Оперонная регуляция синтеза белка

Ген-регулятор О п е р о н

 

Ген-регулятор Промотор Оператор А В С Терминатор

Транскрипция Т р а с к р и п ц и я

мРНК

Белок-регуляторТ р а с л я ц и я

ЭффекторБелок А Белок В Белок С

Регуляция на уровне трансляции

· Количество определённого фермента (белка) в клетке может регулируется наличием реактивного субстрата (веществ, взаимодействие между которыми катализирует данный фермент), т. е. синтез (трансляция) фермента идёт активно только в случае эти вещества присутствуют в клетке и прекращается, когда они удаляются из клетки

· Такой тип регуляции синтеза фермента называется индукцией, а вещество, вызывающее этот синтез - индуктором

Реакции матричного синтеза

Реакции матричного синтеза – ферментативнее реакции быстрого синтеза макромолекул, происходящие тольков живых клетках (в настоящее время осуществлён in vitro)

· К реакциям матричного синтеза относятся реакции репликации молекул ДНК, трнскрипция (синтез РНК), биосинтез белка – трансляция

· Протекают при следующих условиях:

1. Информационная матрица – молекула, присутствущая в процессе в единственном числе и содержащая информацию о порядке и последовательности синтеза

2. Ферменты (зависимые синтетазы, полимеразы)

3. Сырьё – низкомолекулярные органические вещества (нуклеотиды, аминокислоты)

4. Источник энергии –АТФ, макроэрги

5. Соответствующий органоид клетки (ядро, рибосомы)

Воспроизведение (деление) клеток

Жизненный цикл клетки

Жизненный (клеточный) цикл – жизнь клетки от момента её возникновения в результате деления материнской клетки до окончания её собственного деления или смерти

· Жизненный цикл включает:

1. Период покоя (ближайшая судьба клетки не определена, возможна подготовка к следующему делению или функциональная дифференцировка)

2. Период дифференцировки и специализации (приобретения клеткой тканевой видоспецифичности)

Период выполнения клеткой многоклеточного организма специфических функций

4. Подготовка к предстоящему делению (митозу)

5. Деление клетки - митоз

· Биологический смысл этих процессов – преемственность структурно-функциональной организации материнской клетки в ряду клеточных делений

· Обязательным компонентом клеточного цикла является митотический цикл

Митотический цикл – комплекс процессов подготовки клетки к делению и самого деления (интерфаза и митоз)

· В митотическом цикле выделяют интерфазу и митоз (М)

Интерфаза – совокупность процессов, подготавливающих клетку к предстоящему делению

 

Процессы интерфазы

· Включает три периода

1. Пресинтетический, или постмитотический – G₁

- следует непосредственно за делением клетки, самый продолжительный по времени – от 10 часов до нескольких суток (у неделящихся клеток это единственный период митотического цикла)

- осуществляется рост клетки (увеличение объёма цитоплазмы и количества органелл)

- активный синтез структурных и функциональных белков и РНК

- формула ядра клетки 2n2c

2. Синтетический - S

- самый главный в интерфазе и митотическом цикле (в делящихся клетках млекопитающих он длится 6-10 ч.)

- осуществляется синтез ядерной ДНК и редупликация хромосомных структур (содержание ДНК удваивается, каждая хромосома становиться двунитчатой, т. е. состоит из двух хроматид – идентичных молеку ДНК)

v Если число хромосом в гаплоидном наборе обозначать буквой - n (в диплоидном наборе соответственно – 2n), а число молекул ДНК, необходимых для образования гаплоидного набора хромосом обозначать буквой (с), то можно записать формулу ядра соматической клетки на разных стадиях митотического цикла. До S – периода каждая хромосома состояла из одной молекулы ДНК, следовательно формула ядра диплоидной клетки в G₁ имеет вид 2n2c

v После репликации в S – периоде, когда ДНК каждой хромосомы себя удваивает, суммарное количество ДНК в ядре увеличивается вдвое и формула клетки приобретает вид 2n4c

- продолжение синтеза белков и РНК

- формула ядра клетки 2n4c

3. Постсинтетический – G₂

- продолжается 3 – 4 часа

- усиление биосинтеза белка и РНК (образование компонентов нитей веретена деления)

- деление митохондрий и хлоропластов (их число удваивается)

- удвоение центриолей

- активный синтез АТФ (накопление энергии для предстоящего деления)

- формула ядра клетки 2n2c

- клетка приступает к делению

Деление клетки

· Включает два этапа

1. кариокинез – деление ядра

2. цитокинез – деление цитоплазмы с органоидами

· Описано три способа деления эукариотических клеток: митоз (непрямое деление), амитоз (прямое деление), мейоз (редукционное деление)

Митоз (непрямое деление, кариокинез)

Митоз – непрямое деление соматической клетки, приводящее к образованию двух дочерних клеток с числом хромосом, равным числу хромосом в материнской клетке, что обеспечивает преемтсвенность структурно-функциональной организации материнской клеткив ряду поколений

 

· Основной способ деления эукаритических клеток (был открыт в клетках растений И. Д. Чистяковым, рус. в 1874 г., детальные исследования поведения хромосом в митозе выполнены Э. Страсбургером и В. Флемингом, нем.. в 1882 г. на животных)

· Фактором, запускающим митоз, является изменение ядерно-плазматических отношений – отношения объёма ядра к объёму цитоплазмы

· Представляет собой непрерывный процесс, но для удобства изучения биологи делят его на четыре последовательные стадии: профазу, метафазу, анафазу и телофазу

q Профаза

- клетка округляется, обособляется от соседних клеток и перестаёт выполнять свои функции

- спирализация (конденсация) хромосом, в результате чего они укорачиваются, утолщаются и приобретают характерную для данного вида организмов морфологию (видно в световой микроскоп, что хромосомы двойные – состоят из двух хроматид, соединённых в области первичной перетяжки особой структурой – центромерой)

- исчезает ядрышко

- фрагментируется (распадается на отдельные цистерны) под действием ферментов лизосом ядерная оболочка и цитоплазма смешивается с кариоплазмой

- центриоли расходятся к полюсам клетки

- происходит образование веретена деления (ахроматинового веретена), которое формируется из микротрубочек путём полимеризации белковых субъединиц (микротрубочки образуются со стороны центриолей либо со стороны хромосом, как у растений); веретено деления поляризует клетку

q Метафаза

- завершение образования веретена деления, которое состоит из микротрубочек двух типов: хромосомные, которые связываются с центромерами хромосом и полюсные (направляющие, опорные) которые тянутся от полюса к полюсу

- завершается спирализация хромосом и они приобретают максимальную компактность (изучение кариотипа, т. е. подсчёт числа и изучение формы хромосом производится именно в этой стадии)

- хромосомы приобретают направленное движение в область экватора клетки и располагаются на равном удалении от полюсов, образуя метафазную, или (экваториальную) пластинку; все хромосомы соединены с нитями веретена деления в области специализированных участков - центромеры (кинетохора)

- происходит обособление хроматид, т. е. их плечи лежат отдельно друг от друга, между ними появляется разделяющая их щель, но они по прежнему соединены в области центромеры

q Анафаза

- происходит деление центромер двухроматидных хромосом (из каждой хроматиды образуется отдельная дочерняя хромосома, обладающая собственной центромерой)

- дочерние хромосомы с помощью сокращения микротрубочек веретена деления расходятся к противоположным полюсам клетки

v Расхождение хромосом осуществляется быстро и всех одновременно, как «по команде», участки хромосом, связанные с центромерами, движутся быстрее, чем их концы, в результате хромосомы изгибаются в виде шпилек, концы которых повёрнуты в сторону экватора клетки);

- происходит строго равномерное разделение хромосом по полюсам клетки; в это время в клетке находится два диплоидных набора хромосом, т.к. количество хромосом определяется числом центромер (формула клетки 4n4c по 2n2c у полюсов)

q Телофаза

- происходят процессы обратные тем, которые наблюдались а профазе

- деспирализация (деконденсация) хромосом, они становятся невидимыми в световой микроскоп

- вокруг хромосом у каждого полюса из мембранных цистерн ЭПС образуется ядерная оболочка

- восстанавливается ядрышко (дочерние ядра приобретают строение, сходное с интерфазным)

- разрушается веретено деления

- происходит цитокинез (цитотомия) – разделение цитоплазмы и её органелл с образованием двух дочерних клеток с идентичным набором хромосом (клеточная формула дочерних клеток вновь становиться 2n2c); при этом цитоплазма и клеточные компоненты распределяются между дочерними клетками неравномерно

v в клетках животных плазматическая мембрана впячивается внутрь в области экватора, образуя перетяжку, разделяющую дочерние клетки

v в клетках растений, начиная с внутренней области из сливающихся пузырьков комплекса Гольджи и ЭПС образуется клеточная мембрана, которая делит клетку на две дочерние

v Продолжительность митоза от нескольких минут (в яйцеклетках во время их дробления) до нескольких часов (в клетках корешка гороха – 150 – 170 минут); с повышением температуры среды митоз ускоряется; самые продолжительные профаза и телофаза (в среднем около часа)

q Главные события митотического цикла:

- редупликация (самоудвоение) наследственного материала (числа хромосом) материнской клетки

- равномерное распределение этого материала между дочерними клетками

v В зависимости от митотической активности выделяют следующие ткани:

q Стабильные ткани – клетки не делятся, количество клеточной ДНК постоянно, происходят только возрастные изменения (клетки центральной и периферической нервной системы)

q Растущие ткани – ткани, в которых клетки существуют в течение всей жизни организма, но некоторые из них делятся, вызывая увеличение размеров органов (ткани почек, желёз внутренней секреции, скелетная и сердечная мускулатура)

q Обновляющиеся ткани – во многих клетках происходит митоз, в результате чего погибающие клетки заменяются вновь образующимися (слизистые желудочно-кишечного тракта, эпидеомис, костный мозг, семенники, эпителиальные клетки дыхательной, пищеварительной и мочеполовой систем)