АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Кодова система ДНК, синтез білка

Дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) — один із двох типів природних нуклеїнових кислот, що забезпечує зберігання, передачу з покоління в покоління і реалізацію генетичної програми розвитку й функціонування живих організмів. Основна роль ДНК в клітинах — довготривалезберіганняінформації про структуру РНК і білків.

У клітинахеукаріотів (наприклад, тварин, рослинабогрибів) ДНК міститься в ядріклітини в складі хромосом, а також в деякихклітиннихорганелах (мітохондріях і пластидах). У клітинахпрокаріотів (бактерій і архей) кільцевааболінійна молекула ДНК, так званий нуклеоїд, міститьсявцитоплазмі і прикріпленазсередини до клітинноїмембрани. У них і у нижчихеукаріотів (наприкладдріжджів) зустрічаютьсятакожневеликіавтономнікільцевімолекули ДНК, так званіплазміди. Крім того, одно- абодволанцюговімолекули ДНК можутьутворювати геном ДНК-вірусів.

З хімічної точки зору, ДНК — цедовгаполімерна молекула, щоскладається з послідовностіблоків — нуклеотидів. Кожний нуклеотид складається з азотистоїоснови, цукру (дезоксирибози) і фосфатноїгрупи (абогомологічноїарсеноїдної). Зв'язкиміж нуклеотидами в ланцюжкуутворюються за рахунокдезоксирибози і фосфатноїгрупи. У переважнійбільшостівипадків (окрімдеякихвірусів, щомістятьодноланцюжкові ДНК) макромолекула ДНК складається з двохланцюжків, орієнтованихазотистими основами один проти одного. Цядволанцюжкова молекула утворюєспіраль. В цілому структура молекули ДНК отрималаназву «подвійноїспіралі».

У ДНК зустрічаєтьсячотиривидиазотистих основ (аденін, гуанін, тимін і цитозин) (винятокстановлятьвипадкипізнішихмодифікаційнуклеотидів, наприкладметилювання). Азотистіоснови одного з ланцюжківсполучені з азотистими основами іншоголанцюжкаводневимизв'язкамизгідно з принципом комплементарності: аденінз'єднуєтьсятільки з тиміном, гуанін — тільки з цитозином. Послідовністьнуклеотидівдозволяє «кодувати» інформацію про різнітипи РНК, найважливішими з яких є інформаційні, абоматричні (мРНК), рибосомальні (рРНК) і транспортні (тРНК). Всіцітипи РНК синтезуються на матриці ДНК (тобто за рахуноккопіюванняпослідовності ДНК у послідовністьмакромолекули, щосинтезується) у процесітранскрипції і беруть участь у біосинтезібілків (процесахсплайсингу і трансляції). Крімкодівнихпослідовностей, ДНК клітиниміститьпослідовності, щовиконуютьрегуляторні і структурніфункції. Ділянкикодівноїпослідовності разом ізрегуляторнимиділянкаминазиваються генами.

Біосинтез (або просто синтез) білків — процес, за допомогою якого клітини будують білки. Термін іноді використовується для посилання виключно на процес трансляції, але частіше означає багатокроковий процес, що включає біосинтез амінокислот, транскрипцію, процесинг (включаючи сплайсинг), трансляцію та посттрансляційну модифікацію білків. Біосинтез білків, хоча й дуже подібний, дещо відрізняється між представниками трьох доменів життя — еукаріотами, археями та бактеріями.

Під час транскрипції відбувається зчитування генетичної інформації, зашифрованої в молекулах ДНК, і запис цієї інформації в молекули мРНК. Під час ряду послідовних стадій процесингу з мРНК видаляються деякі фрагменти, непотрібні в подальших стадіях (сплайсинг), і відбувається редагування нуклеотидних послідовностей. Після транспортування зрілої молекули мРНК з ядра до рибосом відбувається власне синтез білкових молекул шляхом приєднання окремих амінокислотних залишків до поліпептидного ланцюжка, що росте. На останній стадії посттрансляційної модифікації відбуваються зміни новосинтезованого білка додаванням небілкових молекул до білка та ковалентними модифікаціями його амінокислот.

Біосинтез білка, хоча безпосередньо і регулюється рибонуклеїнової кислоти, опосередковано пов'язаний з контролюючим впливом ДНК ядра і що РНК спочатку синтезується в ядрі, потім надходить у цитоплазму, де виконує роль матриці в синтезі білка. Отримані значно пізніше експериментальні дані підтвердили гіпотезу про те, що основною функцією нуклеїнових кислот є не тільки зберігання генетичної інформації, але й реалізація цієї інформації шляхом програмованого синтезу специфічних білків.

Однак у цій послідовності ДНК ® РНК ® Білок бракувало відомостей про те, яким чином відбуваються розшифровка спадкової інформації і синтезу специфічних білків, що визначають різноманіття ознак живих істот. В даний час з'ясовано основні процеси, з яких здійснюється передача спадкової інформації: вони включають реплікацію, тобто Синтез ДНК на матриці ДНК, транскрипцію, тобто Переклад мови і типу будови ДНК на молекулу РНК, і трансляцію - процес, в якому генетична інформація, що міститься в молекулі мРНК, направляє синтез відповідної амінокислотної послідовності в білку. Багато тонкі механізми транскрипції остаточно не з'ясовані.

16. ПОНЯТТЯ "Мітоз", "мейоз"

Клітинний цикл

Клітинний цикл — це серія подій, що відбувається у період від утворення еукаріотичної клітини до завершення її поділу. Клітинні поділи необхідні як утворення тіла багатоклітинних організмів, так і для відтворення собі подібних. Перед поділом генетичний матеріал має бути репліковано, щоб кожна з нових клітин отримала його копію, ідентичну до материнської.

Середня тривалість клітинного циклу еукаріотичної клітини за сприятливих умов і наявності стимулів до поділу може становити 24 год. Він складається із таких фаз:

Інтерфаза — період, в який клітина не ділиться; триває 90% часу клітинного циклу і в свою чергу поділяться на три фази:

Фаза G₁ (англ. first gap) — пресинтетичний період, клітина росте, накопичує поживні речовини, виконує свої основні функції (5—6 год або більше залежно від типу клітин та умов);

Фаза S — синтетичний період, відбувається реплікація ДНК, продовжується ріст клітини (10—12 год для людської клітини);

Фаза G₂ (англ. second gap) — постсинтетичний період, клітина готується до поділу — перевіряє, чи добре скопійовано ДНК, накопичує білки необхідні для утворення веретена поділу, подвоюються деякі органели (4—6 год для типової людської клітини).

Клітинний поділ — триває не більше години і поділяється на два взаємопов'язані етапи:

Мітоз — поділ ядра, під час якого відбувається рівномірний розподіл генетичної інформації. Відбувається у кілька етапів: профаза, прометафаза, метафаза,анафаза і телофаза. Під час мітозу спіралозвані хромосоми, що складаються із двох ідентичних хроматид вишиковуються по екватору веретена поділу, а потім окремі хроматиди, за допомогою мікротрубочок, розходяться до його полюсів. На кожному полюсі формується нове ядро;

Цитокінез — поділ цитоплазми клітини, у тварин відбувається за участі скоротливого кільця із актинових та міозинових філамтенів, а у вищих рослин — за допомогою спеціальної структури — фрагмопласту, що складається із мікротрубочок веретена поділу і везикул апарату Гольджі, які, зливаючись між собою, відокремлюють дві дочірні клітини^[81].

Окрім мітозу існує ще один спосіб поділу ядра еукаріотичної клітини — мейоз, це серія із двох поділів, між якими часто немає інтерфази. На противагу мітозу, після завершенню мейозу кожна дочірня клітина отримує лише половину генетичної інформації батьківської клітини. Мейоз обов'язково відбувається на певному етапіжиттєвого циклу всіх організмів, здатних до статевого розмноження. Він необхідний для підтримання сталої кількості хромосом у всіх особин виду і для здійсненнягенетичної рекомбінації — перегрупування та перерозподілу генів^[82].

У багатоклітинних організмів частина диференційованих клітин виходять із клітинного циклу: після стадії G₁ вони переходять у стадію спокою — G₀, більшість таких клітин за певних умов можуть відновлювати проліферацію.

Усі події у клітинному циклі чітко регулюються системою спеціальних білків циклінів та циклін-залежних кіназ, яка тісно пов'язана з іншими сигнальними шляхами клітини. Якщо один або кілька елементів цієї системи виходять із ладу, це може призвести до неконтрольованого поділу клітин і утворення пухлин, зокрема, злоякісних^[83].

Мітоз (від грецьк. mitos — нитка), або каріокінез (від грецьк. karion — ядро і kinesis — рух), або непрямий поділ е основною формою репродукції клітин. Описуючи мітоз, виділяють чотири послідовні його стадії: профаза, метафаза, анафаза, телофаза.

Профаза (від грецьк. pro — перед, до і phasis — поява) починається з конденсаціїхромосом. Хромосоми, які мали вигляд хроматину, потовщуються і вкорочуються та стають видними у світловому мікроскопі спочатку в формі щільного, а далі — пухкого клубка. На цей час каріо- лема розпадається на частини, схожі на елементи ендоплазматичної сітки, а порові комплекси дисоціюють на субодиниці. Каріоплазма змішується з цитоплазмою в міксоплазму (від латин, mixtum — змішування), ахромосоми виявляються в центрі клітини.

Веретено поділу складається з полюсних (центріолярних) і кінето- хорних (хромосомних) мікротрубочок. Частина мікротрубочок, які відходять від центріолей і розходяться радіально поза веретеном поділу, отримали назву астральних, або мікротрубочок сяйва. Процес формування мітотичного веретена продовжується в наступній фазі. У кінці профази або на початку метафази внаслідок інактивації р’ибосомних генів у зоні ядерцевих організаторів розпорошується і зникає ядерце. Одночасно в цитоплазмі зменшується кількість елеменл’в гранулярної ендоплазматичної сітки (цистерн і рибосом), що відповідає значній редукції рівня синтезу білка.

Метафаза (від грецьк. meta — між і phasis — поява) характерна максимальним рівнем конденсації хромосом. Процес, за якого хромосоми починають спрямовуватись до екватора клітини, називають прометафазою, або метакінезом. У середині метафази хромосоми формують екваторіальну (метафазну) пластинку (вид збоку), або материнську зірку (при виді з полюса). При цьому центромерні ділянки хромосом звернені до центру, а їх плечі — до периферії. В результаті упорядкування положення хромосом система мікротубул також упорядковується. Хромосомні, або кінетохорні, мікротубули веретена поділу йдуть назустріч центріолярним, але не з’ясовано, чи з’єднуються з ними. Хромосоми пересуваються в екваторіальну площину та утримуються в ній завдяки збалансованому натягу кінетохорних мікротубул. В кінці метафази сестринські хроматиди розділяються щілиною, залишаючись з’єднаними лише в ділянці центромери.

В анафазі (від грецьк. ana — знов і phasis — поява) відбувається швидка реплікація ДНК у ділянці центромери (в інтерфазі вона залишається нереплікованою), розриваються центромерні з’єднання, (d-хромосоми діляться поздовж, і хроматин у вигляді дочірніх хромосом (s-хромосом) відходить до полюсів, рухаючись синхронно вздовж мікротубул мітотичного веретена зі швидкістю 0,2-0,5 мкм/хв. Сигналом до початку анафази, ймовірно, служить різке підвищення концентрації іонів Ca²⁺ в гіалоплазмі, що виділяються міхурцями., які скупчуються біля полюсів. Існують різні гіпотези щодо механізмів переміщення дочірніх хромосом до полюсів клітини. За однією гіпотезою відбувається сковзання дочірніх хромосом по мікротубулах мітотичного веретена. Інші дослідники вважають, що переміщення здійснюється за допомогою ниткоподібних скоротливих білків (актинових і міозинових). У цьому процесі має значення наявність у мітотичному апараті регуляторних білків — кальмодуліну (білок з підвищеною спорідненістю до кальцію), Ca²⁺-аденінтрифосфатази).

Анафаза завершується скупченням на полюсах клітини двох ідентичних наборів дочірніх хромосом (s-хромосом), які утворюють фігуру дочірніх зірок. У кінці стадії актинові міофіламенти збираються в середній частині клітини і формують скоротливе кільце, яке під кінець мітозу приведе до цитотомії.

Телофаза (від грецьк. telos — кінець) — кінцева стадія мітозу, характерна тим, що в ній реконструюються ядра дочірніх клітин і завершується їх розділення. На початку телофази дочірні хромосоми орієнтовані так само, як і в анафазі, тобто центромерами до центру і полюсів. Кількість хромосом біля кожного полюса така сама, як у материнської клітини. Це s-хромосоми, вони частково деконденсу- ються, каріолеми кожного з сестринських ядер утворюються з цистерн ендоплазматичної сітки (за іншими даними, з мембранних міхурців). З’являються ядерця (їх формують хромосоми-організатори ядерець, що мають вторинні перетяжки). Ядра збільшуються в об’ємі, хромосоми деконденсуються, перетворюючись у хроматин. У телофазі відбувається розподіл органел між майбутніми дочірніми клітинами. Найбільше залишається до розподілу мітохондрій, оскільки ендоплазматична сітка і комплекс Гольджі під час мітозу майже повністю розпадаються на дрібні фрагменти і міхурці. Завершується мітоз цитотомією.

Мейоз (редукційний поділ) веде до утворення клітин з гаплоїдним наборомхромосом (від грецьк. meiosis — зменшення), це поділ, при якому наполовину зменшується (редукується) кількість хромосом (з дип- лоїдного до гаплоїдного набору).

Три важливі явища мейозу: (1) редукція числа хромосом до гаплоїдного (половинного) набору; (2) комбінування (рекомбінація) батьківських і материнськиххромосом; (3) кросинговер — перехрещування хромосом, при якому відбувається взаємний обмін між частинами хромонем і хромосом внаслідок розривів хроматид і поєднання їх кінців в іншому порядку.

Три форми мейозу: (1) початковий (зиготний) спостерігається після запліднення (у водоростей і найпростіших), коли лише зигота диплоїдна, а її похідні гаплоїдні; (2) проміжний (споровий) — між стадіями спорофіту і гаметофіту (в процесі спороутворення в рослин); (3) кінцевий (гаметний) — при гаметогенезі (розвитку статевих клітин) у всіх багатоклітинних тварин і деяких найпростіших.

Доцільно ще раз зазначити, що в незрілих статевих (так само як і в соматичних) клітинах є диплоїдні набори (46)хромосом, тобто міститься по два екземпляри кожної хромосоми, з яких один набір батьківського (від сперматозоїда) і один материнського (від яйцеклітини) походження. Ці хромосоми складають гомологічні пари, в яких партнери мають однакову довжину і однакове розміщення центромер, містять однакову кількість генів з аналогічною послідовністю.

Мейоз включає два поділи та інтерфазу між ними. Перший поділ гетеротипний (від грецьк. heteros — інший), або редукційний (від ліатин. reductio — повернення, відновлення), значно відрізняється від мітозу. Другий поділ екваційний (від латин, ecqualis — такий же), або гомеотипний (від грецьк. homoios— подібний), проходить як мітоз і відрізняється від нього лише кількістю хромосом. Інтерфаза між цими двома поділами характеризується тим, що в ній не відбувається реплікація ДНК (редуплікація хромосом).

Перший поділ мейозу має такі ж стадії, як і мітоз, лише додається відповідне цифрове позначення: про- фаза-І, метафаза-І, анафаза-І, телофаза-І.

Другий поділ мейозу позначається відповідно: про- фаза-ІІ, метафаза-ІІ, анафаза-ІІ, телофаза-ІІ.

Кожний з двох поділів мейозу має свої відмінності. Особливість першого поділу полягає в незвичайному і складному проходженні профази-І. Найважливішою відмінністю профази-ї мейозу від профази мітозу є кон’югація гомологічниххромосом з утворенням бівалентів. Кон’югація— це приєднання відповідних ділянок гомологічних хромосом таким чином, що із 46 d-хромосом людини утворюється 23 біваленти.

Дата добавления: 2015-02-02 | Просмотры: 1056 | Нарушение авторских прав