Молекулярная организация хромосом. Уровни упаковки ДНК

Нуклеосомный (нуклеосомная нить): коры из 8 молекул (кроме Н1), ДНК наматывается на кору, между ними линкер. Меньше соли – меньше нуклеосомы. Плотность больше в 6-7 раз.

Супернуклеосомный (хроматиновая фибрилла): Н1 сближает линкер и 2 коры. Плотнее в 40 раз. Инактивация генов.

Хроматидный (петлевой): нить спирализуется, образует петли и изгибы. Плотнее в 10-20 раз.

Метафазная хромосома: суперкомпактизация хроматина.

Хромонема – первый уровень компактизации, на котором виден хроматин.

Хромомера – участок хромонемы.

Морфофункциональная характеристика хромосом. Типы и правила хромосом

Первичная перетяжка – кинетохор, или центромера – область хромосомы без ДНК. Метацентрические – равноплечие, субметацентрические – неравноплечие, акроцентрические – резко неравноплечие, телоцетрические – без плеча. Длинное – q, короткое – p. Вторичная перетяжка отделяет от хромосомы сателлит и его нить.

Правила хромосом:

1) Постоянства числа

2) Парности

3) Индивидуальности (негомологичные не похожи)

4) Непрерывности (авторепродукции)

Кариотип. Идиограмма. Классификация хромосом

Кариотип – диплоидный набор хромосом.

Идиограмма – ряд хромосом по убыванию размеров и смещению центромерного индекса.

Денверская классификация:

А – 1-3 пары, крупные суб/метацентрические.

В – 4-5 пары, крупные метацентрические.

С – 6-12 + Х, средние субметацентрические.

D – 13-15 пары, акроцентрические.

E –16-18 пары, относительно малые суб/метацентрические.

F –19-20 пары, малые субметацентрические.

G –21-22 + Y, наименьшие акроцентрические.

Политенные хромосомы: воспроизведение хромонем (тонких структур); выпадают все фазы митоза, кроме редукции хромонем; образуются тёмные поперечные полоски; встречается у двукрылых, инфузорий, растений; используют для построения хромосомных карт, обнаружения перестроек.

Клеточная теория

Пуркине – ядро в яйце, Броун – ядро в растительной клетке, Шлейден – вывод о роли ядра.

Шванновская теория:

1) Клетка – структура всех организмов.

2) Образование клеток обуславливает рост, развитие и дифференцировку тканей.

3) Клетка – индивидуум, организм – сумма.

4) Новые клетки возникают из цитобластемы.

Вирхов – клетка из клетки.

Современная теория:

1) Клетка – структурная единица живого.

2) Клетки одно- и многоклеточных сходны по строению и проявлениям жизнедеятельности

3) Размножение делением.

4) Клетки образуют ткани, а те – органы.

Доп.: клетки тотипотентны – могут дать начало любой клетке. Плюри – любой, кроме внезародышевых (плаценты, желточного мешка), уни – только одной.

Дыхание. Брожение

Дыхание:

Этапы:

1) Подготовительный: белки = аминокислоты, жир = глицерин и жирные к-ты, сахара = глюкоза. Энергии мало, она рассеивается и даже требует.

2) Неполное: бескислородное, гликолиз.

Глюкоза = пировиноградная к-та = 2 АТФ + 2 НАД*Н₂ или НАД*Н+Н⁺

10 каскадных реакций. Энергии выделяется на 2 АТФ и рассеивание.

3) Кислородный:

I. Окислительное декарбоксилирование:

ПВК разрушается = Н₂ (–СО₂), активизирует ферменты.

II. Цикл Кребса: НАД и ФАД

III. ЭТЦ, Н разрушается до e^- и Н⁺, р накапливаются в межмембранном пространстве, образуют протонный резервуар, электроны накапливают энергию, пересекают мембрану 3 раза, попадают в матрикс, соединяются с кислородом, ионизируют его; растёт разница потенциалов, меняется структура АТФ-синтетазы, открывается канал, начинает работать протонная помпа, протоны перекачиваются в матрикс, соединяются с ионами кислорода образуется вода, энергия – 34 АТФ.

В ходе гликолиза каждая молекула глюкозы расщепляется до двух молекул пировиноградной кислоты (ПВК). При этом высвобождается энергия, часть которой рассеивается в виде тепла, а оставшаяся используется для синтеза 2 молекул АТФ. Промежуточные продукты гликолиза подвергаются окислению: от них отщепляются атомы водорода, которые используются для восстановления НДД⁺.

НАД — никотинамидадениндинуклеотид — вещество, которое выполняет в клетке функцию переносчика атомов водорода. НАД, присоединивший два атома водорода, называется восстановленным (записывается как НАД'Н+Н⁺). Восстановленный НАД может отдавать атомы водорода другим веществам и переходить в окисленную форму (НАД⁺).

Таким образом, процесс гликолиза можно выразить следующим суммарным уравнением (для упрощения во всех уравнениях реакций энергетического обмена не указаны молекулы воды, образующиеся при синтезе АТФ):

С₆Н₁₂0₆ + 2НАД⁺ + 2АДФ + 2Н₃Р0₄ = 2С₃Н₄0₃ + 2НАДН+Н+ + 2АТФ

В результате гликолиза высвобождается лишь около 5 % энергии, заключенной в химических связях молекул глюкозы. Значительная часть энергии содержится в продукте гликолиза — ПВК. Поэтому при аэробном дыхании после гликолиза следует завершающий этап — кислородный, или аэробный.

Пировиноградная кислота, образовавшаяся в результате гликолиза, поступает в матрикс митохондрий, где полностью расщепляется и окисляется до конечных продуктов — СО₂ и Н₂О. Восстановленный НАД, образовавшийся при гликолизе, также поступает в митохондрии, где подвергается окислению. В ходе аэробного этапа дыхания потребляется кислород и синтезируются 36 молекул АТФ (в расчете на 2 молекулы ПВК) СО₂ выделяется из митохондрий в гиалоплазму клетки, а затем в окружающую среду. Итак, суммарное уравнение кислородного этапа дыхания можно представить следующим образом:

2С₃Н₄0₃ + 60₂ + 2НАДН+Н+ + 36АДФ + 36Н₃Р0₄ = 6С0₂ + 6Н₂0 + + 2НАД+ + 36АТФ

В матриксе митохондрий ПВК подвергается сложному ферментативному расщеплению, продуктами которого являются углекислый газ и атомы водорода. Последние доставляются переносчиками НАД и ФАД (флавинадениндинуклеотид) на внутреннюю мембрану митохондрии.

Во внутренней мембране митохондрий содержится фермент АТФ-синтетаза, а также белковые комплексы, образующие электрон-транспортную цепь (ЭТЦ). В результате функционирования компонентов ЭТЦ атомы водорода, полученные от НАД и ФАД, разделяются на протоны (Н⁺) и электроны. Протоны переносятся через внутреннюю мембрану митохондрий и накапливаются в межмембранном пространстве. Электроны с помощью ЭТЦ доставляются в матрикс на конечный акцептор — кислород (О₂). В результате образуются анионы О^2-.

Накопление протонов в межмембранном пространстве ведет к возникновению электрохимического потенциала на внутренней мембране митохондрий. Энергия, выделяющаяся при движении электронов по ЭТЦ, используется для транспорта протонов через внутреннюю митохондриальную мембрану в межмембранное пространство. Таким образом накапливается потенциальная энергия, слагающаяся из протонного градиента и электрического потенциала. Эта энергия высвобождается при возвращении протонов обратно в митохондриальный матрикс по их электрохимическому градиенту. Возвращение происходит через особый белковый комплекс — АТФ-синтазу; сам процесс перемещения протонов по их электрохимическому градиенту получил название хемиосмос. АТФ-синтаза использует выделяющуюся при хемиосмосе энергию для синтеза АТФ из АДФ в ходе реакции фосфорилирования. Эта реакция запускается потоком протонов, которые вызывают вращение части АТФ-синтазы; таким образом, АТФ-синтаза работает как вращающийся молекулярный мотор.

Электрохимическая энергия используется для синтеза большого количества молекул АТФ. В матриксе протоны соединяются с анионами кислорода и образуется вода.

Следовательно, при полном расщеплении одной молекулы глюкозы клетка может синтезировать 38 молекул АТФ (2 молекулы в процессе гликолиза и 36 молекул в ходе кислородного этапа). Общее уравнение аэробного дыхания можно записать следующим образом:

С₆Н₁₂0₆ + 60₂ + 38АДФ + 38Н₃Р0₄ = 6С0₂ + 6Н₂0 + 38АТФ

Основным источником энергии для клеток являются углеводы, но в процессах энергетического обмена также могут использоваться продукты расщепления жиров и белков.

Брожение:

Брожение — метаболический процесс, при котором регенерируется АТФ, а продукты расщепления органического субстрата могут служить одновременно и донорами, и акцепторами водорода. Брожение — это анаэробный (происходящий без участия кислорода) метаболический распад молекул питательных веществ, например глюкозы.

Хотя на последнем этапе брожения (превращения пирувата в конечные продукты брожения) не освобождается энергия, он крайне важен для анаэробной клетки, поскольку на этом этапе регенерируется никотинамидадениндинуклеотид (НАД⁺), который требуется для гликолиза. Это важно для нормальной жизнедеятельности клетки, поскольку гликолиз для многих организмов — единственный источник АТФ в анаэробных условиях.

В ходе брожения происходит частичное окисление субстратов, при котором водород переносится на НАД⁺. В ходе других этапов брожения его промежуточные продукты служат акцепторами водорода, входящего в состав НАД*Н; в ходе регенерации НАД⁺ они восстанавливаются, а продукты восстановления выводятся из клетки.

Конечные продукты брожения содержат химическую энергию (они не полностью окислены), но считаются отходами, поскольку не могут быть подвергнуты дальнейшему метаболизму в отсутствие кислорода (или других высокоокисленных акцепторов электронов) и часто выводятся из клетки. Получение АТФ брожением менее эффективно, чем путём окислительного фосфорилирования, когда пируват полностью окисляется до диоксида углерода. В ходе разных типов брожения на одну молекулу глюкозы получается от двух до четырёх молекул АТФ.

· Спиртовое брожение (осуществляется дрожжами и некоторыми видами бактерий), в ходе него пируват расщепляется на этанол и диоксид углерода. Из одной молекулы глюкозы в результате получается две молекулы спирта (этанола) и две молекулы углекислого газа. Этот вид брожения очень важен в производстве хлеба, пивоварении, виноделии и винокурении. Если в закваске высока концентрация пектина, может также производиться небольшое количество метанола. Обычно используется только один из продуктов; в производстве хлеба алкоголь улетучивается при выпечке, а в производстве алкоголя диоксид углерода обычно уходит в атмосферу, хотя в последнее время его стараются утилизировать.

Спирт + 2НАД⁺ + 2АДФ 2 к-ты = 2 мол. к-ты + 2НАД*Н+Н⁺ + 2АТФ

ПВК = уксусный альдегид + СО₂

2 альдегида + 2НАД*Н+Н⁺ = 2 спирта + 2НАД⁺

· Молочнокислое брожение, в ходе которого пируват восстанавливается до молочной кислоты, осуществляют молочнокислые бактерии и другие организмы. При сбраживании молока молочнокислые бактерии преобразуют лактозу в молочную кислоту, превращая молоко в кисломолочные продукты (йогурт, простокваша); молочная кислота придаёт этим продуктам кисловатый вкус.

Глюкоза + 2НАД⁺ +2АДФ + 2 ПВК = 2 мол. к-ты + 2НАД*Н+Н⁺ + 2АТФ

2 мол. к-ты + 2НАД*Н+Н⁺ = 2 мол. к-ты + 2АТФ

Глюкоза + 2АДФ + 2 к-ты = 2 мол. к-ты + 2АТФ

Молочнокислое брожение может происходить также в мышцах животных, когда потребность в энергии выше, чем обеспечиваемая уже имеющимся АТФ и работой цикла Кребса. При достижении концентрации лактата больше 2 ммоль/л начинает работать интенсивнее цикл Кребса и возобновляет работу цикл Кори.

Обжигающие ощущения в мышцах во время тяжёлых физических упражнений соотносятся с недостаточной работой цикла Кори и повышением концентрации молочной кислоты выше 4ммоль/л, поскольку кислород преобразуется в диоксид углерода аэробным гликолизом быстрее, чем организм восполняет запас кислорода; в то же время нужно помнить, что болезненность в мышцах после физических упражнений может быть вызвана не только высоким уровнем молочной кислоты, но и микротравмами мышечных волокон. Организм переходит к этому менее эффективному, но более скоростному методу производства АТФ в условиях повышенных нагрузок, когда цикл Кребса не успевает обеспечивать мышцы АТФ. Затем печень избавляется от излишнего лактата, преобразуя его по циклу Кори в глюкозу для возврата мышцам для повторного использования или преобразования в гликоген печени и наращивания собственных энергетических запасов.

· Уксуснокислое брожение осуществляют многие бактерии. Уксус (уксусная кислота) — прямой результат бактериальной ферментации. При мариновании продуктов уксусная кислота предохраняет пищу от болезнетворных и вызывающих гниение бактерий.

Глюкоза + 2НАД⁺ + 2АДФ + 2 к-ты = 2 ПВК + 2НАД*Н+Н⁺ + 2АТФ

2 ПВК = 2 альдегида + 2CО₂

2 альдегида + О₂ = 2 уксусной к-ты

· Маслянокислое брожение приводит к образованию масляной кислоты; его возбудителями являются некоторые анаэробные бактерии.

· Щелочное (метановое) брожение — способ анаэробного дыхания определённых групп бактерий — используют для очистки сточных вод пищевой и целлюлозно-бумажной промышленности.

16) Кодирование генетической информации в клетке. Свойства генетического кода:

1) Триплетность. Триплет и-РНК – кодон.

2) Вырожденность

3) Непрерывность

4) АУГ – стартовый

5) Универсальность

6) УАГ – амбер, УАА – охра, УГА – опал. Терминаторы.

Синтез белка

Ассимиляция = анаболизм = пластический обмен. Диссимиляция = катаболизм = энергетический обмен.

Компоненты: ДНК, рестриктаза, полимераза, нуклеотиды РНК, т-РНК, р-РНК, рибосомы, аминокислоты, ферментативный комплекс, ГТФ, активированная аминокислота.

Активирование:

1) фермент аминоацил-т-РНК-синтетаза присоединяет аминокислоту и АТФ – активация – присоединение т-РНК – образуется связь т-РНК с а.к-той, высвобождение АМФ – комплекс в ФЦР – связывание аминоацил-т-РНК с рибосомами, включение аминокислоты в белок с высвобождением т-РНК.

У прокариот м-РНК может считываться рибосомами в аминокислотную последовательность белков сразу после транскрипции, а у эукариот она транспортируется из ядра в цитоплазму, где находятся рибосомы. Процесс синтеза белка на основе молекулы м-РНК называется трансляцией. Рибосома содержит 2 функциональных участка для взаимодействия с т-РНК: аминоацильный (акцепторный) и пептидильный (донорный). Аминоацил-т-РНК попадает в акцепторный участок рибосомы и взаимодействует с образованием водородных связей между триплетами кодона и антикодона. После образования водородных связей система продвигается на 1 кодон и оказывается в донорном участке. Одновременно в освободившемся акцепторном участке оказывается новый кодон, и к нему присоединяется соответствующий аминоацил-т-РНК. Во время начальной стадии биосинтеза белков, инициации, обычно метиониновый кодон узнаётся малой субъединицей рибосомы, к которой при помощи белковых присоединена метиониновая т-РНК. После узнавания стартового кодона к малой субъединице присоединяется большая субъединица и начинается вторая стадия трансляции — элонгация. При каждом движении рибосомы от 5' к 3' концу м-РНК считывается один кодон путём образования водородных связей между тремя нуклеотидами м-РНК и комплементарным ему антикодоном т-РНК, к которой присоединена соответствующая аминокислота. Синтез пептидной связи катализируется р-РНК, образующей пептидилтрансферазный центр рибосомы. Р-РНК катализирует образование пептидной связи между последней аминокислотой растущего пептида и аминокислотой, присоединённой к т-РНК, позиционируя атомы азота и углерода в положении, благоприятном для прохождения реакции. Третья и последняя стадия трансляции, терминация, происходит при достижении рибосомой стоп-кодона, после чего белковые факторы терминациигидролизуют последнюю т-РНК от белка, прекращая его синтез. Таким образом, в рибосомах белки всегда синтезируются от N- к C-концу.

Транспорт

Диффузия: через липидный слой – вода, кислород, углекислый газ, мочевина, этанол (гидрофобные быстрее гидрофильных); через белковые поры – ионы, вода (трансмембранные – интегральные – белки образуют поры); облегчённая – глюкоза, аминокислоты, нуклеотиды, глицерин (через белки-переносчики);

Активный транспорт: ионы, аминокислоты в кишечнике, кальций – в мышцах, глюкоза – в почках. Белок-переносчик активируется фосфатной группой, отщепившейся от АТФ при гидролизе, образуется связь с переносимым веществом (временная).

Фагоцитоз: клетки капилляров костного мозга, селезёнки, печени, надпочечников, лейкоциты.

Пиноцитоз: лейкоциты, клетки печени, почек, амёбы.

Клеточный цикл

Интерфаза – 2n2C; период покоя – нейроны, клетки хрусталика; печени и лейкоциты – факультативно.

Пресинтетический период: клетка растет, выполняет свои функции. Хроматиды деспирализованы. Синтезируется РНК, белки, нуклеотиды ДНК, увеличивается число рибосом, накапливается АТФ. Период продолжается около 12 часов, но может занимать несколько месяцев. Содержание генетического материала — 2n1chr2c.
Синтетический: происходит репликация молекул ДНК — каждая хроматида достраивает себе подобную. Содержание генетического материала становится 2n2сhr4c. Удваиваются центриоли. Синтезируются
РНК, АТФ и белки-гистоны. Клетка продолжает выполнять свои функции. Продолжительность периода — до 8 часов.
Постсинтетический: накапливается энергия АТФ, активно синтезируются РНК, ядерные белки и белки-тубулины, необходимые для построения ахроматинового веретена деления. Содержание генетического
материала не изменяется: 2n2chr4с. К концу периода все синтетические процессы замедляются, меняется вязкость цитоплазмы.

Деление. Амитоз

Деление:

Бинарное, митоз, амитоз, мейоз.

Амитоз:

Равномерный, неравномерный, множественный, без цитотомии.

Генеративный – при делении высокоспециализированных клеток (печени, эпидермиса) и макронуклеуса инфузорий.

Дегенеративный – фрагментация и почкование ядер.

Реактивный – при повреждающих воздействиях, без цитотомии, многоядерность.

Перешнуровка ядрышка, ядра и цитоплазмы. Ядро делится более чем на 2 части – фрагментация, шизогония. Разрушения кариолеммы и ядрышка не происходит. Клетка не теряет функциональную активность.

Митоз

Причины:

ü изменение ядерно-цитоплазматического отношения;

ü появление «митогенетических лучей» — делящиеся клетки «заставляют» расположенные рядом клетки вступать в митоз;

ü наличие «раневых гормонов» — поврежденные клетки выделяют особые вещества, вызывающие митоз неповрежденных клеток.

ü стимулируют митоз некоторые специфические митогены(эритропоэтин, факторы роста фибробластов, эстрогены).

ü количество субстрата для роста.

ü наличие свободного пространства для распространения.

ü секреция окружающими клетками веществ, влияющих на рост и деление.

ü позиционная информация.

ü межклеточные контакты.

В профазе: двухроматидные хромосомы в гиалоплазме имеют вид клубка, центроль делится, формируется лучистая фигура, веретено состоит из трубочек: полюсных (сплошных) и хромосомных.

В прометафазе: протоплазма с незначительной вязкостью в центре клетки, хромосомы направляются к экватору клетки, кариолемма растворена.

В метафазе: завершается формирование веретена деления, максимальная спирализация, хромосомы продольно расщепляются на хроматиды.

В анафазе: расхождение, цитоплазма имеет вид кипящей жидкости.

В телофазе: клеточный центр деактивизируется, кольцевая перетяжка или срединная пластинка.

Значение:
– поддержание постоянства числа хромосом, обеспечение генетической преемственности в клеточных популяциях;
-равномерное распределение хромосом и генетической информации между дочерними клетками;

Эндомитоз: после репликации не происходит деления. Встречается в активно функционирующих клетках у нематод, ракообразных, в корешках.

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I.4. Элементы и уровни киноязыка
2. II. Организация деятельности психолога
3. II. Организация локальной вычислительной сети.
4. II. Организация приёма в ОО ВПО «ГИИЯ»
5. II. Принятие решения о проведении таможенного досмотра и организация его проведения
6. III. Организация защиты судна от ПДСС, пиратства и морского терроризма.
7. IV. Организация проведения ГИА
8. IV. Организация прохождения производственной практики
9. IV.Организация ручного труда
10. V. Молекулярная физика, термодинамика.
11. V. Организация работы контрольного органа.
12. VII. Организация и проведение конкурса