Шпаргалка по "Биохимии"

В некоторых случаях  цепь мРНК может служить матрицей не только для синтеза белка, но и для синтеза ДНК. Этот процесс катализируется ферментом обратной транскриптазой.

Методы генной инженерии: секвенирование ДНК; получение фрагментов ДНК; выделение отдельных генов; выбор и конструирование ген-несущего вектора; встраивание вектора в ДНК клетки хозяина.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15.1. Жидкостно-мозаичная модель клеточной мембраны. Все клеточные мембраны имеют ряд общих для них свойств: их структуру составляет двойной слой липидов; в плоскости липидных слоев расположены белковые молекулы; белки и липиды асимметрично расположены в плоскости мембран; белки и липиды обладают латеральной подвижностью в плоскости мембран; мембраны изменчивы в зависимости от функционального состояния; мембраны ассоциированы с цитоплазматическими белками, микрофиламентами и микротрубочками посредством специальных белков; рост мембран происходит путем расширения их поверхности за счет включения нового материала в виде готовых замкнутых пузырьков (везикул); синтез компонентов и сборка цитоплазматических мембран происходят за счет активности шероховатого эндоплазматического ретикулума.

К липидам мембран  относятся фосфоглицеролипиды, фосфосфинголипиды, гликоглицеролипиды, гликосфинголипиды и стероиды. В целом для цитоплазматической мембраны характерно высокое содержание стероидов и сфинголипидов, а также преобладание насыщенных жирных кислот, тогда как в митохондриях, эндоплазматической сети и других мембранных органеллах содержатся в основном ненасыщенные жирные кислоты. Состав липидов по обе стороны мембраны различен.

Белковые компоненты мембран делятся в основном на две группы – периферические и интегральные.

Периферические мембранные белки связаны с липидными головками с помощью ионных связей и поэтому легко экстрагируются из мембран растворами солей. Они также могут образовывать связи через Mg²⁺ и Са²⁺ с полярными участками липидов. Такие белки большей частью расположены на мембранах со стороны цитоплазмы.

Интегральные белки  взаимодействуют с липидами на основе гидрофобных взаимодействий. Они состоят как бы из двух частей: из участков, обогащенных неполярными аминокислотами (глицин, аланин, валин, лейцин) и участков, богатых полярными аминокислотами. Неполярные остатки погружены в липидную часть мембраны, а полярная часть обращена в сторону водной фазы и взаимодействует с головками липидов. Интегральные белки практически не экстрагируются в водных вазах. Их можно выделить только разрушая мембрану, экстрагируя из нее липиды органическими растворителями или детергентами.

С цитоплазматической стороны  мембраны интегральные белки могут быть связаны с периферическими.

По биологической роли мембранные белки можно разделить  на: ферменты – в разных мембранах существует характерный набор ферментов; рецепторы – специфически связываются с теми или иными веществами и как бы их узнают; структурные белки – плохо изучены, возможно, не только стабилизируют мембраны, но и участвуют при организации полиферментных комплексов.

Углеводы мембран представлены, в основном, гликопротеинами. Они, как правило, расположены в наружных слоях мембраны и представляют собой линейные и разветвленные цепочки, в состав которых входят галактоза, манноза, фруктоза, сахароза, N-ацетилглюкозамин, N-ацетилгалактозамин, арабиноза, ксилоза, а также нейраминовая (сиаловая) кислота.

2.

3. Копирование родной ДНК с образованием дочерних ДНК, нуклеотидная последовательность которых комплиментарна родительской и однозначно определяется ею. ДНК вирусов состоит из двух цепочек замкнутых в кольцо. Репликация происходит по принципу катящегося кольца. Интактная ДНК вируса точечно рвется в одной цепочке. Новая цепочка ДНК начинает синтезироваться на 3’ конце, а 5’ конец вытесняется и становится свободным. Затем на 5’ конце тоже начинает синтезироваться цепочка. Когда на 3’ конце цепочка заканчивает достраиваться, замыкается кольцо и происходит разрыв с цепочкой 5’. Репликация по такому механизму встречается у некоторых эукариот при синтезе рибосомальных генов повторяющихся РНК. Этот механизм используется в оацитах чтобы производить много рибосом, для быстрого синтеза клеточных белков на ранней стадии развития эмбриона. В основном процесс репликации изучали на кишечной палочке. Репликация происходит по полуконсервативному методу. На каждой цепи родительской ДНК синтезируется дочерняя цепь ДНК. Происходит в несколько этапов: сначала присоединяется фермент ДНК-гираза, которая точечно рвет между собой 2 пары оснований. Затем оборачивает цепь вокруг своей оси и точно соединяет разрыв. При этом удаляется суперспирализация ДНК. Далее фермент хеликаза рвет водородные связи между азотистыми основаниями первой цепи. На каждую пару оснований необходимо 2 молекулы АТФ чтобы их разорвать. Разрыв удерживается ДНК-связывающими белками. Т.о. образовалась репликативная вилка. Синтез новой молекулы ДНК осуществляется ДНК полимеразами, они способны достраивать цепь в направлении (5’→3’), для их работы необходимы 3-фосфаты всех дезоксирибонуклеотидов. ДНК-полимеразы могут быть трёх видов: I, II и III. ДНК – полимераза III основная. Она присоединяет нуклеотид за нуклеотидом к 3’ концу, имеющейся в наличии затравки. Фермент примаза синтезирует затравку. Она относится к ДНК-зависимым РНК-полимеразам. Она идет к 3’ концу ведущей цепи и синтезирует небольшой участик рибонуклеотидов (10-15) по направлению репликативной вилки. При присоединении 3-фосфатов выделяется энергия, которой хватает на синтез полинуклеотидной цепочки. На остаточной цепочке в правильном направлении 5’-3’ идет синтез фрагментами Оказаки. Фрагмент примаза синтезирует затравку. ДНК-полимераза III строит участок ДНК. ДНК полимераза I присоединяется на надстроенный ДНК, который подошел к участку предыдущей затравки. Она выщепляет РНК и встраивает ДНК. Но она не соединяет фрагменты Оказаки, для этого нужна фермент лигаза. Если ДНК полимераза встраивает неправильный нуклеотид, то фермент сам может распознать неспособность этого нуклеотида создавать пары с соответствующим нуклеотидом матрицы. В этом случае она возвращается назад и отщепляет нуклеотид с 3’ конца. Т.о. проверяя каждый нуклеотид репликация идет с наибольшей степенью точности.

ДНК бактериофага расщепляется на фрагменты под действием фермента эндонуклеазы рестрикции, действующего совместно с метилтрансферазой. Система, состоящая из этих двух ферментов, называется системой рестрикции-модификации. Оба фермента взаимодействуют с определенной последовательностью нуклеотидов в ДНК. Последовательность узнавания обычно состоит из 4-8 пар нуклеотидов, которые могут быть расположены непосредственно друг за другом или же на некотором расстоянии. Такая последовательность может быть симметричной или нет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16.1 Поверхностный аппарат клетки осуществляет непосредственное взаимодействие ее с внешней средой и с соседними клетками. Соответственно этому он выполняет три функции, универсальные для всех разновидностей клеток: барьерную, транспортную и рецепторную. Поверхностный аппарат клетки состоит из трех субсистем: цитоплазматической мембраны, надмембранного комплекса и субмембранного аппарата гиалоплазмы.

Цитоплазматическая мембрана ограничивает клетку снаружи. Она имеет большую толщину из-за слоя периферических белков на внутренней стороне и слоя углеводных компонентов на наружной.

Белки цитоплазматической мембраны осуществляют транспортные и рецепторные функции. Плазматическая мембрана обладает малой вязкостью, что позволяет ее белкам быстро перемещаться в латеральном направлении. Отдельные белки могут вращаться в плоскости мембраны в горизонтальном и вертикальном направлениях, а также могут менять степень погруженности молекулы в липидную фазу. Например, на этом основано явление фоторецепции, связанное с белком опсином. Опсин фоторецепторных клеток в темноте связан с ретиналем, который содержит двойную цис-связь – комплекс называется родопсин. Молекула родопсина способна к латеральному перемещению и вращению в горизонтальной плоскости мембраны. Под действием света ретиналь подвергается фотоизомеризации и переходит в транс-форму. Конформация ретиналя изменяется, и он отделяется от опсина, который в свою очередь, меняет плоскость вращения с горизонтальной на вертикальную. Это приводит к изменению проницаемости мембран для ионов и возникает нервный импульс. Ионные каналы клеток обладают высокой специфичностью для отдельных ионов, для них характерны большая мощность и низкая энергия активации.

Субмембранная система  клетки представляет собой специализированную периферическую часть цитоплазмы – цитозоль. С одной стороны, в нем сосредоточены ферментативные системы, связанные с процессами трансмембранного переноса и рецепции. С другой стороны, периферическая гиалоплазма осуществляет свойственные ей функции гликолиза, начальные этапы анаболических процессов и других общих процессов внутриклеточного метаболизма. Кроме того, к плазматической мембране с внутренней стороны клетки прилегают элементы опорно-сократительного аппарата клетки – микротрубочки (тубулин-деиновая система) и актин-миозиновая система. Микротрубочки составляют каркас клетки, препятствуя ее деформации, а фибриллы миозина и актина осуществляют процессы движения, а также временную сборку и разборку мембраны.

Надмембранный комплекс эукариот делится на несколько разновидностей:

1.Гликокаликс – гликопротеиновый  комплекс, ассоциированный с плазматической мембраной. Очень сильно гидратирован, имеет желеобразную консистенцию. Основная функция гликокаликса – рецепторная. Углеводная часть гликокаликса является маркером индивидуальной клетки или ткани. Примеры гликокаликса клеток разных тканей:

2.Клеточная стенка  растений и внеклеточные структуры  клеток беспозвоночных животных – общим принципом их организации является наличие сложного каркаса из параллельно расположенных фибрилл, связанных перемычками (целлюлоза, хитин), и аморфного матрикса, заполняющего промежутки между волокнами каркаса (белки, пектины, гемицеллюлоза).

Надмембранные структуры  бактерий представлены клеточной стенкой, которая служит основой для подразделения их на две нетаксономические группы – грамположительные (Гр+) и грамотрицательные (Гр-). Данное деление коррелирует с очень большим числом морфофункциональных, метаболических и генетических признаков. Клеточная стенка прокариот является полифункциональным органоидом, выведенным за пределы цитоплазмы и несущим значительную метаболическую нагрузку клетки.

2. Активированный ацильный остаток полностью окисляется до СО2. наряду с окислительным декарбоксилированием пирувата является конечным путём окислительного катаболизма всех видов биомолекул. Играет важную роль в энергетическом обмене организма. Образует первичные доноры водорода для дыхательной цепи. Это универсальный механизм окисления ацильных групп в аэробных условиях. Выполняет не только катаболическую функцию но и связан с процессами анаболизма.

3. Синтез белка отличается от других матричных биосинтезов тем, что между матрицей и продуктом нет комплементарного соответствия. Поскольку матрица построена из 4 нуклеотидов, а продукт, полипептидная цепь, — из 20 аминокислот, существует определенный закон шифрования аминокислот в нуклеотидной последовательности матрицы, т.е. биологический код. Необходимые компоненты: аминокислоты, тРНК, мРНК, рибосомы, АТФ, ГТФ, белковые факторы, ионы магния. События на рибосоме включают этапы инициации, элонгации и терминации.

Три этапа реализации генетической информации. 1 репликация происходит образование дочерних молекул ДНК, первичная структура которых идентична родительской ДНК. Репликация ДНК является ключевой функцией делящейся клетки и частью таких биологических процессов, как рекомбинация, транспозиция и репарация. 2 транскрипция, генетическая информация, записанная в первичной структуре ДНК, переписывается в нуклеотидную последовательность РНК (синтез молекулы РНК на матрице ДНК). 3 трансляция генетическая информация, содержащаяся уже в нуклеотидной последовательности молекулы РНК, переводится в аминокислотную последовательность белка.

Центральная Догма молекулярной генетики гласит, что информация, передающаяся по наследству, закодирована в ДНК (хромосомах), копируется на РНК, а оттуда передается комплексам синтезирующим белок

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17.1 Надмембранные структуры бактерий представлены клеточной стенкой, которая служит основой для подразделения их на две нетаксономические группы – грамположительные (Гр+) и грамотрицательные (Гр-). Данное деление коррелирует с очень большим числом морфофункциональных, метаболических и генетических признаков. Клеточная стенка прокариот является полифункциональным органоидом, выведенным за пределы цитоплазмы и несущим значительную метаболическую нагрузку клетки.

У Гр+ бактерий клеточная  стенка устроена в целом более просто. Непосредственно к цитоплазматической мембране прилегает жесткий муреиновый слой. В тесном контакте с ним находятся тейхоевые кислоты. Им приписывают роль аккумуляторов катионов и регуляторов ионного обмета между клеткой и окружающей средой. Наружные слои клеточной стенки образованы белком в комплексе с липидами. У некоторых видов бактерий обнаружен слой поверхностных белковых глобул, форма, размер и характер расположения которых специфичны для каждого вида. Внутри клеточной стенки, а также непосредственно на ее поверхности помещаются ферменты, расщепляющие субстраты до низкомолекулярных компонентов, которые в дальнейшем транспортируются через плазматическую мембрану внутрь клетки. Здесь же находятся ферменты, синтезирующие внеклеточные полимеры, например, капсульные полисахариды. Полисахаридная капсула, обволакивающая снаружи клеточную стенку ряда бактерий, имеет в основном частно-приспособительное значение, и ее присутствие не обязательно для сохранения жизнедеятельности клетки. Капсула обеспечивает прикрепление клеток к поверхности плотных субстратов, аккумулирует некоторые минеральные вещества и у патогенных форм препятствует их фагоцитированию.

У Гр- бактерий клеточная  стенка устроена сложнее и ее физиологическое значение несравненно шире. Помимо муреинового слоя ближе к поверхности располагается вторая белково-липидная мембрана, в состав которой входят липополисахариды. Она ковалентно связана с муреином сшивками из молекул липопротеина. Основная функция этой мембраны – роль молекулярного сита. Кроме того, на ее наружной и внутренней поверхностях находятся ферменты. Липополисахариды обеспечивают иммуноспецифичность клетки и отвечают за первые этапы взаимодействия клеток друг с другом и паразитами прокариот – бактериофагами. Пространство, ограниченное наружной и цитоплазматической мембраной, носит название периплазматического и является уникальной принадлежностью Гр- бактерий. В его объеме локализуется целый набор ферментов – фосфатаз, гидролаз, нуклеаз и других. Они расщепляют сравнительно высокомолекулярные питательные субстраты, а также разрушают собственный клеточный материал, выделяемый в окружающую среду из цитоплазмы. Периплазматическое пространство можно уподобить лизосоме эукариот. В зоне периплазмы оказывается возможным не только максимально эффективное протекание ферментных реакций, но и изоляция от цитоплазмы соединений, представляющих угрозу для ее нормального функционирования.