6681

Существование клеток во времени и пространстве. Клеточный цикл и его регуляция

Контрольная

Биология и генетика

Существование клеток во времени и пространстве. Клеточный цикл и его регуляция. Универсальные химические соединения - нуклеиновые кислоты. Они состоят из 3 компонентов, связанных между собой: азоистого основания (А,Г,Ц,Т,У), 2-дезокси - Д ...

Русский

2013-01-07

21.53 KB

1 чел.

Существование клеток во времени и пространстве. Клеточный цикл и его регуляция.

Универсальные химические соединения – нуклеиновые кислоты. Они состоят из 3 компонентов, связанных между собой: азоистого основания (А,Г,Ц,Т,У), 2-дезокси – Д – рибозы, Д – рибозы и остатка фосфорной кислоты. Молекулярная масса ДНК от 200000 до нескольких миллионов дальтон. Длина ДНК у млекопитающих до 1 метра, у эукариот ДНК почти полностью находится внутри ядра. У определенного вида в соматических клетках количество ДНК одинаково и зависит от числа хромосом. У человека в костном мозгу – 0,87 пг/клетку, в печени – 1 пг/клетку, в головном мозгу – 0,68, сперматозоидах – 0,33. каждый живой организм имеет свою собственную последовательность ДНК (нуклеотидный состав ДНК). Поэтому она используется в медицине и криминалистике (последовательность нуклеотидов у человека индивидуальна). Нуклеотидный состав соматических клеток постоянен в любом возрасте, при любых физиологических обстоятельствах. Молекулы ДНК идеально подходят для хранения информации благодаря стабильности, сложному строению, гигантским размерам. Именно они и позволяют информации из ядра передаваться в цитоплазму на рибосомы. Для этих целей служит посредник – РНК (м-РНК, и-РНК), которая живет меньше - это способ превращения матрицы ДНК в мобильную форму. Кодом в молекуле ДНК является порядок расположения пар нуклеотидов. Участок молекулы ДНК, несущий информацию о строении одного белка или макромолекулы называется геном. На каждом участке ДНК в один ген синтезируется своя и-РНК. Молекула ДНК эукариотической клетки несет как бы избыточную информацию, что объясняется тем, что некоторые последовательности ДНК повторяются несколько раз и присутствуют в виде нескольких копий(100,1000 и более). Такие последовательности – повторяющиеся, если нуклеотидная последовательность находится в единственном числе – уникальная последовательность. Повторяющиеся последовательности бывают: высокоповторяющиеся (повторяются млн. или более раз), умеренно повторяющиеся(1000 – 100000 копий, чаще 300). Высокоповторяющиеся не транскрибируются, но подвергаются репликации в первую очередь. Участвуют в конъюгации хромосом во время мейоза.

Умеренно повторяющиеся последовательности могут перемещаться по геному и переходить из одного участка ДНК в другой – мобильные (прыгающие) гены. Перемещаясь из одного участка ДНК в другой? могут захватывать чужие участки генов, переносить их в другое место и вызывать мутации. Любая клетка содержит латентный онкоген. Мобильные гены могут запустить латентный ген рака.

Уникальные последовательности ДНК не имеют копий в геноме и транскрибируются.

По способности к окрашиванию выделяют:

-эухроматин

-гетерохроматин (ярко окрашенный)

а) факультативный

б) структурный

Факультативный гетерохроматин постоянно конденсирован. Присутствует только в одной из гомологичных хромосом. Участки структурных генов подавлены, не функционируют – половой хроматин. Широко используется в экспресс  диагностике.

Структурный гетерохроматин постоянно конденсирован. Присутствует в соответствующих участках гомологичных хромосом (в 2х), репрессирован, часто приурочен к центромере.

Эухроматин деконденсированные. Раскрученные участки хроматина. С них начинается считывание наследственной информации.

 

Состав хроматина:

-ДНК   15%

-РНК   10%

-гистоновые белки (основные) 65%

-негистоновые белки (кислые) 5%

-фосфолипиды  5%

Участки с гистоновыми белками – не транскрибируются, они заблокированы. У молодой клетки, только появившейся после деления, все части удваиваются.

Клеточный цикл клетки – период ее существования от появления до собственного деления или гибели. Митотический и жизненный цикл совпадают в часто делящихся клетках.

Жизненный цикл клетки

- интерфаза

- собственный цикл деления

Растущая неделящаяся клетка отличается от делящихся клеток. Интерфаза длиннее клеточного деления. Типичный жизненный цикл клетки составляет 20 часов, период деления – 1 час. При оптимальных условиях для однотипных клеток продолжительность клеточного цикла (время, необходимое для выполнения точной программы, заложенной в клетке) одинаково. При описании жизненного цикла выделяют несколько фаз. Впервые они были установлены в 1953 году А.Хоуардом и С.Пемгом.

S - фаза синтеза ДНК

G1 – постмитотическая (пресинтетическая) фаза

G2 - постсинтетическая (премитотическая) фаза

М – митоз

После формирования клетки в G1 происходит увеличение объема ядра и цитоплазмы. Синтез белков, синтез РНК, синтез АТФ(30-40% клеточного цикла) усиливается. После G1 фазы начинается S фаза. Происходит точная репликация ДНК и редупликация хромосом. Синтез ДНК происходит по полуконсервативному механизму: каждая цепь ДНК копируется. Синтез происходит по участкам. Существует система, устраняющая ошибки при редупликации ДНК (фоторепарация, дорепродуктивная и пострепродуктивная репарации). Процесс репарации очень долог: до 20 часов, и сложен. Ферменты – рестриктазы вырезают неподходящий участок ДНК и достраивают его заново. Репарации никогда не протекают со 100% эффективностью, если бы это было, Не существовала бы эволюционная изменчивость. Пострепродуктивная репарация происходит в G2 фазе. В G2 фазе(10-20%) происходит синтез белка. Метаболический смысл не ясен. Некоторые клетки в течение длительного времени не выполняют своих функций, в них не протекают метаболические процессы (клетка заклинена в G1или G2 – это G0 фаза – фаза относительного покоя). Для каждой фазы есть свое время. S, G2 не зависят от изменения внешней среды, время постоянно. У человека S фаза – 6-10 часов, G2 фаза – 2-5 часов, G1 фаза по продолжительности варьируется. Если долгая – клетка покоящаяся. Многие клетки (особенно дифференцированные) не способны к делению. Это позволяет им выполнять свои функции в максимальном количестве с максимальной интенсивностью. Особые регуляторные механизмы удерживают клетки в состоянии покоя. Они выполняют все функции, синтезируют белок. Однако многие дифференцированные клетки способны к делению, митоз делится на 2 фазы: собственно митоз и цитокинез. Биологическая роль митоза: точное, идентичное распределение дочерних хромосом с содержащимся в них наследственным материалом в ядрах.

Продолжительность митоза (клетки крови мышей)

43-90 минут

25-30 6-15 8-14 9-26

профаза метафаза анафаза телофаза

Метафазные хромосомы укомплектованы (как у бактериофага). Они изучаются при медицинском анализе для определения кариотипа. В результате деления возникают 2 клетки с одинаковым набором наследственной информации(2п2с). Продолжительность жизни клетки зависит от гормонального баланса, возраста, условий среды, размера, плоидности, количества ядер, степени дифференциации (чем больше дифференцирована клетка, тем меньше она делится митозом), мало зависит от пола. Митотическая активность в разных клетках приходится на разное время (часто на утренние часы), поэтому плановые хирургические операции проводят утром. Другие способы деления: амитоз, эндомитоз (хромосомы удваиваются, клетки не удваиваются).

Организм животных растет до определенного размера (в пределах нормы реакции). Это связано с тем, что рост происходит за счет увеличения размера клеток. А также их числа. Рост клеток замедляется, и рост организма прекращается. В организме есть центры активной гибели и активного клеточного замещения.

Центры активной гибели и активного замещения клеток.

-покровные клетки (ткани)

-кровеносная система

-репродуктивная система

-пищеварительная система.

Ежегодно человек теряет 1-2% клеток из-за их гибели. Каждые 7 лет происходит замена всех клеток. Ежедневно несколько миллиардов клеток образуются в организме человека. Эпителий тонкого кишечника человека обновляется через 7-8 дней. Организм человека в целом состоит из 60 биллионов клеток.2 млрд. эритроцитов ежедневно замещаются.

При метаморфозе у некоторых организмов происходит удаление одного фенотипа и замена его другим фенотипом. Это определенная программа приобретения и утраты клеток. Она дифференцирована во времени. Размеры у амфибий не меняются, но у головастика растут конечности, исчезает хвост, ткани дыхательной, выделительной, пищеварительной систем замещаются. Затрагиваются все структуры, заменяются новыми. Жабернодышащий, с хвостом, выделяющий аммиак, травоядный головастик становится лягушкой с воздуходышащей системой, без хвоста и с 4мя конечностями, выделяет мочевину и питается насекомыми. Процесс управляется тироксином. В процессе эмбриогенеза многие органы образуются путем впячивания, развитие и смерть клеток имеют место в едином процессе (образование глаз, пальцевых лучей, отделение губ от десен). Такое развитие нормально, гибель клеток также нормальна. В случае нарушения процесса деления клеток и их гибели, один из процессов начинает преобладать. В каждой клетке есть кейлоны и антикейлоны (гликопротеины, гормоны данного вида). Они могут определять положение клетки в G0 (антикейлон стимулирует деление). У взрослого организма кейлоны и антикейлоны в одинаковом количестве.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81495. Биосинтез мочевины. Связь орнитинового цикла с ЦТК. Происхождение атомов азота мочевины. Нарушения синтеза и выведения мочевины. Гипераммонемии 382.01 KB
  Мочевина - основной конечный продукт азотистого обмена, в составе которого из организма выделяется до 90% всего выводимого азота. Экскреция мочевины в норме составляет 25 г/сут. При повышении количества потребляемых с пищей белков экскреция мочевины увеличивается.
81496. Обмен безазотистого остатка аминокислот. Гликогенные и кетогенные аминокислоты. Синтез глюкозы из аминокислот. Синтез аминокислот из глюкозы 162.72 KB
  В ходе катаболизма аминокислот происходит отщепление аминогруппы и выделение аммиака. Другим продуктом дезаминирования аминокислот служит их безазотистый остаток в виде α-кетокислот. Катаболизм аминокислот происходит практически постоянно. За сутки в норме в организме человека распадается примерно 100 г аминокислот, и такое же количество должно поступать в составе белков пищи.
81497. Трансметилирование. Метионин и S-аденозилметионин. Синтез креатина, адреналина и фосфатидилхолинов 166.74 KB
  Метальная группа метионина мобильный одноуглеродный фрагмент используемый для синтеза ряда соединений. Перенос метильной группы метионина на соответствующий акцептор называют реакцией трансметилирования имеющей важное метаболическое значение. Метальная группа в молекуле метионина прочно связана с атомом серы поэтому непосредственным донором этого одноутлеродного фрагмента служит активная форма аминокислоты. Реакция активация метионина Активной формой метионина является Sаденозилметионин SM сульфониевая форма аминокислоты...
81498. Метилирование ДНК. Представление о метилировании чужеродных и лекарственных соединений 108.02 KB
  Метилирование ДНК это модификация молекулы ДНК без изменения самой нуклеотидной последовательности ДНК что можно рассматривать как часть эпигенетическойсоставляющей генома. Метилирование ДНК заключается в присоединении метильной группы к цитозину в позиции С5 цитозинового кольца. У человека за процесс метилирования ДНК отвечают три фермента называемые ДНКметилтрансферазами 1 3 и 3b DNMT1 DNMT3 DNMT3b соответственно.
81499. Источники и образование одноуглеродных групп. Тетрагидрофолиевая кислота и цианкобаламин и их роль в процессах трансметилирования 168.87 KB
  Образование и использование одноуглеродных фрагментов. Ещё один источник формального и формиминофрагментов гистидин. Все образующиеся производные Н4фолата играют роль промежуточных переносчиков и служат донорами одноуглеродных фрагментов при синтезе некоторых соединений: пуриновых оснований и тимидиловой кислоты необходимых для синтеза ДНК и РНК регенерации метионина синтезе различных формиминопроизводных формиминоглицина и т. Перенос одноуглеродных фрагментов к акцептору необходим не только для синтеза ряда соединений но и для...
81500. Антивитамины фолиевой кислоты. Механизм действия сульфаниламидных препаратов 104.02 KB
  В медицинской практике в частности в онкологии нашли применение некоторые синтетические аналоги антагонисты фолиевой кислоты. Аминоптерин является наиболее активным цитостатикомантагонистом фолиевой кислоты; отличается высокой токсичностью вследствие чего показан лишь при тяжёлых формах псориаза. ПАБК необходима микроорганизмам для синтеза фолиевой кислоты которая превращается в фолиниевую кислоту участвующую в синтезе нуклеиновых кислот.
81501. Обмен фенилаланина и тирозина. Фенилкетонурия; биохимический дефект, проявление болезни, методы предупреждения, диагностика и лечение 261.77 KB
  Тирозин условно заменимая аминокислота поскольку образуется из фенилаланина. Метаболизм феиилаланина Основное количество фенилаланина расходуется по 2 путям: включается в белки; превращается в тирозин. Превращение фенилаланина в тирозин прежде всего необходимо для удаления избытка фенилаланина так как высокие концентрации его токсичны для клеток.
81502. Алкаптонурия и альбинизм: биохимические дефекты, при которых они развиваются. Нарушение синтеза дофамина, паркинсонизм 403.53 KB
  Нарушение синтеза дофамина паркинсонизм. Заболевание развивается при недостаточности дофамина в чёрной субстанции мозга. Для лечения паркинсонизма предлагаются следующие принципы: заместительная терапия препаратамипредшественниками дофамина производными ДОФА леводопа мадопар наком и др. подавление инактивации дофамина ингибиторами МАО депренил ниаламид пиразидол и др.