Механизмы функционирования шаперонов.
Фолдинг многих белков не застрахован от ошибок. Для больших и сложных белков препятствие на пути эффективного фолдинга столь значительны, что спонтанное их сворачивание становится невозможным. Для решения этой проблемы кл в ходе эволюции выработали большое число специализированных систем, кот осуществляют мониторинг и исправляют ошибки белкового фолдинга. Группа вспомогательных белков, обладающая этими функциями, названа ШАПЕРОНАМИ(от англ гувернантка) (управляют гомеостазом и биогенезом). Все молекулярные шапероны имеют общие основные функции, кот заключаются в распознавании, связывании и освобождении других белков в процессе их правильного сворачивания. Некот сложные белки нуждаются в шаперонах практически на каждом этапе их фолдинга, тогда как другие вообще не испытывают необходимости во взаимодействии с ними. Название групп шаперонов включ аббревиатуру Hsp (от англ белки теплового шока). Существует три основных семейства этих белков Hsp60(GroEL), Hsp70(DnaK), Hsp100(Clp).Они явл консервативными белками, т.к присутствуют практически во всех клетках орг-ов.
Фун-ии: сборка вновь образованных белков, рефолдинг(повторное сворачивание) неправильно свернутых белков, транслокация вновь образованных белков к месту их локализации(мембране).Белки с неправильным сворачиванием обладают выступающими на поверхность гидрофобными участками, кот имеют тенденцию взаимодействовать с такими же участками соседних белков, образуя труднорастворимые агрегаты. При связывании с выступающими гидрофобными участками на белках шапероны удерживают их от агрегации, и помогают достичь стабильного нативного состояния (холдерная активность шаперонов). Тенденцию к образованию агрегатов имеют белки в местах их локальной высокой концентрации во время интенсивного синтеза на полисомах. Ш необходимы на этапе образования белков.
ФУН-ИЕ: Большая часть образ-ся малых бел молек взаимод с триггер-фактором, белком-шапероном,связанный с рибосомой и осущ их правильное сворачивание.Триггер-факторы связ с рибосомами в соотн 1:1 и взаимод с короткими белками,массой до 60кДа. Триг-фак располаг на рибосоме возле сайта выхода полипептидов и связ с гидрофобн ароматич ак, участками стабилизируют растущие белковые цепи в состоянии компетенции для посл их правильн сворачивания. Принятие нативной конф(65-80%)с пом шаперонов. В процессе сворачивания более длинных полипептидн цепей шаперонные функции триггер-фак перекрываются главной шаперонной системой прокариот,DnaK, а также шаперониними GroEL/S,кот совместно осущ функ-и. Основным компонентом клеточной сети молекул-х шаперонов- белки Hsp70.Фун-ии шаперонов этого сем-а основаны на их взаимодействии с гидрофобными пептидными сегментами белков за счет энергии АТФ, что определяет их роль в поддержании гомеостаза и контроле качества клеточных белков.(взаимод на рибосоне синтезе) этот белок связ с отд участками полипеп цепи, образуя прочные комплексы, удерживая цепь в развернутом состоянии, сигнал связ-гидрофоб участки. DnaK фун-ет совместно с кошапер DnaJ(шап40) они предотвр агрегацию нативных белков посредством связ с гидроф уч молек субстрата (фолдерная активн-удержание). J-может сам предотвр агрегацию.DnaK состоит из аминотерминального АТФазного домена, и карбоксильного пептидсвяз домена.-подраз на 2 субдом-бетта-спир структура с камерой, и альфа-роль задвижки камеры. Мишени связывания- короткие фрагменты, содер около 7ми ак остатков,обычно гидроф в цент части, им остатки изолейцина и лейцина.DnaK-взаим посред гидроф связыв и обр водород связей с белков скелетом.быстрое связыв происх при наличи АТФ в молекуле DnaK. J-фун как шаперон и побужд к связыв K.Е-индуцирует освобождение АДФ из К при повторн связ АТФ диссоц-заверш цикл!
№6
1. Морфология бактерий. Структура, химический состав и функции компонентов прокариотной клетки. Рост и развитие бактерий.
2. Фототрофная функция растений. Типы пластид, их взаимосвязь и различия. Хлоропласты, их ультраструктурная организация.
3. Схема создания рекомбинантных ДНК. Генно-модифицированные организмы.
Морфология бактерий. Структура, химический состав и функции компонентов прокариотной клетки. Рост и развитие бактерий.
В среднем линейные размеры бактерий лежат в пределах 0,5 – 3 мкм. Они не имеют оформлен ядро, ДНК не окружена мембраной, а в виде кольцевой хромосомы свободно расположена в цитоплазме. Область цитоплазмы, в к-й расп кольц хромосома, наз нуклеоидом, она менее плотная и не сод др органелл. Вне нуклеоида им плазмиды (эписомы). Геном бактерий – сумма всех генов клетки, к-е находятся не только в хромосоме, но также в плазмидах или бактериофагах.
Формы прокариот: кокки; диплококки; сарцина; стрептококк; колония сферической формы; палочковидные бактерии; спириллы; вибрион; бактерии, им форму замкнутого или незамкнутого кольца; бак, обр выросты; бак червообраз формы; бак клетка в форму 6-угол звезды и др. Форма клетки прокариот опр-ся жесткой клеточной стенкой. У ряда бактерий клет стенка довольно эластична, поэтому они способны менять форму клеток, напр, путем периодического изгибания. Известны и такие прокариоты, к-е совсем не имеют клеточной стенки (L-формы бактерий).
Строение, хим состав и функции компонентов прокариотной клетки.
Поверхностные кл структуры: клеточная стенка, капсула, слизистый чехол, жгутики, ворсинки.
Цитоплазматические кл стр-ры: ЦПМ, нуклеоид, рибосомы, цитоплазма, хроматофоры, хлоросомы, пластинчатые тилакоиды, фикобилисомы, трубчатые тилакоиды, мезосома, аэросома (газовые вакуоли), ламеллярные стр-ры.
Запасные в-ва: полисахаридные гранулы, гранулы поли-бета-оксимасляной к-ты, гранулы полифосфата, цианофициновые гранулы, карбоксисомы, включения серы, жировые капли, углеводородные гранулы.
Клеточная стенка располагается под капсулой или слизистым чехлом или же непосредственно контактирующий с внешней средой. Служит механическим барьером м/у протопластом и внешней средой и придает клеткам определ форму, дает возможность кл сущ-ть в гипотонических растворах. В зависимости от строения кл стенки прокариоты делятся на 2 гр: грамположительные (фиксированные кл прокариот обрабатываю кристаллическим фиолетовым, затем йодом=> окрашен комплекс. После обработки спиртом клетки остается окрашенными), грамотрицательные (окрашен комплекс вымывается, клетки обесцвечиваются). В состав кл оболочки прокариот вход 7 разл хим в-в. У Г+ пептидогликан составляет основную массу в-ва кл стенки (от 50 до 90%), у Г- его сод-е в кл стенке значительно ниже (1-10%), кл стенка цианобактерий сод от 22 до 52% пептидогликана.
Помимо пептидогликана в состав стенок Г+ (роды Staphylococcus, Bacillus) прокариот входят тейхоевые к-ты (полимеры, построенные на основе рибита (5-атомный спирт) или глицерина (3-атом спирт), остатки к-х соед м/у собой фосфодиэфирными связями; полисахариды, белки и липиды.
Кл стенка Г- (роды Salmonella, Escherichia): ЦПМ, пептидогликан, периплазматическое пространство, наружная мембрана, мол-лы белков, фосфолипиды, липополисахариды.
Прокариоты без кл стенки: в лаб усл при возд-и хим в-вами получ формы с частично (сферопласты) или полностью (протопласты) отсут кл стенкой. Обнаружены они и в природе – микоплазмы, сапрофиты и внутриклет паразиты раст и жив-х.
Пептидогликан: полисахаридный остов мол-лы псотроен из чередующихся остатков N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовой к-ты, соед-х м/у собой посредством ьета-1,4-гликозидных связей.
Жгутики и мех-мы движения: расположение жгутиков у полюсов или в полярной обл клетки (полярное или субполярное расположение), вдоль бок поверхности (латеральное располож). По расположению жгутиков бактерии подразделяются на монотрихи – бактерии с одним жгутиком на конце (вибрионы) или сбоку тела; лофотрихи – бактерии с пучком жгутиков на одном конце (псевдомонады); амфитрихи– с пучком жгутиков на двух концах (спириллы), перитрихи– бактерии с большим количеством жгутиков, расположенных по всей поверхности клетки (энтеробактерии, протей, маслянокислые бациллы и др.).Обычная толщина жгутика 10-20 нм, длина 3-15 мкм. Жгутик состоит из 3 частей: нить (фибрилла, состоит из флагеллина, с/ед к-го уложены в виде спирали, внутри к-й проходит полый канал), крюк и базальное тело. Нить с помощью крюка прикреплена к баз телу, вмонтированному в ЦПМ и кл стенку. наращивание жгутика происх с дистальн конца, куда с/ед поступают по полому каналу.
Крюк (толщ 20-45нм): обеспеч гибкое соед-е нити с базал телом.
Базал тело сод 11 разл белков и пред собой систему из 2 (Г+) или 4 (Г-) колец, нанизан на стержень. 2 внутрен кольца (М и S) – обяз составные части баз тела, наауж кольца Р и L присутст только у Г- бактерий. М-кольцо локализовано в ЦПМ, S-к расп в п/пл прос-ве Г- или в пептидоглик слое Г+ бактерий. Р и L локализ в п/гл слое и наруж мембране. Ф-ия колец Р и L сводится к тому, чтобы обеспеч наилуч крепление стержня, проход ч/з кл стенку Г- бактерий. С-кольцо (мотор) распол в цитоплазме, во внут кольцах баз тела.
Движение жгутиковых прокариот обеспечивается энергией трансмембранн электрохим потенциала (дельта ню аш).
Ворсинки (фимбрии, пили) постр из пилина. Они тоньше жгутиков, не уч-т в движении. Наиболее хорошо изучены половые ворсинки (F-пили), приним участие в пол процессе бактерий: обеспеч контакт м/у донором и реципиентом, слажу конъюг мостиком, по к-му происходит передача ДНК. Предполагается, что ворсинки приним участие в транспорте метаболитов, прикреплении бак к субстрату, ч/е пили могут проникать вирусы.
Мембрана – обяз структур эл-т любой кл. у бол-ва прокариотных клеток ЦПМ – един мембрана. В кл-х фототрофных и ряда хемотрофных прокариот сод-ся также мембр стр-ры, располаг в цитоплазме и получ название внутрицитоплазм мембран. Хим состав мембран прокариот: ЦПМ – белково-липид комплекс (50-75% б и 15-45% л) с небол кол-вом углеводов. Главн липид компонент – фосфолипиды (основные ф/л бактерий – фосфатидилглицерин и кардиолипин (=дифосфатидилглицерин), в меньших кол-вах – фосфатидилинозит, фосфатидилэтаноламин, аминокислот производные фосфатидилглицерина). Также присут разл гликолипиды, стерины отсутств у бол-ва прокариот, кроме пред-лей групп микоплазм и цианобактерий. Главная ф-я липидов – поддерж мех стабильности мембран и придание ей гидрофоб св-в.
При изучении белк состава прокариот не было обнаружено к-л универс структурного белка. Бол-во мебр липидов образ бислои, в к-х полярные головки мол-л обр наружу, я гидрофоб хвосты погруж в толщу мембраны. «Жидкая» (разжиженная) стр-ра мембран обеспеч свободу белков, что явл необх для осущ процессов транспорта электронов и в-в ч/з мембрану.
ЦПМ прокариот вып ф-ии: барьерная, избирательное поступление в-в и ионов, участие в переносе разл орг и неорг мол-л и ионов (с пом транслоказ), сод ферменты, катализирующие конеч этапы синтеза мемб липидов, компонентов кл стенки и нек-х др в-в; уч-т в превращениях кл энергии (в цпм расположены переносчики цепи элек транспорта, функционирование к-х приводит к генерированию электрохим энергии). В мембране расположены также ферментне комплексы, обеспеч превращение ээнерглектрохим энергия – АТФ. Цпм приним участие в репликации и послед разделении хромосомы прок клетки.
Мезосомы. Скорости роста ЦПМ и клеточной стенки различны, вследствие чего на ЦПМ образуются за счет впячиваний (инвагинаций) мембранные структуры, которые у гетеротрофных бактерий называются мезосомами, у фототрофных —тилакоидами, или хроматофорами. Мезосомы располагаются в зоне деления клетки и формирования клеточной перегородки и играют роль в процессе размножения бактерий. Тилакоиды - место нахождения фотосинтез. пигментов (хлорофилла и каротиноидов), ферментов и других компонентов, участвующих в фотосинтезе. Развитые и сложно орг мезосомы хар-ны для Г+, у Г- они встреч реже и устроены просто. Им данные, что с мезосомами связ усиление энергет метаболизма клеток, они играют роль в репликации хромосомы и её последующем расхождении по доч кл-м, уч в процессе инициации и форм-я попереч перегородки при кл делении. Для нек-х Г+ бактерий обнаружено участие мезосом в секреторных процессах.
• Нуклеоид(ядер.зона)— не ограниченный мембранами участок цитоплазмы, в котором расположена кольцевая молекула ДНК — «бактериальная хромосома», где хранится ген. материал клетки.
• Плазмиды — небольшие дополнительные кольцевые молекулы ДНК, несущие обычно всего несколько генов. Плазмиды не являются обязательным компонентом клетки( придают бактерии определенные полезные для нее свойства, напр.cпособность к конъюгации, устойчивость к антибиотикам, способность усваивать из среды определенные энергетические субстраты и т. д.
• Рибосомы отвечают за процесс трансляции (одного из этапов биосинтеза белка). бактериальные рибосомы несколько меньше, чем эукариот-ие (коэффициенты седиментации 70S и 80S соответственно), и имеют другой состав белков и РНК.
Рост и развитие бактерий. Под ростом прокариотной кл понимают согласованное увеличение кол-ва всех хим компонентов, из к-х она построена. После достижения определенных размеров кл начинает делиться. Размножение прокариот происходит путем деления клеток- дробление. У некоторых прокариот (актиномицеты) бесполое размножение происходит с помощью спор (конидий). При размножении бактерий в искусственных условиях (в ограниченном объеме питательной среды) в развитии культуры выделяется 4 фазы.
1 фаза – лаг-фаза. Численность бактерий увеличивается очень медленно (иногда даже снижается). Идет адаптация, синтез ферментов,к-е приспосабл кл к новой среде, адаптация к новому кислород режиму, синтез ф/синтез аппарата, репликация ДНК.
2 фаза – фаза экспоненциального роста. Численность бактерий увеличивается лавинообразно, в геометрической прогрессии. Время генерации.
3 фаза – стационарная фаза. Численность бактерий стабилизируется. Пит среда истощается, продукты метаболизма накапливаются
4 фаза – фаза отмирания. Численность бактерий начинает уменьшаться и вскоре активных бактерий не остается (автолизирование). Наличие 3 и 4 фазы связано с уменьшением концентрации питательных веществ и накоплением вредных продуктов обмена.
Диауксия при смене пит субстрата. Альтруизм
Размножение: деление на двое или бинарным путем. Клетка удлиняется => образование поперечной перегородки => расхождение дочерних клеток. У некоторых дочерние клетки не расходятся => образуются различные формы: диплоккоки, стрептоккоки (длинные цепочки). При делении бактерии со жгутиками – жгутики у материнской клетки, у дочерней вырастают позднее. Почкование – редко. Конъюгация: перед делением удвоение бактериальных хромосом, 2n фаза не продолжительная => их относят к 1n организмам.