Оперонная регуляция синтеза белка

Ген-регулятор О п е р о н

Ген-регулятор Промотор Оператор А В С Терминатор

Транскрипция Т р а с к р и п ц и я

мРНК

Белок-регуляторТ р а с л я ц и я

ЭффекторБелок А Белок В Белок С

Регуляция на уровне трансляции

· Количество определённого фермента ( белка ) в клетке может регулируется наличием реактивного субстрата ( веществ , взаимодействие между которыми катализирует данный фермент ) , т. е. синтез ( трансляция ) фермента идёт активно только в случае эти вещества присутствуют в клетке и прекращается , когда они удаляются из клетки

· Такой тип регуляции синтеза фермента называется индукцией , а вещество , вызывающее этот синтез - индуктором

Реакции маиричного синтеза

Реакции матричного синтеза – ферментативнее реакции быстрого синтеза макромолекул , происходящие тольков живых клетках ( в настоящее время осуществлён in vitro )

· К реакциям матричного синтеза относятся реакции репликации молекул ДНК , трнскрипция ( синтез РНК ) , биосинтез белка – трансляция

· Протекают при следующих условиях :

1. Информационная матрица – молекула , присутствущая в процессе в единственном числе и содержащая информацию о порядке и последовательности синтеза

2. Ферменты ( зависимые синтетазы , полимеразы )

3. Сырьё – низкомолекулярные органические вещества ( нуклеотиды , аминокислоты )

4. Источник энергии –АТФ , макроэрги

5. Соответствующий органоид клетки ( ядро , рибосомы )

Воспроизведение ( деление ) клеток

Жизненный цикл клетки

Жизненный ( клеточный ) цикл – жизнь клетки от момента её возникновения в результате деления материнской клетки до окончания её собственного деления или смерти

· Жизненный цикл включает :

1. Период покоя ( ближайшая судьба клетки не определена , возможна подготовка к следующему делению или функциональная дифференцировка )

2. Период дифференцировки и специализации ( приобретения клеткой тканевой видоспецифичности )

Период выполнения клеткой многоклеточного организма специфических функций

4. Подготовка к предстоящему делению ( митозу )

5. Деление клетки - митоз

· Биологический смысл этих процессов – преемственность структурно-функциональной организации материнской клетки в ряду клеточных делений

· Обязательным компонентом клеточного цикла является митотический цикл

Митотический ( пролиферативный )цикл – комплекс процессов подготовки клетки к делению и самого деления ( интерфаза и митоз )

· В митотическом цикле выделяют интерфазу и митоз (М)

Интерфаза – совокупность процессов , подготавливающих клетку к предстоящему делению

Процессы интерфазы

· Включает три периода

1. Пресинтетический , или постмитотический – G₁

- следует непосредственно за делением клетки , самый продолжительный по времени – от 10 часов до нескольких суток ( у неделящихся клеток это единственный период митотического цикла )

- осуществляется рост клетки ( увеличение объёма цитоплазмы и количества органелл )

- активный синтез структурных и функциональных белков и РНК

- формула ядра клетки 2n2c

2. Синтетический - S

- самый главный в интерфазе и митотическом цикле ( в делящихся клетках млекопитающих он длится 6-10 ч. )

- осуществляется синтез ядерной ДНК и редупликация хромосомных структур ( содержание ДНК удваивается , каждая хромосома становиться двунитчатой , т. е. состоит из двух хроматид – идентичных молеку ДНК )

v Если число хромосом в гаплоидном наборе обозначать буквой - n ( в диплоидном наборе соответственно – 2n) , а число молекул ДНК , необходимых для образования гаплоидного набора хромосом обозначать буквой (с) , то можно записать формулу ядра соматической клетки на разных стадиях митотического цикла . До S – периода каждая хромосома состояла из одной молекулы ДНК , следовательно формула ядра диплоидной клетки в G₁ имеет вид 2n2c

v После репликации в S – периоде , когда ДНК каждой хромосомы себя удваивает , суммарное количество ДНК в ядре увеличивается вдвое и формула клетки приобретает вид 2n4c

- продолжение синтеза белков и РНК

- формула ядра клетки 2n4c

3. Постсинтетический – G₂

- продолжается 3 – 4 часа

- усиление биосинтеза белка и РНК ( образование компонентов нитей веретена деления )

- деление митохондрий и хлоропластов ( их число удваивается )

- удвоение центриолей

- активный синтез АТФ ( накопление энергии для предстоящего деления )

- формула ядра клетки 2n2c

- клетка приступает к делению

Деление клетки

· Включает два этапа

1. кариокинез– деление ядра

2. цитокинез– деление цитоплазмы с органоидами

· Описано три способа деления эукариотических клеток : митоз ( непрямое деление ) , амитоз ( прямое деление ) , мейоз ( редукционное деление )

Митоз ( непрямое деление , кариокинез )

Митоз – непрямое деление соматической клетки, приводящее к образованию двух дочерних клеток с числом хромосом , равным числу хромосом в материнской клетке, что обеспечивает преемтсвенность структурно-функциональной организации материнской клеткив ряду поколений

· Основной способ деления эукаритических клеток ( был открыт в клетках растений И. Д. Чистяковым , рус. в 1874 г. , детальные исследования поведения хромосом в митозе выполнены Э. Страсбургером и В. Флемингом , нем.. в 1882 г. на животных )

· Фактором , запускающим митоз , является изменение ядерно-плазматических отношений – отношения объёма ядра к объёму цитоплазмы

· Представляет собой непрерывный процесс , но для удобства изучения биологи делят его на четыре последовательные стадии : профазу , метафазу , анафазу и телофазу

q Профаза

- клетка округляется , обособляется от соседних клеток и перестаёт выполнять свои функции

- спирализация ( конденсация ) хромосом , в результате чего они укорачиваются , утолщаются и приобретают характерную для данного вида организмов морфологию ( видно в световой микроскоп , что хромосомы двойные – состоят из двух хроматид , соединённых в области первичной перетяжки особой структурой – центромерой )

- исчезает ядрышко

- фрагментируется ( распадается на отдельные цистерны ) под действием ферментов лизосом ядерная оболочка и цитоплазма смешивается с кариоплазмой

- центриоли расходятся к полюсам клетки

- происходит образование веретена деления ( ахроматинового веретена ) , которое формируется из микротрубочек путём полимеризации белковых субъединиц ( микротрубочки образуются со стороны центриолей либо со стороны хромосом , как у растений ) ; веретено деления поляризует клетку

q Метафаза

- завершение образования веретена деления , которое состоит из микротрубочек двух типов : хромосомные , которые связываются с центромерами хромосом и полюсные ( направляющие , опорные ) которые тянутся от полюса к полюсу

- завершается спирализация хромосом и они приобретают максимальную компактность ( изучение кариотипа , т. е. подсчёт числа и изучение формы хромосом производится именно в этой стадии )

- хромосомы приобретают направленное движение в область экватора клетки и располагаются на равном удалении от полюсов , образуя метафазную , или ( экваториальную ) пластинку ; все хромосомы соединены с нитями веретена деления в области специализированных участков - центромеры ( кинетохора )

- происходит обособление хроматид , т. е. их плечи лежат отдельно друг от друга , между ними появляется разделяющая их щель , но они по прежнему соединены в области центромеры

q Анафаза

- происходит деление центромер двухроматидных хромосом ( из каждой хроматиды образуется отдельная дочерняя хромосома , обладающая собственной центромерой )

- дочерние хромосомы с помощью сокращения микротрубочек веретена деления расходятся к противоположным полюсам клетки

v Расхождение хромосом осуществляется быстро и всех одновременно , как « по команде » , участки хромосом , связанные с центромерами , движутся быстрее , чем их концы , в результате хромосомы изгибаются в виде шпилек , концы которых повёрнуты в сторону экватора клетки ) ;

- происходит строго равномерное разделение хромосом по полюсам клетки ; в это время в клетке находится два диплоидных набора хромосом , т.к . количество хромосом определяется числом центромер ( формула клетки 4n4c по 2n2c у полюсов )

q Телофаза

- происходят процессы обратные тем , которые наблюдались а профазе

- деспирализация ( деконденсация ) хромосом , они становятся невидимыми в световой микроскоп

- вокруг хромосом у каждого полюса из мембранных цистерн ЭПС образуется ядерная оболочка

- восстанавливается ядрышко ( дочерние ядра приобретают строение , сходное с интерфазным )

- разрушается веретено деления

- происходит цитокинез ( цитотомия ) – разделение цитоплазмы и её органелл с образованием двух дочерних клеток с идентичным набором хромосом ( клеточная формула дочерних клеток вновь становиться 2n2c ) ; при этом цитоплазма и клеточные компоненты распределяются между дочерними клетками неравномерно

v в клетках животных плазматическая мембрана впячивается внутрь в области экватора , образуя перетяжку , разделяющую дочерние клетки

v в клетках растений , начиная с внутренней области из сливающихся пузырьков комплекса Гольджи и ЭПС образуется клеточная мембрана , которая делит клетку на две дочерние

v Продолжительность митоза от нескольких минут ( в яйцеклетках во время их дробления ) до нескольких часов ( в клетках корешка гороха – 150 – 170 минут ) ; с повышением температуры среды митоз ускоряется ; самые продолжительные профаза и телофаза ( в среднем около часа )

q Главные события митотического цикла :

- редупликация ( самоудвоение ) наследственного материала ( числа хромосом ) материнской клетки

- равномерное распределение этого материала между дочерними клетками

v В зависимости от митотической активности выделяют следующие ткани :

q Стабильные ткани – клетки не делятся , количество клеточной ДНК постоянно , происходят только возрастные изменения ( клетки центральной и периферической нервной системы )

q Растущие ткани – ткани , в которых клетки существуют в течение всей жизни организма , но некоторые из них делятся , вызывая увеличение размеров органов ( ткани почек , желёз внутренней секреции , скелетная и сердечная мускулатура )

q Обновляющиеся ткани – во многих клетках происходит митоз , в результате чего погибающие клетки заменяются вновь образующимися ( слизистые желудочно-кишечного тракта , эпидеомис , костный мозг , семенники , эпителиальные клетки дыхательной , пищеварительной и мочеполовой систем )