Методичка - биология в рисунках и схемах

а) периферические - примыкают к билипидному слою. б) интегральные - пронизывающие полностью,

в) полуинтегральные - наполовинуНад мембранной - надмембранный комплекс (гликокаликс), состоящий из гликопротеинов и гликолипидов

(олигосахаридов).

Ф-ии мембраны:

1.барьер

2.поддержание постоянной формы клетки

3.обеспечение связи клеток

4.избирательная проницаемость

Св-ва мембраны:

Билипидный слой способен к самосборке

Увеличение поверхности мембраны за счет встраивания в нее мембранных пузырьков

Белки и липиды расположены асимметрично в плоскости мембраны

Белки и липиды могут перемещаться в плоскости мембраны в пределах слоя

Наружная и внутренняя мембраны имеют разный заряд

Мембрана обеспечивает разделение заряженных частиц и поддержание разности потенциалов

ИСТОРИЯ

1902, Овертон находит липиды в составе пзазматической мебраны.

1925, Гортер и Грендел показывают наличие двойного слоя липидов в мембране эритроцитов.

1935, «бутербродная» модель Даниелли и Давсона (липидный бислой между двумя слоями белков)

Накопление фактов, необъяснимых с позиции «бутербродной» мембраны (мембраны очень динамичны)

1962, Мюллер создает плоскую модель искусственной мембраны

1957-1963, Робертсон формулирует понятие элементарная биологическая мембрана.

1972, создание Зингером и Николсоном жидкостно-мозаичной модели мембраны.

68. (4) Принцип компартментации. Биологическая мембрана

Высокая упорядоченность внутреннего содержимого эукариотической клетки достигается путем компартмен-

тации ее объема — подразделения на «ячейки», отлича-

ющиеся деталями химического состава. Компартментация способствует пространственному разделению веществ и процессов в клетке. Отдельный компартмент представлен органеллой (лизосома) или ее частью (пространство, отграниченное внутренней мембраной мито-

хондрии). Благодаря компартментации клеточного объ-

ема в эукариотической клетке наблюдается разделение функций между разными структурами. Образованию компартментов способствуют биологические мембраны.

Биологическая мембрана – молекулярная структура,

состоящая из белков и липидов. Липиды образуют двойной слой так, что гидрофобные концы их направлены внутрь, а гидрофильные наружу. Липиды мембраны делятся на три группы: гликолипиды, фосфолипиды, стероиды (холестерол – в животной, фитостерол - в растительной, ограничивают подвижность липидов, уменьшают текучесть, стабилизируют мембрану). Белки мембраны бывают интегральными (поргуженные в билипидный слой на разную глубину, связанные с ним ковалентной связью) и периферическими (находятся на поверхности, образуют ионную связь с липидами).

К основным функциям мембран можно отнести:

►отделение клетки от окружающей среды и формирование внутириклеточных компартментов (отсеков);

►контроль и регулирование транспорта огромного разнообразия веществ через мембраны;

►участие в обеспечении межклеточных взаимодействий, передаче внутрь клетки сигналов;

►преобразование энергии пищевых органических веществ в энергию химических связей молекул АТФ. Все мембраны построены по одному и тому же принципу, однако различные мембраны имеют свои осо-

бенности. Мембраны органелл эукариотических клеток уникальны по своему составу и по характеру выполняемых функций. Различают плазматическую, ядерную мембраны, мембраны ЭПР, комплекса Гольджи, митохондрий, лизосом.

У биологической мембраны выделяют ряд свойств:

билипидный слой способен к самосборке;

возможно увеличение поверхности мембраны за счёт встраивания в неё мембранных пузырьков (везикул);

белки и липиды ассиметрично расположены в плоскости мембраны;

белки и липиды могут перемещаться в плоскости мембраны в пределах слоя (латеральное перемещение)

наружная и внутренняя поверхности мембраны имеют разный заряд.

мембрана обеспечивает разделение заряженных частиц и поддержание разности потенциалов.

69.Принцип компартментации в клетке. Ответ проиллюстрируйте схемой

Высокая упорядоченность внутреннего содержимого клетки достигается путём компартментации её объёма – подразделения на отсеки, отличающиеся деталями хим. состава. Компартментация – пространственное разделение веществ и процессов в клетке. Компартменты – отсеки, ячейки – ядро, митохондрия, пластиды, лизосомы, вакуоли, т.к. образ мембраны.

Билипидный слой – гидрофобные хвосты

– внутрь, гидрофильные головки – наружу.

Мембранные белки:

периферические (примыкают к билипидному слою) – связ с липидными головками с помощью ионных связей; легко экстрагируются из мембран.

интегральные белки (пронизывающие – имеют каналы-поры, через к-рые проходят

водорастворимые в-ва; погруженные белки (полуинтегральные) – пронизывают наполовину) – взаимодействуют с липидами на основе гидрофобных связей.

Мембранные липиды:

фосфолипиды – ост-к ж.к. – идеальный компонент для реализации барьерной ф-ции

гликолипиды – ост-к ж.к. + ост-к а/к

холестерол – стероидный липид, ограничив подвижн-ть липидов, уменьшает текучесть, стабилизирует мембрану.

Ф-ции мембраны: барьерная (защищает внутр содерж-е клетки), поддерживает постоянную форму кл-ки; обеспечивает связь клеток; пропускает внутрь кл-ки необходимые в-ва (избират проницаемость – мол-лы и ионы проходят через мембрану с различной скоростью, чем больше размер, тем меньше скор-ть).

Свойства мембраны:

билипидный слой способен к самосборке; увелич-е пов-ти мембраны за счёт встраивания в неёмембранных пузырьков (везикул);

белки и липиды ассиметрично расположены в плоскости мембраны; белки и липиды могут перемещаться в плоскости мембраны в пределах слоя (латеральное перемещ-е); наружн и внутр пов-ти мембраны имеют разный заряд.

мембрана обеспечивает разделение заряженных частиц и поддержание разности потенциалов

70. Причины редукции числа хромосом в мейозе. Ответ проиллюстрируйте схемой

Мейоз (или редукционное деление клетки) — деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза.

Происходит в два этапа:

1.редукционный

2.эквационный этапы.

Причины редукции числа хромосом в мейозе.

Конъюгация:

Впрофазе первого, редукционного, этапа происходит попарное слияние гомологичных хромосом,

правильное протекание мейоза возможно только в диплоидных клетках или в чётных полиплоидах (тетра-, гексаплоидных и т. п. клетках).

С уменьшением числа хромосом в результате мейоза в жизненном цикле происходит:

×Переход от диплоидной фазы к гаплоидной.

×Восстановление плоидности (переход от гаплоидной фазы к диплоидной) происходит в результате полового процесса.

Этот же механизм лежит в основе стерильности межвидовых гибридов. Поскольку у межвидовых гибридов в ядре клеток сочетаются хромосомы родителей, относящихся к различным видам, хромосомы обычно не могут вступить в конъюгацию. Это приводит к нарушениям в расхождении хромосом при мейозе и, в конечном счете, к нежизнеспособности половых клеток, или гамет. Определенные ограничения на конъюгацию хромосом накладывают и хромосомные мутации (масштабные делеции, дупликации, инверсии или транслокации).

71. Различные варианты эндоцитоза. Ответ проиллюстрируйте схемой

Эндоцитоз

Эндоцитоз ‒ процесс, с помощью которого происходит перемещение веществ в клетку.

Существует три основных типа эндоцитоза:

фагоцитоз

пиноцитоз

рецепторно-опосредованный эндоцитоз

Фагоцитоз

1.Плазматическая мембрана клетки окружает макромолекулу или даже целую клетку из внеклеточной среды,

образуя фагосому.

2.Новообразованная фагосома затем сливается с лизосомой, гидролитические, ферменты которой переваривают, содержащиеся внутри частицы.

Пиноцитоз

1.Клетка поглощает капли жидкости, зажимая и образуя везикулы, которые меньше фагосом, формирующихся при фагоцитозе.

2.Пиноцитоз представляет собой неспецифический процесс, при котором клетка принимает внутрь необхо-

димые растворенные вещества и жидкость.

Рецепторно-опосредованный эндоцитоз

1.Чрезвычайно избирательный процесс импорта веществ в клетку.

2.Эта специфичность опосредуется рецепторными белками, расположенными на участках клеточной мембраны, называемых ямками, которые покрыты клатрином.

Клетка принимает внеклеточную молекулу, только если она связывается с ее специфическим рецепторным белком на поверхности клетки.

После связывания, ямка на которой расположен рецепторный белок сжимается, образуя покрытый клатрином везикул.

Покрытый везикул сливается с лизосомой, чтобы переварить поглощенный материал и высвободить

его в цитозоль.

Клетки млекопитающих используют рецепторно-опосредованный эндоцитоз для приема холестерина. Холестерин в крови обычно содержится в липид-белковых комплексах, называемых липопротеинами низкой плотности (ЛПНП).

ЛПНП связываются с конкретными рецепторными белками на поверхности клеток

Вызывая их поглощение с помощью рецепторно-опосредованного эндоцитоза.

72.(16) Рецепторная роль плазмалеммы. Классификация мембранных рецепторов

Плазмалемма, биологическая мембрана, содержит различные сигнальные белки.

Все водорастворимые и некоторые жирорастворимые сигнальные молекулы присоединяются к спецефическим белковым рецепторам на по-

верхности клеток-мишений.

В зависимости от способа передачи сигнала внутрь клетки рецеп-

торы можно разделить на три

класса:

1.Каналообразующие рецепторы -

регулируемые нейромедиаторами ионные каналы, участвующие в быстрой синаптической передачи импульса.

2.Каталитические рецепторы -

при активации лигандом начинают работать как ферменты, фосфори-

лирую определенные белки (напр, рецепторы инсулина)

3.Рецепторы, сопряженные с G-белками. Активация этих рецепторов запускает целую цепь реакций, изменяющих концентрацию цитоплазме малых сигнальных молекул, которые называются вторичными посред-

никами.

Наиболее важными вторичными посредниками являются циклические АМФ и Са. Эти молекулы могут влиять на поведение белков-мишеней в клетке, активирую обмен веществ.

АДЕНИЛАТЦИКЛАЗНАЯ СИСТЕМА

Лиганд взаимодействует с рецептором

Из-за этого меняется конформация белка – рецептора

Конформация влияет на G-белок,который начинает перестраиваться

В перестроенном состоянии G-белок активизирует

аденилатциклазу (фермент)

Активизированная аденилатциклаза катализирует превращение АТФ в ц-АМФ

Ц-АМФ воздействует на ферменты протеинкназы,

которые участвуют в метаболизме кл-ки

ФОСФОДИЭСТЕРАЗНАЯ СИСТЕМА

Лиганд взаимодействует с рецептором

Из-за этого меняется конформация белка – рецептора

Конформация влияет на G-белок,который начинает перестраиваться

В перестроенном состоянии G-белок активизирует фосфодиэстеразу

Активированная фосфодиэстераза участвует в превращении фосфолипида внутреннего слоя мембраны в инозитолтрифосфат,который диффундирует в цитоплазму

В цитоплазме вызывает выброс Са из ЭПС

Повышение Са активирует протеинкиназу, который активирует др ферменты.

73. (44) Роль ЭР и АГ в регенерации и обновлении поверхностного аппарата клетки (ПАК). Прокомментируйте схему

Комментарий к схеме:

В РЕГЕНЕРАЦИИ плазмалеммы при-

нимают участие мембранные белки,

которые после синтеза остаются в составе мембраны ЭПР

«отпочковываясь» вместе с частью мембраны эти белки поступают в АГ,

где происходит присоединение углеводных цепочек.

Пройдя после цис-полюса через промежуточный полюс к трансполюсу мембанные белки отправляются на «ремонт» мембраны.

Доп.инфа

Эндоплазматический ретикулум

Гранулярный ЭПР представляет со-

бой цистерны с рибосомами ф-ии:

oСинтез 3-х типов белков мембранных (кот. встраиваются в мембрану грЭПР. ОСТАЛЬНЫЕ – В ПОЛОСТИ грЭПС),

секретируемых и ферментов ЭПС, АГ, лизосом

oМодификация белков

oСборка мембран

Гладкий ЭПР представляет собой трубочки ф-ии:

oСинтез липидов и углеводов

oДетоксикация ядовитых в-в (печень)

oЗапасание Са2+ (мышцы)

oСинтез стероидов (надпочечники)

Переходный ЭПР ф-ия:

oОбразование транспортных пузырьков (с 3-мя типами бел-

ков, кот образуются на грЭПС и в-ми, обр на глЭПС)

oЭти пузырьки переносят синтезированные в-ва из ЭПР в Аппарат Гольджи(АГ)

Аппарат Гольджи

Имеет 3 типа цистерн, каждая из которых выполняет свои определенные функции.

ЦИС-ЦИСТЕРНЫ ф-ии:

o Накопление в-в, поступающих из ЭПР

oМодификация этих в-в (н-р маркировка ферментов лизосом углеводом(маннозо-6-фосфатом*)

ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ЦИСТЕРНЫ ф-ии:

oУплотнение белков

o Начало сортировки

ТРАНС-ЦИСТЕРНЫ

Секретируемые белки под действием регулируемой секреции - выделяют содержимое за пределы клетки,

путем экзоцитоза.

Пузырьки с мембранными белками под действием конститутивной секреции выделяют белковый компо-

нент наружу, а липидный встраивается в плазмолемму, обновляя ее.

Пузырьки с ферментами лизосом, ЭПС и АГ образуют первичную лизосому, которая остается в клетке.

74. Рассмотрите схему. Какие органоиды обозначены цифрами 1-9. Какие процессы обозначены цифрами 10-13

1.Гранулярный эндоплазматический ретикулум (гранулярный ЭПР)

2.Гладкий ЭПР

3.АГ

4.Первичная лизосома

5.Бактерия

6.Фагосома

7.Фаголизосома (вторичная лизосома)

8.Остаточное тельце

9.Плазматическая мембрана

10.Фагоцитоз - процесс узнавания, активного захвата и поглощения микроорганизмов, разрушенных клеток и инородных частиц специализированными клетками иммунной системы.

11.Гидролиз (пищеварение)

12.Аутофагия ‒ это биологический процесс, при котором части клеток перерабатываются и превращаются в запасные клетки. Это механизм утилизации, который предотвращает накопление старых и изношенных органелл.

13.Экзоцитоз ‒ процесс, обратный эндоцитозу. Благодаря ему клетка выводит внутриклеточные продукты или непереваренные остатки, заключенные в вакуоли или пузырьки. Пузырек подходит к цитоплазматической мембране, сливается с ней, а его содержимое выделяется в окружающую среду. Так выводятся пищеварительные ферменты, гормоны, гемицеллюлоза и др.

75. (18) Сигнализация с участием рецепторов клеточной поверхности и вторичных посредников на примере с-АМР. Ответ проиллюстрируйте схемой

В зависимости от способа передачи сигнала внутрь клетки рецепторы можно разделить на три класса.

1.Каналообразующие рецепторы - регулируемые нейромедиаторами ионные каналы, участвующие в быстрой синаптической передачи импульса.

2.Каталитические рецепторы - при активации лигандом начинают работать как ферменты, фосфорилирую определенные белки (напр, рецепторы инсулина)

3.Рецепторы, сопряженные с G-белками. Активация этих рецепторов за-

пускает целую цепь реакций, изменяющих концентрацию цитоплазме малых сигнальных молекул, которые называются вторичными посредниками.

Наиболее важными вторичными посредниками являются циклические

АМФ и Са. Эти молекулы могут влиять на поведение белков-мишеней в клетке, активирую обмен веществ.

АДЕНИЛАТЦИКЛАЗНАЯ СИСТЕМА

Лиганд взаимодействует с рецептором

Из-за этого меняется конформация белка – рецептора

Конформация влияет на G-белок,который начинает перестраиваться

В перестроенном состоянии G-белок активизирует аденилатциклазу (фермент)

Активизированная аденилатциклаза катализирует превращение АТФ в ц-АМФ

Ц-АМФ воздействует на ферменты протеинкназы, которые участвуют в метаболизме кл-ки

76.(25) Синаптическая передача нервных сигналов. Роль нейромедиаторов

Синапсом, называют контакт между аксоном нейрона и любым возбудимым образованием. (н-р между нейронами)

Аксон, подходя к другому нейрону образует синаптическую бляшку, которая содержит нейромеди-

аторы (в синаптических пузырьках).

НИ вызывает деполяризацию пресинаптической мембраны

Из-за чего временно открываются кальциевые каналы и мембране аксона

Са2+ устремляется внутрь аксона

В результате синаптические пузырьки сливаются с пресинаптической мембраной

Путем экзоцитоза нейромедиаторы выходят в синаптическую щель и связываются со специфическими рецепторами в постсинаптической мембране

Эти каналообразующие рецепторы открываются и пропускают Na+ через постсинаптическую мембрану (тк имеют ворота для Na+)

В результате этого происходит деполяризация постсинаптической мембраны, а затем и всего нейроны

Далее медиаторы удаляются при помощи ферментов, обуславливая тем самым кратковременность процесса

После медиаторы, либо обратно захватываются, либо разрушаются

77. (49) Система микротрубочек. Производные микротрубочек. Роль микротрубочек во внутриклеточном транспорте

Микротрубочки присутствуют во всех животных клетках за исключением эритроцитов.

Они образованы полимеризованными молекулами белка тубулина, который представляет собой гетеродимер, состоящий из двух субъединиц — альфа- и бета-тубу- лина.

При полимеризации альфа-субъединица одного белка соединяется с бета-субъеди- ницей следующего. Так формируются отдельные протофиламенты, которые, объединяясь по 13, формируют полую микротрубочку, внешний диаметр которой составляет около 25 нм, а внутренний — 15 нм.

Каждая микротрубочка имеет растущий плюс-конец и медленно-растущий минус-конец.

Микротрубочки — один из наиболее динамичных элементов цитоскелета.

Во время наращивания длины микротрубочки присоединение тубулинов происходит на растущем плюсконце.

Разборка микротрубочек наиболее часто происходит с обоих концов. Белок тубулин, формирующий микротрубочки, не является сократительным белком, и микротрубочки не наделены способностью к сокращению и передвижению.

Однако микротрубочки цитоскелета принимают активное участие в транспорте клеточных органелл, секреторных пузырьков и вакуолей.

Из препаратов микротрубочек отростков нейронов (аксонов) были выделены два белка — кинезин и динеин.

Одним концом молекулы этих белков ассоциированы с микротрубочкой, другим — способны связываться с мембранами органелл и внутриклеточных везикул.

С помощью кинезина осуществляется внутриклеточный транспорт к плюс-концу микротрубочки, а с помощью динеина — в обратном направлении.

78. (48) Системы микрофиламентов и промежуточных филаментов и их роль в клетке

Микрофиламенты - органоиды, состоящие из двух спирально закрученных цепочек, образованных короткими молекулами белка актина, на долю которого приходится более 10% всех белков клетки.

Тонкие микрофиламенты (МФ) - очень тонкие белковые нити диаметром 4-7 нм, состоящие из белка актина.

Вклетке актин присутствует в двух состояниях:

1.В виде отдельных глобулярных (шаровидных) субъединиц

2.В виде филаментов (нитей), образованных в результате полимеризации глобулярного актина.

Всостав МФ могут входить также тропонин, тропомиозин и другие белки.

МФ полярны - они имеют плюс-конец, который растет за счет полимеризации актина и минус-конец, где происходит деполимеризация.

Функции микрофиламентов:

1.Образуют пучки, служащие опорой для различных внутриклеточных структур;

2.Образуют сократительные системы, обеспечивая клеточную подвижность. Формируют временные органоиды перемещения (псевдоподии, ламеллоподии). Лежат в основе мышечного сокращения (нити миозина скользят относительно нитей актина). Участвуют в обеспечении всех форм движения. Влияют на действие

белков-переносчиков эндосом.

3.МФ образуют кортикальную сеть, которая близко подходит к плазмалемме и при помощи белка винкулина (с участием а-актинина и спектрина) присоединяется к белку интегрину цитоплазматической мембраны;

4.МФ образуют нити натяжения, расположенные по радиусам клетки. Нити представляют собой спирально скрученные волокна.

5.Актиновые МФ принимают участие в образовании микроворсинок (рис.8). Микроворсинки находятся на апикальных поверхностях эпителиоцитов тонкой кишки.

Промежуточные филаменты (скелетные фиб-

риллы) - органоиды цитоплазмы клеток высших эукариот.

Они образованы жесткими и прочными, и устойчивыми в химическом отношении белковыми волокнами (нитевидными белками), перевитыми попарно или по трое между собой и объединенными боковыми сшивками в длинный тяж, похожий на канат.

По своему диаметру (8-10 нм) промежуточные филаменты (ПФ) занимают промежуточное положение между микрофиламентами и микротрубочками.

ПФ, по сравнению с микротрубочками и микрофиламентами, отличаются большой стабильностью и устой-

чивостью к повреждающим факторам. Расположены дальше всех остальных элементов цитоскелета от плазмалеммы.

Функции ПФ изучены недостаточно; установлено, однако, что они не влияют ни на движение, ни на деле-

ние клетки. Выполняют главным образом структурные функции, например, противодействуют растягивающим силам.

К их основным функциям относятся:

•структурная;

•обеспечение равномерного распределения сил деформации;

•участие в образовании рогового вещества;

•формообразующая – поддержание формы отростков нервных клеток;

•удержание миофибрилл в мышечной ткани.

79.Современные представления о механизмах внутриклеточного транспорта

В клетках эукариот транспорт мембранных везикул осуществляется вдоль микротрубочек и актиновых микро-

филаментов, образующих цитоскелет. Транспорт обеспечивают механохимических АТФазы, называемые мотор-

ными белками.

Они, связанные с микротрубочками

Относятся к двум большим семей-

ствам – кинезинам и динеинам, а с актиновыми микрофиламентами – к

миозинам.

Движение отдельных - результат действия нескольких моторных белков

Правильность транспорта обеспечивается тонкой регуляцией их активности.