК. Геном бактерий может состоять из одной или нескольких хромосом и плазмид.Хромосома(ы) в бактериальной клетке представлена(ы) в виде одной копии, т.е. бактерии гаплоидны. Плазмиды же могут присутствовать в клетке как в виде одной копии, так и в нескольких.

Хромосома уложена в компактную структуру – нуклеоид, который имеет овальную или сходную с ней форму. Его структура поддерживается ДНК-связывающими гистоноподобными белками и молекулами РНК. С нуклеоидом также ассоциированы молекулы РНК-полимеразы и ДНК-топоизомеразыI. По периферии нуклеоидарасполагаются петли хромосомной ДНК, которые находятся в транскрипцио в активном состоянии. При подавлении транскрипции эти петли втягиваются внутрь. Нуклеоид не является стабильным образованием и во время различных фаз роста бактериальных клеток изменяет свою форму. Изменение его пространствеой организациисопряжено с изменением транскрипционной активностью определенных генов бактерий.

В состав хромосомы могут входить геномы умеренных фагов. Включение их геномов в клеточный может происходить после заражения фагами бактерий. При этом одни фаговые геномы интегрируют в строго определенные участки хромосомы, другие – в участки различной локализации.

Размер геномов прокариот колеблется от нескольких сотен тысяч до десятка миллионов пар нуклетидов. Геномы прокариот отличаются друг от друга по содержание ГЦ-пар, их доля в их составе колеблется от 23 до 72 %. Нужно отметить, что в белках термофильных бактерий повышено также и содержание полярных аминокислот, что делает их более устойчивыми к денатурации при повышенных температурах. В составе белковхеликобактерий (обитающих вкислой среде) больше аминокислотных остатков аргинина и лизина. Остатки этих аминокислот способны связывать ионы водорода, тем самым, оказывая влияние на кислотность среды, и способствуя выживанию бактерий в сложных экологических условиях.О числе генов в геноме судят по наличию в их составе открытых рамок считывания (ОРС). ОРС представляет собой полинуклеотидную последовательность, потенциально способную кодировать полипептид. О существовании ОРС на тех или иных участках ДНК судят на основании расшифрованной первичной структуры ДНК. Основным критерием принадлежности участка полинуклеотидной цепи к ОРС служит отсутствие стоп-кодонов на достаточно протяженном участке после стартовогокодона. В то же время наличие ОРС является недостаточным условием для утверждения о наличии на да ом участке ДНК гена. Гены, прокариот, как правило, имеют оперонную организацию. В одном опероне обычно представлены гены, ответственные за осуществление одного и того же метаболического процесса.

42 вопрос

Организация генома эукариот:Хранителем генетической информации у эукариот так же как и у прокариот, является двухцепочечная молекула ДНК. Основная часть генетической информации у них сосредоточена в клеточном ядре в составе хромосом, значительно меньшая часть представлена в составе ДНК митохондрий, хлоропластов и других пластид. Геномная ДНК эукариот представляет собой совокупность ДНК гаплоидного набора хромосом и внехромосомной ДНК. Общее содержание ДНК, приходящиеся на один гаплоидный набор, носит название величина С. Ее выражают в пг ДНК, дальтонах или в парах нуклеотидов (1 пг = 6,1 • 10¹¹Да = 0,965 • 10 п.н.). Значение величины С, как правило, возрастает с увеличением организации живых организмов. Однако,у некоторых родственных видов величины С могут значительно отличаться, в то время как морфология и физиология этих видов отличаются друг от друга несущественно. Значение негенной ДНК: существуют несколько гипотез, объясняющих ее роль: некодирующие последовательности генома эукариот способствуют защите генов от химических мутагенов. Ядерная ДНК эукариот состоит из уникальных и повторяющихся последовательностей. Повторяющаяся ДНК в свою очередь может быть разделена на две фракции: умеренно повторяющаяся и часто повторяющаяся ДНК: К часто повторяющейся принадлежит ДНК, представленная в геноме более 105 копий. К этой фракции относится сателлитная ДНК. Содержание сателлитной ДНК составляет в геноме эукариот от 5 до 50 % от всей ДНК. Эта ДНК преимуществео обнаруживается вцентромерных и теломерныхрайонах хромосом, где она выполняет структурные функции. Сателитная ДНК состоит из тандемных повторов длиной от 1 до 20 и более п.н. Благодаря простоте организации и многочисленным копиям эта ДНК обладает способностью к быстрой ренатурации. В геноме эукариот различают микросателлиты, минисателлиты и макросателлиты. Микросателлиты образованы многократно повторяющимися мономерными звеньями (1 – 4 п.н) и имеют размер до нескольких сотен пар нуклеотидов. Они разбросаны по геному, их длина и общее количество копий коррелирует с размером генома. Количество копий микросателлитов в геноме может достигать десятков и сотен тысяч.Макросателлиты обладают в сравнении с микросателлитами и минисателлитами большим размером повторяющегося звена до 1000 и более пар нуклеотидов. Они обнаружены в геномах птиц, кошек и человека. Умеренно повторяющиеся последовательности в геноме представлены до 104 копий. К ним относятся генные семейства и МГЭ.Генные семейства образуют гены, обладающие гомологичной (или идентичной) нуклеотидной последовательностью, и выполняющие одну и ту же или сходные функции. Они могут быть организованы в виде кластеров или же разбросаны по геному. Существование генов в большом числе копий обеспечивает повышенное образование продуктов их экспрессии. МГЭ эукариот составляют в среднем около 10 – 30 % генома. Они могут концентрироваться в определенных участках хромосомы или быть рассеянными по геному. К уникальной ДНК относятся неповторяющиеся нуклеотидные последовательности. Ее содержание у различных видов варьирует от 15 до 98 %. К уникальной ДНК относятся как кодирующие, так и не кодирующие последовательности. При этом большая часть уникальной ДНК не несет функции кодирования. К некодирующей уникальной ДНК относятся интроны, к кодирующей –экзоны.

43 вопрос

44вопрос

Геном человека состоит из 23 пар хромосом (в сумме 46 хромосом), где каждая хромосома содержит сотни генов разделённых межгенным пространством. Межгенное пространство содержит регуляторные участки и ничего не кодирующую ДНК.

В геноме присутствует 23 пары различных хромосом: 22 из них не влияют на пол, а две хромосомы (X и Y) задают пол. Хромосомы с 1-й по 22-ю пронумерованы в порядке уменьшения их размера. Соматические клетки обычно имеют 23 хромосомных пары: по одной копии хромосом с 1-й по 22-ю от каждого родителя соответственно, а также X хромосому от матери и Y или X хромосому от отца. В общей сложности получается, что в соматической клетке содержится 46 хромосом.

По результатам проекта Геном человека, количество генов в геноме человека составляет около 28000 генов. Начальная оценка была более чем 100 тысяч генов. В связи с усовершенствованием методов поиска генов (предсказание генов) предполагается дальнейшее уменьшение числа генов.

Интересно,что число генов человека не намного превосходит число генов у более простых модельных организмов, например, круглого червя Caenorhabditiselegans или мухи Drosophilamelanogaster. Так происходит из-за того, что в человеческом геноме широко представлен альтернативный сплайсинг. Альтернативный сплайсинг позволяет получить несколько различных белковых цепочек с одного гена. В результате человеческийпротеом оказывается значительно больше протеома рассмотренных организмов. Большинство человеческих генов имеют множественныеэкзоны, и интроны часто оказываются значительно более длинными, чем граничные экзоны в гене.

Гены неравномерно распределены по хромосомам. Каждая хромосома содержит богатые и бедные генами участки. Эти участки коррелируют с хромосомными бандами (полосы поперёк хромосомы, которые видно в микроскоп) и с CG-богатыми участками. В настоящий момент значимость такого неравномерного распределения генов не вполне изучена.

Кроме кодирующих белок генов человеческий геном содержит тысячи РНК-генов, включая транспортную РНК (tRNA), рибосомную РНК, микро РНК (microRNA) и прочие не кодирующие белок РНК последовательности

45вопрос

В природе, носителем генетической информации являются нуклеиновые кислоты. Известно два основных типа нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота). У большинства живых организмов нуклеиновые кислоты содержатся в ядре и цитоплазме (клеточном соке). Вирусы, хоть и являются неклеточными структурами, но также содержат нуклеиновые кислоты. По типу содержащейся нуклеиновой кислоты вирусы разделяют на два класса: ДНК-содержащие и РНК-содержащие. К ДНК-содержащим вирусам относятся вирусы гепатита В, герпес и др. РНК-содержащие микроорганизмы представлены гриппом и парагриппом, вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ), гепатитом А и пр. У данных микроорганизмов, как и у прочих живых организмов, нуклеиновые кислоты играют роль носителя генетической информации. Информация о структуре различных белков (генетическая информация) закодирована в структуре нуклеиновых кислот в виде специфических последовательностей нуклеотидов (составных частей ДНК и РНК). Гены вирусных нуклеиновых кислот кодируют разнообразные ферменты и структурные белки. ДНК и РНК вирусов являются материальным субстратом наследственности и изменчивости этих микроорганизмов – двух основных составляющих в эволюции вирусов в частности и всей живой природы в целом. У всех живых организмов, кроме вирусов, генетический аппарат состоит из двунитевой молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), а рибонуклеиновая кислота (РНК), выполняющая в клетках роль переносчика информации, всегда однонитевая. У вирусов же существуют все возможные варианты устройства генетического аппарата: одно- и двунитевая РНК, одно- и двунитевая ДНК. При этом и вирусная РНК, и вирусная ДНК могут быть либо линейными, либо замкнутымивкольцо.

Вопрос-46 Хромосомы. Уровни структурной организации хромосом. Эухроматин и гетерохроматин.

Хромосоммы— нуклеопротеидные структуры в ядре эукариотической клетки которые становятся легко заметными в определённых фазах клеточного цикла. Хромосомы представляют собой высокую степень конденсации хроматина, постоянно присутствующего в клеточном ядре.

1 уровень укладки молекулы ДНК – нуклеосомная нить. Наиболее типичными структурами хроматина, выявляемыми в электронном микроскопе, являются нити диаметром 10-30 нм. Эти нити состоят из ДНК и гистонов ), формируя нуклеогистон. Гистоны образуют белковые тела – коры состоящие из 8 молекул. Молекула ДНК образует комплекс с белковыми корами, спирально накручиваясь на них. На 1 кор приходится 200 пар нуклеотидов.

2 уровень укладки – нуклеомерный «соленоид».Обеспечивается гистоном Н1, который сближает белковые коры. В результате образуется более компактная фигура, возможно, построенная по типу «соленоида» – элементарная хромосомная фибрилла.

3 уровень укладки – петлевой – хромомерный.Обусловлен укладкой элементарной хроматиновой фибриллы в петли..В образовании петлевых структур, принимают участие негистоновые белки, которые способны узнавать специфические участки молекулы ДНК, отдаленные друг от друга на расстояние в несколько тысяч нуклеотидов, и сближать их с образованием петель из расположенных между ними фрагментов хроматиновой фибриллы. 1 петля соответствует 20-80 тысячам пар нуклеотидов.

4 уровень укладки – хромонемный. Наиболее простым и приемлемым является признание спиральной укладки каждой хроматиды. У самых крупных хромосом человека – 14 -15 таких витков. У мелких хромосом – 2-4 витка. Эухроматин— участки хроматина, сохраняющие деспирализованное состояние элементарных дезоксирибонуклеопротеидных нитей (ДНП) в покоящемся ядре, т. е. в интерфазе. Эухроматин отличается от гетерохроматина также способностью к интенсивному синтезу рибонуклеиновой кислоты (РНК) и бомльшим содержанием негистоновых белков. В нём, помимо ДНП, имеются рибонуклеопротеидные частицы (РНП-гранулы) диаметром 200—500, которые служат для завершения созревания РНК и переноса её в цитоплазму. Эухроматин содержит большинство структурных генов организма. Гетерохроматимн — участки хроматина, находящиеся в течение клеточного цикла в конденсированном (компактном) состоянии. Особенностью гетерохроматиновой ДНК является крайне низкая транскрибируемость.

Вопрос-47)Кариотип человека Денверская класификация

Кариотип человека– это хромосомный набор единичной клетки. Формы хромосомы зависит от положения первичной перетяжки и обозначается как метацентрическая или акроцентрическая. Центромерный индекс- это отношение длины короткого плеча хромосомы к общей длине, принятой за 100%. Идиограмма-это упорядоченное расположение хромосом в порядке убывания размера. Все пары аутосом в идиограмме нумеруются арабскими цифрами от 1 до 22 пары. Половые хромосомы не нумеруются, обозначаются Х и У.

Денверская классификация-основана на разделении хромосом по размеру, форме и показателю центромерных индексов. Хромосомы человека разделены на 7 групп:

1.Группа А(1,2,3)самые крупные метацентрические(1,3) и субметацентрическая(2).

2.Группа В(4,5) крупные,субметацентрические.

3.Группа С(6,7,8,9,10,11,12) средние,субметацентрические.

4Группа Д(13,14,15) средние,акроцентрические

5.Группа Е(16,17,18) мелкие, субметацентрические

6.Группа F (19,20)самые мелкие метацентрические.

7.Группа G(21,22) самые мелкие акроцентрические. Х-хромосома относится к группе С. У-хромосома относится к группе G. В диагностических целях для идентификации хромосом используются некоторые дополнительные индивидуальные признаки хромосом. Среди них важное значение имеют вторичные перетяжки и спутники. К спутничным относится хромосомы 1,9,16 и группы Д и G. У-хромосома по размеру больше чем хромосома группы G,но меньше чем F. Она отличается нечетко выраженной первичной перетяжкой и наличием второй перетяжки.

Вопрос-48 Морфологическая классификация хромосом

Карты хромосом чел

Морфологическая классификация хромосом– В структуре хромосом выделяют: длинное плечо, короткое плечо, центромера, II перетяжка – ЯОР. По месту расположения II перетяжки различают метацентрические, субметацентрические, акроцентрические, телоцентрические хромосомы. При рутинных методах окраски хромосом они различаются по форме и соотносительным размерам. При использовании методик дифференциальной окраски выявляется неодинаковая флуоресценция или распределение красителя по длине хромосомы, строго специфические для каждой отдельной хромосомы и ее гомолога.

Таким образом, каждая хромосома индивидуальна не только по заключенному в ней набору генов, но и по морфологии и характеру дифференциального окрашивания. Генетические карты хромосом это схема взаимного расположения и относительных расстояний междугенами определенных хромосом, находящихся в одной группе сцепления.Генетическиекартычеловекаиспользуютсявмедицинепридиагностик ряда тяжелых наследственныхзаболеваний человека. В исследованиях эволюционного процесса сравнивают генетические карты разныхвидов живых организмов. Помимо генетических, существуют и другие карты хромосом.

Физическая карта графическое представление порядка следования физических маркеров (фрагментовмолекулы ДНК), расстояние между которыми определяется в парах нуклеотидов.Рестрикционная карта вид физической карты, на которой указан порядок следования и расстояния междусайтами расщепления ДНК рестриктазами. Маркерами этой карты являются рестрикционные фрагменты/сайты рестрикции.

Вопрос-49 Молекулярно-генетические методы исследования

Молекулярно-генетические методы исследования позваляют анализировать фрагменты ДНК, находить и изолировать отдельные гены и их сегменты и устанавливать в них последовательность нуклеотидов. Предназначен для выявления вариаций в структуре исследуемого участка ДНК и РНК. Секвенирование ДНК применяется для диагностики в том случае когда необходимо определить конкретную паталогическую мутацию.Метод включает в себя следующие этапы:гибридизацию изучаемого фрагмента ДНК с праймером; ферментативный синтез ДНК; денатурацию полученных продуктов формамидом; электрофорез в полиакримидном геле на четырех дорожках; анализ результатов на радиоавтографе. ПЦР- реакция позволяющая быстро получить большое количество копийконкретного фрагмента ДНК. Детекция электрофорезмом- разделение фрагментом ДНК в геле в соответствии с их зарядом и линейными размерами. Рестракционный анализ- один из наиболее важных инструментов при изучении ДНК. Метод ПДРФ- метод, основанный на полиморфизме длин рестрикционных ДНК, который используется для идентификации и клонирования генов а также для построения генетических карт.

Вопрос-50 Методы ДНК диагностики.

Различают прямую и косвеную ДНК-диагностику моногенных наследственных болезней. ДНК- диагностика делится на:обнаружение мутаций при наследственных заболевания и ДНК-типирование.

При наследственных заболеваниях подразделяется на поиск новых мутаций

1.Прямые секвенирование продуктов ПЦР;

2.Электрофорез продуктов ПЦР в дентурированного полиморфизма одноцепочных фрагментов ДНК и поиск известных мутаций

1.Аллель-спецефическая гибридизация олигонуклеотидов;

2.Аллель-спецефический анализ использованием рестриктаз;

3.Лигазная цепная реакция;

4.Аллель-спецефическая ПЦР.

ДНК-типирование делится на Генетическое типирование патогенных микроорганизмов(

1ПЦР-типирование с произвольными праймерами;

2.ПЦР-генотиптрование и идентификация личности

(1.генная дактилоскопия;2.определение отцовства).

Генетический маркер-полиморфный участок ДНК строго определенный локализации, разные аллеи которого позволяют дифференцировать различные по происхождению хромосомы и анализировать их сегрегацию в родословной. Банк генов- набор клонированных фрагментов ДНК, представляющих индивидульный геном.

Вопрос-51Генетическая инженерия

Трансгенные орагизны и их применение в медицине

Генетическая инженерия (генная инженерия) совокупность методов и технологий получения рекомби-Нантной ДНК, выделения генов из организма осуществление манипуляций генами и введением их в другие организмы

Основные этапы

Получение изолированного
Введение гена вектор для переноса в организм.
Перенос вектора с геном в мо- дифицируемый организм.
Преобразование клеток органо- НИЗМа
Отбор генетически модифи- цированных организмов (ГМО) и устранение тех, которые не были успешно модифицированы Живой организм, в геномго искусственно введен ген другого организма называется трансгенным организмом.

Трансгенные организмы живые, растения, микроорганизмы вирусы, геном которых изменен с применением методов генной инже Нерии.

Целью создания трансгенных организмов является получение организма с новыми свойствами. Создание трансгенных организмов используют: в научном эксперименте для развития технологии создания трансгенных организмов, для изучения роли определенных генов и белков, для изучения многих биологических процессов; огромное значение в научном эксперименте получили трансгенные организмы с маркерными генами; в сельском хозяйстве для получения новых сортов растений и пород животных; в биотехнологическом производстве плазмид и белков.

Вопрос 52 PubMed англоязычная текстовая. вая база данных медицинских и био-логических публикаций созданная Национальным центром биотехнологической информации на основе раздела дела «биотехнология» Национальная медицинская библиотека США. бесплатная бесплатная база данных MEDLINE. Русскоязычный ресурс, сообщество и заинтересованные молекулы лярными основами болезней. Здесь публикуются научно-популярные статьи о молекулярных механизмах различных заболеваний

Вопрос-53 ОМИМ Проект «Менделевское наследование у человека» медицинс – кая база данных, в которой собираются сведения об известных заболеваниях-ваниях с генетическим компонентом и генах, ответственных их развитие. Эта база данных предоставляет библиографию для будущих исследоваваний, инструментарий для геномного анализа зарегистрированного гена и используется в медицинской литературе, чтобы обеспечить единый индекс для генетических заболеваний Коды MIM. Диапазон кода заболевания зависит от типа наследования:

100.000-299999: аутоcомные заболевания ;

300.000-399999 Х-сцепленные заболевания

400.000-499999: Y-сцепленные заболевания

500.000-599999: Митохондриальные заболевания

600.000-выше: аутоcомные заболевания

Вопрос 54 UniProt — открытая база данных последовательностей белков. Консорциум UniProt действует с 2003 года. Единая база данных UniProt была создана путём объединения нескольких баз. UniProt состоит из четырёх крупных баз данных

(База знаний/Архив/Справочные кластеры и метагеномные данные) и охватывает различные аспекты анализа белковых последовательностей. Многие из последовательностей стали известны в результате реализации проектов секвенирования геномов последних лет. Кроме того, база данных UniProt содержит большое количество информации о биологических функциях белков, полученной из научной литературы.

Вопрос-55 GenBank — база данных, находящаяся в открытом доступе, содержащая все аннотированные последовательности ДНК и РНК, а также последовательности закодированных в них белков. GenBank поддерживается Национальным центром биотехнологической информации США (NCBI), входящего в состав Национальных Институтов Здоровья в США, и доступен на бесплатной основе исследователям всего мира. GenBank получает и объединяет данные, полученные в разных лабораториях, для более чем 100 000 различных организмов.

GenBank — архивная база данных, то есть ответственность за содержимое каждой записи несут создатели этой записи, которыми, как правило, являются экспериментаторы, определившие данную последовательность. GenBank вместе с банками EMBL и DDBJ входит в консорциум INSDC, осуществляющий регулярный обмен данными между этими тремя архивами аннотированных нуклеотидных последовательностей.Релиз GenBank происходит каждые два месяца и доступен с сайта по протоколу FTP. Заметки о выпуске для текущей версии GenBank предоставляют подробную информацию о выпуске и уведомлениях о предстоящих изменениях в GenBank. Также доступны примечания к выпуску предыдущих версий GenBank.

Вопрос56 Генетическая инженерия совокупность методов и технологий получения рекомби-Нантной ДНК, выделения генов из организма (клетки), осуществление манипуляций генами и введением их в другие организмы Основные этапы 1. Получение изолированного 2. Введение гена вектор для переноса в организм.3. Перенос вектора с геном в мо- дифицируемый организм. 4. Преобразование клеток органо- НИЗМа 5. Отбор генетически модифи- цированных организмов (ГМО) и устранение тех, которые не были успешно модифицированы Живой организм, в геном-го искусственно введен ген другого организма называется трансгенным организмом.

Вопрос-57 Клонирование — появление естественным путём или получение нескольких генетически идентичных организмов путём бесполого размножения.Группа генетически идентичных организмов или клеток — клон.

Виды клонирования:

Терапевтическое (получение стволовых клеток и выращивание из низ тканей и органов не отторгающихся при транслпантации),

Репродуктивное(получение целого организма-клона. Кроме научных целей оно может применятся для восстановления исчезнувших видов или сохранения редких видов).

Клонирование в природе.Случаи клонирования человека однояицевые или многояицевые близнецы- настоящие клоны с одним и тем же геном, возникающие при разделении одной зиготы на ранней стадии развития.

КЛОНИРОВАНИЕ в биологии – метод получения нескольких идентичных организмов путем бесполого (в том числе вегетативного) размножения. Однако сейчас термин “клонирование” обычно используется в более узком смысле и означает копирование клеток, генов, антител и даже многоклеточных организмов в лабораторных условиях. Появившиеся в результате бесполого размножения экземпляры по определению генетически одинаковы, однако и у них можно наблюдать наследственную изменчивость, обусловленную случайными мутациями или создаваемую искусственно лабораторными методами.\

Вопрос-58 Клетка как единица живого Клеточная теория Т

ипы клеточной организации

Клетка представляет собой обособленную, наименьшую по размерам структуру, которой присуща вся совокупность свойств жизни и которая может в подходящих условиях окружающей среды поддерживать эти свойства в самой себе, а также передавать их в ряду поколений. Клетка, таким образом, несет полную характеристику жизни. Вне клетки не существует настоящей жизнедеятельности. Благодаря заложенным в ней механизмам клетка обеспечивает обмен веществ, использование биологической информации, размножение, свойства наследственности и изменчивости, обусловливая тем самым присущие органическому миру качества единства и разнообразия.

Занимая в мире живых существ положение элементарной единицы, клетка отличается сложным строением. При этом определенные черты обнаруживаются во всех без исключения клетках, характеризуя наиболее важные стороны клеточной организации как таковой

.Клеточная теория — одно из общепризнанных биологических обобщений, утверждающих единство принципа строения и развития мира растений, животных и остальных живых организмов с клеточным строением, в котором клетка рассматривается в качестве единого структурного элемента живых организмов.

Клеточная организация у различных микроорганизмов разнообразна и обусловлена особенностями их строения и жизнедеятельности.

Микробиология изучает бактерии и цианобактерии, которые являются прокариотическими организмами.

Бактерии отличаются своей формой и имеют соответствующие названия: кокки (в виде мелких одиночных шариков), вибрионы (имеющие вид запятых), стафилококки (напоминающие виноградную гроздь). Такие цианобактерии, как носток, анабена, представляют собой безъядерные клетки, имеющие слизистую клеточную стенку, они отличаются от бактерий тем, что содержат фотосинтезирующие пигменты, находящиеся в хроматофорах.

Вопрос -59Типы клеточной орагнизация Прокариот

Среди всего многообразия ныне существующих на Земле организмов выделяют две группы: вирусы и фаги, не имеющие клеточного строения; все остальные организмы представлены разнообразными клеточными формами жизни.

Различают два типа клеточной организации:

прокариотический и эукариотический.Клетки прокариотического типа устроены сравнительно просто. В них нет морфологически обособленного ядра, единственная хромосома образована кольцевидной ДНК и находится в цитоплазме; мембранные орган ел л ы отсутствуют (их функцию выполняют различные впячивания плазматической мембраны); в цитоплазме имеются многочисленные мелкие рибосомы; микротрубочки отсутствуют, поэтому цитоплазма неподвижна, а реснички и жгутики имеют особую структуру. Особенности структуры прокариотических клеток определяют специфический характер процессов обмена веществ, жизнедеятельности и размножения. К прокариотам относят бактерий. Они были единственной формой жизни на Земле по крайней мере в течение 2 млрд. лет. Одну из групп фотосинтезирующих бактерий (синезеленые водоросли, или цианобактерии) раньше относили к водорослям. Однако в настоящее время их рассматривают как специфическую группу бактерий.Большинство современных живых организмов относится к одному из трех царств — растений, грибов и животных, объединяемых в надцарство эукариот.

Вопрос-60 Типы клеточной организации Эукариот

Эукариотическая клетка – сложная структура, состоящая из нескольких типов клеток, находящихся в симбиотических отношениях друг с другом. Хлорелла может включаться в протоплазму инфузории, где продолжает функционирование. Некоторые амебы не имеют митохондрий, но в протоплазме есть симбионтные бактерии, которые не синтезируют АТФ, но участвуют в превращении ядовитых веществ в молочную кислоту. Некоторые брюхоногие моллюски могут извлекать хлоропласты из других клеток и встраивать в свои клетки. Согласно гипотезе, эукариотические клетки были первоначально прокариотическими.

Объем эукариотических клеток в 1000 и более раз превышает прокариотические клетки, поэтому в ДНК эукариотических клеток в 1000 и более раз больше генов. Чем у прокариот. Это связано с наличием сети мембран внутри клетки. Клетки эукариот имеют разную форму и размеры. Сферические клетки в среднем имеют диаметр 10-20 мкм некоторые клетки имеют несферическую форму (например, клетки нервной системы).

Состав гипотетической клетки эукариот.

В клетке, как и в сложном организме, основные функции распределены между специальными структурами – органеллами. От внешней среды эукариотическая клетка отделена мембраной (клеточной, плазматической), имеющей толщину – 8 мкм(3 молекулы). Общая площадь мембран велика. Масса печени крысы 7 г, площадь мембран более 100 квадратных метров.

В природе существует значительное разнообразие клеток, различающихся по размерам, форме, химическим особенностям. Число же главных типов клеточной организации ограничено двумя. Выделяют прокариотический и эукариотический типы с подразделением второго на подтип, характерный для простейших организмов, и подтип, характерный для многоклеточных.

Вопрос-61 Ядро/Митохондрия/Лизосома

Ядро клетки – центральный органоид, один из самых важных. Наличие его в клетке является признаком высокой организации организма. Клетка, имеющая оформленное ядро, называется эукариотической. Прокариоты – это организмы, состоящие из клетки, не имеющей оформленного ядра. Если подробно рассмотреть все его составляющие, то можно понять, какую функцию выполняет ядро клетки.

Структура ядраЯдерная оболочка./Хроматин./Ядрышки./Ядерный матрикс и ядерный сок

Основные функции ядра в клетке

1-Информативная функция. Именно в ядре находится вся информация о наследственности организма.

2-Функция наследования. Благодаря генам, которые расположены в хромосомах, организм может передавать свои признаки из поколения в поколение.

3-Функция объединения. Все органоиды клетки объединены в одно целое именно в ядре.

4-Функция регуляции. Все биохимические реакции в клетке, физиологические процессы регулируются и согласуются ядром.

Митохондрии

Строение митохондрий

Внешний вид представляет такой же интерес, как и функции митохондрии. Размеры и формы этих органелл непостоянны и могут быть разными в зависимости от видов живых существ. Если описывать средние значения, то гранулярная и нитевидная митохондрия, состоящая из двух мембран, имеет размеры порядка 0,5 микромиллиметра в толщину, а длина может достигать 60 микромиллиметров.

В клетках животных митохондрий содержится больше, чем в клетках растений, потому что для животных преобразование энергии с эволюционной точки зрения более важно. Впрочем, объяснять подобные процессы достаточно сложно, но в клетках растений подобные функции берут на себя в основном хлоропласты.

В клетках митохондрии могут располагаться в самых разных местах, где есть потребность в АТФ. Можно сказать, что у митохондрий достаточно универсальное строение, поэтому они могут появляться в разных местах.

Функции митохондрии

Основная функция митохондрий – синтез молекул АТФ. Это своего рода энергетическая станция клетки, которая за счёт окисления различных органических соединений высвобождает энергию за счёт их распада.

Главным источником энергии, т.е. соединением, используемым для распада, является пировиноградная кислота. Её в свою очередь организм получает из белков, углеводов и жиров. Есть два пути образования энергии, причём митохондрии используют оба. Первый из них связан с окислением пирувата в матриксе. Второй связан уже с кристами органелл и непосредственно завершает процесс энергообразования.

В целом данный механизм достаточно сложен и происходит в несколько этапов. Выстраиваются длинные последовательности реакций, единственная цель которых – энергообеспечение других клеточных процессов. Поддержание организма на клеточном уровне позволяет сохранить его жизнедеятельность в целом. Именно поэтому учёные долгое время пытались разгадать, как именно происходят данные процессы. Со временем многие вопросы были решены, особенно в этом помогло изучение ДНК и структуры остальных небольших клеток микромира. Без этого вряд ли можно было бы представить развитие данной науки в целом, а также изучение организма человека и высокоразвитых животных.

Лизосомы

Функции

Лизосома выполняет ряд важных функций:

1-Ликвидация клеточных структур, которые ей не нужны. При этом новые органоиды заменяют старые. Также в процессе аутофагии уничтожаются вещества, образовавшиеся внутри физиологической системы.

2-Ликвидация вредных бактерий и веществ, поступивших во время эндоцитоза.

3-Полное переваривание клетки. Данную способность нельзя назвать патологией, так как она приводит к дифференцировке клеток, общему развитию организма. Самый яркий пример тому – появление лягушки из головастика.

Переваривание захваченных во время фагоцитоза внеклеточных веществ именуется гетерофагией. Это основная функция лизосом. Данный процесс у значительного количества простейших организмов служит ключевым методом пищеварения. Внутри многоклеточных существ такая способность присутствует у микрофагов и лейкоцитов. Они поглощают ненужные и чужеродные структуры, осуществляя эффективную защиту.

Особенности строения лизосомы изучены достаточно хорошо. Она содержит внутри себя гидролитические ферменты. В ней имеются гидролазы, отличающиеся возможностью деполимизировать всевозможные вещества – нуклеиновые кислоты, полисахариды, белки, липиды. Перечисленный набор ферментов должен быть надежно изолирован от прочих клеточных органоидов, иначе он попросту разрушит их.

Данные мембранные пузырьки обладают способностью к поглощению и разрушению веществ, являющихся результатом образования вторичных лизосом. Среда в этих органоидах кислая, в отличие от других клеточных элементов, имеющих нейтральную реакцию. Плазматическую мембрану и лизосомы образует пластинчатый механизм. В результате получаются органоиды, называющиеся первичными.

Особенности строения лизосомы обуславливают то, что она может локализовать в себе вторичные метаболиты, белки, пигменты и ионы в растениях. Если ее деятельность нарушена, то пострадает весь организм. Сбои будут способствовать появлению и развитию различных болезней. Так, когда мембранные пузырьки лопаются, ферменты, содержащиеся в них, попадают в гиалоплазму (подобное случается при некрозах, а также вследствие излучения). Разрывы приводят к чрезмерной активности гидролаз.

Лизосома, строение и функции которой могут иметь различные вариации, обладает порой разным химическим составом и структурой, формой и размерами. Она присутствует в клетках не только растений, животных, но и грибов, участвуя в аутофагоцитозе и переваривании твердых частиц

Вопрос-62 Ядро Цитоплазма Клеточная оболочка

Структура ядраЯдерная оболочка./Хроматин./Ядрышки./Ядерный матрикс и ядерный сок

Основные функции ядра в клетке

1-Информативная функция. Именно в ядре находится вся информация о наследственности организма.

3-Функция объединения. Все органоиды клетки объединены в одно целое именно в ядре.

Цитоплазма

Цитоплазма – движущаяся жидкообразная структура животной или растительной клетки, ее внутренняя среда без ядра, в которой располагаются органеллы (органоиды).

Внешне она ограничивается клеточной мембраной. Цитоплазме свойственный циклоз – постоянное движение. Оно может иметь струйчатый, колебательный и круговой характер. При этом движении органеллы и включения перемещаются вместе с ней.

Строение цитоплазмы

Состав цитоплазмы представляет собой белковую смесь в коллоидном состоянии в сочетании с нуклеиновыми кислотами, жирами, углеводами, где дисперсионной средой выступает вода. Кроме этих основных компонентов в структуре цитоплазмы можно найти отходы обменных процессов и другие включения.

При детальном изучении цитоплазму можно разделить на две плазматические среды – эндоплазму и экзоплазму.

Первая занимает центр клеточной субстанции и является более текучей по консистенции. В ней сконцентрированы включения цитоплазмы.

Вторая располагается по периметру, имея большую плотность и вязкость структуры без дополнительных включений. Ее периферический поверхностный слой служит как связующее в химическом и физическом плане звено во взаимодействии клетки с окружающей средой.

Функции цитоплазмы

Заполняет клеточную полость.
Является связующим веществом для клеточных компонентов, объединяющих их в клеточное целое.
Определяет положение органелл.
Выступает в качестве проводника для химических, физических процессов на внутриклеточном и межклеточном уровне.
Поддерживает внутреннее давление в клетке, ее объем, упругость, оводненность.

Немаловажную функциональную роль также играют органоиды цитоплазмы:

Комплекс Гольджи – транспортировка веществ, синтезируемых в эндоплазматической сети;
Митохондрии – окисление органических соединений для получения энергии;
Лизосомы – внутриклеточное переваривание макромолекул;
Рибосомы – биосинтез белка;
Эндоплазматическая сеть – синтез и транспортировка белков, липидов и стероидов;
Пластиды (свойственны только растительным клеткам) – фотосинтез, сбережение и накопление крахмала и железа.

Вопрос-63 включение

Включения -временные элемеаты, возникающие в клетке на определенной стадии ее жизнедеятельности в результате синтетической функции. Они либо используются, либо выводятся из клетки. Включениями являются также запасные питательные вещества: в растительных клетках-крахмал, капельки жира, блки, эфирные масла, многие органические кислоты, соли органических и неорганических кислот; в животных клетках – гликоген (в клетках печени и мышцах), капли жира (в подкожной клетчатке); Некоторые включения накапливаются в клетках как отбросы – в виде кристаллов, пигментов и др

Вопрос-64 Комплекс Гольдж/клеточный центр/Эндоплазматический ретикулум /Цитоскелет

Аппарат Гольджи: строение

Эта органелла представляет собой совокупность мембранных цистерн, которые тесно прилегают друг к другу, напоминая стопку. Структурное и функциональной единицей здесь считается диктиосома.

Диктиосома представляет собой отдельную, самостоятельную часть аппарата Гольджи, которая состоит из 3 – 8 тесно прилегающих друг к другу цистерн. Стопка этих мембранных цистерн окружена системой мелкий вакуолей и пузырьков — именно таким образом осуществляется транспорт веществ, а также связь диктиосом между собой и другими клеточными структурами. Как правило, животные клетки имеют только одну диктиосому, в то время как в растительных структурах их может быть много.

В диктиосоме принято разделять два конца — цис- и транс-стороны. Цис–сторона обращена в сторону ядра и гранулярной эндоплазматической сетки. Сюда в виде мембранных пузырьков транспортируются синтезированные белки и другие соединения. На этом конце диктиосомы постоянно образуются новые цистерны.

Аппарат Гольджи: функции

Как уже было сказано, функции органеллы весьма разнообразны.

1-Здесь осуществляется модификация новосинтезированных белковых молекул. В большинстве случаев к протеиновой молекуле присоединяется углеводный, сульфатный или фосфорный радикал. Таким образом, аппарат Гольджи отвечает за формирование белкой плазматической мембраны, ферментов и белков лизосом.

2-Аппарат Гольджи отвечает за транспорт модифицированных белков в определенные участки клетки. От транс-стороны постоянно отделяются небольшие пузырьки, в которых содержатся готовые протеины.

3-Здесь происходит образование и транспорт всех ферментов лизосом.

В полостях цистерн происходит накопление липидов, а в дальнейшем и образование липопротеидов — комплекса белковой и липидной молекулы.

4-Аппарат Гольджи растительной клетки отвечает за синтез полисахаридов, которые затем идут на образование клеточной стенки растения, а также слизи, пектинов, гемицеллюлозы и восков.

5-После деления растительной клетки комплекс Гольджи берет участие в формировании клеточной пластинки.

6-В сперматозоиде эта органелла берет участие в образовании ферментов акросомы, с помощью которых происходит разрушение оболочек яйцеклетки при оплодотворении.

7-В клетках представителей простейших комплекс Гольджи отвечает за образование сократительных вакуолей, которые регулируют осмотическое давление.

Клеточный центр

Строение.

Состоит клеточный центр из двух центриолей: дочернего и материнского, расположенных перпендикулярно друг к другу и создающими диплосому. Только одна из центриолей, а именно материнская, имеет множество дополнительных образований. Одни из них это сатиллиты, их численность непостоянна, и они располагаются по всей длине центриоля. Материнский участок диплосомы является источником создания микротрубочек. Центриоли имеют форму цилиндра длиной 0,3мкм и диаметром 0,1мкм. Стенки центриолей состоят из девяти групп протеиновых микротрубочек. Окружены центриоли областью, более светлой цитоплазмы, (Эту светлую область и называют клеточным центром) от которой отходят микротрубочки, и образовывают центросферу, состоящую из углеводов, белков, и липидов.

Функции.

Центросома является главным центром создания и управления всеми микротрубочками клетки. Отвечает за следующие функции:

1.Образование внешних структур, так называемых жгутиков, характерных для клеток многих прокариот и эукариот, которые обеспечивают возможность перемещения в жидкой субстанции.

Образовывает реснички- волоскоподобные образования, которые покрывают поверхность эукариотических клеток и служат для них рецепторами.

3.Образовывает нити веретена деления в процессе непрямого деления клетки (митоз) и в ходе деления ядра эукариотических клеток с уменьшением численности хромосом наполовину.

Так как клеточный центр в делящихся клетках способствует образованию веретена деления, то и находится он на полюсах.

Эндоплазматическая сеть

Эндоплазматическая сеть — это обязательная органелла эукариотической клетки. Она обнаружена в клетках растений, животных и человека. Функции этой составляющей части клетки разнообразны и связаны в основном с синтезом, модификацией и транспортом органических соединений. Впервые эндоплазматическая сеть была обнаружена в 1945 году. Американский ученый К. Портер разглядел ее с помощью одного из первых электрических микроскопов. С этого времени началось ее активное исследование.

В клетке есть две разновидности этой органеллы: Гранулярная, или шероховатая эндоплазматическая сеть \. Агранулярная, или гладкая эндоплазматическая сеть. Каждый тип ретикулума имеет некоторые особенности и выполняет совершенно разные функции. Давайте рассмотрим их более подробно.\

Гранулярная эндоплазматическая сеть:

Строение. Данная органелла представляет собой системы цистерн, пузырьков и канальцев. Стенки ее состоят из билипидной мембраны. Ширина полости может колебаться от 20 нм до нескольких микрометров — здесь все зависит от секреторной активности клетки.

У мало специализированных клеток, которые характеризируются низким уровнем метаболизма, ЭПС представлена всего лишь несколькими разрозненными цистернами. Внутри клетки, которая активно синтезирует белок, эндоплазматическая сеть состоит из множества цистерн и разветвленной системы канальцев.

Как правило, гранулярная ЭПС посредством канальцев связана с мембранами ядерной оболочки — именно таким образом происходят сложные процессы синтеза и транспорта белковых молекул.

Функции. Как уже упоминалось, вся поверхность ЭПС со стороны цитоплазмы покрыта рибосомами, которые, как известно, участвуют в синтезе белка. ЭПС — это место синтеза и транспорта протеиновых соединений.

Эта органелла отвечает за синтез интегральных белков цитоплазматической мембраны. Но в большинстве случаев созданные белковые молекулы далее с помощью мембранных пузырьков транспортируются в комплекс Гольджи, где происходит их дальнейшая модификация и распределение соответственно потребностям клетки и тканей. Кроме того, в полостях цистерн ЭПС происходят и некоторые изменения белка — например, присоединение к нему углеводного компонента. Здесь же, путем агрегации образуются большие секреторные гранулы.

Агранулярная эндоплазматическая сеть

Строение гладкой ЭПС имеет некоторые отличия. Например, такая органелла состоит только из цистерн и не имеет системы канальцев. Комплексы такой ЭПС, как правило, имеют меньшие размеры, а вот ширина цистерны, наоборот, больше. Гладкая эндоплазматическая сеть не имеет отношения к синтезу белковых компонентов, но исполняет ряд не менее важных функций. Например, именно здесь происходит синтез стероидных гормонов у человека и всех позвоночных животных. Именно поэтому объем гладкой ЭПС в клетках надпочечников довольно большой.

Функции

В клетках печени ЭПС вырабатывает необходимые ферменты, которые участвуют в углеводном обмене, а именно в распаде гликогена. Известно также, что печеночные клетки отвечают за обезвреживание токсинов. В цистернах этой органеллы происходит синтез гидрофильного компонента, который затем присоединяется к токсической молекуле, увеличивает ее растворимость в крови и моче. Интересно, что в гепатоцитах, которые постоянно поддаются влиянию токсинов (ядов, алкоголя), практически вся клетка занята плотно расположенными цистернами гладкой ЭПС. В мышечных клетках имеется особая разновидность гладкой ЭПС — саркоплазматический ретикулум. Он выступает как депо кальция, регулируя, таким образом, процессы активности и покоя клетки. Как видно, функции ЭПС разнообразны и очень важны для нормального функционирования здоровой клетки –

Цитоскелет

Строение Рассмотрим строение данной структуры, далее узнаем, какие функции выполняет цитоскелет. Цитоскелет образовался за счет белков. В его структуре выделяется несколько систем, название которых происходит от основных структурных элементов, либо от основных белков, которые входят в состав данных систем. Поскольку цитоскелет – это структура, то в ней выделяют три основные составляющие. Они играют важную роль в жизни и движении клеток. Цитоскелет состоит из микротрубочек, промежуточных филаментов и микрофиламентов. Последние иначе называют актиновыми филаментами. Все они по своей природе нестабильны: постоянно собираются и разбираются. Таким образом, все компоненты имеют динамическое равновесие с белками, им соответствующими.

Микротрубочки цитоскелета, представляющие собой жесткую структуру, присутствуют в цитоплазме эукариотов, а также в ее выростах, которые называются жгутиками и ресничками. Их длина может варьироваться, некоторые достигают несколько микрометров в длину. Иногда микротрубочки объединяются с помощью ручек или мостиков. Микрофиламенты состоят из актина – белка, похожего на тот, что входит в состав мышц. В их строении в малом количестве есть и другие белки. Главное отличие актиновых филаментов от микротрубочек состоит в том, что некоторых из них нельзя увидеть в световом микроскопе. В животных клетках они объединяются в сплетение под мембраной и, таким образом, связаны с ее белками. Микрофиламенты животных и растительных клеток также взаимодействуют с белком миозином. При этом их система имеет способность к сокращению. Промежуточные филаменты состоят из различных белков. Данный структурный компонент достаточно не изучен. Есть вероятность, что у растений он вообще отсутствует. Также некоторые ученые считают, что промежуточные филаменты являются дополнением к микротрубочкам. Точно доказано то, что при рзрушении системы микротрубочек филаменты перестраиваются, а при обратной процедуре влияние филаментов практически не сказывается на микротрубочках.

Функции

Благодаря микрофиламентам, происходит движение белков вдоль мембраны цитоплазмы. Актин, содержащийся в них, принимает участие в мышечных сокращениях, фагоцитозе, движениях клетки, а также в процессе слияния сперматозоидов и яйцеклеток.

Микротрубочки активно участвуют в поддержании клеточной формы. Еще одна их функция – транспортная. Они переносят органеллы. Они могут выполнять механическую работу, куда входит перемещение митохондрий и ресничек. Особо важная роль принадлежит микротрубочкам в процессе клеточного деления. Они направлены на создание или сохранение определенной клеточной асимметрии. Под определенным воздействием микротрубочки разрушаются. Это может привести к утрате данной асимметрии. К функциям цитоскелета также относятся адаптация клетки ко внешнему воздействию, процессы эндо- и экзоцитоза. Таким образом, мы рассмотрели, какие функции выполняет цитоскелет в живом организме.

Вопрос-65 Рибосома Микротрубочки Лизосома

Рибосомы: строение состоит из двух неравных субъединиц. Большая субчастица, в свою очередь, состоит из: одной молекулы рибосомальной РНК, которая является высокополимерной; одной молекулы РНК, которая является низкополимерной; некоторого количества молекул белка, как правило, их около трех десятков. Что касается меньшей субчастицы, то тут немного проще. В ее состав входят: молекула высокополимерной РНК; несколько десятков молекул белка, как правило, около 40 штук (молекулы при этом разнообразные по структуре и форме). Молекула высокополимерной РНК необходима для того, чтобы все присутствующие белки соединить в одну целостную рибонуклеопротеидную составляющую клетки. В процессе выполнения основной своей функции, то есть во время синтеза белка, рибосома выполняет и ряд дополнительных: Связка, а также удержание всех составляющих так называемой белоксинтезирующей системы. Принято называть данную функцию информационной, или матричной.

Рибосома функции эти распределяет между двумя своими субчастицами, каждая из которых выполняет свою определенную задачу в данном процессе. Рибосомы выполняют функцию каталитическую, которая заключается в образовании особой пептидной связи (амидная связь, которая возникает как при образовании белков, так и при возникновении пептидов). Сюда же можно отнести и гидролиз ГТФ. За выполнение этой функции отвечает большая субъединица рибосомы. Именно в ней находятся специальные участки, в которых и происходит процесс синтеза пептидной связи, а также центр необходимый для гидролиза ГТФ. Помимо этого именно большая субъединица рибосомы во время биосинтеза белка удерживает на себе цепь, которая постепенно вырастает. Выполняет рибосома функции механического передвижения субстратов, к коим относятся иРНК и тРНК. Иными словами, они отвечают за транслокацию.

МикротрубочкиСтроение

Микрофиламенты состоят из актина – белка, похожего на тот, что входит в состав мышц. В их строении в малом количестве есть и другие белки.

Строение микротрубочек и их функции

Цитоскелет состоит из полимеров белковой природы. Каждый полимер состоит из нескольких тысяч идентичных субъединиц, связанных вместе с образованием филаментов
Цитоскелет обеспечивает движение клеток и их механическую поддержку
Клеточный цитоскелет состоит из трех типов полимеров: актиновые филаменты, промежуточные филаменты и микротрубочки
Все полимеры имеют динамическую природу; они постоянно наращивают и теряют субъединицы
Микротрубочки представляют собой полимеры субъединиц тубулина
Микротрубочки почти всегда функционируют вместе с молекулярными моторами, которые генерируют усилия, осуществляя движение везикул и других комплексов по поверхности микротрубочек
Реснички и жгутики представляют собой специализированные органеллы, состоящие из микротрубочек и моторных белков, которые обеспечивают движение клеток в жидкой среде или движение жидкости вдоль клеточной поверхности
Химические соединения, разрушающие микротрубочки, применяются в медицине и в сельском хозяйстве

Лизосомы

Функции

Лизосома выполняет ряд важных функций:

2-Ликвидация вредных бактерий и веществ, поступивших во время эндоцитоза.

Вопрос-66 Функция биологический мембраи

Их значение к клетке

Клеточная мембрана и ее функции Она отделяет цитоплазму клетки от внешней среды или от оболочки. Мембрана клетки обеспечивает должное выполнение специфических функций, специфику межклеточных контактов и иммунных проявлений, поддерживает трансмембранную разницу электрического потенциала. В ней имеются рецепторы, способные воспринимать химические сигналы – гормоны, медиаторы и другие биологические активные компоненты. Эти рецепторы наделяют ее еще одной способностью – изменять метаболическую активность клетки

Функции мембраны:

Активный перенос веществ
Пассивный перенос веществ:

-Диффузия простая.

-Перенос через поры.

-Транспорт, осуществляемый за счет диффузии переносчика вместе с мембранным веществом или посредством передачи по эстафете вещества по молекулярной цепи переносчика.

Перенос неэлектролитов благодаря простой и облегченной диффузии.
Активный транспорт ионов.

Строение мембраны клетки Составляющие мембраны клетки – липиды и белки.

Липиды: фосфолипиды, фосфатидилэтаноламин, сфингомиелин, фосфатидилинозит и фосфатидилсерин, гликолипиды. Доля липидов составляет 40-90 %.

Белки: периферические, интегральные (гликопротеины), спектрин, актин, цитоскелет. Основной структурный элемент – двойной слой фосфолипидных молекул.

Значение в жизнедеятельности клетки Биологическая мембрана играет кульминационную роль в строении и функционировании элементарной живой системы. Только клетка, окруженная защитной оболочкой, по праву может называться организмом. Такой процесс, как обмен веществ, также осуществляется благодаря наличию мембраны. Если структурная целостность ее нарушена, это приводит к изменению функционального состояния организма в целом.

Вопрос67 Молекулярное строение биологических мембран

Значение мембран в жизни клетки

Молекулярная организация

мембран

Принимая во внимание взаиморасположение липи-дов и белков, более удачной следуетпризнать жидкостно-мозаичную модель молекулярной организации, предложен-ную Сангером и Нильсоном (1972). Согласно этой модели,клеточная мембрана состоит из двойного слоя липидов (би-молекулярный), частично или насквозь пронизанный различными белками

Бислой липидов

Наиболее распространенными липидами плазмалем-мы являются: фосфолипиды и сфинголипиды, холестерол,гликолипиды, расположенные в поверхностном слое плаз-малеммы или же внутри просвета органоидов. Общим длявсех липидов является наличие гидрофильных ”головок” игидрофобных ”хвостов”. Эта двойственность обеспечиваетспецифическое расположение молекул жира при контакте сводой: гидрофильные (любящие воду) полярные головки ориентированы к воде, а гидрофобные (боящиеся воды)концы максимально удалены от воды. В водных растворахмолекулы жира образуют:

– мицеллы – однослойные шаровидные образования в d 20nm, где гидрофобные концы направлены внутрь сферы, агидрофильные головки кнаружи, к воде

– липосомы – двухслойные образования, в которых моле-кулы жира расположены в два слоя, ориентированы гидро-фильными концами кнаружи (к воде), а гидрофобными –внутрь бислоя липидов. Они могут быть и в виде шаровид-ных структур размером больше мицелл и содержать внутри воду.

Таким образом, фосфолипиды способны к самосбор-ке, обеспечивая образование барьеров между различнымижидкими средами. Мембранам также свойственна текучесть, в основном обеспеченная мобильностью фосфолипидов, которая может быть нескольких типов:

1-движение внутри молекулы фосфолипида;

2-движение всей молекулы фосфолипида;

3-боковое движение, а также вращение вокруг про-

дольной оси молекулы;

4-очень редкие перемещения с одного слоя на другой

Вопрос-68 Типы и функции мембраных липидов

Основные виды мембранных липидов

Глицерофосфолипиды. Это наиболее распространенные липиды. Одна из гидроксильных групп глицерола связана с полярной группировкой, содержащей фосфат, а две другие — с гидрофобными остатками. Номенклатура глицеридов основана на системе стереоспецифической нумерации. Если глицерол изобразить в проекции Фишера, так что центральная группа будет расположена слева, то атомы углерода будут нумероваться так, как показано на рис. В этом случае в название глицерофосфолипида вводят приставку sn для обозначения положения заместителя.

Фосфосфинголипиды. Эти липиды имеют такие же полярные головки, как и глицерофосфолипиды, но их гидрофобная часть представлена церамидом. В плазматических мембранах животных клеток широко распространен сфингомиелин. Основными жирнокислотными компонентами в миелине являются кислоты 24:1 и 24:0. В мембранах растительных и бактериальных клеток фосфосфинголипиды встречаются редко. Кроме сфингомиелина известны и другие фосфосфинголипиды, например церамид-1-фосфорилэтаноламин, церамид-1-фосфорилинози-тол и церамид-1-фосфорилглицерол.

Гликоглицеролипиды. Это полярные липиды, у которых в м-З-положении глицерола находится углевод, присоединенный с помощью гликозидной связи, например галактоза. Гликоглицеролипиды широко представлены в мембранах хлоропластов, они обнаружены также в заметных количествах в сине-зеленых водорослях и бактериях. Моногалактозилдиа-цилглицерол был назван «наиболее распространенным в природе полярным липидом», поскольку на его долю приходится половина всех липидов тилакоидной мембраны хлоропластов. Для мембран грамположительных бактерий характерны гликоглицеролипиды с большим разнообразием Сахаров. Архебактерии также содержат такие липиды, но, как и в случае глицерофосфолипидов, их стереохимическая конфигурация является обращенной, с локализацией гликозидной связи в sn-l-положении глицерола. В мембранах животных клеток гликоглицеролипиды встречаются редко.

Гликосфинголипиды. Эти липиды содержат углеводы, присоединенные с помощью гликозидной связи к концевой гидроксильной группе церамида. Ихклассифицируют в соответствии с размером углеводной части, которая может быть представлена всего лишь одним моносахаридным остатком, с одной стороны, и очень сложным углеводным полимером — с другой. Моногликозилцерамиды обычно называют цереброзидами. Ганглиозиды представляют собой класс анионных гликосфинголипидов, которые содержат один или несколько остатков сиаловой кислоты, связанных с сахарными остатками церамидолигосахарида. Глобозидами называют нейтральные гликосфинголипиды, которые не содержат остатков отрицательно заряженной сиаловой кислоты

Стеролы. Эти липиды присутствуют во многих мембранах растений, животных и микробов. По-видимому, самым распространенным из сте-ролов является холестерол. Его молекула состоит из компактного, жесткого гидрофобного ядра, а полярной головкой является гидро-ксильная группа. Холестерол содержится в плазматических мембранах животных клеток, в лизосомах, эндосомах и в мембранах аппарата Гольджи. Он составляет около 30% всей массы мембранных липидов во многих плазматических мембранах животных клеток. В высших растениях обнаружены другие стеролы, чаще всего ситостерол и стигмастерол. Растительные стеролы часто имеют еще одну боковую цепь в положении С-24 и/или двойную связь в положении С-22. В мембранах дрожжей и других эукариотических микроорганизмов часто содержится эргостерол. К классу стеролоподобных липидов относят также гопанои-ды, которые найдены в бактериях и некоторых растениях.

Минорные компоненты. В мембранах присутствуют также и другие липиды, которые можно отнести к разряду минорных компонентов вследствие их малого содержания в мембранах. Так, в мембранах обычно обнаруживаются, хотя и в очень малых количествах, свободные жирные кислоты и лизофосфолипиды. Пожалуй, исключением из этого правила являются мембраны хромаффинных гранул, которые, как известно, содержат необычно много свободных жирных кислот. Минорными компонентами мембран являются также моноацил- и диацилглице-ролы. Диацилглицеролы выполняют важную функцию вторых посредников в передаче сигнала при активации клеток рядом биологически активных веществ. Эта система клеточного отклика на внешний стимул будет детально рассмотрена в гл. 9. В мембранах обычно присутствуют и полиизопреноидные липиды. К ним относятся уби-хиноны и менахиноны — компоненты цепи электронного транспорта в мембранах.

Функции

Главные функции липидов мембран состоят в том, что они:

1-формируют липидный бислой – структурную основу мембран;

2-обеспечивают необходимую для функционирования мембранных белков среду;

3-участвуют в регуляции активности ферментов;

4-служат «якорем» для поверхностных белков;

5-участвуют в передаче гормональных сигналов.

Изменение структуры липидного бислоя может привести к нарушению функций мембран.

Вопрос-69 Типы и фуенкции мембраных белков

Пространственная структура мембранных белков

В различных клетках соотношение липидов и белков различно (от 25 до 75% белков в пересчете на сухую массу), и расположены они неравномерно. По расположению белки могут быть:

Интегральными (трансмембранными) – встроенными в мембрану. При этом они пронизывают мембрану, иногда неоднократно. Их внеклеточные участки часто несут цепи олигосахаридов, формируя гликопротеиновые кластеры.

Периферическими – расположены преимущественно на внутренней стороне мембран. Связь с липидами мембраны обеспечивается за счет водородных обратимых связей.

Заякоренными – преимущественно расположены с наружной стороны клетки и «якорем», удерживающим их на поверхности, является молекула липида, погруженная в бислой

Функционал и обязанности

Биологическая роль мембранных белков многообразна и зависит от их структуры и расположения. Среди них выделяют рецепторные белки, канальные (ионные и порины), транспортеры, моторы и структурные белковые кластеры. Все виды мембранных белков-рецепторов в ответ на какое-либо воздействие меняют свою пространственную структуру и формируют ответ клетки. Например, рецептор инсулина регулирует поступление глюкозы внутрь клетки, а родопсин в чувствительных клетках органа зрения запускает каскад реакций, что приводят к возникновению нервного импульса. Роль мембранных белков-каналов заключается в транспорте ионов и поддержании разницы их концентраций (градиента) между внутренней и внешней средой. Например, натрий-калиевые насосы обеспечивают обмен соответствующих ионов и активный транспорт веществ. Порины – сквозные белки – участвуют в переносе молекул воды, транспортеры – в переносе некоторых веществ против градиента концентраций. У бактерий и простейших движение жгутиков обеспечивают молекулярные белковые моторы. Структурные мембранные белки поддерживают саму мембрану и обеспечивают взаимодействие других белков плазмолеммы.

Вопрос-70 Транспорт через мембраны

Активный и пасивный

Пассивный транспорт включает простую и облегченную диффузию – процессы, которые не требуют затраты энергии. Диффузия – транспорт молекул и ионов через мембрану из области с высокой в область с низкой их концентрацией, те. вещества поступают по градиенту концентрации. Диффузия воды через полупроницаемые мембраны называется осмосом. Вода способна проходить также через мембранные поры, образованные белками, и переносить молекулы и ионы растворенных в ней веществ.Простая диффузия осуществляется за счет наличия градиентов концентрации определенного вещества, электрического заряда или осмотического давления между сторонами клеточной мембраны. Например, среднее содержание ионов Na+ в плазме крови составляет 140 мМ/л, а в эритроцитах — приблизительно в 12 раз меньше. Эта разность концентрации (градиент) создает движущую силу, которая обеспечивает переход натрия из плазмы в эритроциты. Однако скорость такого перехода малая, так как мембрана имеет очень низкую проницаемость для ионов Na+. Гораздо больше проницаемость этой мембраны для калия. На процессы простой диффузии не затрачивается энергия клеточного метаболизма.

Облегченная диффузия осуществляется через каналы и белки-переносчики, которые обладают специфичностью в отношении транспортируемых молекул. В качестве ионных каналов выступают трансмембранные белки, образующие мелкие водные поры, через которые по электрохимическому градиенту транспортируются мелкие водо растворимые молекулы и ионы. Белки-переносчики также являются трансмембранными белками, которые претерпевают обратимые изменения конформации, обеспечивающие транспорт специфических молекул через плазмолемму. Они функционируют в механизмах как пассивного, так и активного транспорта.

Обменная диффузия — при этом виде транспорта веществ может происходить обмен молекулами одного и того же вещества, находящимися по разные стороны мембраны. Концентрация вещества с каждой стороны мембраны остается при этом неизменной.

Разновидностью обменной диффузии является обмен молекулы одного вещества на одну или более молекул другого вещества. Например, в гладкомышечных клетках сосудов и бронхов, в сократительных миоцитах сердца одним из путей удаления ионов Са2+ из клеток является обмен их на внеклеточные ионы Na+. На три иона входящего Na+ из клетки удаляется один ион Са2+. Создается взаимообусловленное (сопряженное) движение Na+ и Са2+ через мембрану в противоположных направлениях (этот вид транспорта называют антипортом). Таким образом клетка освобождается от избыточного количества ионов Са2+, что является необходимым условием для расслабления гладких миоцитов или кардиомиоцитов.

Активный транспорт является энергоемким процессом, благодаря которому перенос молекул осуществляется с помощью белков-переносчиков против электрохимического градиента. Примером механизма, обеспечивающего противоположно направленный активный транспорт ионов, служит натриево-калиевый насос (представленный белком-переносчиком), благодаря которому ионы Na+ выводятся из цитоплазмы, а ионы К+ одновременно переносятся в нее. Концентрация К+ внутри клетки в 10-20 раз выше, чем снаружи, а концентрация Na наоборот. Такая разница в концентрациях ионов обеспечивается работой насоса. Для поддержания данной концентрации происходит перенос трех ионов Na из клетки на каждые два иона К* в клетку. В этом процессе принимает участие белок в мембране, выполняющий функцию фермента, расщепляющего АТФ, с высвобождением энергии, необходимой для работы насоса.

Участие специфических мембранных белков в пассивном и активном транспорте свидетельствует о высокой специфичности этого процесса. Этот механизм обеспечивает поддержание постоянства объема клетки (путем регуляции осмотического давления), а также мембранного потенциала. Активный транспорт глюкозы в клетку осуществляется белком-переносчиком и сочетается с однонаправленным переносом иона Nа+.

Облегченный транспорт ионов опосредуется особыми трансмембранными белками – ионными каналами, обеспечивающими избирательный перенос определенных ионов. Эти каналы состоят из собственно транспортной системы и воротного механизма, который открывает канал на некоторое время в ответ на (а) изменение мембранного потенциала, (б) механическое воздействие (например, в волосковых клетках внутреннего уха), (в) связывание лиганда (сигнальной молекулы или иона).

Вопрос-71 Понятие о везикулярном транспорте

Везикулярный транспорт

В общем случае под везикулярным транспортом подразумевается перенос белков от одного внутриклеточного компартмента к другому с помощью мембранных везикул.

Транспортные пузырьки (везикулы) – представляют собой основное средство передвижения белков и липидов внутри клетки. Это очень экономичный вид транспорта: переносимые белки и липиды образуют мембрану транспортного пузырька, а в полости, окруженной этой мембраной, могут находиться грузовые молекулы, доставляемые к другим органеллам.

Основные принципы формирования пузырьков:

1-Вещества, синтезируемые в ЭР, предназначены для компартментов, а не для цитозоля

2-Вещества проходят в клетку путём формирования и слияния пузырьков; этот процесс называется эндоцитозом

3-Вещества в полости пузырьков часто имеют адресную метку, благодаря которой вещества сортируются и концентрируются в определенных активных участках полости, в которых формируются пузырьки

4-Переносимые пузырьком белки и липиды изменяются ферментами, которые находятся в полости каждого компартмента

5-Основным местом гликозилирования белков и липидов является комплекс Гольджи

6-Лизосома, основной гидролитический компартмент клетки, получает свои ферменты из различных источников

Молекулярные механизмы формирования и движения пузырьков.

Отпочкование пузырьков:

Основным механизмом, с помощью которого белки и липиды перемещаются в клетке, является почкование пузырьков. Пузырьки формируются из мембраны одной органеллы, называемой донором, и затем перемещаются к другой органелле, называемой акцептором. Это приводит к слиянию донорной и акцепторной мембран и высвобождению содержимого пузырька в полость акцептирующего компартмента. В результате этого процесса происходит перестройка клеточных компартментов и поверхности клетки, а также сохранение или разрушение межклеточных контактов.

Таким образом, при слиянии транспортных пузырьков ЭР с акцепторными мембранами CGN определенные рецепторные белки и липиды возвращаются их КГ обратно в ЭР. Этот процесс называется ретроградным транспортом. В противоположность ему, при антероградном транспорте растворимые грузовые белки продолжают перемещаться по секреторному пути. Раздельный транспорт антероградных грузовых белков и ретроградно транспортируемых компонентов обеспечивается, по крайней мере, двумя классами белков со специфической белковой каймой, которые связываются с транспортными пузырьками. Эти белковые комплексы называются коатомерами или COPs.

COP-I:

Цитозольные белки, которые закрепляются на мембране КГ и формируют протеиновую кайму, обозначаются как коатомер или COP-I. В коатомерном комплексе есть небольшой GTP – связывающий белок, называемый также фактором рибозилирования аденозиндифосфата. Генетическое исследование дрожжевых клеток подтвердило, что мутации инактивирующие субъединицы коатомеров или изоформы ARF, блокируют также внутриклеточный везикулярный аппарат и секрецию. Таким образом, была установлена роль пузырьков COP-I в процессе внутриклеточного транспорта.

COP-II:

Второй белок каймы, состоящий из пяти субъединиц, был биохимически и генетически охарактеризован в дрожжевых клетках. Этот белковый комплекс, называемый COP-II, участвует в антероградном транспорте и способствует переносу пузырьков от ЭР к КГ.

Вопрос-72 Метаболизм клетки

Катоболизм

Цель катаболизма – обеспечение энергией тела человека и на клеточном уровне, и для совершения различных движений. Реакции катаболического характера происходят с разрушением полимеров на отдельные мономеры. Примеры таких реакций:

расщепление молекул полисахаридов до уровня моносахаридов, причем сложные молекулы углеводов типа гликогена распадаются на полисахариды, а более простые, рибоза или глюкоза, осуществляют распад до уровня моносахаридов;

белки расщепляются на аминокислоты.

При потреблении пищи в организме происходит расщепление питательных органических веществ, при этом разрушительном действии высвобождается энергия, сберегаемая в организме в молекулах АТФ (аденозинтрифосфата).

Основные гормонами, обеспечивающими катаболические реакции, являются:

1– кортизол, который часто называют гормоном стресса;

2-глюкагон, способствующий тому, что в печени усиливается распад гликогена и поднимающий в крови уровень сахара;

3-адреналин;

4-цитоксины, обеспечивающие своеобразное взаимодействие клеток между собой.

Запасенная в фирме АТФ энергия служит топливом для прохождения анаболических реакций. Получается, что имеет место тесная взаимосвязь катаболизма с анаболизмом: первый обеспечивает для второго энергию, расходуемую на рост клеток, восстановление тканей, синтез ферментов и гормонов.

Если в процессе катаболизма производится избыточная энергия, то есть ее производится большее количество, чем необходимо для анаболизма, то тело человека обеспечивает ее хранение в виде гликогена или жира. В сравнении с мышечной тканью жировая относительно не активна, клетки ее бездействуют, и для поддерживания себя самих им много энергии не нужна.

Вопрос-73 Метаболизм в клетке

Анаболизм

– совокупность метаболических процессов биосинтеза сложных молекул с затратой энергии. Сложные молекулы, входящие в состав клеточных структур, синтезируются последовательно из более простых предшественников. Анаболизм включает три основных этапа, каждый из которых катализируется специализированным ферментом. На первом этапе синтезируются молекулы-предшественники, например, аминокислоты, моносахариды, терпеноиды и нуклеотиды. На втором этапе предшественники с затратой энергии АТР преобразуются в активированные формы. На третьем этапе активированные мономеры объединяются в более сложные молекулы, например, белки, полисахариды, липиды и нуклеиновые кислоты.

Гормоны, которые определяют анаболические процессы, это:

1-гормон роста, благодаря которому печень синтезирует гормон соматомедин, несущий ответственность за рост;

2-инсулиноподобный фактор роста IGF1, стимулирующий выработку белка;

3-инсулин, который определяет уровень наличия в крови сахара (глюкозы);

4-тестостерон, который является мужским половым гормоном;

5-эстроген – женский половой гормон

Вопрос-74 Биоинформатика Определени Понятие

Определение Биоинформатика — область науки, осуществляющая перевод биологических данных на язык цифр и слов с помощью компьютера (компьютерная обработка данных биологических исследований); использование прикладной математики, информатики и компьютерных систем для изучения биологических систем. Б. включает в себя выстраивание нуклеотидных последовательностей, обнаружение генов в банках данных, сборку генома, выстраивание структуры белка, поиск возможных белок-белковых взаимодействий и многое другое.

Понятие Биоинформатик совокупность методов и подходов, включающих в себя:

1.математические методы компьютерного анализа в сравнительной геномике(геномная биоинформатика).

2. разработку алгоритмов и программ для предсказания пространственной структуры биополимеров
3. исследование стратегий, соответствующих вычислительных методологий, а также общее управление информационной сложности биологических систем[2].

В биоинформатике используются методы прикладной математики, статистики и информатики. Биоинформатика используется в биохимии, биофизике, экологии и в других областях.Наиболее часто используемыми инструментами и технологиями в этой области являются языки программирования Java, Perl, Python,; язык разметки — XML; базы данных — SQL; программно-аппаратная архитектура параллельных вычислений — CUDA; пакет прикладных программ для решения задач технических вычислений и одноимённый язык программирования, используемый в этом пакете — MATLAB, и электронные таблицы.

Вопрос-75 Цели и задачи Биоинформатики

Целью биоинформатики является, как накопление биологических знаний в форме, обеспечивающей их наиболее эффективное использование, так и построение и анализ математических моделей биологических систем и их элементов.

Задачи: 1-Разработка алгоритмов для анализа биологических данных большого объема:

2-Алгоритм поиска генов в геноме;

3-Анализ и интерпретация различных типов биологических данных таких, как нуклеотидные и

аминокислотные последовательности, домены белков, структура белков и т.д.:

4-Изучение структуры активного центра белка;

5-Разработка программного обеспечения для управления и быстрого доступа к биологическим данным:

6-Создание банка данных аминокислотных последовательностей.

Таким образом, основными задачами биоинформатики являются:

распознавание белок-кодирующих участков в первичной структуре биополимеров,

1-сравнительный анализ первичных структур биополимеров,

2-расшифровка пространственной структуры биополимеров и их комплексов,

4-пространственное сворачивание белков,

5-моделирование структуры и динамики биомакромолекул, а также создание и сопровождение специализированных баз дан

Вопрос-76

Актуальные вопросы бионформатики.

Задачи: 1-Разработка алгоритмов для анализа биологических данных большого объема:

2-Алгоритм поиска генов в геноме;

3-Анализ и интерпретация различных типов биологических данных таких, как нуклеотидные и

аминокислотные последовательности, домены белков, структура белков и т.д.:

4-Изучение структуры активного центра белка;

5-Разработка программного обеспечения для управления и быстрого доступа к биологическим данным:

6-Создание банка данных аминокислотных последовательностей.

Таким образом, основными задачами биоинформатики являются:

1-распознавание белок-кодирующих участков в первичной структуре биополимеров,

2–сравнительный анализ первичных структур биополимеров,

3–расшифровка пространственной структуры биополимеров и их комплексов,

4-пространственное сворачивание белков, 5-моделирование структуры и динамики биомакромолекул, а также создание и сопровождение специализированных баз данных.

Вопрос-77 Биоэтика Определение Предмет изучение Критерий

Биоэтика – направление, рассматривающее моральные проблемы в новейших областях медицины, связанные с принятием решений относительно здоровья и продолжения жизни. Каждый этап человеческой жизни – зачатие, роды, рождение и смерть – сегодня подвержен изменению по воле больного, его родственников и врачей. Человечество в настоящее время готово подчинить своему контролю живые силы природы. Этот технический прогресс выходит за пределы традиционных моральных ценностей. Поэтому возникло такое направление, как биоэтика, задача которой – определить границы применения новых орудий жизни и смерти.

Предмет изучения-

Биоэтика – это учение, призванное выявлять различие позиций в отношении сложнейших моральных проблем, возникающих в связи с развитием прогресса биомедицинской практики и науки. Данная дисциплина призвана ответить на такие вопросы:

1–Можно ли заниматься клонированием человека?

2-Допустимо ли создание генетическими методами особенной «породы» человека, обладающего высокими интеллектуальными и физическими качествами?

3-Необходимо ли согласие родственников, если у умершего планируется произвести забор органов для пересадки тяжело больным людям?

4-Нужно ли говорить пациенту о том, что он неизлечимо болен? И т.д.

Задачей биоэтики является поиск социально приемлемых и морально обоснованных решений подобных вопросов. Разумеется, возникает правомерное сомнение в том, а нужна ли медицинская биоэтика вообще? Ведь существует клятва Гиппократа. Она уже много столетий преподносит уроки нравственности врачам. В сохранении жизни на нашей планете активную роль играют и многие ведущие физики. Они организовывают движение, призывающее запретить испытания ядерного оружия. Уроки нравственности преподносят человечеству и биологи, борясь за охрану окружающей нас среды.

Критерий Биоэтики

—

Вопрос-80 Основные принципы Биоэтики

В окружающем нас мире присутствует два разных по своему статусу класса существ: подобные нам, или “люди”, и не подобные нам одушевленные существа (животные) и неодушевленные предметы (вещи). К животным и неодушевленным предметам человек может относиться как к средству для достижения своих целей, удовлетворения своих потребностей.

Можно – правда, не все с этим соглашаются – убивать животных, употреблять их мясо в пищу, использовать мех и шкуры для производства одежды. Человек принципиально исключен из круга подобных объектов древнейшими запретами (типа запрета каннибализма) и моральными заповедями (например, заповедью “не убей!”). Он достоин особого отношения в сравнении с любыми другими живыми существами (не говоря уже о неживых предметах). Его достоинство неотчуждаемо. Оно не зависит от расы, национальности, уровня развития, физического или социального состояния, в котором человек находится, черт характера, пороков, заслуг и т.д.

Принцип “твори добро и не причиняй зла!” кажется самоочевидным. Разве не будет морально оправданным требовать от любого человека в любой ситуации стремиться к благу и не творить зла? Однако за этой очевидностью скрываются весьма сложные проблемы, когда речь заходит о ситуациях, возникающих в современной биомедицине. Оказывается, понятия “благо” или “зло” могут иметь разное содержание в зависимости от того, о чьем благе или зле идет речь, с чьей точки зрения они оцениваются и, наконец, от специфических черт конкретного заболевания.
Принцип признания автономии личности по сути дела конкретизирует качественно новую роль, которую начинают играть пациенты в современной медицине. Человек признается “автономной личностью” в том случае, если он действует свободно на основе рационального понимания собственного блага. Традиционный медицинский патернализм предписывал врачу принимать решения и действовать самостоятельно, игнорируя “невежественное” мнение пациента о том, в чем заключается его благо. Тем самым врач лишал пациента возможности быть личностью, “хозяином” собственного тела, “автором” собственной биографии. Это унижает достоинство человека, ставит его в подчиненное положение, а нередко и несет в себе угрозу его жизненно важным интересам.
Принцип справедливости. Уважать в конкретном человеке личность означает также относиться к нему справедливо. Этот вопрос – один из наиболее болезненных. Войны, революции, социальные и межличностные конфликты постоянно возникают из-за того, что люди по-разному понимают справедливость и считают, что к ним относятся несправедливо. Справедливые отношения между людьми при распределении благ или тягот должны находить выражение в законах и других общепринятых в конкретном обществе нормах. В них закреплены права отдельных граждан и организаций на доступ к определенным и ограниченным общественным ресурсам (в нашем случае – ресурсам здравоохранения).

Основным требованием, которое предъявляется к человеку, рассуждающему о справедливости, является требование беспристрастности.

Вопрос81 Стволовые клетки/виды/медицинское значение

Если объяснять понятным языком, то СТ (стволовые недифференцированные клетки) представляют собой «прародителей» обычных клеток, которых насчитывается сотни тысяч видов. Обычные клетки отвечают за наше здоровье, обеспечивают исправную работу жизненно необходимых систем, заставляют наше сердце биться и работать мозг, они ответственны за пищеварение, красоту кожи и волос.

Свойства

Взрослые клетки находятся в состоянии покоя, пока какая-либо из регулирующих систем не подаст сигнал об опасности. СТ активируются и по кровотоку добираются до пораженного места, где, считывая информацию с «соседок», превращаются в костные, печеночные, мышечные, нервные и другие составляющие, стимулируя внутренние резервы организма к восстановлению тканей.

Количество чудо-материала с возрастом уменьшается, притом начало сокращения приходится на совсем юный возраст – 20 лет. К 70 годам клеток остается очень мало, этот мизерный остаток поддерживает функционирование систем жизнеобеспечения организма. Помимо этого, «постаревшие» СТ частично теряют свою универсальность, они уже не могут перевоплощаться в любой тип ткани. Например, исчезает возможность превращения в нервные и кровяные составляющие.

Виды СТ

Может показаться, что разновидностей стволовых клеток только две: эмбриональные и клетки, находящиеся в организме родившегося человека. Но это не так. Их классифицируют по полипотентности (способности перевоплощаться в другие виды тканей):

тотипотентные клетки;

плюрипотентные;

мультипотентные.

Благодаря последнему виду, как можно понять по названию, можно получить любые ткани в организме человека. Это не единственная классификация. Следующее различие будет заключаться в способе получения:

эмбриональные;

фетальные;

постнатальные.

Эмбриональные СТ берутся у эмбрионов, которым несколько дней. Фетальные клетки – это биологический материал, собранный из тканей эмбрионов после абортов. Их потентность по сравнению с трехдневными эмбрионами несколько ниже. Постнатальный вид – это биоматериал рожденного человека, добываемый, например, из пуповинной крови.

Медицинское значение СТ

Использование стволовых клеток в медицине можно разделить на несколько категорий.

Первая категория – полноценно утвержденные и одобренные соответствующими органами клеточные продукты, введенные в клиническую практику. Таких в мире пока еще очень немного. В основном это гемопоэтические стволовые клетки – самые ранние предшественники клеток крови. Их применяют в онкогематологии, проводя операции по трансплантации костного мозга и пуповинной крови. Интересен и продукт Holoclar из лимбальных стволовых клеток, которые находятся в роговице глаза. Он предназначен для лечения повреждений глаз и полноценно утвержден в Европейском медицинском агентстве (EMEA).

Вторая категория – клинические испытания клеточных продуктов в сотрудничестве клиницистов и ученых. Во всем мире проводят тысячи таких испытаний, и их можно мониторить на сайте clinicaltrials.gov. Главная особенность таких испытаний – доступность для пациентов, подходящих по критериям отбора, длительное отслеживание состояния пациента после проведения процедуры и некоммерческий подход.

На этапе активных клинических испытаний сейчас находится огромное количество продуктов. Среди изучаемых патологий – проблемы опорно-двигательной, сердечно-сосудистой и нервной системы, раны, ожоги, аутоиммунные заболевания, последствия инфарктов, инсультов, гепатитов и множества других заболеваний

Третья категория – коммерческие проекты клиник. Чаще такие продукты применяют в странах с непроработанной правовой базой, заявляя об «исцелении» различных патологий (от депрессии и импотенции до общего омоложения). По сути, такие клиники не дают пациенту никаких гарантий качества проводимых процедур. Они используют самые разные клетки – и мезенхимальные, и фетальные материалы.

Вопрос-82 Уровни Орагнизаци жизни

Уровни организации жизни – это иерархическая система с соподчиненными порядками, которая отображает не только характер биосистем, но и их постепенное усложнение в отношении друг к другу. На сегодняшний день принято выделять восемь основных уровней

Кроме того, выделяют следующие системы организации:

Микросистема – это некая доорганизменная ступень, которая включает в себя молекулярные и субклеточные уровни.
Мезосистема – это следующая, организменная ступень. Сюда относят клеточный, тканевой, органный, системный и организменные уровни организации жизни. Существуют также и макросистемы, которые представляют собой надорганизменную совокупность уровней. Стоит также отметить, что каждый уровень имеет собственные характеристики, которые и будут рассмотрены ниже.

Доорганизменные уровни организации жизни Здесь принято выделять две основных ступени: 1. Молекулярный уровень организации жизни – представляет собой уровень работы и организации биологических макромолекул, включая белки, нуклеиновые кислоты, липиды и полисахариды. Именно здесь начинаются самые важные процессы жизнедеятельности любого организма – клеточное дыхание, превращение энергии, а также передача генетической

Субклеточный уровень – сюда можно отнести организацию клеточных органелл, каждая из которых исполняет важную роль в существовании клетки.

Организменные уровни организации жизни К этой группе можно отнести те системы, которые обеспечивают целостную работу всего организма. Принято выделять следующие:

Клеточный уровень организации жизни. Ни для кого не секрет, что именно клетка является структурной единицей любого живого организма. Этот уровень изучается с помощью цитологических, цитохимических, цитогенетических и микробиологических методов исследования.
Тканевый уровень. Здесь основное внимание стоит уделить строению, особенностям и функционированию разного рода тканей, из которых, собственно, и состоят органы. Исследованиями этих структур занимаются гистология и гистохимия.
Органный уровень. Многоклеточные организмы характеризируются новым уровнем организации. Здесь некоторые группы тканей объединяются, образовывая целостную структуру со специфическими функциями. Каждый орган является частью живого организма, но не может самостоятельно существовать вне его. Этот уровень изучают такие науки, как физиология, анатомия и в некой мере эмбриология. Организменный уровень представляет собой как одноклеточные, так и многоклеточные организмы. Ведь каждый организм является целостной системой, внутри которой осуществляются все важные для жизнедеятельности процессы. Кроме того, во внимание берутся и процессы оплодотворения, развития и роста, а также старения отдельного организма. Изучением этого уровня занимаются такие науки, как физиология, эмбриология, генетика, анатомия, палеонтология.

Надорганизменные уровни организации жизни Здесь во внимание берутся уже не организмы и их структурные части, а определенная совокупность живых существ.

Популяционно-видовой уровень. Основной единицей здесь является популяция – совокупность организмов определенного вида, которая заселяет четко ограниченную территорию. Все особи способны к свободному скрещиванию друг с другом. В исследовании этого уровня участвую такие науки, как систематика, экология, генетика популяций, биогеография, таксономия

. 2. Экосистемный уровень – здесь во внимание берется устойчивое сообщество разных популяций, существование которых тесно связано между собой и зависит от неживой природы, климатических условий и т. д. В основном изучением такого уровня организации занимается экология

Биосферный уровень – это высшая форма организации жизни, которая представляет собой глобальный комплекс биогеоценозов всей планеты.

Вопрос-83 Белковый обмен веществ

Человеческий организм использует белок в качестве пластического материала. Его потребность определяется минимальным объёмом, который уравновешивает белковые потери. В теле взрослого здорового человека обмен белков происходит непрерывно. В случае недостаточного поступления этих веществ с пищей десять из двадцати аминокислот могут синтезироваться организмом, в то время как другие десять остаются незаменимыми, и их необходимо восполнять. В противном же случае происходит нарушение белкового синтеза, что приводит к торможению роста и снижению массы тела. Следует отметить, что если отсутствует хотя бы одна незаменимая аминокислота, организм не может нормально жить и функционировать. –

Этапы БО

Обмен белков в организме происходит в результате поступления питательных веществ и кислорода. Существуют определённые этапы обмена веществ, первый из которых характеризуется ферментативным расщеплением белков, углеводов и жиров до растворимых аминокислот, моносахаридов, дисахаридов, жирных кислот, глицерина и других соединений, после чего они всасываются в лимфу и кровь. На втором этапе питательные вещества и кислород транспортируются кровью в ткани. При этом происходит их расщепление до конечных продуктов, а также синтез гормонов, ферментов и составных компонентов цитоплазмы. При расщеплении веществ происходит выделение энергии, которая необходима для природных процессов синтеза и нормализации работы всего организма. Вышеперечисленные этапы обмена белков заканчиваются удалением из клеток конечных продуктов, а также их транспортом и выделением легкими, почками, кишечником и потовыми железами.

Вопрос-84 Углеводный ОБ

Также как белки, углеводы (глюциды) – основные, жизненно важные органические соединения, являющиеся источником энергии. Некоторые из них организм использует в качестве запасных питательных веществ, другие необходимы для прочности тканей. Кроме того они являются строительным материалом других сложных молекул – сложных белков, нуклеиновой кислоты и гликолипидов. Без них невозможны процессы окисления белков, жиров.

Весь процесс углеводного обмена зависит от соотношения количества поступающей в кровь и удаляемой из крови глюкозы:

1-При снижении этого уровня происходит выделение адреналина. Этот гормон усиливает функцию печени, а именно, активизирует ее ферменты, которые отвечают за поступление сахара (глюкозы) в кровь.

2-При завышенном уровне, при условии достаточного количества гликогена необходимого для печени и мышц, лишний сахар откладывается «про запас» в виде жировых отложений.

Метаболизм углеводов в организме человека состоит из следующих процессов:

1-Расщепление в пищеварительном тракте поступающих с пищей поли- и дисахаридов до моносахаридов, дальнейшее всасывание моносахаридов из кишечника в кровь.

2-Синтез и распад гликогена в тканях (гликогенез и гликогенолиз), прежде всего в печени.

3-Гликолиз — распад глюкозы. Первоначально под этим термином обозначали только анаэробное брожение, которое завершается образованием молочной кислоты (лактата) или этанола и углекислого газа. В настоящее время понятие «гликолиз» используется более широко для описания распада глюкозы, проходящего через образование глюкозо-6-фосфата, фруктозо-1,6-дифосфата и пирувата как в отсутствие, так и в присутствии кислорода. В последнем случае употребляется термин «аэробный гликолиз», в отличие от «анаэробного гликолиза», завершающегося образованием молочной кислоты или лактата.

4-Анаэробный путь прямого окисления глюкозы или, как его называют, пентозофосфатный путь (пентозный цикл).

5-Взаимопревращение гексоз.

6-Анаэробный метаболизм пирувата. Этот процесс выходит за рамки углеводного обмена, однако может рассматриваться как завершающая его стадия: окисление продукта гликолиза — пирувата.

7- глицерина, аминокислот, липидов, белков и т. д.).

Вопрос-85 Жировой обмен веществ

Жиры это сложные органические соединения – липиды, состоящие из эфиров глицерина с одноосновными жирными кислотами. Также как белки и углеводы, эти соединения представляют собой основу всех клеток, входят в состав их цитоплазмы, ядра и мембран, являются источником энергии живого организма.

Многие витамины, которые содержат продукты питания, поступают вместе с жирами.

При регулярном недополучении жиров, может нарушаться работа мозга, ухудшается общий обмен веществ, снижается выносливость организма. Кроме того, постоянный недостаток этих веществ сокращает жизнь.

Как известно, жирные кислоты, поступающие с пищей делятся на насыщенные (твердые животные жиры) и ненасыщенные (растительные масла, морепродукты). Эти две большие группы одинаково важны для нормальной жизнедеятельности человека.

Процесс обмена жиров

Обмен жиров – понятие сборное, включающее в себя огромное количество различных биохимических процессов. Когда проводится диагностика состояния метаболизма, акцент делается на 7 основных этапов.

1-Поступление, окисление.

2-Липолиз – расщепление жиров.

3-Всасывание жирных кислот и глицерина (составляющих липида) в кишечнике.

4-Обмен жировых составляющих.

5-Метаболизм жирных кислот для получения энергии.

6-Построение сложных веществ липидной природы.

7-Липогенез – образование жиров из ненужной организму глюкозы.

Каждый из 7 основных процессов вносит свою лепту в функционирование организма человека, поэтому необходимо знать в чем суть их всех. Но перед этим необходимо ознакомиться с основными понятиями, которые фигурируют в данной теме.

1-Липиды (жиры) – вещества, состоящие из глицерина и жирных кислот, используются для получения энергии или построения более сложных соединений.

2-Липопротеины – комплексное вещество, состоящее из белка и жировой основы (именно в таком виде жиры всасываются из кишечника).

3-Фосфоролипиды – соединение жира и фосфорной группы, которые участвуют в клеточном обмене, а также являются защитным слоем в мембранах.

4-Стероиды – половые гормоны на липидной основе, которые играют важную роль в жировом обмене и гормональной функции.

Вопрос-86 Биологические макромолекулы

Липиды Строение и функции Липидов

Макромолекулы – это высокомолекулярные органические соединения, молекулы которых, как правило, состоят из большого количества звеньев-мономеров.

Они могут постоянно или временно сочетаться с другими макромолекулами или малыми молекулами и образовывать молекулярные ансамбли и сложные биополимеры, поэтому располагаются в цитоплазме в фиксированном состоянии и диффундируют относительно медленно. Сочетание макромолекул и их взаимодействие осуществляются на основе принципа структурной комплементарности, который лежит в основе многих важных комплексов (например, антиген / антитело, фермент / субстрат, спираль ДНК и др.) Образуются макромолекулы благодаря реакциям полимеризации и матричного синтеза из малых молекул, которые сочетаются ковалентными связями: аминокислоты белков – пептидными связями, моносахариды полисахаридов – гликозидными, нуклеотиды нуклеиновых кислот – фосфодиефирнимы, спирты смешиваются с высшими жирными кислотами в составе липидов сложноэфирной свя

Обязанности. Распад макромолекул осуществляется за счет разрушения связей между мономерами в случае присоединения молекул воды во время реакций гидролиза. Специфическая взаимодействие и пространственное расположение этих больших молекул зависит от слабых нековалентных взаимодействий, каковы водородные, ионные, вандерваальсови и гидрофобные связи. макромолекулы могут определенным образом “укладываться” в пространстве и приобретать определенной конформации, которая зависит от взаимодействия малых молекул и свойств среды, где находятся эти молекулы. Общим структурным элементом пространственной структуры макромолекул является право- или ливозакручена спираль.

Липиды-Представляют они собой группы соединений природной органики обширного характера, включающие в себя непосредственно жиры, а также жироподобные вещества. Являются частью всех без исключения живых клеток и подразделяются на простые и сложные категории. В состав простых липидов входит спирт и жирные кислоты, а сложные содержат высокомолекулярные компоненты. И те и другие связаны с биологическими мембранами, оказывают действие на активные ферменты, а также участвуют в формировании нервных импульсов, стимулирующих мышечные сокращения.

Строение и функции Липидов

Функции липидов–Структурная. Фосфолипиды вместе с белками образуют биологические мембраны. В состав мембран входят также стеролы.

Энергетическая. При окислении 1 г жиров высвобождается 38,9 кДж энергии, которая идет на образование АТФ. В форме липидов хранится значительная часть энергетических запасов организма, которые расходуются при недостатке питательных веществ. Животные, впадающие в спячку, и растения накапливают жиры и масла и расходуют их на поддержание процессов жизнедеятельности. Высокое содержание липидов в семенах обеспечивает энергией развитие зародыша и проростка, пока он не перейдет к самостоятельному питанию. Семена многих растений (кокосовая пальма, клещевина, подсолнечник, соя, рапс и др.) служат сырьем для получения масла промышленным способом.

Защитная и теплоизоляционная. Накапливаясь в подкожной жировой клетчатке и вокруг некоторых органов (почки, кишечник), жировой слой защищает организм от механических повреждений. Кроме того, благодаря низкой теплопроводности слой подкожного жира помогает сохранить тепло, что позволяет, например, многим животным обитать в условиях холодного климата. У китов, кроме того, он играет еще и другую роль — способствует плавучести.

Смазывающая и водоотталкивающая. Воска покрывают кожу, шерсть, перья, делают их более эластичными и предохраняют от влаги. Восковым налетом покрыты листья и плоды растений; воск используется пчелами в строительстве сот.

Регуляторная. Многие гормоны являются производными холестерола, например половые и кортикостероиды

Метаболическая. Производные холестерола, витамин D играют ключевую роль в обмене кальция и фосфора. Желчные кислоты участвуют в процессах пищеварения (эмульгирование жиров) и всасывания высших карбоновых кислот.

Строение липидов (биология)

Липид — это сложное органическое химическое соединение. Оно состоит из нескольких компонентов. Давайте рассмотрим строение липидов более подробно.

Простые липиды-Строение липидов этой группы предусматривает наличие двух компонентов: спирта и жирных кислот. Обычно в химический состав таких веществ входят только три элемента: карбон, гидроген и оксиген

Разновидности простых липидов

1-Алкилацилаты (воски). Это сложные эфиры высших жирных кислот и одно- или двухатомных спиртов.

2-Триацилглицерины (жиры и масла). Строение липидов этого вида предусматривает наличие в составе глицерина (трехатомного спирта) и остатков высших жирных кислот.

3-Церамиды. Сложные эфиры сфингозина и жирных кислот.

Сложные липиды Вещества данной группы состоят не из трех элементов. Помимо них, они включают в свой состав чаще всего сульфур, нитроген и фосфор.

Классификация сложных липидов Их также можно разделить на три группы:

1-Фосфолипиды. Строение липидов этой группы предусматривает, помимо остатков многоатомных спиртов и высших жирных кислот, наличие остатков фосфорной кислоты, к которым присоединены добавочные группы различных элементов.

2-Гликолипиды. Это химические вещества, образующиеся в результате соединения липидов с углеводами.

3-Сфинголипиды. Это производные алифатических аминоспиртов.

Вопрос-87 Энергетический обмен Гликолиз

Энергетический обмен — совокупность реакций расщепления органических веществ, сопровождающихся выделением энергии. Энергия, освобождающаяся при распаде органических веществ, не сразу используется клеткой, а запасается в форме АТФ и других высокоэнергетических соединений. АТФ — универсальный источник энергообеспечения клетки. Синтез АТФ происходит в клетках всех организмов в процессе фосфорилирования — присоединения неорганического фосфата к АДФ.

У аэробных организмов (живущих в кислородной среде) выделяют три этапа энергетического обмена: подготовительный, бескислородное окисление и кислородное окисление; у анаэробных организмов (живущих в бескислородной среде) и аэробных при недостатке кислорода — два этапа: подготовительный, бескислородное окисление.

Гликолиз – это главный процесс катаболизма различных углеводов для многих живых организмов. Именно он позволяет генерировать энергию в виде молекул АТФ в тех клетках, где не происходит фотосинтез. Анаэробный гликолиз протекает при наличии или отсутствии кислорода.

Также-это процесс, происходящий под воздействием различных биологических катализаторов – ферментов. Главным окислителем служит кислород – О2, однако процессы гликолиза могут протекать и в его отсутствие. Такой вид гликолиза называют – анаэробный гликолиз.

Вопрос-88 Транспорт Низкомолекулярных веществ

—

Вопрос-89 Биологические макромолекулы

Углеводы Строение и функции углеводом

Углеводы Строение и функции

Углеводами называют вещества, состоящие из углерода, водорода и кислорода, с общей формулой Сx(Н2О)y где x: и у могут иметь разные значения. Название «углеводы» отражает тот факт, что водород и кислород присутствуют в молекулах этих веществ в том же соотношении, что и в молекуле воды (по два атома водорода на каждый атом кислорода). Все углеводы — это либо альдегиды, либо кетоны и в их молекулах всегда имеется несколько гидроксильных групп. Химические свойства углеводов определяются именно этими группами — альдегидной, гидроксильной и кетогруппой. Альдегиды, например, легко окисляются и благодаря этому являются мощными восстановителями

Моносахариды (простые сахара)

Молекулы моносахаридов являются либо альдозами либо кетозами

Химические, свойства этих веществ определяются прежде всего альдегидными или кетонными группировками, входящими в состав их молекул.

Моносахариды хорошо растворяются в воде, сладкие на вкус.

При растворении в воде моносахариды, начиная с пентоз, приобретают кольцевую форму.

Кроме сахаров, у которых все атомы углерода связаны с атомами кислорода, есть частично восстановленные сахара, важнейшим из которых является дезоксирибоза.

Олигосахариды-При гидролизе олигосахариды образуют несколько молекул простых сахаров. В олигосахаридах молекулы простых сахаров соединены так называемыми гликозидными связями, соединяющими атом углерода одной молекулы через кислород с атомом углерода другой молекулы.

К наиболее важным олигосахаридам относятся мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар) и сахароза (тростниковый или свекловичный сахар). Эти сахара называют также дисахаридами. По своим свойствам дисахариды блоки к моносахаридам. Они хорошо растворяются в воде и имеют сладкий вкус.

Полисахариды Это высокомолекулярные полимерные биомолекулы, состоящие из большого числа мономеров — простых сахаров и их производных.

Полисахариды могут состоять из моносахаридов одного или разных типов. В первом случае они называются гомополисахариды (крахмал, целлюлоза, хитин и др.), во втором — гепарин. Все полисахариды не растворимы в воде и не имеют сладкого вкуса. Некоторые из них способны набухать и ослизняться.

Функции

1-Энергетическая. Глюкоза является основным источником энергии, высвобождаемой в клетках живых организмов в ходе клеточного дыхания

2-Структурная. Целлюлоза входит в состав клеточных оболочек растений; хитин является структурным компонентом покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.

Некоторые олигосахариды входят в состав цитоплазматической мембраны клетки (в виде гликопротеидов и гликолипидов) и образуют гликокаликс.

3-Метаболическая. Пентозы участвуют в синтезе нуклеотидов (рибоза входит в состав нуклеотидов РНК, дезоксирибоза — в состав нуклеотидов ДНК), некоторых коферментов АМФ; принимают участие в фотосинтезе

Строение углеводов-одна из основных групп органических веществ клеток. Они представляют собой первичные продукты фотосинтеза и исходные продукты биосинтеза других органических веществ в растениях (органические кислоты, спирты, аминокислоты и др.), а также содержатся в клетках всех других организмов. В животной клетке содержание углеводов находится в пределах 1-2 %, в растительных оно может достигать в некоторых случаях 85—90 % массы сухого вещества.

Вопрос-90 Энергетический обмен

Кислородный этап

Кислородный этап

Кислородный этап протекает в митохондриях. В нем выделяют два подэтапа: цикл Кребса и окислительное фосфорилирование. Поступающий в клетки кислород используется только на втором. В цикле Кребса происходит образование и выделение углекислого газа.

Кислородный Этап

Цикл Кребса протекает в матриксе митохондрий, осуществляется множеством ферментов. В него поступает не сама молекула пировиноградной кислоты а отделившаяся от нее с помощью кофермента-А ацетильная группа, включающая два атома углерода бывшего пирувата. За многоступенчатый цикл Кребса происходит расщепление ацетильной группы до двух молекул CO2 и атомов водорода. Водород соединяется с НАД и ФАД. Также происходит синтез молекулы ГДФ, приводящей к синтезу потом АТФ.

Окислительное фосфорилирование протекает на кристах – выростах внутренней мембраны митохондрий. Его обеспечивает конвейер ферментов и коферментов, образующий так называемую дыхательную цепь, заканчивающуюся ферментом АТФ-синтетазой.

По дыхательной цепи происходит передача водорода и электронов, поступивших в нее от коферментов НАД и ФАД. Передача осуществляется таким образом, что протоны водорода накапливаются с внешней стороны внутренней мембраны митохондрий, а последние ферменты в цепи передают только электроны.

В конечном итоге электроны передаются молекулам кислорода, находящимся с внутренней стороны мембраны, в результате чего они заряжаются отрицательно. Возникает критический уровень градиента электрического потенциала, приводящий к перемещению протонов через каналы АТФ-синтетазы. Энергия движения протонов водорода используется для синтеза молекул АТФ, а сами протоны соединяются с анионами кислорода с образованием молекул воды.

Вопрос-91Транпорт высокомолекулярных веществ

Эндоцитоз и экзоцитоз. Высокомолекулярные вещества, макромолекулярные комплексы транспортируются в клетку или выводятся из нее путем эндоцитоза или экзоцитоза.

Эндоцитоз — это поглощение веществ,

а экзоцитоз — выделение веществ из клетки. Выделяют макроэндоцитоз и микроэндоцитоз

Макроэндоцитоз, или фагоцитоз, обеспечивает захват макромолекулярных комплексов, частей клеток, бактерий и др. При фагоцитозе образуются крупные пузырьки, окруженные мембраной, — фагосомы.

Микроэндоцитоз приводит к образованию более мелких пузырьков и обеспечивает поглощение биополимерных соединений, диспергированных в межклеточном веществе (белков, полипептидов, гликопротеинов)

.Экзоцитоз — процесс выделения содержимого секреторных включений, остаточных телец и др. из клетки. В этом случае внутриклеточные продукты (белки, мукополисахариды, липопротеиды и др.), заключенные в вакуоли или пузырьки и отграниченные от гиалоплазмы мембраной, подходят к плазмолемме. В местах контактов плазмолемма и мембрана вакуоли сливаются, и содержимое вакуоли поступает в окружающую среду.

Поглощение высокомолекулярных веществ может быть опосредовано двумя способами. Эндоцитоз может осуществляться без связи с белками-рецепторами в специализированных областях клетки, в которых имеются специфические белки — белки слияния. Диспергированные в межклеточной жидкости вещества погружаются в клетку за счет приближения, а затем и конъюгации участков цитомембраны с формированием мелких пиноцитозных пузырьков (неокаймленных пузырьков).

Эндоцитоз происходит через рецепторы. Захватываемая частица взаимодействует с рецепторами мембраны клетки. Это сопровождается изменением мембранного потенциала, активацией вторых посредников, прикреплением к внутренней поверхности мембраны белков — кгтатринов. Появляется впячинание мембраны клетки и формируется окаймленный пузырек, погружающийся в цитоплазму. После погружения клатрины отщепляются от пузырька и диспергируются в гиалоплазме. Такой эндоцитоз начинается со связывания на поверхности плазмолеммы поглощаемых веществ. Их присоединение к плазмолемме осуществляется рецепторными молекулами. После адсорбции веществ на поверхности плазмолемма начинает образовывать сначала небольшие впячивания внутрь клетки. Они могут иметь вид незамкнутых округлых пузырьков или представлять собой глубокие инвагинации (впячивания) внутрь клетки. Затем такие локальные впячивания отшнуровываются от плазмолеммы и в виде пузырьков свободно располагаются в гиалоплазме.

В дальнейшем эндоцитозные пузырьки, или эндосомы, могут сливаться друг с другом, расти, и в их внутренней полости кроме поглощенных веществ появляются гидролитические ферменты (гидролазы), поступающие из лизосом. Эти ферменты расщепляют биополимеры до мономеров, которые в результате активного транспорта через мембрану пузырька переходят в гиалоплазму. Таким образом, поглощенные макромолекулы внутри мембранных вакуолей подвергаются внутриклеточному пищеварению.

Вопрос-92 Строение и функции плазмолем

Гликокаликс

Плазмолемма — оболочка животной клетки, ограничивающая ее внутреннюю среду и обеспечивающая взаимодействие клетки с внеклеточной средой.

Плазмолемма имеет толщину около 10 нм, и состоит на 40 % из липидов, на 5-10 % из углеводов (в составе гликокаликса), и на 50-55 % из белков.

Функции плазмолеммы:

1-разграничивающая (барьерная);

2-рецепторная или антигенная;

3-транспортная;

образование межклеточных контактов.

Основу строения плазмолеммы составляет:

1-двойной слой липидных молекул (билипидная мембрана), в которую местами включены молекулы белков;

2надмембранный слой — гликокаликс, структурно связанный с белками и липидами билипидной мембраны;

3-в некоторых клетках имеется подмембранный слой.

Вопрос-92 Строение и функции плазмолем

Гликокаликс

Функции плазмолеммы:

1-разграничивающая (барьерная);

2-рецепторная или антигенная;

3-транспортная;

образование межклеточных контактов.

Основу строения плазмолеммы составляет:

1-двойной слой липидных молекул (билипидная мембрана), в которую местами включены молекулы белков;

2надмембранный слой — гликокаликс, структурно связанный с белками и липидами билипидной мембраны;

3-в некоторых клетках имеется подмембранный слой.

Вопрос-93 строени и функции прокариот

Строение прокариот

Клеточное ядро у прокариот отсутствует, ДНК находится во внутренней части клетки, где она поддерживается белками и упорядоченно свернута. Весь этот белковый ДНК комплекс именуется нуклеоид, он и выполняет функции ядра.

В клетках прокариот отсутствуют постоянные одномембранные и двумембранные органоиды: митохондрии и пластиды, аппарат Гольджи, эндоплазматическая сеть. Все их функции исполняют складки из плазматической мембраны – мезосомы.

Сверху клеточной стенки очень часто встречается слизистая капсула. Свободное пространство между клеточной стенкой и мембраной является резервуаром протонов при аэробном дыхании и фотосинтезе.

У бактерий, которые двигаются, имеются жгутики, основанием которых служит белки флагеллины.

Прокариотические клетки по своей форме не так уж и разнообразны. В большинстве случаев это либо изогнутые или прямые палочки, либо сферические формы. Бактерии, имеющие палочкообразную форму называются бациллами. Диплобациллы имеют две палочки, бактерии вытянутые в цепочку – стрептобациллы.

Клетки круглой формы называются кокки. Подобной формы могут быть как эубактерии, так и археи. Кокки, которые вытянутые в цепочку называются – стрептококки. Еще можно выделить коринеформные бактерии (имеющие расширение на концах), вибрионы (короткие загнутые клетки), спириллы (долгие завитые клетки) и спирохеты.

Функции прокариот

Прокариоты играют важную роль в ходе циклических превращений необходимых для жизни основных элементов – кислорода, углерода, азота, серы, фосфора и д.р. Живые организмы построены на циклических превращениях элементов, которые в общей сложности представляют собой круговорот веществ.

Уже неопровержимо доказано, что некоторые определенные этапы циклов выполняют только прокариоты, обеспечивая при этом замкнутость циклов важнейших биогенных элементов в биосфере.

Вопрос-94 Молекулярные механизмы экспресии генов покаиот

У прокариот регуляция экспрессии генов происходит на уровне транскрипции и осуществляется регуляторным геном (ген- регулятор). Ген-регулятор детерминирует синтез регуляторного белка. Регуляторный белок (белок-репрессор) соединяется с оператором, препятствуя соединению РНК-полимеразы с промотором (рис. 84).

1.Связывание белка-репрессора с оператором прекращает процесс транскрипции: РНК-полимераза не может присоединиться к промотору, экспрессии структурных генов не происходит, ферменты не синтезируются.

2.Поступающий в клетку индуктор (лактоза) соединяется с белком-репрессором, отбирая его от оператора, что обеспечивает присоединение РНК-полимеразы к промотору и экспрессию генов. Результатом этого является синтез белков-ферментов, которые расщепляют лактозу до глюкозы и галактозы.

Лактозный оперон, как единица транскрипции, регулируется по типу негативной регуляции: гены экспрессируются при условии, что они не выключены регуляторным белком (белком-репрессором

Вопрос-95

Секвенирование

Секвенирование – это заключительная ступень анализа генома человека. Перед этим следуют такие стадии: материал отбирается и клонируется. А также происходит предварительное тестирование участка ДНК более простыми методами.

Секвенирование – это заключительное определение нуклеотидного ряда молекулы ДНК. Всего существует два способа этого генетического исследования: во-первых, используется метод Максама-Гилберта. Он базируется на способах расщепления молекулы ДНК по одному основанию. Есть более простой способ, который в практике используется чаще. Это так называемый дидезокси-метод, или секвенирование по Сэнгеру.

Секвенирование биополимеров — определение их аминокислотной или нуклеотидной последовательности В результате секвенирования получают формальное описание первичной структуры линейной макромолекулы в виде последовательности мономеров в текстовом виде. Размеры секвенируемых участков ДНК обычно не превышают 100 пар нуклеотидов и 1000 пар нуклеотидов при секвенировании по Сенгеру. В результате секвенирования перекрывающихся участков ДНК, получают последовательности участков генов, целых генов, тотальной мРНК и даже полных геномов организмов.

Для секвенирования применяют методы Эдмана, Сэнгера и другие; в настоящее время для секвенирования генов обычно применяют метод Сэнгера с дидезоксинуклеозидтрифосфатами (ddNTP). Обычно до начала секвенирования производят амплификацию участка ДНК, последовательность которого требуется определить, при помощи ПЦР.

Вопрос-96 Sanger NGS Микрочипы

Метод Сэнгера — метод секвенирования (определения последовательности нуклеотидов) ДНК, также известен как метод обрыва цепи. Впервые этот метод секвенирования был предложен Фредериком Сэнгером в 1977 году[, за что он был удостоен Нобелевской премии по химии в 1980 году.

Принцип метода[править | править код]

В классическом варианте метода Сэнгера одна из цепочек анализируемой ДНК выступает в качестве матрицы для синтеза комплементарной цепочки ферментом ДНК-полимеразой. Реакцию с одной и той же матрицей проводят в четырёх разных пробирках, каждая из которых содержит:

праймер — небольшую одноцепочечную молекулу ДНК, комплементарную началу участка, который нужно отсеквенировать. Праймер необходим потому, что ДНК-полимеразы не могут начинать синтез цепи «с пустого места», они только присоединяют следующий нуклеотид к уже имеющейся 3′-гидроксильной группе предыдущего. Праймер, таким образом, представляет собой «затравку» при синтезе ДНК;

небольшое количество радиоактивно меченного дезоксинуклеотида (например, [32P]-дАТФ), который включается в состав ДНК во время синтеза и позволяет впоследствии визуализировать продукты реакции;

смесь трёх дезоксинуклеотидов в оптимальных для протекания реакции концентрациях, четвёртый дезоксинуклеотид в более низкой концентрации и дидезоксипроизводное четвёртого нуклеотида.

У диДнк отсутствует 3′-гидроксильная группа, поэтому после их включения в цепь дальнейший синтез обрывается. Таким образом, в каждой пробирке образуется набор фрагментов ДНК разной длины, которые заканчиваются одним и тем же нуклеотидом (в соответствии с добавленным дидезоксинуклеотидом). После завершения реакции содержимое пробирок разделяют электрофорезом в полиакриламидном геле в денатурирующих условиях и проводят радиоавтографию гелей. Продукты четырёх реакций формируют «секвенирующую лестницу», которая позволяет «прочитать» нуклеотидную последовательность фрагмента ДНК].

Метод Сэнгера позволяет также определять нуклеотидную последовательность РНК, но она предварительно должна быть «переписана» в форме ДНК с помощью обратной транскрипции.

NGS

Секвенирование нового поколения — техника определения нуклеотидной последовательности ДНК и РНК для получения формального описания её первичной структуры. Технология методов секвенирования нового поколения (СНП) позволяет «прочитать» единовременно сразу несколько участков генома, что является главным отличием от более ранних методов секвенирования. СНП осуществляется с помощью повторяющихся циклов удлинения цепи, индуцированного полимеразой, или многократного лигирования олигонуклеотидов. В ходе СНП могут генерироваться до сотен мегабаз и гигабаз нуклеотидных последовательностей за один рабочий цикл.

Микрочип – это:микроскопическое количество молекул зонда, прикреп

ленное к поверхности носителя или помещенное внутрь него (как в случае с гелевыми чипами,

1-флуоресцентно меченая ДНК зонда,

2-набор реактивов для мечения, гибридизации и детекции сигнала.

Собственно микрочиповый анализ включает в себя следующие этапы:

1-Пробоподготовка анализируемого материала:

2-выделение и очистка анализируемой ДНК (или РНК)

зонда;

3-амплификация ДНК (или РНК) зонда с одновременным мечением флуоресцентным красителем.

Гибридизация амплифицированного, флуоресцентномеченого зонда с ДНКпробами, содержащимися на микрочипе.

1-Детекция сигнала.

2-Обсчет полученных данных.

Технология микрочипов может быть использована в клинической диагностике для определения 1-вирусов и микроорганизмов, гормонов, аллергенов, наркотиков,

2-любыхбиоактивных веществ в любых малых концентрациях;

3-в биологических и медико(биологических исследованиях;

4-в криминалистике;

Вопрос-97 выделение ДНК

Методы выделения ДНК

ДНК может быть выделена из любого типа тканей и клеток, содержащих ядра. Этапы выделения ДНК включают быстрый лизис клеток, удаление фрагментов клеточных органелл и мембран с помощью центрифугирования, ферментативное разрушение белков протеиназами и экстрагирование ДНК из раствора с помощью фенола и хлороформа. Затем ДНК осаждают, как правило, этанолом и после удаления надосадочной жидкости растворяют в буферном растворе.

Методика выделения ДНК зависит от состава и характера используемого источника (ткани животных или растений, микроорганизмы, вирусы). Для лабораторного и промышленного получения ДНК обычно используют вилочковую железу теленка, а также сперму (молоки) рыб, селезенку млекопитающих, ядерные эритроциты птиц.

Препараты ДНК, получаемые обычно в виде натриевой соли ДНК, имеют вид белых волокон. Для сохранения нативных свойств ДНК обработку тканей и клеток проводят на холоду, по возможности быстро, в условиях, исключающих или уменьшающих действие дезоксирибонуклеаз, как правило, содержащихся в тканях и вызывающих ферментативный распад ДНК. Помимо сохранения нативных свойств, важнейшей задачей является очистка ДНК от других веществ, в первую очередь — от белков и РНК. В связи с этим методы получения ДНК различаются главным образом способами депротеинизации и очистки препаратов от примесей РНК. Для этих целей применяют обработку клеток и тканей различными детергентами, фенолами и другими депротеинизирующими агентами.

При получении ДНК из животных и растительных тканей чаще всего предварительно изолируют фракцию клеточных ядер или выделяют дезоксирибонуклеопротеиды, отмывая их солевыми растворами в физиологических концентрациях в присутствии ЭДТА или других соединений, связывающих двухвалентные катионы, необходимые для проявления ферментативной активности дезоксирибонуклеаз.

Для получения ДНК из бактерий обычно пользуются методом Мармура. который заключается в отмывании бактериальной массы Этот метод в различных модификациях также успешно применяют для получения ДНК из животных и растительных тканей и изолированных клеточных структур, например, митохондрий.

Весь процесс экстракции ДНК состоит из цепочки последовательных, связанных друг с другом этапов:Набор для выделения ДНК

Быстрое разрушение клеток (лизис).
Освобождение рабочего материала от клеточного содержимого (органелл) и мембран.
Денатурация белков, их экстрагирование с помощью ферментов.
Извлечение искомых нитей ДНК, взаимодействие их с этиловым спиртом с целью выделения осадка.
Растворение полученной твердой фазы в буферной жидкости.

Методов выделения ДНК существует множество.

* Экстракция под действием органических растворителей;

* Экстракция с помощью гель-фильтрации;

* Экстракция с помощью магнитных частиц;

* Экстракция на бумажных фильтрах;

* Ионообменные смолы

ВОпрос-98 ПЦР

.Молекулярно-генетические методы исследования:ПЦР

Метод основан на многократном избирательном копировании определённого участка нуклеиновой кислоты ДНК при помощи ферментов в искусственных условиях (in vitro). При этом происходит копирование только того участка, который удовлетворяет заданным условиям, и только в том случае, если он присутствует в исследуемом образце. В отличие от амплификации ДНК в живых организмах (репликации), с помощью ПЦР амплифицируются относительно короткие участки ДНК. В обычном ПЦР-процессе длина копируемых ДНК-участков составляет не более 3000 пар оснований (3 kbp[8]). С помощью смеси различных полимераз, с использованием добавок и при определённых условиях длина ПЦР-фрагмента может достигать 20—40 тысяч пар нуклеотидов. Это всё равно значительно меньше длины хромосомной ДНК эукариотической клетки. Например, геном человека состоит примерно из 3 млрд пар оснований[9].

Компоненты реакции

Для проведения ПЦР в простейшем случае требуются следующие компоненты:

1-ДНК-матрица, содержащая тот участок ДНК, который требуется амплифицировать.

2-Два праймера, комплементарные противоположным концам разных цепей требуемого фрагмента ДНК.

3-Термостабильная ДНК-полимераза — фермент, который катализирует реакцию полимеризации ДНК.

4- Полимераза для использования в ПЦР должна сохранять активность при высокой температуре длительное время, поэтому используют ферменты, выделенные из термофилов — Taq-полимераз/Pfu-полимераза/Pwo-полимераза/Tth-полимераза и другие.

Чтобы избежать испарения реакционной смеси, в пробирку добавляют высококипящее масло, например, вазелиновое. Если используется амплификатор с подогревающейся крышкой, этого делать не требуется.

Преимущества ПЦР:

Высокая чувствительность

Высокая специфичность

Простота в исполнении

Скорость

Компоненты реакции:

Праймеры

ДНК-полимераза

Смесь нуклеотидов

Дезоксинуклеотидтрифосфатов:

АТФ, ГТФ, ЦТФ, ТТФ

Буферный раствор

Анализируемый образец ДНК

Принципы ПЦР:

Использование термостабильной полимеразы

Полимераза достраивает специфические затравки

Амплификацию проводят в течении 30-40 циклов

За 30 циклов происходит умножение амплифицируемого фрагмента ДНК в более чем 1млн раз.

Вопрос-99 Электрофарез

Лекарственный электрофорез Механизм действия этой процедуры заключается в том, что лекарственный препарат в виде ионов поступает внутрь организма пациента через поры и протоки сальных и потовых желез. Катионы и анионы задерживаются на кожных покровах под электродом, а затем постепенно проникают в кровь и лимфу. Из-за такого постепенного поступления воздействие лекарства на организм длительное, что является одним из преимуществ этого метода терапии. Осуществляется лекарственный электрофорез при помощи разных аппаратов, одним из которых является «Поток». Этот прибор в медицине используется уже давно, он проверен временем и надежен. Есть возможность регулировать во время процедуры силу тока, а также устанавливать время. В настоящее время выпускаются современные аналоги прибора, которые имеют цифровые индикаторы. Чтобы получить терапевтический эффект, совсем необязательно располагать электроды на больном органе или вводить большие дозы препаратов. Посредством физиотерапии вводят ионы кальция, магния, йода для повышения рефлекторного воздействия на пораженную ткань.

Методики проведения электрофореза

Чтобы повысить эффективность данной процедуры, постоянно разрабатываются и совершенствуются методики электрофореза лекарственного. В настоящее время используют следующие:

Пролонгированная гальванизация. Применяют электрический ток малой силы, но время воздействия продолжительное. Батарея «Крона» является источником тока. Курс лечебных процедур обычно составляет 20-30 сеансов. Электрофорез хорошо успокаивает, оказывает обезболивающее действие.

Лабильная гальванизация. Один электрод во время процедуры закрепляется неподвижно, а второй находится в движении и перемещается со скоростью 3-5 см в секунду по поверхности кожи. Чтобы исключить колебания тока, в аппарат вводят стабилизирующее устройство. Процедура хорошо повышает метаболизм, улучшает кровоснабжение органов и тканей и нервно-мышечную проводимость.

Внутритканевый электрофорез. Проведение процедуры лекарственного электрофореза по данной методике сводится к введению через канюлю подкожно или внутримышечно препарата или смеси веществ. Вводиться лекарство может струйно или капельно. К очагу поражения поперек накладывают электроды, чтобы увеличить концентрацию медицинского препарата. Если лекарство вводят струйно, то ток включают одновременно с этим, а при капельном – после введения.

Вопрос-100 Блот гибридизации

Блот-гибридизация — гибридизация рестриктазных фрагментов исследуемой ДНК, предварительно разделенных электрофоретически и перенесенных на нитроцеллюлозный фильтр при помощи фильтровальной бумаги, со специфичным нуклеотидным зондом. Методика проведения Б.-г. состоит из нескольких этапов.

1-й этап — получение ДНК из исследуемого материала. В зависимости от вида биологического материала (ткань, кровь, молоко) методика выделения ДНК имеет специфические особенности. Главным моментом на данном этапе является депротеинизация ДНК, ее отделение от белка, осаждение и отмывание.

2-й этап — обработка ДНК рестриктазами (рестрикционными эндонуклеазами). Обработка происходит в стандартных условиях на протяжении 3-16 ч. Вследствие гидролиза длинноцепочечная ДНК превращается в смесь коротких фрагментов.

3-й этап — нанесение смеси фрагментов ДНК на электрофоретическую пластинку агарозным гелем и проведение электрофореза.Вследствие различной молекулярной массы фрагменты ДНК будут двигаться в электрическом поле от отрицательного полюса к положительному с различной скоростью.После окончания электрофореза каждый фрагмент ДНК занимает определенное положение в виде дискретной полосы в конкретном месте геля.

4-й этап — непосредственно блоттинг, или получение оттиска картины электрофореза на нитроцеллюлозном фильтре. Сразу после окончания электрофореза на пластинку агарозного геля, которая находится в буферном растворе, накладывают нитроцеллюлозный фильтр, а сверху на него — несколько листов фильтровальной бумаги, и все это помещают под пресс. За счет капиллярного эффекта создается ток буфера, перпендикулярный плоскости геля, который вместе с ДНК-рестриктами проходит через нитроцеллюлозный фильтр. ДНК-фрагменты адсорбируются на фильтре строго в соответствии с их положением в геле. Таким способом получают от печаток полученных рестриктов на нитроцеллюлозном фильтре. Помимо нитроцеллюлозных фильтров используются различные нейлоновые или капроновые мембраны. Нейлоновые мембраны ковалентно связывают ДНК-фрагменты, что позволяет осуществлять их последующую регенерацию и многократное использование. Для ускорения процедуры блоттинга и его эффективности применяют вакуум и электроперенос.

5-й этап — гибридизация рестриктных фрагментов с ДНК-зондами. ДНК-цепи закрепляют на фильтре прогреванием, а далее фильтр инкубируется с меченым нуклеотидным зондом. В качестве метки в классическом варианте используют изотопные маркеры, чаще 32Р. В таком случае дальнейшая идентификация гибридов производится путем радиоавтографии. Различают несколько видов блот-гибридизации: Саузерн-блоттинг (см.) — для визуализации фрагментов ДНК; нозерн-блоттинг (см.) — для РНК; вестернблоттинг, или иммуноблоттинг, — для связывания электрофоретически разделенных белков, фиксированных на фильтрах с мечеными антителами.