Типы возбудимых клеток. Современные представления о структуре и свойствах мембран возбудимых клеток. ПП.

Возбуждение — ответ ткани на ее раздражение, проявляющийся в специфической для нее функции (проведение возбуждения нервной тканью, сокращение мышцы, секреция железы) и неспецифических реакциях (генерация потенциала действия, метаболические изменения).

Клетки способные к возбуждению наз-ют возбудимыми, к ним относят нервные, мышечные, железистые клетки, а т ж спец рецепторные клетки и нервные окончания.

Мембрана представлена бислоем фосфолипидных молекул, гидрофобные концы которых находятся внутри бислоя, а гидрофильные направлены в водную фазу. В фосфолипидном бислое интегрированы глобулярные белки, полярные участки которых образуют гидрофильную поверхность в водной фазе. Эти интегрированные белки выполняют различные функции, в том числе рецепторную, ферментативную, образуют ионные каналы, являются мембранными насосами и переносчиками ионов и молекул. Некоторые белковые молекулы свободно диффундируют в плоскости липидного слоя; в обычном состоянии части белковых молекул, выходящие по разные стороны клеточной мембраны, не изменяют своего положения.

Мембрана живой клетки поляризована — её внутренняя поверхность заряжена отрицательно по отношению к внешней благодаря тому, что в растворе возле её внешней поверхности находится большее количество катионов, а возле внутренней поверхности — большее количество анионов.

Мембрана обладает избирательной проницаемостью — её проницаемость для различных частиц (атомов или молекул) зависит от их размеров, электрического заряда и химических свойств (это свойство определяет плазматическую мембрану как осмотический барьер).

Мембрана возбудимой клетки способна быстро менять свою проницаемостъ для определённого вида катионов, вызывая переход положительного заряда с внешней стороны на внутреннюю.

Мембранный ПП. У нейронов поверхностная мембрана в покое электрически поляризована, т.е. имеет разный электрически потенциал наружной и внутренней поверхности. Непосредственной причиной существования потенциала покоя является неодинаковая концентрация анионов и катионов внутри и вне клетки.

Мембранный ПП образуется главным образом благодаря выходу К+ из клетки через ионные каналы. Утечка из клетки положительно заряженных ионов приводит к тому, что внутренняя поверхность мембраны клетки заряжается отрицательно относительно наружной. К+ может входить и выходить из клетки. В покое количество входящих ионов калия и выходящих его ионов уравновешивается и устанавливается так называемый калиевый равновесный потенциал, который рассчитывается по уравнению Нернста. Механизм его таков: так как электрический и конценрационный градиенты противодействуют друг другу, то калий стремится выйти наружу по концентрационному градиенту, а отрицательный заряд внутри клетки и положительный вне клетки препятствует этому. Тогда количество входящих ионов становится равным количеству выходящих ионов.

У нейронов и нервных волокон ПП обычно равен -70 мВ.

4.Ядрышко - органоид синтеза клеточных рибосом.Строение и химия рибосом, ДНК ядрышка. Строение генов рРНК. Цикл изменения структуры ядрышка в связи с его функцией.Ядрышко - плотное образование, выявляемое в интерфазных ядрах эукариотических клеток, которое формируется на определенных локусах хромосом.

Оно не является самостоятельной структурой и яв-ся местом образования рибосомных РНК и рибосом, на которых происходит синтез полипептидных цепей как в ядре так и в цп. Образование ядрышек и их число связаны с активностью и числом определенных участков хромосом - ядрышковых организаторов, расположенных в зонах вторичных перетяжек. ДНК ядрышкового организатора представлена множественными копиями генов риб-РНК: на этих генах синтезируется РНК предшественник, превращающийся в молекулы РНК, входящие в состав субъедениц рибосом. Рибосомы - это рибонуклеопротеиды, в состав которых входят белки и молекулы РНК в равных соотношениях. Рибосома состоит из большой и малой субъединиц, каждая из которых построена из единого рибонуклеопротеидного тяжа, где р-РНК взаимодействует с разными белками и образует тело рибосомы. Гены всех рРНК локализуются в ядрышковых организаторах, т. е. тех участках хромосом, которые ассоциированы с ядрышками. При этом ген самой маленькой рРНК (5S-pPHK) располагается отдельно от генов прочих рРНК. А гены остальных трех рРНК объединены в кластер. Гены рРНК представлены большим числом копий. Отсутствуют интроны, относительно высокое (чем в среднем по ДНК) содержание пар ГЦ. Длина кластера трех генов рРНК примерно 8000 н. п. В кластере гены разделены двумя спейсерами, но особенно велик спейсер между соседними кластерами — около 5000 н. п. Каждый кластер транскрибируется как единое целое: образуется 1 молекула пре-рРНК, содержащая (помимо спейсеров) последовательности всех трех рРНК.

Схема участия ядрышек в синтезе ЦП белков: на ДНК ядрышкового организатора образуется риб-РНК, одевающаяся белком, в зоне ядрышка и сборка РНК частиц - субъединиц рибосом. Рибосомы выходя из ядрышка в ядро или ЦП участвует в синтезе белка. Выделяют 2 основных компонента ядрышка: гранулярный и фибриллярный, который сосредоточен в виде центральной части ядрышка. Гранулярный по периферии. Фибриллярный компонент представляет собой рибонуклеопротеидные тяжи предшественников рибосом, а гранулы - созревающие субъединицы рибосом. Ультраструктура ядрышек зависит от активности синтеза РНК: при высоком уровне синтеза рРНК в ядрышке выявляется большое число гранул, при прекращении синтеза количество гранул снижается, ядрышки превращаются в плотные фибриллярные тельца базофильной природы. В клетках независимо от числа ядрышек количество ядрышкового материала одинаково.

5.Окислительное фосфорилирование. Механизм сопряжения процесса транспорта электронов с образованием АТФ.

О.ф. - процесс фосфорилирования АДФ с образованием АТФ, сопряженный с переносом электронов по Электроно-Траспортной Цепи митохондрий. Передача пары электронов от НАДФ на О2 сопряжен образованием 3-х молекул АТФ. По поводу окислительного фосфорилирования сущ-т 3 теории: 1) химическая, согласно которой в мтх имеются интермедиаторы белковой природы, образующие комплекс с соответствующим восстановленным переносчиком. 2) механохимическая, согласно которой энергия окисления превращается в механическую энергию, а затем в энергию высокоэнер-ой связи АТФ. 3)хемоосмотическая теория Митчелла. Химическая и механохимическая гипотезы сопряжения. Согласно химической гипотезе в митохондриях имеются интермедиаторы белковой природы (X, Y, Z), образующие комплексы с соответствующими восстановленными переносчиками. В результате окисления переносчика в комплексе возникает высокоэнергетическая связь. При распаде комплекса к интермедиатору с высокоэнергетической связью присоединяется неорганический фосфат, который затем передается на АДФ.

Согласно механохимической гипотезе, энергия, высвобождающаяся в процессе переноса электронов, непосредственно используется для перевода белков внутренней мембраны митохондрий в новое, богатое энергией конформационное состояние, приводящее к образованию АТФ.

В настоящее время наибольшим признанием пользуется хемиосмотическая теория Митчелла. По этой теории, поток электронов через систему молекул-переносчиков сопровождается транспортом ионов Н+ через внутреннюю мембрану мтх. В результате на мембране создается электрохимический потенциал ионов Н+, включающий химический, или осмотический, градиент и электрический градиент (мембранный потенциал). Согласно хемиосмотической теории электрохимический трансмембранный потенциал ионов Н+ и является источником энергии для синтеза АТФ за счет обращения транспорта ионов Н+ через протонный канал мембранной Н + -АТФазы.

Теория исходит из того, что переносчики перешнуровывают мембрану, чередуясь так, в одну сторону возможен перенос и электронов и протонов, а в другую только электронов. Ионы Н⁺ накапливаются на 1 стороне мембраны. Между 2-мя сторонами внутренней мх-мембраны в рез-те движения протонов против концентрационного градиента возникает электрохимическии потенциал. Запасенная энергия используется для синтеза АТФ как результат разрядки мембраны при обратном транспорте протонов через АТФ-азу, работающая как АТФ-синтетаза. Хотя различные формы жизни на Земле используют разные питательные вещества, АТФ является универсальным соединением, в котором запасается энергия, необходимая для других метаболических процессов. Почти все аэробные организмы осуществляют окислительное фосфорилирование. Вероятно, широкому распространению этого метаболического пути способствовала его высокая энергетическая эффективность по сравнению с анаэробным брожением.

6. История возникновения генетической инженерии. Методы, используемые в генетической инженерии.

Г. инженерия появилась благодаря работам многих исследователей в разных отраслях биохимии и молекулярной генетики.

Историю развития генетической инженерии можно условно разделить на три этапа.

Первый этап связан с доказательством принципиальной возможности получения рекомбинантных молекул ДНК in vitro. Эти работы касаются получения гибридов между различными плазмидами. Была доказана возможность создания рекомбинантных молекул с использованием исходных молекул ДНК из различных видов и штаммов бактерий, их жизнеспособность, стабильность и функционирование.

Второй этап связан с началом работ по получению рекомбинантных молекул ДНК между хромосомными генами прокариот и различными плазмидами, доказательством их стабильности и жизнеспособности.

Третий этап - начало работ по включению в векторные молекулы ДНК (ДНК, используемые для переноса генов и способные встраиваться в генетический аппарат клетки-рецепиента) генов эукариот, главным образом, животных. Формально датой рождения генетической инженерии следует считать 1972 год, когда в Стенфордском университете П. Берг, С. Коэн, Х. Бойер с сотрудниками создали первую рекомбинантную ДНК, содержавшую фрагменты ДНК вируса SV40, бактериофага и E. coli. Методы г. инженерии позволяют провести генетическую паспортизацию, диагностировать генетические заболевания, создавать ДНК-вакцины, проводить генотерапию различных заболеваний. Технология рекомбинантных ДНК использует следующие методы:

специфическое расщепление ДНК рестрицирующими нуклеазами, ускоряющее выделение и манипуляции с отдельными генами;

быстрое секвенирование всех нуклеотидов очищенном фрагменте ДНК, что позволяет определить границы гена и аминокислотную последовательность, кодируемую им;

конструирование рекомбинантной ДНК;

гибридизация нуклеиновых кислот, позволяющая выявлять специфические последовательности РНК или ДНК с большей точностью и чувствительностью, основанную на их способности связывать комплементарные последовательности нуклеиновых кислот;

клонирование ДНК: амплификация in vitro с помощью цепной полимеразной реакции или введение фрагмента ДНК в бактериальную клетку, которая после такой трансформации воспроизводит этот фрагмент в миллионах копий;

введение рекомбинантной ДНК в клетки или организмы.