Действие ионизирующего излучения на биообъекты Лекция 4

Действие ионизирующего излучения на биообъекты

Лекция 4 Структура клетки

Прокариотическая и эукариотическая клетки

Прокариоты: бактерии, микоплазмы, сине-зеленые водоросли Эукариоты: клетки грибов, растений, животных

Эукариотическая клетка

Признак Прокариоты Эукариоты 1 -10 мкм 10 -100 мкм Размеры Метаболизм Анаэробный или аэробный Аэробный за редким исключением (паразитические черви) Ядро Нет Есть ДНК Нуклеоид (кольцевая молекула не связанная с белками. Происходит гистонами) в цитоплазме. До 80 % генов считывается одновременно. Все гены присутствуют в единственном экземпляре Линейные молекулы в совокупности с белкамигистонами образуют хромосомы Транскрипци я Происходит в ядре. Генетическая информация (диплоидный набор) считывается по частям, с разных генов, в разных типах клеток и в разное время Сравнение прокариотических и эукариотических клеток

Сравнение ДНК у про- и эукариот Прокариоты n n n n Эукариоты Одна молекула ДНК Локализована в цитопл. Не имеет интронов Гены плотно упакованы n Гистоны отсутствуют Генный контроль транскрипции Белки связываются с ДНК и влияют на скорость транскрипции n n n Много молекул ДНК Локализована в ядре Содержит интроны Между генами большое к-во бессмысленной ДНК Гистоны присутствуют Генный контроль транскрипции Белки связываются с ДНК и влияют на скорость транскрипции

Органелла – клеточная структура определенного строения, выполняющая определенную функцию Содержимое клетки, заполняющее пространство между ядром и плазматической мембраной, называется цитоплазмой Компартменты, компартментализация

Диаграма типичной клетки животного Отмеченные органеллы: 1. Ядрышко 2. Ядро 3. Рибосома 4. Везикула 5. Шероховатый ЭПР 6. Аппарат Гольджи 7. Клеточная стенка 8. гладкий ЭПР 9. Митохондрия 10. Вакуоль 11. Гиалоплазма 12. Лизосома 13. Центросома

Биологическая мембрана n n n n 1972 г. Сингер и Николсон: "жидкостномозаичная" модель мембраны. Основу модели также составляет билипидный слой, находящийся в жидкой фазе. Белки не покрывают слои липидов сплошным слоем, а располагаются в нем как мозаика. 1 молекула белка приходится на 30 -40 молекул липидов. Белки мембраны: полностью пронизывают липидный бислой (интегральные), частично погружены в него (полуинтегральные), расположены по периферии (периферические).

СТРУКТУРА ТИПИЧНОЙ КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЫ, включающей интегральные и периферические белки

Свойства клеточных мембран: пластичность способность к самозамыканию текучесть избирательная проницаемость

Способность к самозамыканию

Функции плазматических мембран: Барьерная n Транспортная n Рецепторная n

Поступление веществ в клетку через ПМ Пассивная диффузия: по град. С через поры или растворяясь в ЛБ – вода, этанол; n Облегченная диффузия: с участием переносчика (без затраты энергии) – глюкоза, АК; n

Способы поступления веществ в клетку (продолжение) n Активный транспорт: транспорт ионов против градиента концентрации (необходимо наличие ионных каналов, энергия, ферменты) – Н+, K+, Ca 2+; n Эндоцитоз (фагоцитоз и пиноцитоз)

Активный транспорт: транспорт ионов против градиента концентрации (К+, Ca 2+, H+). Для этого необходимо наличие ионных каналов в мембране, энергия АТФ, ферменты

Эндоцитоз: захват крупных частиц (фагоцитоз) или капель жидкости (пиноцитоз) плазмалеммой при непосредственном участии сократительных элементов цитоскелета с образованием эндосомы

Пиноцитоз Фагоцитоз

Рецептор-опосредованный эндоцитоз Экзоцитоз – поступление веществ из клетки во внеклеточную среду

Строение и функции ядра

Функции ядра n n Хранение, передача и реализация генетической информации Регуляция процессов жизнедеятельности клетки

Структура и функции ДНК тесно связаны с белками

У эукариот для обозначения структуры, в которой существует ДНК в ядре клетки, используют термин «хроматин» . Хроматин – это комплекс ДНК с белками. Две группы ДНК-связывающих белков: 1. Гистоны 2. Негистоновые белки

Гистоны – главный (по количеству) класс белков: Н 1; Н 2 а; Н 2 в; Н 3; Н 4 Характеризуются основными свойствами

Негистоновые белки: Факторы транскрипции n Ферменты n Гормональные рецепторы n (более 1000 белков)

Элементы структуры хроматина Связывание ДНК с гистонами формирует нуклеосому. Нуклеосома состоит из глобулы, являющейся октамером гистонов (по 2 молекулы Н 2 а; Н 2 в; Н 3; Н 4) и 150 -200 п. н. молекулы ДНК, которая делает вокруг гистоновой глобулы 1, 5 – 2 витка. Н 1 прикрепляет участок ДНК, связывающий нуклеосому

Уровни структуры хроматина Нуклеосомы сворачиваются в соленоиды, из которых формируются тяжи. Это способствует плотной упаковке ДНК.

Хроматин уплотняется и превращается в хромосомы Хромосома – одна молекула ДНК, структурно и функционально связанная с белками Схема строения хромосомы в метафазе митоза (2 молекулы ДНК): 1—хроматида; 2— центромера; 3—короткое плечо; 4—длинное плечо

Хромосома в митозе(А) и в мейозе(Б)

n n n Строение митохондрии Мембраны: внутренняя и наружная; Межмембранное пространство; Митохондриальный матрикс;

Основными функциями митохондрий являются: аэробное окисление, подготовка распада жиров и аминокислот, весь цикл преобразования лимонной кислоты. Митохондрии являются местом производства АТФ (в процессе окислительного фосфорилирования), которая обеспечивает энергией другие клеточные органоиды, клетку в целом. Число митохондрий в одной клетке варьирует от единиц до нескольких тысяч. Одним из следствий митохондриальной функции «энергетической фабрики» клетки является резкое возрастание их числа в период подготовки клетки к делению. В период деления клетки митохондрии делятся «одновременно» с основным телом последней.

Тканевое дыхание и фосфорилирование АДФ In vivo E

матрикс тканевое дыхание SH 2 Окислительное фосфорилирование SH 2 S НАД+ НАДН. Н+ Н+ 2 H+ ФАД e- O 2 ФАДН 2 Fe. S ФМН Fe. S H 2 e- e- Ko. Q e- H 2 O АДФ+Ф=АТФ ea 3 b a Fe. S c 1 ec 4 H+ АТФ e- Ф H+ АДФ 2 H+ 3 H+ ∆µH+ = ∆Ψ + ∆p. H Межмембранное пространство

Связь между транспортом электронов по дыхательной цепи и синтезом АТФ: V комплекс внутренней мембраны митохондрий — фермент протонная АТФ-синтаза Эфраим Рэкер, 1961 г.

П. Митчелл сформулировал хемиоосмотическую теорию окислительного фосфорилирования (Нобелевская премия 1978 г. ) Постулаты хемиоосмотической теории: n внутренняя митохондриальная мембрана (ВММ) непроницаема для ионов, в частности для Н+ и ОН-; n за счет энергии транспорта электронов через I, III и IV комплексы дыхательной цепи из матрикса выкачиваются протоны; n n возникающий на мембране электрохимический потенциал (ЭХП) и есть промежуточная форма запасания энергии; возвращение (транслокация) протонов в матрикс митохондрии через протонный канал V комплекса за счет ЭХП является движущей силой синтеза АТФ.

Механизм работы АТФ-синтазы Дж. Уокер, П. Бойер (Нобелевская премия 1997 г. ) показали, что энергия движения протонов используется на изменения конформации активного центра АТФ-синтазы, что сопровождается синтезом АТФ, а затем ее высвобождением Три типа конформации АТФ-синтазы: L (loose - свободная) – связывает лиганды T (tight - сжатая) – синтез АТФ О (open - открытая) – выход АТФ из активного центра Образовавшаяся АТФ с помощью транслоказы перемещается в цитозоль; в ответ в матрикс митохондрии поступают АДФ и фосфат. Всего на процесс синтеза, высвобождения и выброса в цитозоль АТФ расходуется 4 протона: 3 протона – на изменение конформации АТФсинтазы и 1 протон – на перенос в матрикс фосфата

матрикс тканевое дыхание SH 2 Окислительное фосфорилирование SH 2 S НАД+ НАДН. Н+ Н+ 2 H+ ФАД e- O 2 ФАДН 2 Fe. S ФМН Fe. S H 2 e- e- Ko. Q e- H 2 O АДФ+Ф=АТФ ea 3 b a Fe. S c 1 ec 4 H+ АТФ e- Ф H+ АДФ 2 H+ 3 H+ ∆µH+ = ∆Ψ + ∆p. H Межмембранное пространство

Разобщители окислительного фосфорилирования n Естественные разобщители (продукты перекисного окисления липидов, жирные кислоты с длинной цепью, большие дозы йодсодержащих гормонов щитовидной железы); n Искусственные разобщители (дикумарол, динитрофенол, эфир, производные витамина К, некоторые антибиотики, анестетики).

Окислительное фосфорилирование сопряжено с рядом процессов, протекающих в матриксе митохондрий цикл Кребса:

Эндоплазматический ретикулум (ЭПР) (лат. reticulum — сеточка) или эндоплазматическая сеть (ЭПС) — разветвлённая система из окружённых мембраной уплощённых полостей, пузырьков и канальцев 5 – шероховатый ЭПР 8 – гладкий ЭПР

Функции ЭПР n Синтез и транспорт белков, n синтез и транспорт липидов и стероидов, n принимает участие в создании новой ядерной оболочки (например после митоза), n содержит внутриклеточный запас Са 2+

Аппарат Гольджи (комплекс Гольджи) — (6) n мембранная структура эукариотической клетки, в основном предназначенная для выведения веществ, синтезированных в ЭПР Комплекс Гольджи был назван так в честь итальянского учёного Камилло Гольджи, впервые обнаружившего в 1898 году.

Функции АГ Приобретение макромолекулами окончательной структуры n «упаковка» веществ n Образование сложных веществ: гликолипидов, гликопротеинов и др. n Сортировка веществ с образованием лизосом n Выделение веществ из клетки n Участие в образовании плазматической мембраны и клеточной стенки растений n

Лизосомы

Цитоскелет Сеть волокон, распространяющаяся в цитоплазме для механического поддержания клеточной структуры (локализации органелл). Обеспечивает подвижность клеток Microtubule 0. 25 µm 51 Microfilaments

Компоненты цитоскелета • Микрофиламенты (актин) • Промежуточные филаменты • Микротрубочки (тубулин) 52

Организация цитоскелета

Поверхностные мембранные структуры 54

Поверхностные мембранные структуры Cilia / Цилии «Реснички» , обеспечивают движение вещества у поверхности клетки 2. Flagella / Флагелла Одна на клетку, обеспечивает движение клетки 1. 3. Microvilli / Микровили Пальцеподобные выросты для увеличения площади поверхности клеток 55