Шпаргалка по "Биохимии"

Это сравнительно медленный  механизм регуляции, для его проявления требуются часы или даже дни. Характеризуется большими возможностями ответной реакции. Позволяет организму изменять относительные количества и типы ферментов, действующих  на любом участке метаболических путей в зависимости от сигналов из окружающей среды. Количество любого фермента может регулироваться на этапе его синтеза или распада.

Вещества, повышающие скорость синтеза ферментов и тем самым  увеличивающие их количество в клетке, называются индукторами, угнетающие синтез – репрессорами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.1 Внутриклеточные частицы, осуществляющие биосинтез белка, Сложные рибонуклеопротеиды, в состав которых входят белки и молекулы РНК примерно поровну.

Состоят из субъединиц – малой и большой. РНК имеет V-образную форму, создавая каркас, к которому крепятся белки, составляя плотно упакованный рибонуклеопротеид. Вторичная структура рРНК создается за счет особых участков – «шпилек». Это короткие двухспиральные участки молекулы, образованные комплиментарно связанными нуклеотидами. Как и в молекуле ДНК. Около 2/3 нуклеотидов рРНК организовано в шпильки, остальная часть молекулы представлена однотяжевыми «аморфными» участками, с которыми и связаны белки рибосом. Белки рибосом связаны кооперативно, поскольку при попытке удалить белки из тяжа рибонуклеопротеида они уходят не по одному, а целыми группами. Белки рибосом образуют активные центры обеих частиц рибосом. Рибосомные субъединицы можно разобрать, экстрагируя из них отдельные фракции, на составляющие их РНК и белки. Из смеси специфических белков рибосом и рибосомных РНК можно снова получить рибосомные субъединицы спонтанно, путем самосборки.

Нетранслирующие, неработающие рибосомы постоянно обмениваются субъединицами. Практически вся РНК рибосом  присутствует в виде магниевой соли. Если снижать количество ионов магния, то происходит диссоциация рибосом на субъединицы.

У эукариот немного больше коэффициент седиментации и количество молекул РНК на субъединицу.

Несмотря на сходство в выполнении главной функции, рибосомы из разных источников значительно различаются между собой. 5S рРНК прокариот гомологичны 5,8S (а не 5S) рРНК эукариот. Рибосомальные РНК митохондрий не гомологичны ни цитоплазматическим РНК, ни РНК рибосом прокариот. Они различаются и по первичной и по вторичной структуре. В РНК митохондриальных рибосом значительно меньше спиральных участков, их структура менее компактна и более рыхла.

2. Значительную часть энергии, извлекаемой в процессе окисления, животный организм получает из жирных кислот, входящих в состав липидов.

β-окисление протекает  в матриксе митохондрий, куда жирные кислоты могут попасть только после трех этапов превращений.

Первый этап – образование  СоА-производного жирной кислоты.

Второй этап – образование  сложного эфира карнитина и жирной кислоты, способного проходить через внутреннюю мембрану митохондрий.

 Третий этап –  перенос остатка жирной кислоты  от карнитина на внутримитохондриальный СоА.

Карнитин-ацилтрансфераза I является регуляторным ферментов, он регулирует скорость поступления ацильных групп в митохондриальный матрикс, а следовательно, скорость окисления жирных кислот.

Процесс окисления жирных кислот в митохондриях состоит из двух главных стадий:

1. Последовательное отщепление двухуглеродных фрагментов в виде ацетил-СоА от карбоксильного конца цепи жирной кислоты в результате цикла ферментативных реакций: 1.Первая реакция дегидрирования. Поступившие в митохондрии СоА-эфиры насыщенных жирных кислот подвергаются ферментативному дегидрированию по α и β атомам углерода, в результате чего образуется двойная связь Δ². Фермент – ацил-СоА-дегидрогеназа. Ненасыщенное соединение, образующееся в такой реакции, представляет собой транс-изомер. ФАД прочно связан с ацил-СоА-дегидрогеназой и передает пару электронов убихинону дыхательной цепи. В конце дыхательной цепи образуется 2АТФ. 2.Реакция гидратации. При помощи фермента еноил-СоА-гидратазы образуется L-стереоизомер 3-гидроксиацил-СоА. 3.Вторая реакция дегидрирования. Фермент – 3-гидроксиацил-СоА-дегидрогеназа – обладает абсолютной специфичностью к L-изомерам, окисляет 3-гидроксиацил-СоА в 3-кетоацил-СоА. Образовавшийся НАДН₂ передает затем восстановительные эквиваленты на флавопротеид дыхательной цепи и далее образуется 3АТФ. 3.Реакция тиолитического расщепления. Под действием ацетил-СоА-ацетилтрансферазы протекает реакция тиолиза, в результате чего образуется ацетил-СоА и ацил-СоА, укороченный по сравнению с первоначальным на двухуглеродный остаток.

В результате этой стадии СоА-эфир жирной кислоты теряет одну молекулу ацетил-СоА и 2 пары атомов водорода, на каждую отщепляемую молекулу ацетил-СоА образуется 5 АТФ.

2.Ацетил-СоА, образовавшийся при окислении жирных кислот, окисляется до СО₂ и воды через цикл Кребса.

Суммарное уравнение  полного окисления пальмитоил-СоА:

Пальмитоил-СоА+23О₂+131Pi+131АДФ→СоА+131АТФ+16СО₂+146Н₂О.

В форме энергии фосфатной  связи АТФ при окислении жирной кислоты запасается свыше 80% высвободившейся свободной энергии.

 

?3. Регуляция метаболических путей осуществляется на трех уровнях:

1.Аллостерическая регуляция.  Наиболее быстро реагирует на  ситуацию. Аллостерический фермент обычно стоит в начале мультиферментной системы и лимитирует скорость всего процесса в целом. Активатором часто служат исходные вещества, ингибитором – конечный продукт. Известны случаи, когда фермент специфическим образом реагирует на промежуточный или конечный продукт других метаболических путей.

2.Индукция ферментов.  При накоплении субстрата происходит  изменение концентрации данного фермента в клетке. Например, высокая внутриклеточная концентрация субстрата А может стимулировать биосинтез ферментов Е1, Е2, и Е3, в результате чего избыток субстрата А метаболизируется.                       

3.Гормональная регуляция  – свойственна для многоклеточных организмов. Заключается в том, что под влиянием гормонов изменяется или активность фермента, или количество фермента, или проницаемость клетки для субстрата.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11.1 Клеточный цикл – время существования клетки от деления до деления. Состоит из продолжительного подготовительного периода – интерфазы – и краткого периода собственно деления – митоза. В интерфазе выделяют три периода.

G1-период. Клетки имеют  диплоидное содержание ДНК на  ядро. Начинается рост клеток за счет накопления клеточных белков, что определяется увеличением количества РНК на клетку. Происходят синтезы ферментов, необходимых для образования предшественников ДНК, ферментов метаболизма РНК и белка. Это пресинтетический период.

S-период. Содержание ДНК колеблется от 2с до 4с. Уровень синтеза РНК возрастает соответственно увеличению количества ДНК. Длительность его зависит от скорости репликации ДНК. Параллельно синтезу ДНК в клетке идет интенсивный синтез гистонов в цитоплазме и происходит их миграция в ядро, где они связываются с ДНК. Происходит синтез рРНК для синтеза белков в G2-периоде для митоза. Это синтетический период.

G2-период. Содержание  ДНК соответствует тетраплоидному 4с. Уровень синтеза РНК возрастает соответственно увеличению количества ДНК, достигая максимума в середине G2-периода. В конце G2-периода синтез РНК резко падает по мере конденсации митотических хромосом и полностью прекращается во время митоза. Синтез белка повторяет характер синтеза РНК. В G2-периоде происходит синтез мРНК для митоза, синтез белков митотического веретена. Это постсинтетический период.

Митоз: 1.Профаза.2.Метафаза.3.Анафаза.4.Телофаза.

Прокариоты делятся  без образования специальных сложных аппаратов путем прямого бинарного деления. После репликации молекулы ДНК остаются связанными с плазматической мембраной, которая начинает расти между точками связывания ДНК и тем самым как бы разносит их в разные участки клетки. При образовании затем клеточной перетяжки каждая из молекул окажется в новой отдельной клетке. Период между делениями не подразделяется на фазы. Новый цикл репликации может начаться еще до завершения деления исходной клетки.

2. Объясняет сопряжение окисления и фосфолирирования. Согласно этой теории сопрягающим фактором является протонный потенциал, возникающий на внутренней мембране митохондрий в результате транспорта электронов. Но мембрана непроницаема для ионов и протонов. Транспорт с внутренней стороны мембраны на наружную сторону внутренней мембраны происходит за счет процессов окислительной цепи, т.е. транспорта высокоэнергетических электронов. Возникающий при этом потенциал является аддитивным и складывается из химического потенциала и электрического. Градиент протонов создает разность химических и электричеких потенциалов и становится источником энергии необходиой для синтеза АТФ. Дыхательная цепь ферментов трижды перешнуровывает мембрану и в процессе транспорта е выбивается три протона, которые транспортируются на внешнюю поверхность мембраны и синтезируют три АТФ. Процесс синтеза АТФ катализируется протон-зависимым-АТФ-азным комплексом. Он состоит тз двух компонентов: растворимого и нерастворимого. Компонент F1 – расворимый компонент. Состоит из 5 субъединиц, обеспечивающих связь со вторым компонентом, синтез АТФ и ингибирование. F0 – нерастворимый компонент. Является интегральным белком мембраны, пронизывая её насквозь. Состоит из 4 субъединиц, содержит блок, отвечающий за чувствительность к олигомецину и содержит протонный канал через который двигаются протоны к F1, который активируется и катализирует процесс синтеза АТФ. Высвобождение АТФ из активного комплекса в матрикс – лимитирующая стадия. Происходит за счет конформайций, вызываемых энергией протонного потенциала. Реакция синтеза обратима, при необходимости комплекс может расщеплять АТФ.

Ингибиторы: цианиды - ингибируют цитохромоксидазу, барбитураты –  ингибируют первое звено между НАДФ и ФМН, алигомецин – блокирует  АТФазу, вещества (липофильные), которые  могут переносить протоны по каналу (2,4-динитрофенол) – происходит рассеивание тепла. Не идет образование АТФ.

3. Информоны – вещества передающие межклеточную информацию. Различаются по строению, месту образования, механизму передачи. Общие свойства: секретируются во вне клеточное пространство, не используются клетками в качестве различных материалов (кроме белков), взаимодействуют с белками-рецепторами в реагирующих клетках, обладают чрезвычайно высокой биологической активностью. Каждый информон уникален, по спектру эффектов, но некоторые эффекты могут взаимно перекрываться. Классификация: нейромедиаторы (ацетилхолин, норадреналин) – (место образования) пресинаптические окончания нейронов – (место действия) локальные эффекты дистантно действующих нервных импульсов – (механизм) нейрокринный по синаптическим контактам; гормоны (инсулин, адреналин) – специализированные популяции эндокринных клеток – дистантный эффект – эндокринный-гуморальный по крови; гистогормоны (гистомин, простогландин) – различные клеточные популяции – локальные эффекты – паракринный по контактам и через жидкость; цитокины (лимфокины, антитела) – клетки иммунной системы – дистантные эффекты – гуморальный.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12.1. Прямое деление клетки, у которой ядро находится в интерфазном состоянии. При этом не происходит конденсации хромосом и образование веретена деления. Чаще всего он приводит к разделению ядра и к появлению многоядерных клеток. Обычно образуется перетяжка или углубление внутрь ядра, которое разрастаясь делит ядро пополам или на несколько частей. Почти всегда встречается в клетках отживших, обреченных на гибель или стоящих в конце своего развития. Очень часто встречается при патологических состояниях (воспаление, регенерация, злокачественный рост).

Амитоз очень напоминает прямое деление инфузорий. Вначале макронуклеус делится перетяжкой пополам, одновременно с этим делится микронуклеус путем митоза. Вслед за этим делится цитоплазма. Прямому делению инфузорий всегда предшествует репликация ДНК. Особенностью деления макронуклеусов является то, что часто это деление высокополиплоидных ядер, плоидность которых возрастает эндопродукцией. Такие гигантские макронуклеусы обеспечивают все синтетические процессы в клетке, но не участвуют в половом процессе при конъюгации. Микронуклеусы же метаболически пассивны, но они участвуют в обмене генетическим материалом и за счет их деления образуются новые макронуклеусы.

Эндорепродукция – появление  клеток с увеличенным содержанием ДНК. Появление таких клеток происходит в результате отсутствия в целом или незавершенности отдельных этапов митоза. Например, может быть блокада при переходе G2-период – профаза. Клетки приступают к следующему циклу репликации, который приведет к прогрессивному увеличению количества ДНК в ядре, при этом не наблюдается никаких морфологических особенностей таких ядер, кроме их больших размеров. У беспозвоночных животных степень полиплодии в результате блока митоза может достигать огромных значений (до 200 000 гаплоидных наборов ДНК). Другим примером эндорепродукции может выступать политения. При политении в S-периоде при репликации ДНК новые дочерние хромосомы продолжают оставаться в деспирализованном состоянии, но располагаются друг около друга, не расходятся и не притерпевают митотическую конденсацию. В таком состоянии хромосомы снова вступают в следующий цикл репликации, снова удваиваются и не расходятся. Это – истинно интерфазные хромосомы, участвующие в синтезе ДНК и РНК. Главным результатом эндорепродукции является увеличение размера клеток и тем самым увеличение их продуктивности.