Методичка - биология в рисунках и схемах

Везикулярный транспорт

Из одной органеллы в другую перемещение происходит в везикуле или на ее поверхности в виде интегральных белков.

Механизм внутриклеточного транспорта основан на взаимодей-

ствии транспортного секрета с донорными и акцепторными компартментами.

Выявлены белковые факторы узнавания пузырьком своей мишени

(акцептор - компартмент)

На каждом этапе осуществляется сортировка.

Синтезируемые в цитоплазме на рибосомах белки должны попадать в разные компартменты клетки — ядро, митохондрии, ЭПР, АГ, лизосомы и др., а некоторые белки должны попасть во внеклеточную среду.

Для попадания в определённый компартмент белок должен обла-

дать специфической меткой. (В большинстве случаев такой меткой является часть аминокислотной последовательности самого

белка (лидерный пептид, или сигнальная последовательность белка). В некоторых случаях меткой слу-

жат посттрансляционно присоединённые к белку олигосахариды).

Транспорт белков в ЭПР осуществляется по мере их синтеза, так как рибосомы, синтезирующие белки с сигнальной последовательностью для ЭПР, «садятся» на специальные транслокационные комплексы на мембране ЭПР.

Из ЭПР в АГ, а оттуда в лизосомы, на внешнюю мембрану или во внеклеточную среду белки попадают путём везикулярного транспорта.

В ядро белки, обладающие сигнальной последовательностью для ядра, попадают через ядерные поры.

В митохондрии и хлоропласты белки, обладающие соответствующими сигнальными последовательностями, попадают через специфические белковые поры-транслокаторы при участии шаперонов.

Пузырьки из ЭПР-цистерны аппарата гольджи, сначала проходит через цис-цистерну (синтез), в промежуточную цистерну (сортировка), в транс-цистерну (окончат сортировка и вывод из кл).

Донорый компартмент

Органелла от которой отрывается мембрана в составе везикулы.

Акцепторный компартмент

Принимает везикулу.

Конститутивная секреция

Происходит постоянно и не зависит от внешних сигналов.

Регулируемая секреция

Под плазматической мембраной (ПМ) происходит накопление пузырьков, которые сливаются с ПМ при наличии внешних сигналов – гормоны, нервы – и повышении конц. Ca2+ до 1мкм

Ретроградный транспорт

Возвращение рецепторных белков и липидов из АГ в Эр - восполнение мембраны ЭР.

80. (47) Сократительные структуры в клетке. Механизм мышечного сокращения

Самой высокой сократительной способностью обладают клетки мышечной ткани, а именно скелетной. Основу мыш тканей составляют мышечные волокна, которые состоят из

миофибрилл.

Миофибриллы в свою очередь состоят из миофиламен-

тов, которые обуславливают исчерченность скелетной мышечной ткани своим особым расположением.

Структурной единицей волокна яв САРКОМЕР, в котором различают:

темные-анизотропные А-диски

светлые-изотропные I-диски.

Строение саркомера:

Границами саркомера являются Z-линии, которые проходят посередине светлого диска.

Толстые миозиновые филаменты располагаются в А-дисках.

Миозин имеет хвост и головку,последняя способна расщеплять АТФ

и взаимодействовать с актином.

А-диск соответствует двум молекулам миозина, скрепленных хвостами в М-линии в области Н-полоски.

Тонкие актиновые филаменты лежат в I-дисках и одним концом закреплены в Z-дисках.

Эти филаменты сформированы не только актином, но и тропонином и тропомиозином, которые регулируют связываение миозина с актином.

Сокращение осуществляется за счет изменения длины саркомера за счет скольжения тонких и толстых филаментов друг относительно друга, приближая соседние Z-диски

СОКРАЩЕНИЕ:

1.На нервно-мышечное окончание поступает нервный импульс

2.В ответ на это из саркоплазматического ретикулума выходят Са2+

3.Са2+ связывается с тропонином тонких миофиламентов

4.Тропонин меняет свою конформацию, смещая тропомиозин, который до этого закрывал на атине центры связывания с миозино

5.Центр связывания открыт

6.Головки миозина связываются с актиновыми центрами и происходит параллельно гидролиз АТф

7.Для того, чтобы миозиновая головка отсоединилась от актина, нужна еще АТФ, которая гидролизуется, вследствие чего головка миозина возвращается в исходное положение.

81. Составьте схему овогенеза на примере одной пары хромосом. Укажите количество хромосом и молекул ДНК на всех этапах

2n2c 2n2c

Одна из клеток продолжает делиться дальше

приостанавливается на стадии метофазы II, будет продолжаться если произойдет оплодотворение, т.е. овулирует овоцит II порядка

яйцеклетка полярное тельце II порядка

Стадии овогенеза

1. Стадия размножения.

Первичные половые клетки многократно делятся митозом, в результате чего их количество существенно возрастает. Размножение оогоний происходит главным образом в эмбриональном периоде.

2. Стадия роста.

Kлетки увеличиваются в размерах (за счет увеличения объема цитоплазмы) и превращаются в овоциты I порядка. Эта стадия соответствует интерфазе I мейоза.

Важное событие этого периода — репликация молекул ДНК при неизменном количестве хромосом. Они приобретают двунитчатую структуру: генетическая формула клеток в этот период выглядит как 2n4c. В течение дифференциации яйцеклеток формируются мембраны, уменьшается в размере их ядро.

3. Стадия созревания.

Происходят два последовательных деления — редукционное (мейоз I) и эквационное (мейоз II), которые вместе составляют мейоз. Ко времени рождения девочки все первичные ооциты уже находятся в профазе первого мейотического деления.

Ооцит растет, вокруг него образуется прозрачная многослойная зона-формируется развивающийся фолликул. Затем в некоторых фолликулах образуется зона-формируется развивающийся фолликул. До достижении половой зрелости процессы развития фолликулов завершаются дегенерацией. С наступлением половой зрелости также одновременно развиваются многие фолликулы, однако лишь некоторые высвобождают находящиеся в них ооциты в процессе овуляции. Большая часть фолликулов дегенерирует на той или иной стадии. Однако завершает созревание и претерпевает овуляцию лишь один из фолликулов. Ооцит первого порядка, находящийся в этом фолликуле, завершает первое деление мейоза, образуя полярное тельце и превращаясь в ооцит второго порядка.

Ооцит второго порядка, развитие которого останавливается на стадии метафазы второго деления мейоза, освобождается вместе с полярным тельцем и часть окружающих его клеток в момент разрыва фолликула на поверхности яичника. Ооцит второго порядка завершает второе мейотическое деление только в том случае, если он будет оплодотворен. После овуляции опустевший фолликул превращается в эндокринное образованиежелтое тело. Оно секретирует прогестерог, готовя матку к приему оплодотворенного ооцита. Если оплодотворение не происходит, желтое тело деградирует, а слизистая оболочка матки отслаивается и выводится из организма во время менструации.

Отличительные особенности

Питательный материал (желток) первичного ооцита не распределяется поровну между четырьмя клетками. Основное количество желтка сохраняется в одной большой клетке. Первые и вторые полярные тельца получают в результате делений те же самые хромосомные наборы, что и вторичные ооциты, но они не становятся половыми клетками. Яйцеклетки млекопитающих имеют овальную или несколько вытянутую форму и характеризуются типичными чертами клеточного строения. Они содержат все структуры, характерные для соматических клеток. Одна из характерных особенностей яйцеклеток заключается в сложности строения их оболочек.

Различия в ходе овогенеза и сперматогенеза имеют определенный биологический смысл, связанный с разным функциональным назначением мужских и женских гамет (помимо переноса генетической информации). Накопление в цитоплазме яйцеклетки большого количества запасных питательных веществ необходимо, так как на этой «базе» осуществляется развитие дочернего организма из оплодотворенного яйца. Неравномерное клеточное деление при овогенезе и обеспечивает формирование крупной яйцеклетки.

82. Составьте схему сперматогенеза на примере одной пары хромосом. Укажите количество хромосом и молекул ДНК на всех этапах

2n2c 2n2c

Одна из клеток продолжает делиться дальше

↓

Стадия размножения. Клетки, из которых в последующем образуются мужские гаметы, называются сперматогониями. Они несут диплоидный набор хромосом 2n2c. На этой стадии первичные половые клетки многократно делятся митозом, в результате чего их количество существенно возрастает.

Сперматогонии размножаются в течение всего репродуктивного периода в мужском организме.

Если в одинарном гаплоидном наборе количество хромосом обозначить как n, а количество ДНК – как c, то генетическая формула клеток в стадии размножения соответствует 2n2c до синтетического периода митоза (когда происходит репликация ДНК) и 2n4c после него.

Стадия роста. Клетки увеличиваются в размерах и превращаются в сперматоциты I порядка. Эта стадия соответствует интерфазе I мейоза.

Важное событие этого периода – репликация молекул ДНК при неизменном количестве хромосом. Они приобретают двунитчатую структуру: генетическая формула клеток в этот период выглядит как 2n4c.

Стадия созревания. Происходят два последовательных деления – редукционное (мейоз I) и эквационное (мейоз II), которые вместе составляют мейоз. После первого деления (мейоза I) образуются сперматоциты (с генетической формулой n2c), после второго деления (мейоза II) – сперматиды.

Так сохраняется максимальное количество желтка в яйцеклетках. Таким образом, в результате стадии созревания один сперматоцит I порядка (с формулой 2n4c) дает четыре сперматиды (с формулой nc).

4. Стадия формирования, или спермиогенеза (только при сперматогенезе)

Конечный этап в сперматогенезе связан с дифференциацией, которая заканчивается тем, что каждый из сравнительно больших, сферических неподвижных сперматидов превращается в небольшой вытянутый подвижный сперматозоид (с формулой nc). Ядро сперматиды уплотняется, происходит сверхспирализация хромосом, которые становятся функционально инертными. Комплекс Гольджи перемещается к одному из полюсов ядра, формируя акросому. К другому полюсу ядра устремляются центриоли, причем одна из них принимает участие в формировании жгутика. Вокруг жгутика спирально закручивается одна митохондрия. Почти вся цитоплазма сперматиды отторгается, поэтому головка сперматозоида ее почти не содержит.

Каждый сперматозоид человека состоит из трех отделов — головки, средней части и хвоста. В головке сперматозоида располагается ядро. В нем содержится гаплоидный набор хромосом. Головка снабжена акросомой, которая содержит литические ферменты, необходимые сперматозоиду для вступления в яйцеклетку. В головке локализуется также две центриоли — проксимальная, которая побуждает деление оплодотворенной сперматозоидом яйцеклетки, и дистальная, которая дает начало аксимальному стержню хвоста. В средней части сперматозоида располагаются базальное тельце хвоста и митохондрии. Хвост (отросток) сперматозоида образован внутренним аксимальным стержнем и внешним футляром, имеющим цитоплазматическое происхождение. Сперматозоиды человека характеризуются значительной подвижностью.

Различия в ходе овогенеза и сперматогенеза имеют определенный биологический смысл, связанный с разным функциональным назначением мужских и женских гамет (помимо переноса генетической информации). Накопление в цитоплазме яйцеклетки большого количества запасных питательных веществ необходимо, так как на этой «базе» осуществляется развитие дочернего организма из оплодотворенного яйца. Неравномерное клеточное деление при овогенезе и обеспечивает формирование крупной яйцеклетки. Функция же сперматозоидов заключается в отыскании яйцеклетки, проникновении в нее и доставке своего хромосомного набора. Их существование кратковременно, а поэтому нет необходимости в запасании большого количества веществ в цитоплазме. А поскольку сперматозоиды в массе гибнут в процессе поиска яйцеклетки, их образуется огромное количество.

83. (19) Стратегии межклеточной сигнализации (синаптическая, эндокринная)

‒Эндокринная сигнализация.

Сигнал передается через жидкие среды организма (кровь, лимфу, межклеточную жидкость).

Это гуморальная система связи.

1.При получении сигнала клетки изменяют режим функционирования.

2.Эндокринные клетки обычно собраны в специальные железы и выделяют гормоны во внеклеточную жидкость, окружающую все клетки в тканях.

3.Отсюда гормоны проникают в капилляры, в кровоток, опять в капилляры, межклеточную жидкость и улавливаются клетками "мишенями".

Чем отличается синаптическая сигнализация от эндокринной?

Здесь сигнал должен быть очень краток во времени и конкретен по адресу передачи.

Работа нервных клеток отличается гораздо большей быстротой и точностью.

Они передают информацию на большие расстояния по нервному волокну с помощью электрических

импульсов с высокой скоростью.

Только в нервных окончаниях импульсы преобразуются в химические сигналы.

В нервном окончании высвобождается нейромедиатор. (Он улавливается постсинаптической мембра-

ной в следующем нейроне и стимулирует выработку электрического сигнала).

Синаптическая сигнализация.

Синапсисом называется щель между двумя соседними нервными клетками.

Она используется только в нервной системе.

В отличие от гормонов, нейромедиаторы действуют только на постсинаптическую мембрану.

Они улавливаются специальными белками - рецепторами.

Рецепторы связывают сигнальную молекулу и инициируют ответ.

84. Стратегии межклеточной сигнализации (паракринная, аутокринная, юкстакринная)

Паракринная сигнализация

Действие гормонов на соседние клетки

Гормоны могут достигать своих тка- ней-мишеней через кровоток или действовать местно, связываясь с рецепторами клеток, расположен-

ных вблизи источника этих веществ.

Например: действие половых стероидов в яичниках или ангиотензина II в почках.

Юкстакринная сигнализация

Вариантом такого механизма является действие пептидных гормонов. Они остаются связанными с мембранами клеток, которые их продуцируют, но взаимодействуют с рецепторами соседних.

Аутокринная сигнализация

Действие гормона на рецепторы тех же клеток, которые секретируют его.

Например: Аутокринные эффекты могут играть роль в процессе нерегулируемого роста раковых клеток.

85. (37) Строение и функции аппарата Гольджи

Аппарат Гольджи ‒ интегрирующая часть метаболической системы эукариотической клетки.

Функции:

Обособляет и накопляет секретируемые продукты, в нем идут процессы синтеза и модификации веществ с последующей их сортировкой. Он осуществляет процессы секреции и снабжает гидролазами лизосомы.

Строение:

Основу АГ составляет диктиосома (рис.51). Она включает в себя стопку уплощенных цистерн (5-10), транспортные мембранные пузырьки, вакуоли и трубчатые структуры.

АГ поляризован.

o Цис-полюс (формирующаяся сторона) - вертикальная поляризация. Цистерны образуют

цис-компартмент (они уплощены и выпуклой поверхностью примыкают к ЭПР).

Функции: В цис-компартмент с помощью транспортных пузырьков поступают вещества, синтезированные в ЭПР.

По мере модификации вещества транспортируются мембранными пузырьками от цистерны к цистерне в направлении тран-полюса.

oТранс-полюс (зрелая сторона).

Цистерны образуют транс-компартмент, они расширены и заполнены секретом. К последней плоской

цистерне на транс-полюсе примыкает транс-сеть аппарата Гольджи из трубчатой элементов и массы мелких вакуолей.

Функции: Вещества покидают АГ в составе мембранных пузырьков, образующихся на транс-полюсе и обеспечивающих их доставку.

o Промежуточной части

Синтез и модификация веществ.

Белки, поступающие из ЭПР, подвергаются поэтапной модификации в разных компартментах АГ продолжается преобразование олигосахаридных компонентов в гликопротеинах, что лежит в основе их дальнейшей сортировки.

86. (53) Структура ядрышка. Ядрышко – источник рибосом. Строение рибосом. Амплификация ядрышек

Ядрышко

Представляет собой структуру в которой происходит образование рибосомальных единиц.

Здесь находятся участки ДНК, содержащие многочисленные одинаковые гены рРНК.

В метафазных хромосомах эти участки (ядрышковые организаторы) локализованы в области вторичной перетяжки.

У человека они находятся в 13,14,15,21,22 хромосомах.

Кроме того, гены рРНК находятся также в 1 паре хромосом.

Различают фибриллярный (содержит ДНК, рРНК) и гранулярный (со зрелыми субъединицами рибосом)

компоненты ядрышка.

Рибосомы

Вклетках эукариот существует 2 разновидности рибосом:

рибосомы цитоплазмы (80S) и рибосомы

находящиеся в митохондриях и пластидах (50-80S)

Рибосомы состоят из двух субъединиц большой и малой.

Малая субъединица рибосомы удерживает мРНК и тРНК

состоит из 1 молекулы рРНК и 30 белков (преимущественно глобулярные)

Большая катализирует образование пептидной связи.

состоит из 3 молекул рРНК и 50 белков (преимущественно глобулярные)

Субъединицы рибосом собираются в ядрышке и через ядерные поры выходят в цитоплазму, где находятся в диссоциированном состоянии.

2 субъединицы образуют комплекс-рибосому только при осуществлении синтеза полипептида на иРНК(процесс трансляции). Если к иРНК прикрепляется множество рибосом, то такой комплекс называется полисомой.

Роль рибосом: служат для биосинтеза белка из аминокислот по заданной матрице на основе генетической информации, предоставляемой матричной РНК, или мРНК. Этот процесс называется трансляцией

Амплификация

Обычно число генов рРНК постоянно на геном, оно не меняется в зависимости от уровня транскрипции этих генов. Так у клеток с высоким уровнем метаболизма число генов рРНК точно такое же как и число у клеток, полностью прекративших синтез рибосом.

При репликации ДНК в S-периоде происходит и удвоение числа генов рРНК, поэтому их количество коррелирует с плоидностью клетки.

Однако существуют случаи, когда гены рРНК подвергаются избыточной репликации. При этом дополнительная репликация генов рРНК происходит в целях обеспечения продукции большого количества рибосом.

В результате такого сверхсинтеза генов рРНК их копии могут становиться свободными, экстрахромосомными.

Эти внехромосомные копии генов рРНК могут функционировать независимо, в результате чего возникает масса свободных дополнительных ядрышек, но уже не связанных структурно с ядрышкообразующими хромосомами.

Это явление получило название амплификации генов рРНК.

87. Структурная организация и свойства биологических мембран. Ответ проиллюстрируйте схемой

Высокая упорядоченность внутреннего содержимого клетки достигается путем 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.

Рис. 2.3. Компартментация объема клетки с помощью мембран:

1— ядро,

2— шероховатая цитоплазматическая есть,

3— митохондрия,

4— транспортный цитоплазматический пузырек,

5— лизосома,

6— пластинчатый комплекс,

7— гранула секрета

Билипидный слой:

гидрофобные хвосты – внутрь,

гидрофильные головки – наружу.

Мембранные белки:

периферические (примыкают к билипидному слою) – связываются 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 прониц-ть – мол-лы и ионы проходят через мембрану с различной скоростью, чем больше размер, тем меньше скор-ть).

Свойства мембраны:

билипидный слой способен к самосборке;

увеличение поверхности мембраны за счет встраивания в немембранных пузырьков (везикул);

белки и липиды ассиметрично расположены в плоскости мембраны;

белки и липиды могут перемещаться в плоскости мембраны в пределах слоя (латеральное перемещ-е);

наружная и внутренняя поверхности мембраны имеют разный заряд.

мембрана обеспечивает разделение заряженных частиц и поддержание разности потенциалов

88.Схема работы К+- Nа+ насоса

Калий-натриевый насос:

Является примером первичного активного трансмембранного транспорта

Фермент: калий-натриевая АТФ-аза (транс-

мембранный белок клеточной мембраны)

1.Часть молекулы АТФ-азы, обращенная в сторону цитоплазмы, имеет центры:

a.связывания ионов Na+

b.связывания ионов K+

c.центр гидролиза АТФ

2.После присоединения 3-х ионов Na+:

АТФ-аза расщепляет АТФ с образованием

АДФ и остатка фосфорной кислоты

3.Остаток фосфорной к-ты присоединяется к молекуле АТФ-азы - происходит фосфорилирование

4.Фосфорилирование белка вызывает изменение его конформации так, что ионы Na+ оказываются перенесенными на наружную сторону мембраны.

5.Здесь происходит присоединение двух ионов K+ и отщепление ионов Na+ (с затратой энергии фосфорилирования, т.к. Na+ отщепляется в среде с его высокой концентрацией).

6.При этом остаток фосфорной к-ты отщепляется, и молекула АТФ-азы принимает исходную конфор-

мацию, а ионы K+ переносятся на внутреннюю сторону мембраны, где отщепляются.

Роль калий-натриевого насоса:

Поддерживается разность концентраций ионов в кл-ке и наружной среде, необходимая для сохранения кле-

точного объема, поддержания электрической активности в нервных и мышечных кл-ках и для активного транспорта некоторых других в-в, например, всасывания глюкозы в клетке кишечника.

89. (68) Т-лимфоциты – клеточные факторы приобретенного иммунитета

Клеточный иммунитет ‒ проти-

воинфекционный или противоопухолевый иммунный ответ, в котором антителам принадлежит не ведущая, а вспомогательная роль.

Основу клеточного иммунитета

составляют лимфоциты, которые для своего созревания переселяются из костного мозга в другой центральный орган лимфоидной системы ‒ тимус (вилочковая железа). Эта ветвь лимфоцитов получила название тимус-

зависимые, или Т-лимфоциты.

Т-лимфоциты выполняют следующие функции:

являются основными эффекторами клеточного иммунитета (эти клетки опосредуют клеточные ци-

тотоксические реакции, а также реакции ГЗТ);

являются регуляторами воспаления, иммунных реакций и гемопоэза;

участвуют в процессах репаративной и физиологической регенерации различных тканей.

Ворганизме человека Т-лимфоциты многократно покидают лимфоидные органы, попадая сначала в лимфу, затем в кровь, а из крови снова возвращаются в органы. Благодаря интенсивной циркуляции, лимфоциты, когда в них возникает потребность, быстро появляются в "горячих точках".

Втимусе формируются разные виды Т-клеток:

1.Некоторые Т-лимфоциты обладают способностью разрушать клетки, содержащие чужеродный антиген

‒цитотоксические или "Т-киллеры".

2.Т-хелперы ‒ первыми распознают чужеродные вещества, не способны вырабатывать антитела и убивать клетки-мишени, но, распознавая чужеродный антиген, они реагируют на него выработкой различных факторов, которые необходимы для размножения и созревания В-клеток и Т-киллеров.

Т-хелперы распознают антигены и влияют на деятельность других типов Т-клеток, оказывают помощь В- клеткам в образовании антител. По их командам иммунная система направляет Т-киллеров.

3.Т-супрессоры ‒ подавляют активность иммунного ответа, когда необходимость в нем отпадает. Если иммунные клетки будут продолжать работать, то будут поражаться собственные здоровые клетки организма, что приведет к развитию различных болезней (их называют аутоиммунными).

90.(14) Транспортная роль белков плазмалеммы. Ответ проиллюстрируйте схемой

Активный и пассивный транспорт ионов, а также крупных и полярных молекул происходит с участием белков мембраны.

Существует 2 основных класса мембранных транспортных белков

белки-переносчики

осуществляют функцию переноса в-в через мембрану, изменяя свою пространственную структуру (конформацию).

участвуют как в пассивном, так и в активном транспорте.

каналообразующие белки

формируют заполненные водой поры, пронизывающие липидный бислой.

Транспорт через эти белки ВСЕГДА ПАССИВНЫЙ.

Через белковые каналы диффундируют только ионы, имеющие определенный размер и заряд, т.к. каналы обладают высокой избирательностью.

Каналы в белках открыты не постоянно.

Они могут открываться при действии различных факторов: изменение мембранного потенциала, механическая стимуляция (кл-ки внутр уха) или при связывании с определенным лигандом (сигнальной