Введение в молекулярную биологию. Введение в изучение клеточной и молекулярной биологии 2 страница

Лекция 5. Взаимодействие между клетками и их окружением

План

• Молекулярная структура межклеточного пространства и его функции.

• Взаимодействие клеток с компонентами межклеточного пространства.

• Молекулярные основы межклеточных взаимодействий.

• Типы и молекулы прикрепления клеток к межклеточному матриксу. Десмосомы.

• Понятие о трансмембранном сигналинге.

• Молекулы клеточных оболочек: гемицеллюлоза, пектины, белки.

Молекулярная структура межклеточного пространства и его функции.

Соединительная ткань:

• Соединительную ткань отличает от других тканей преобладание межклеточного вещества над клеточными элементами.

• Клеточные элементы: фибробласты, тучные клетки, плазматические клетки и др.

• Межклеточное вещество включает три класса биомолекул: 1) структурные белки (коллаген и эластин); 2) специализированные белки (фибриллин, фибронектин и ламинин); 3) протеогликаны (включают гликозаминогликаны - ГАГ).

• Некоторые клетки соединительной ткани выделяют сигнальные молекулы (гепарин, гистамин, серотонин и др.), участвуют в иммунном ответе и неспецифической реактивности организма.

Макромолекулы экстрацеллюлярного матрикса:протеогликаны формируют матрикс, в котором находятся белки фибронектин, коллаген и ламинин, имеющие места связывания друг с другом и с рецепторами - интегринами

Коллаген:

• В организме млекопитающих коллаген составляет 25% от всех белков. Это левая спираль с шагом 0,96 нм и 3,3 остатка в каждом витке, более пологая по сравнению с α-спиралью. В отличие от α-спирали образование водородных мостиков здесь невозможно.

• Коллаген имеет необычный аминокислотный состав: 1/3 составляет глицин, примерно 10% пролин, а также гидроксипролин и гидроксилизин. Последние две аминокислоты образуются после биосинтеза коллагена путем посттрансляционной модификации с участием витамина С. При цинге - нарушения прочности коллагена.

• В структуре коллагена постоянно повторяется триплет гли-X-Y, причем положение Х часто занимает пролин, а Y – гидроксилизин.

• Коллаген повсеместно присутствует в виде правой тройной спирали, скрученной из трех первичных левых спиралей. В тройной спирали каждый третий остаток оказывается в центре, где по стерическим причинам помещается только глицин. Вся молекула коллаген имеет длину около 300 нм.

Образование коллагеновых волокон:

• Цепи коллагена после синтеза на полисомах переходят в эндоплазматическую сеть в виде предшественников, имеющих дополнительные пептиды на концах цепей (содержат много остатков цистеина). Эти телопептиды участвуют во внутриклеточном образовании тройных спиралей.

• Тройная спираль проколлагена фиксируется дисульфидными связями между тремя С-концевыми телопептидами. Молекула проколлагена транспортируется по цистернам эндоплазматического ретикулума в аппарат Гольджи для дополнительного гликозилирования и последующего экзоцитоза во внеклеточное пространство.

• Вне клеток происходит фибриллогенез, в процессе которого специфические пептидазы отщепляют концевые телопептиды (их можно обнаружить в кровотоке). Коллагеновые волокна образуются из отдельных молекул тропоколлагена, которые формируют перекрывающуюся структуру (поперечная исчерченность с периодом 67 нм за счет смещения каждой соседней молекулы в фибрилле на ¼ своей длины относительно соседней).

Известны более 15 типов коллагеновых молекул (изоколлагены):

• Тип I [a(1)]2a2(I) и тип II [a(II)]3– кости, дентин, роговица, гиалиновый хрящ;

• Тип III [a(III)]3 – дерма, десна, клапаны сердца;

• Тип IV [a(IV)]3 – базальные мембраны;

• Тип V [a(V)]2a2(V) и тип VI a1(VI), a2(VI) – кости, роговица, клапаны сердца, артериальные сосуды;

• Тип VII a1(VII) и тип VIII a1(VIII) – эндотелий сосудов;

• Тип IX a1(IX) a2(IX) и тип X a1(X) – хрящевая ткань. Изоколлагены типов I-III – образуют фибриллы; изоколлагены типов IV и VII являются сеть формирующими, например, в базальных мембранах, изоколлагены IX и XII участвуют в образовании фибрилл.

Ламинин – это белок, состоящий из трех полипептидных цепей организованных в виде крестообразной структуры. Домены ламинина связывают коллаген типа IV, гепарансульфат и гликопротеины поверхности клеток.

Энтактин служит для связывания между ламинином и коллагеном.

Компоненты базальной мембраны:

• Коллаген типа IV, гепаран сульфат, ламинин и энтактин могут образовывать базальные мембраны. Коллаген типа IV на ¼ длиннее молекул других типов коллагена (при биосинтезе не теряются концевые телопептиды), что позволяет ему создавать двумерную сеточку к которой прикрепляются эндотелиальные и эпителиальные клетки и которая образует ложа для мышечных и жировых клеток.

• При резком уменьшении содержания коллагена типа IV эпидермис легко отделяется от дермы (пузырчатка).

Протеогликаны – это сложные белки, в которых с молекулами белка ковалентно связаны гликозамингликаны.

Схема строения протеогликанов:

Гликозамингликаны (кератансульфат, хондроитинсульфат и др.) соединены через связывающий трисахарид (галактоза-галактоза-ксилоза) с серином корового белка.
Коровый белок присоединяется к гиалуроновой кислоте, образуя структуру типа ершика для мытья пробирок.
Гиалуроновая кислота состоит из 250 тысяч несульфатированных дисахаридных единиц. Она образует свободные от клеток пространства для целлюлярной миграции в норме и при патологии.

Функции протеогликанов:

1) специфическое взаимодействие с коллагеном, эластином, фибронектином и др.; 2) являясь полианионами, они связывают катионы; 3) определяют форму и упруго-эластические характеристики органов; 4) участвуют в рецепции, эндо- и экзоцитозе, межклеточном взаимодействии; 5) регулируют процессы трансмембранного переноса (например, клубочковую фильтрацию), включая работу синапсов; 6) гомеостатическое действие (антикоагулянтное действие, функционирование тучных клеток и др.); 7) образуя структуры типа молекулярных сит (гель) обеспечивают барьерную функцию, защищая организм от проникновения микробов, чужеродных молекул, токсинов

Адгезивные неколлагеновые белки:

• Во внеклеточном веществе имеется ряд адгезивных неколлагеновых белков, имеющих последовательности арг-гли-асп (RGD) и служащих для белково-лигандных взаимоотношений (например, с интегральными белками плазматических мембран – интегринами). К адгезивным белкам относят фибронектин, ламинин, нидоген, фибриллярные коллагены и коллаген IV типа; их относят к белкам «зрелой» соединительной ткани.

• Фибронектин – гликопротеин, состоящий из двух субъединиц, которые связаны на С-концах двумя дисульфидными связями. в каждой субъединице до 15 раз повторяется аналогичная последовательность из 90 аминокислотных остатков. Эти домены являются местами специфического связывания с гепарином, коллагеном, поверхностями клеток. Фибронектин ускоряет миграцию клеток в межклеточном веществе соединительной ткани.

Распад белков межклеточного матрикса:

• Для распада белковых молекул межклеточного вещества служат металлопротеиназы матрикса (МПМ) и их тканевые ингибиторы (ТИМПМ).

• Металлопротеиназы – это цинк-зависимые ферменты, катализирующие распад протеогликанов, гликопротеинов и коллагена: 72 кДа желатиназа (МПМ-2, коллагеназа А) расщепляет денатурированный коллаген, коллаген типов IV, V, VII, X, эластин, фибронектин; 92 кДа желатиназа (МПМ-9, коллагеназа В) расщепляет желатин, коллаген типа IV, V, фибронектин; нейтрофильная коллагеназа (МПМ-8) расщепляет коллагены типов I-III; стромализины (МПМ-3, МПМ-10, МПМ-11) расщепляют протеогликаны, фибронектин, ламинин; матрилизин (МПМ-7) расщепляет фибронектин, ламинин, протеогликаны, эластин, энтактин и др.

Лекция 6. Система цитоплазматических мембран: структура, функции, способы движения

План

• Понятие о системе внутриклеточных мембран.

• Методы исследования: радиоавтография, применение GFP (зеленый флуоресцирующий протеин), препаративное центрифугирование).

• Молекулярное строение и функции эндоплазматического ретикулума, аппарата Гольджи, лизосом. Молекулярные основы, типы и функции везикулярного транспорта. Химия вакуолей растительных клеток. Эндоцитоз. Посттрансляционное перемещение белков в пероксисомы, митохондрии и хлоропласты.

Везикулярный транспорт:

• Фагоцитоз (от греч. фагос – есть, цитос – клетка) наблюдается в специальных клетках (макрофагах и гранулоцитах). При фагоцитозе происходит захват крупных молекул (вирусы, бактерии, клетки).

• Пиноцитоз (от греч. пинос – пить) характерен для всех клеток. Происходит захват жидкости или растворенных компонентов. Пиноцитоз бывает неизбирательный и селективный рецепторно-посредованный.

• При эндоцитозе поглощенное вещество окружается небольшим участком мембраны, который вначале впячивается, а затем отщепляется, образуя внутриклеточный пузырек, содержащий захваченный клеткой материал. Большинство частиц, поглощенных при эндоцитозе, попадает затем в лизосомы, где они подвергаются деградации.

Экзоцитоз:

• Крупные макромолекулы (белки, полисахариды и полинуклеотиды) даже крупные частицы могут как поглощаться, так и секретироваться. При их переносе происходит последовательное образование и слияние окруженных мембраной пузырьков (везикул), т.е. перенос веществ вместе с частью плазматической мембраны.

• Вещества, высвобождаемые путем экзоцитоза делят на 3 группы: 1) вещества, связывающиеся с клеточной поверхностью как периферические белки – антигены; 2) вещества, включающиеся во внеклеточный матрикс – коллаген, гликозаминогликаны; 3) вещества, входящие во внеклеточную среду, как сигнальные молекулы (инсулин, катехоламины, паратгормон) или ферменты (экзокринные железы, эктоферменты).

Типы окаймленных везикул:

• СОРII перемещают материал из ЭР «вперед» к ERGIC и комплексу Гольджи

• СОРI перемещают материал в обратном направлении из ERGIC и комплекса Гольджи в ЭР, а также из транс-Гольджи в цис-Глдьджи

• Покрытые клатрином везикулы перемещают материал от транс-Гольдж (TGN) к эндосомам, лизосомам, растительным вакуолям; транспортируют материал от плазматической мембраны в цитоплазматические компартменты в процессе эндоцитоза

• Примечание – COP акроним «покрывающий белок»

Фагоцитарный ответ клетки включает:

• Рецепторы на поверхности мембраны фагоцита в углублениях, покрытых белком клатрином, взаимодействуют с молекулами частиц, которые необходимо поглотить и уничтожить, и включают фосфатидилинозитольный механизм фагоцитоза.

• Образуются выросты плазматической мембраны макрофага, окружающие поглощаемую частицу, и формируется фагосома.

• В цитозоле макрофага фагосомы сливается с первичными лизосомами. Благодаря низким значениям рН внутри фаголизосомы происходит гидролиз органических молекул поглощаемой частицы гидролазами лизосом.

• Продукты гидролиза поступают в цитозоль и утилизируются макрофагами. Непереваренные молекулы в виде остаточных телец методом экзоцитоза возвращаются на поверхность клеток.

Лекция 7. Цитоскелет и молекулярные основы клеточной подвижности

План

• Молекулярное строение и функции цитоскелета: микротрубочки, филаменты и микрофиламенты, сокращение мышечных волокон, немышечная подвижность. Цилия и флагелла.

• Биохимические моторы.

• Энергетика движений клеточных элементов.

Цитоскелет клетки:

• Состоит из трех типов фибрилл: микротрубочки, средние филаменты и микрофиламенты (актиновые филаменты).

• Выполняют функции:

- поддержание формы клетки;

- движение внутриклеточных компонентов;

- обеспечивают перемещение клетки

Микротрубочки:

• Микротрубочки полые, диаметр 25 нм, состоят из белков α,b-тубулиновых гетеродимеров, которые собраны в протофиламенты.

• Особенности: подвижность, стабильность и способность к взаимодействию определяется ассоциированными с микротрубочками белками – MAPs.

• Функции: формируют часть митотического веретена, центриоли, сердцевинную часть ресничек и флагелл. Обеспечивают пролонгированные процессы. Определяют расположение целлюлозы в стенках растительных клеток, поддерживают мембраны эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи и подвижность везикул и других молекул между клеточным телом и окончаниями аксонов нервных клеток.

Структура микротрубочек: а) микротрубочки состоят из глобулярных субъединиц; b) в микротрубочке собрано 13 субъединиц; с) модель α,b-тубулиновых гетеродимеров (α-тубулин связан с ГТФ, которая не гидролизуется, b-тубулин связан с ГДФ, которая заменяется на ГТФ перед полимеризацией; на слайде плюс конец сверху).

Структура микротрубочек на слайде: слева – образование микротрубочки из глобул тубулина; вверху 13 глобул b-субъединиц, сшиваются α и b, образуя шов; полярность – плюс конец где b-субъединицы, минус конец где α-cубъединицы (полярность важна для роста и взаимодействий); справа – ассоциированный с микротрубочкой белок.

Транспорт в аксоне нервной клетки (слайд): а) перемещение везикул внутри аксона вдоль микротрубочек – 5 мкм/с; b) везикулы, содержащие транспортируемые вещества, связаны с микротрубочками поперечно связывающими белками, включая моторные белки (кинезины и динеины); с) параллельные микротрубочки для аксонального транспорта.

Моторные белки:

• Известны три семейства моторных белков: кинезины и динеины, которые движутся вдоль микротрубочек, и миозины, которые движутся вдоль микрофиламентов.

• Эти белковые моторы способны конвертировать химическую энергию АТФ в механическую энергию, которая используется для перемещения структур, присоединенных к моторам.

• Энергия реализуется за счет конформационных изменений моторных белков, сопряженных с фосфорилированием-дефосфорилированием макроергических нуклеотидов

Кинезины и динеины:

• Кинезины и цитоплазматические динеины перемещают материалы вдоль микротрубочек в противоположных направлениях.

• Кинезины и динеины являются большими моторными белками с глобулярными головками, которые взаимодействуют с микротрубочками и работают как энергопродуцирующие машины, переносящие на противоположном конце «грузы».

• Кинезины движут материалы в направлении плюс-конца микротрубочек, а цитоплазматические динеины – минус-конца микротрубочек.

• Кинезины перемещают везикулы от эндоплазматического ретикулума, эндосом, лизосом и секреторных гранул, а также вдоль аксона от клеточного тела к нервному окончанию.

Нуклеация микротрубочек:

• Объединение микротрубочек (нуклеация) in vivo происходит совместно с различными микроорганизационными центрами микротрубочек (МТОС).

• В животных клетках микротрубочки формируют с центросомами структуру, содержащую две бочонкообразных центриоли. Центриоли содержат 9 симметрично расположенных фибрилл, каждая из которых состоит из трех микротрубочек. Микротрубочки ориентированы в направлении от перицентриолярного материала.

• Микротрубочки, которые формируют реснички или флагеллы, происходят от базальных тел, имеющих такую же структуру как и центриоль.

• Центросомы, базальные тела, другие МТОС (наружная поверхность ядерной мембраны растительных клеток) содержат γ-тубулин, необходимый для нуклеации микротрубочек.

Микротрубочки – динамические полимеры:

• Микротрубочки цитоскелета являются динамическими полимерами, которые могут укорачиваться, удлиняться, разъединяться и собираться.

• Разборка микротубулярного цитоскелета индуцируется колхицином, низкой температурой, повышенной концентрацией ионов кальция.

• Микротрубочки цитоскелета разъединяются перед клеточным делением и субъединицы тубулина вновь собираются как часть митотического веретена. Этот процесс разборки-сборки повторяется при каждом делении.

• Трубочки сжимаются или удлиняются со стороны, противоположном МТОС. Процесс удлинения требует ГТФ.

• Разборка-сборка микротрубочек управляется концентрацией ионов кальция и MAPs.

Движение ресничек и флагелл:

• Реснички и флагеллы имеют осевую нить, построенную из микротрубочек, которая обеспечивает поддержание структуры и движение.

• Осевая нить состоит из 9 внешних сдвоенных микротрубочек (А – завершенная и В – незавершенная). Два ответвления тянутся от А-микротрубочки каждого дублета. Ответвления состоят из цилиарного динеина – моторного белка превращающего энергию гидролиза АТФ в движение ресничек и флагелл. Это происходит, когда динеин одного дублета контактирует с В-микротрубочкой соседнего дублета: происходит изменение конформации, и микротрубочка А перемещается.

• Смещение на одну сторону осевой нити чередуется со смещением на другую сторону, поэтому реснички и флагеллы наклоняются в одну и затем в другую стороны.

Средние филаменты:

• Средние филаменты – нитеобразные структуры диаметром 10 нм. Состоят из симметричных тетрамерных субъединиц, которые собираются в филаменты, лишенные полярности.

• Устойчивы к значительным усилиям, относительно не растворимы, но являются динамичными структурами.

• Сборка и разборка средних филаментов зависит от фосфорилирования-дефосфорилирования белков.

• Обеспечивают механическую стабильность клеток и необходимы для тканеспецифических функций.

Актиновые филаменты:

• Актиновые филаменты (микрофиламенты) в диаметром 8 нм, состоят из дважды скрученного полимера белка актина и играют ключевую роль во всех видах сократимости и подвижности в пределах клетки.

• В разных клетках образуют высокоупорядоченные структуры, сети или пучки.

• Актиновые филаменты часто связываются с S1 головками миозина (имеют полярность). С плюс-конца присоединяют субъединицы, с минус-конца теряют.

• Присоединяющаяся субъединица должна быть связанной с АТФ, которая гидролизуется в процессе присоединения новой субъединицы.

• В клетке поддерживается равновесие между мономерной и полимерной формами актина. Цитохолазин способствует деполимеризации филаментов, а фаллоидин препятствует деполимеризации.

Слайд - Цитохолазин разрушает структуры, содержащие актиновые филаменты (филоподии мезенхимальных клеток).

Миозины:

• Микрофиламент-зависимые процессы реализуются при соединении актиновых филаментов или чаще при взаимодействии с моторным белком миозином.

• Перемещение фагоцитированной бактерии через мембрану макрофага определяется полимеризацией актина.

• Миозины делятся на 2 класса: обычные II типа и необычные I, III-XIV типов.

• Миозин II типа - в мышцах и может быть в немышечных активностях (цитокинезы). Головка миозина связывает актиновый филамент и за счет гидролиза АТФ обеспечивают перемещение его. Необычные миозины могут иметь одну головку и обеспечивать перемещение органелл.

Сокращение мышц:

Деполяризация мембран цистерн приводит к освобождению Са и началу мышечного сокращения.

2. Са связывается с субъединицей С тропонина. Это изменяет конформацию всей молекулы тропонина - субъединица I перестает мешать взаимодействию актина с миозином; изменение конформации субъединицы Т передается на тропомиозин.

3. Тропомиозин поворачивается на 20° и открывает закрытые ранее центры в актине для связывания с миозином.

4. Головка миозина, которая в покое представляет собой комплекс М+АДФ+Рн, присоединяется к актину перпендикулярно. Причем актин обладает к этому комплексу большим сродством (образование поперечных мостиков).

5. Присоединение актина вызывает быстрое освобождение АДФ и Рн из миозина. Это приведет к изменению конформации и головка миозина повернется на 45% (рабочий ход). Поворот головки, связанной с актином, вызовет перемещение тонкой нити относительно миозина.

6. К головке миозина, вместо ушедших АДФ и Рн, вновь присоединяется АТФ, образуя комплекс М + АТФ. Актин обладает к нему малым сродством, это вызовет отсоединение головки миозина (разрыв поперечных мостиков). Она вновь становится перпендикулярно около тонкой нити.

7. В головке миозина, не связанной с актином, происходит гидролиз АТФ. Вновь образуется комплекс АДФ + Рн + миозин и все повторяется с 3-его пункта. После прекращения действия двигательного импульса Са²⁺ с помощью Са²⁺-зависимой АТФазы переходит в саркоплазматический ретикулум. Уход Са из комплекса тропонина приводит к смещению тропомиозина и закрытию активных центров актина, делая его неспособным взаимодействовать с миозином. Мышца расслабляется.

Сборка-разборка актиновых филаментов:

• Немышечная подвижность зависит от актина, соединенного с миозином. Группа белков регулируют образование актиновых филаментов, изменяя их физические свойства и способность к взаимодействиям: препятствуют полимеризации мономеров, образуют cap (шапочку) на одном конце филамента, что прекращает его рост или вызывает диссоциацию филамента; белки, вызывающие поперечную сшивку филаментов в пучки и потерю сетчатой структуры; белки, разрывающие актиновые филаменты; белки, прикрепляющие актиновые филаменты к внутренней поверхности плазматической мембраны.

Примеры немышечной подвижности:

• Перемещение клеток через среду и аксональный рост.

• Переползание клеток сопровождается формированием уплощенной вуалеподобной формы на движущемся конце клетки. Выдающиеся вперед выросты за счет временной фиксации к поверхности обеспечивают переползание. Этот процесс связан с нуклеацией и полимеризацией актиновых филаментов и их ассоциацией с различными актин-связывающими белками. Энергия для этого исходит от процесса полимеризации актина.

• Кончик растущего аксона представляет перемещающийся конус, имеет несколько типов подвижных выростов и определяет предпочтительный путь роста.

Лекция 8. Природа гена и генома

План

• Концепция «ген как единица наследственности».

• Хромосомы – физические носители генов.

• Химическая природа генов.

• Структура генома. Стабильность генома.

• Программа «Геном человека»: ожидания, реальность и перспективы.

Виды ДНК:

• Различают следующие основные виды ДНК: 1) ядерные (хромосомные) ДНК; 2) ДНК плазмид; 3) ДНК хлоропластов; 4) ДНК митохондрий; 5) ДНК вирусов.

• Ядерная ДНК локализована в ядре эукариотической клетки. Аналогом ядерной ДНК у бактерий служит генофор, или нуклеоид, который представляет собой кольцевидно замкнутую ДНК, не отделенную от цитоплазмы мембраной. Нередко генофор называют бактериальной хромосомой.

• Молекулы ядерных ДНК содержат основной объем информации обо всех наследственных признаках организма. Их функция – хранение этой информации, обеспечение ее экспрессии и рекомбинации, а также воспроизводство при делении клетки и передача последующим поколениям организма.

Три функции ДНК: 1) локализация генов; 2) механизмы репликации; 3) механизм синтеза полипептидных цепей

ДНК как носитель генов:

• Ген – единица наследственности, представляющая собой часть молекулы ДНК, кодирующей последовательность аминокислот одной полипептидной цепи. Экспрессией гена называют синтез белка или РНК по программе гена. Большинство генов относят к «стандартным» кодирующим белок генам.

• В результате дупликации гена в процессе эволюции возможны множественные копии одного и того же гена для более быстрого синтеза белка. Известны псевдогены, не способные к экспрессии или кодирующие синтез нефункциональных белков. Транспозоны (прыгающие гены) способны изменять свое место расположения в хромосоме.

• Говоря о генах, следует заметить, что в составе ДНК существуют также повторяющиеся тысячи раз и состоящие из нескольких сотен оснований Alu-последовательности. Их роль не установлена. Имеется еще один вид повторяющихся последовательностей ДНК – сателлитная ДНК (короткие тандемно повторяющиеся последовательности оснований). Эти последовательности образуют более легкую фракцию, сопровождающую основную фракцию ДНК при градиентном ультрацентрифугировании. Отсюда и название – сателлитная ДНК.

Виды клеточных ДНК: различают следующие основные виды ДНК: 1) ядерные (хромосомные) ДНК; 2) ДНК плазмид; 3) ДНК хлоропластов; 4) ДНК митохондрий; 5) ДНК вирусов

• ДНК митохондрий, подобно ДНК хлоропластов, обеспечивают автономный синтез белка, который протекает в митохондриях.

• Несмотря на известную автономность, функционирование ДНК хлоропластов и ДНК митохондрий четко координировано с деятельностью ядерной ДНК.

• ДНК ядер, митохондрий (хлоропластов) в совокупности образуют единый наследственный аппарат эукариотической клетки

• ДНК плазмид – это обычно кольцевидно замкнутые молекулы ДНК небольшого размера, находящиеся в цитоплазме. Несмотря на небольшой объем содержащейся в них наследственной информации, ДНК плазмид играют важную роль в явлениях наследственности и изменчивости организмов, прежде всего бактерий и грибов. Плазмидные ДНК – это относительно автономные структуры: они способны реплицироваться независимо от ядерной ДНК, а также переходить из одной клетки в другую в процессе их контактов. Эту способность используют инженеры-генетики для переноса наследственной информации из одних организмов в другие.

• ДНК хлоропластов находятся в пластидах растений. Они несут информацию о белках и РНК, необходимых для нормальной работы фотосинтетического аппарата растительной клетки. Поскольку хлоропласты растений обладают автономным аппаратом для синтеза белка, то роль этих ДНК отчасти аналогична функциям ядерной ДНК.

• Вирусные ДНК несут относительно небольшой объем наследственной информации (от 10 до 150 генов), обеспечивающей циркуляцию этих паразитов в природе, в частности инфицирование клетки-хозяина.

• Подобно плазмидным ДНК, вирусные ДНК обладают способностью «путешествовать» между клетками и встраиваться (интегрироваться) в их ДНК.

• Поэтому ДНК-содержащие вирусы находят применение в качестве носителей наследственной информации в генно-инженерных разработках.

Строение ДНК: нуклеотиды в нуклеиновых кислотах связаны 3′,5′-фосфодиэфирной связью, которая возникает между 3′-ОН группой углевода одного нуклеотида и 5′-ОН группой углевода другого нуклеотида.

Вторичная структура ДНК:

• Молекула ДНК состоит из 2-х цепей, образуя правовращающую спираль, в которой обе полинуклеотидные цепи закручены вокруг одной и той же оси. Удерживаются полинуклеотидные цепи водородными связями, образующимися между комплементарными азотистыми основаниями: между А и Т – две водородные связи, Ц и Г – три водородные связи.

• Азотистые основания расположены внутри спирали, а фосфорные остатки и углеводные компоненты – снаружи. Кроме водородных связей в стабилизации молекулы ДНК принимают участие силы гидрофобного («стэкинг») взаимодействия, образующегося между плоскостями оснований внутри двойной спирали ДНК.

• Обе цепи в молекуле ДНК имеют противоположную полярность (антипараллельны). Это означает, что одна цепь имеет направление 5'→ 3', а другая 3'→5'. Подобная направленность цепей играет важную биологическую роль при репликации и транскрипции молекулы ДНК.

Нуклеосомы – компактизация ДНК. Межнуклеосомный разрыв ДНК – механизм апоптоза.

В ДНК, где кодируются 5 типов гистонов, при нагревании первыми расходятся АТ-пары (две водородные связи - тонкие нити), ГЦ-пары сохраняются (три водородные связи - толстые участки ДНК).

Кинетика ренатурации ДНК:

• Если фрагментированные молекулы ДНК в растворах подвергнуть тепловой денатурации, а затем инкубировать их при температуре несколько более низкой, чем та, при которой происходит денатурация, то идет восстановление исходной двуспиральной структуры фрагментов ДНК за счет воссоединения комплементарных цепей - ренатурация.

• Для ДНК вирусов и прокариотических клеток было показано, что скорость такой ренатурации прямо зависит от величины генома; чем больше геном, чем больше количество ДНК на частицу или клетку, тем больше нужно времени для случайного сближения комплементарных цепей и специфической реассоциации большего числа разных по нуклеотидной последовательности фрагментов ДНК.

• Характер кривой реассоциации ДНК прокариотических клеток указывает на отсутствие повторяющихся последовательностей оснований в геноме прокариот; все участки их ДНК несут уникальные последовательности, число и разнообразие которых отражает степень сложности генетической композиции объектов и, следовательно, их общей биологической организации.

Дата добавления: 2016-04-11; просмотров: 2146;