А. Пролиферация клеток и апоптоз

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 8

Количество клеток в ткани регулируется двумя процессами — пролиферациейклеток и " программированной, или физиологической, гибелью клеток" (апоптозом). Оба процесса в организме находятся под контролем стимулирующих или ингибирующих факторов, которые присутствуют в растворимой форме или экспрессируются на поверхности соседних клеток.

Апоптоз — генетически запрограммированная гибель клеток, которая приводит к " аккуратной" разборке и удалению клеток. Морфологическими признаками этого активного процесса являются изменения клеточной мембраны (" отшнуровывание" пузырьков, так называемых апоптотических телец), распад клеточного ядра, уплотнение хроматина и фрагментация ДНК. Клетки, подвергшиеся апоптозу, распознаются макрофагами и другими фагоцитирующими клетками и быстро элиминируются Очень важно то, что при апоптозе не развивается воспалительный процесс. С помощью апоптоза осуществляется регуляция объема или, точнее, количества клеток в той или иной ткани. В особенности это касается быстро пролиферирующих клеток, таких, как клетки кроветворной системы или гепатоциты печени. Посредством апоптоза организм избавляется от ненужных, или «отработавших», клеток, например во время эмбрионального развития, при формировании нервной системы и при иммунном ответе. Путем апоптоза элиминируются трансформированные клетки, например при канцерогенной дегенерации, вирусной инфекции или необратимом повреждении ДНК в случае облучения. Примером апоптоза является шелушение кожи при солнечном загаре.

Б. Регуляция апоптоза

Апоптоз запускается внешними сигналами, которые используют различные сигнальные пути, большинство этих путей действительно запускают апоптоз, однако некоторые пути его блокируют.

Фактор некроза опухолей, связывается с ФНО-рецептором первого типа и запускает апоптоз. Центральное место в регуляции апоптоза принадлежит цистеиновым протеиназам, родственным интерлейкин-1β -конвертазе (ИК). Предполагают, что активация этих протеиназ через ФНО-рецептор происходит как многоступенчатый процесс белок-белкового взаимодействия. ИК-подобные протеиназы специфическим образом расщепляют поли-(АДФ-рибозил)-полимеразу (ПАРП), белки sn-рибонуклеопротеидного комплекса, ламин (белок ядерной мембраны) и другие белки. Эти измененные за счет протеолиза белки запускают процесс апоптоза.

По аналогичному пути реализуется сигнал от Fas-лиганда, белка клеточной мембраны соседних клеток. Fas-лиганд в виде тримера связывается с Fas-рецептором. Затем, по аналогии с ФНО-рецептором, сигнал передается на цистеиновые протеиназы. Для ФНО- и Fas-специфичных рецепторов характерно, что они активируются путем образования олигомеров.

Источником сигнала может быть и клеточное ядро. Так, белок р53, продукт онко-супрессорного гена, который тоже активирует цистеиновые протеиназы, может быть активирован посредством нерепарабельного разрыва ДНК (DNA). Утрата клеткой белка p53 ведет к повышенной скорости роста опухоли.

Сигналам, которые активируют апоптоз, противостоят другие сигналы, блокирующие апоптоз. Таким сигналом может быть белок bcl-2 или родственные белки Ген этого белка присутствует в геноме некоторых вирусов. С помощью продукта этого гена вирусы препятствуют преждевременной гибели клетки-хозяина посредством апоптоза.

Билет 18.

18.1. Организация биологических сетей и деревьев

18.2. Какая доля рРНК в рибосоме?

Рибосомная РНК (рРНК) в составе рибосомы очень компактна, имеет сложную третичную структуру и плотно инкрустирована молекулами различных рибосомных белков

РНК малой субъединицы

Рибосомная РНК малой субъединицы рибосомы обозначается как 16S рРНК (в случае бактериальных рибосом) или 16S-подобная рРНК (в других случаях). В большинстве случаев рРНК малой субъединицы представляет собой одну ковалентно непрерывную полирибонуклеотидную цепь. Однако 16S-подобная рРНКмитохондриальных рибосом некоторых протистов фрагментирована.

Число нуклеотидных звеньев, как и константы седиментации, для образцов 16S и 16S-подобных рРНК из различных источников могут существенно различаться. В рибосомах бактерий, архей и в рибосомах пластидов высших растений эти молекулы имеют размер около 1500 нуклеотидных остатков. Для 16S-подобных рРНК эукариотических цитоплазматических рибосом, а также для митохондриальных рибосом грибов и высших растений характерна длина до 2000 нуклеотидных остатков (18S рРНК). Митохондриальные рибосомы млекопитающих содержат относительно короткие 16S-подобные рРНК (10—12S), которые состоят из ~950 нуклеотидных остатков. Ещё более короткие 16S-подобные рРНК, размером всего ~600 нуклеотидных остатков, обнаружены в рибосомах кинетопластатрипаносоматид.

РНК большой субъединицы

Высокомолекулярная РНК, составляющая структурную основу большой субъединицы рибосомы, обозначается как 23S рРНК (в случае бактериальных рибосом) или 23S-подобная рРНК (в других случаях). Бактериальная 23S рРНК, также как и 16S рРНК, представляет собой одну ковалентно непрерывную полирибонуклеотидную цепь. В то же время 23S-подобная рРНК цитоплазматических рибосом эукариот состоит из двух прочно ассоциированных полирибонуклеотидных цепей — 28S и 5, 8S рРНК (5, 8S рРНК является структурным эквивалентом 5′ -концевого ~160-нуклеотидного сегмента 23S рРНК, который оказался «отщеплён» в виде ковалентно обособленного фрагмента). 23S-подобная рРНК рибосом пластидов растений также состоит из двух прочно ассоциированных полирибонуклеотидных цепей и содержит 4, 5S рРНК — структурный эквивалент 3′ -концевого сегмента 23S рРНК. Известны случаи и ещё более глубоко зашедшей фрагментированности РНК, примером чего может служить 23S-подобная рРНК цитоплазматических рибосом некоторых протистов.

Кроме вышеуказанной 23S(-подобной) рРНК, большая субъединица обычно содержит также относительно низкомолекулярную РНК — так называемую 5S рРНК. В отличие от вышеупомянутых 5, 8S и 4, 5S рРНК, 5S рРНК менее прочно ассоциирована с 23S(-подобной) рРНК, транскрибируется с отдельного гена и, таким образом, не может быть рассмотрена как отщеплённый фрагмент высокополимерной рРНК. 5S рРНК входит в состав большой субъединицы цитоплазматических рибосом всех прокариот и эукариот, но, по-видимому, не является непременной составляющей любой функциональной рибосомы, так как 5S рРНК отсутствуют в митохондриальных рибосомах млекопитающих.

18.3. Биологическое разнообразие и его роль в симбиогенезе

Биологическое разнообразие – это все множество различных живых организмов, изменчивость среди них и экологических комплексов, частью которых они являются, что включает разнообразие внутри видов, между видами и экосистемами.

В большинстве курсов биологии в качестве одного из основных признаков отличия прокариот от эукариот называется наличие у последних двухмембранных органелл (митохондрий и пластид). Эти органеллы, помимо двойной мембраны, имеют еще целый ряд характерных признаков, которые выделяют их среди остальных клеточных мембранных образований. Теория симбиогенеза

Итак, согласно этой теории, митохондрии и хлоропласты произошли от симбиотических прокариотических организмов, захваченных протоэукариотом в результате фагоцитоза. Этот протоэукариот, о видимому, представлял собой амебоидный гетеротрофный, анаэробный организм с уже развитыми эукариотическими признаками. Это становится понятным, если учитывать обстоятельства существования жизни в то время. Первые вероятные остатки эукариот имеют возраст около 1, 5 млрд. лет. Содержание кислорода в атмосфере тогда составляло менее О, 1% от современного. В какой-то момент биологической эволюции (когда, точно не известно) возник фотосинтез. Фотосинтетиками были, конечно, прокариоты: цианобактерии и другие группы фототрофных бактерий. Строматолиты - камни из осажденных слоев извести, свидетельства фототрофных бактериальных сообществ, появились более 2 млрд. лет назад (они похожи на современные, которые кое-где образуют цианобактерии). До этого времени атмосфера была бескислородной; с какого-то момента начал накапливаться кислород. Его накопление создало большие проблемы. Он химически активен и, в сущности, ядовит. Пришлось изобретать способы защиты, в т.ч. биохимические (возможно, один из них - биолюминесценция). Обезвреживать его научились многие прокариоты (хотя значительная часть их осталась строгими анаэробами - для них и сейчас кислород является ядом). Но некоторые пошли дальше - стали использовать этот яд для окисления субстратов с получением энергии. Возник аэробный метаболизм.
Среди эукариот строгих анаэробов почти нет. Но это - не их заслуга: биохимически отупев на почве хищничества, они украли изобретение прокариот. Сделали они это, закабалив самих прокариот - превратив их в своих внутриклеточных симбионтов.

Билет 19.

19.1. Биологические паттерны в пространстве и во времени

Chapter 20: Biological Patterns: Order in Space and Time 893 Р

19.2. Что такое частота ошибки при узнавании антител?

Иногда в нашем организме вместо внешних врагов появляются внутренние патогены. Потому как все органы и ткани все время обновляются происходят различные изменения в составе тканей и органов. В процессе делений в генетическом аппарате делящихся клеток происходит перестройка структуры клетки, что и улавливают антитела. Они как бы не узнают своих же. При выполнении таких делений возможны сбои. На 10 000 делений может приходится один сбой. Из за этих ошибок клетка могут погибать, или перерождаться в клетку злокачественную, что может послужить причиной рака. И вот тут то Иммунитет нормального человека отреагирует, и раковая клетка будет уничтожена. Однако, если у антител нарушены функции защиты, то вероятность развития злокачественного опухоли очень велика.

Случается и так, что " клетки полиции" не могут различить кто прав, а кто не прав и тогда репрессиям подвергаются все нормальные клетки. Этот процесс называется - " аутоиммунная патология".

19.3. Врожденный и адаптивный иммунитеты в симбиозах

Билет 20.

20.1. Длина последовательности для гомологичной рекомбинации

20.2. Роль специфичности при биологических взаимодействиях

20.3. Доказательства биологической эволюции и логика случая

Билет 21.

21.1. Основные достижения физической биологии клетки

Chapter 22: Whither Physical Biology? 1023 Р

21.2. Сколько сахара надо для создания клетки и её работы?

What is the free energy released upon combustion of sugar? ........... 233 М

Субстрат выбора для бактерий, таких как E.coli является глюкоза. Свободная энергия, выделяемая при окислении глюкозы кислородом составляет ≈ -3000 кДж / моль. Выраженный в других единицах измерения это составляет ≈ -700 ккал / моль, или ≈ -1200 квТ, где ккал. Как видно из схемы, показывающий спектр биологических масштабах энергии в начале этой главы, эта энергия находится на высоком конце шкалы молекулярных энергий. Один из способов расплаты потенциал для полезной работы, воплощенные в этом выпуске энергии является изучение количества молекул АТФ, которые производятся (из АДФ и Pi) в серии реакций, привязанных к горению сахара, клеточного аэробного дыхания. метаболические пути клетки гликолиза, ЦТК и цепи переноса электронов пара выделения энергии при сжигании одной молекулы глюкозы до получения примерно 30 молекул, достаточной энергии, чтобы обеспечить несколько ступеней молекулярных двигателей.

С химической формулы глюкозы, а именно, С6Н12О6 молекулярная масса этого сахара составляет 180 Да, и, таким образом, 3 моль соответствует ≈ 500 г. Чтобы получить более полное чувство энергетической ценности всего этого глюкозы, мы теперь рассмотрим, что произойдет, если тело не проводили теплоты сгорания этих рекомендуется 2000 ккал в окружающую среду, а использовал эту энергию для нагрева воды в наши тела. Калории определяется как энергия, необходимая для повышения температуры 1 г воды на 1 ° C (обозначаемые С ниже). Для человека с массой (м) 70 кг, потенциальное увеличение температуры в результате энергии, выделяющейся при сжигании (Δ Q) в течение дня можно оценить соотношением DT = Δ Q / (CXM) = 2x106 кал / (1 кал / OC х грамм) (70 * 103 грамм) ≈ 30 ° С, иллюстрирующий, что энергия, связанная с нашей повседневной диеты имеет много мощности нагрева.

21.3. Особенности коллективного поведения клеток в эмбриогенезе

Ответы на все вопросы есть в трёх книгах:

• Rob Phillips, Jane Kondev, Julie Theriot, Nigel Orme, Herman Garcia. Physical biology of the cell. [2nd ed.] Garland Science. 2013. ~1040 p.

• Ron Milo and Rob Phillips. Cell Biology by the Numbers. Draft JULY 2015

• Т. Уэй. Физические основы молекулярной биологии: Учебное пособие. 2010. 368 с.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78