Этапы экспрессии.28) Фазы транскрипции. 29)50) Процессинг и сплайсинг для чего нужен.
Претранскрипционный 2. Транскрипция 3.Процессинг и сплайсинг в ядре.
1.Претранскрипционный этап - активация генов. 2.Транскрипция – Инициация
Активация промотора происходит с помощью большого белка - ТАТА-фактора, называемого так потому, что он взаимодействует со специфической последовательностью нуклеотидов промотора - ТАТААА- (ТАТА-бокс)
Элонгация
Факторы элонгации повышают активность РНК-полимеразы и облегчают расхождение цепей ДНК. Синтез молекулы РНК идёт от 5'- к З'-концу комплементарно матричной цепи ДНК. На стадии элонгации, в области транскрипционной вилки, одновременно разделены примерно 18 нуклеотидных пар ДНК.
Терминация
Раскручивание двойной спирали ДНК в области сайта терминации делает его доступным для фактора терминации. Завершается синтез РНК в строго определенных участках матрицы - терминаторах (сайты терминации).
3.Процессинг – сплайсинг – «вырезание» интронов и «сшивание» (ферментами-рибозимами) экзонов. Процессинг — это этап формирования функционально активных молекул РНК из первоначальных транскриптов. Сплайсинг – это процесс вырезания из транскрипционной РНК некодирующих участков (интронов) с последующим сшиванием экзонов, что приводит к формированию непрерывной смысловой последовательности, содержащей информацию о первичной структуре белка.
Процессинг и сплайсинг способны объединять структуры, удаленные друг от друга, в один ген, поэтому они имеют огромное эволюционное значение. Подобные процессы упрощают видообразование. Белки имеют блочную структуру. Например, фермент – ДНК-полимераза. Он представляет собой непрерывную полипептидную цепь. Он состоит из собственной ДНК-полимеразы и эндонуклеазы, которая расщепляет молекулу ДНК с конца. Фермент состоит из 2 доменов, которые образуют 2 независимые компактные частицы, связанные полипептидным мостиком. На границе между 2мя генами ферментов находится интрон. Когда-то домены были раздельными генами, а затем – сблизились.
30. 52.Назовите этапы биосинтеза белков. Под этапами биосинтеза белка могут понимать как 1) совокупность процессов транскрипции, трансляции и посттрансляционные модификации, так и 2) только этапы трансляции, так как именно в процессе трансляции происходит непосредственный синтез молекулы полипептида (будущего белка или его составной части).В первом случае рассматриваются три этапа: 1. Транскрипция — синтез молекулы мРНК на участке ДНК 2. Трансляция — синтез белка (полипептидной цепочки) на рибосомах. 3. Приобретение белком своей функциональной третичной структуры (или четверичной).Во втором же случае, говоря об этапах биосинтеза белка, подробно рассматривают, как протекает трансляция, выделяя в ней ряд своих этапов. Остановимся на этом случае.
31. Трансляция — это процесс биосинтеза белка из аминокислот, который протекает на рибосомах при участии мРНК, тРНК, ферментов (факторов) и включает этапы активации аминокислот, инициацию трансляции, ее элонгацию и терминацию.
Активация аминокислот непосредственно не связана с биосинтезом белка. Аминокислоты плавают в цитоплазме, с помощью специальных ферментов специфичных для каждой кислоты переходят в активную форму и связываются со своими молекулами тРНК. В итоге образуются комплексы аминоацил-тРНК (аа-тРНК) – тРНК, несущие свои аминокислоты.
На этапе инициации трансляции происходит присоединение матричной РНК (мРНК) к малой субъединице рибосомы. Факторы инициации распознают начальный (5') конец мРНК по кэпу и специальным нуклеотидным последовательностям. При этом стартовый кодон (АУГ) оказывается в недостроенном P-участке рибосомы. После этого присоединяется большая субъединица рибосомы и активные участки достраиваются. К кодону АУГ комплементарна тРНК с антикодоном УАЦ, которая переносит аминокислоту метионин. Именно эта тРНК и данная аминокислота (у эукариот) всегда начинают синтез полипептида.
На этапе элонгации происходит последовательное присоединение одной аминокислоты за другой, т. е. происходит биосинтез белка. После этапа инициации в P-участке рибосомы находится тРНК, связанная с метионином. В A-участок рибосомы заходит следующая тРНК. Ее антикодон комплементарен находящемуся здесь кодону мРНК (он следующий за стартовым), и несет эта тРНК соответствующую этому кодону аминокислоту.
Итак, в P-участке находится один комплекс аа-тРНК, в A-участке – другой. Рибосома располагает тРНК, их аминокислоты и факторы элонгации так, что между аминокислотами протекает химическая реакция, в результате которой образуется пептидная связь. Две аминокислоты оказываются связанными друг с другом. Рибосома смещается по мРНК на один триплет вперед. При этом та тРНК, что была в P-участке покидает рибосому. Та тРНК, что была в A-участке, оказывается в P-участке. С этой тРНК остается соединенным синтезированный дипептид (состоит из двух аминокислот, первая из которых метионин). A-участок освобождается.
На следующем цикле элонгации в A-участок рибосомы заходит следующий комплекс аа-тРНК. (Антикодон этой тРНК комплементарен находящемуся здесь кодону мРНК. В зависимости от своего антикодона тРНК связывается только с определенной аминокислотой.) Далее происходит реакция между дипептидом и третьей аминокислотой, образуется трипептид. Рибосома смещается, трипептид связанный с тРНК оказывается в P-участке. Рибосома готова для принятия четвертого комплекса аа-тРНК. Этап элонгации биосинтеза белка (т. е. последовательное присоединение аминокислот к полипептидной цепочки) продолжается до тех пор, пока на мРНК не встретится один из трех стоп-кодонов. Это УАА, УАГ, УГА. Для них не существует своих тРНК, но зато есть специальные факторы терминации, при присоединении которых к рибосоме происходит высвобождение синтезированного полипептида, субъединицы рибосомы расходятся, мРНК также высвобождается. Все это происходит на этапе терминации.
Первый метионин, соответствующий стартовому кодону, вырезается из белка. Внутри полипептида могут находится метионины, их также кодировал кодон АУГ, но поскольку перед этими кодонами не было кэпа и определенных последовательностей нуклеотидов, они не воспринимались системой биосинтеза белка как стартовые. Часто по одной мРНК «ползут» несколько рибосом (друг за другом), каждая из которых синтезирует свою полипептидную цепь (но идентичные по последовательности аминокислот в готовом продукте). Такую совокупность рибосом называют полирибосомой, или полисомой.Итак, если под биосинтезом белка понимать только процесс трансляции, то он будет включать три основных этапа: инициацию, элонгацию и терминацию.
32. Рибосома состоит из специфических (рибосомных) РНК, специфических (рибосомных) белков и небольшого количества низкомолекулярных компонентов.
Рибосомные РНК. Структурно и функционально рибосома — это, прежде всего, её РНК. Рибосомная РНК (рРНК) в составе рибосомы очень компактна, имеет сложную третичную структуру и плотно инкрустирована молекулами различных рибосомных белков. Очищенные от белков высокомолекулярные рибосомные РНК в специально подобранных условиях (20 мМ Mg2+, ионная сила 0,3—0,5, иногда условия включают также присутствие ди- и полиаминов, этанола) самопроизвольно сворачиваются в компактные частицы, морфологически (формой, внутренней структурой и размерами) очень схожие с рибосомными субчастицами, основу которых они составляют.[2] Таким образом, общий план структурной организации рибосомы задаётся свойствами рРНК. Третичная структура рРНК выступает каркасом для размещения рибосомных белков, белки же в определённом смысле играют лишь второстепенную роль в формировании и поддержании структуры рибосомы и её функционировании. Как полагают, эволюция рибосомы началась ещё в добелковую эру. Предположительно «предками» рибосом являлись некие древние рибозимы. Полагают, что в ходе прогрессивной эволюции (с усложнением уровня организации живых систем) некие рибозимы, способные катализировать образование амидных связей, также прогрессировали («обрастали» дополнительными модулями, а позже — также и синтезируемыми ими полипептидами), вплоть до образования современного аппарата белкового синтеза, включая рибосому. Современная рибосома, по своей сути, продолжает оставаться рибозимом — основная структурно-функциональная нагрузка лежит на её РНК, а не на белках, как когда-то полагали. В состав пептидилтрансферазного центра — наиболее древней, эволюционно консервативной и функционально важной части рибосомы — входит исключительно РНК. Тот факт, что в то время как практически во всех процессах жизнедеятельности ведущую роль играют белки, в синтезе самих белков ведущая роль принадлежит РНК, является сильным аргументом в пользу гипотезы РНК-мира как древнего добелкового этапа эволюции живой материи.
РНК малой субъединицы Рибосомная РНК малой субъединицы рибосомы обозначается как 16S рРНК (в случае бактериальных рибосом) или 16S-подобная рРНК (в других случаях). В большинстве случаев рРНК малой субъединицы представляет собой одну ковалентно непрерывную полирибонуклеотидную цепь.
РНК большой субъединицы. Высокомолекулярная РНК, составляющая структурную основу большой субъединицы рибосомы, обозначается как 23S рРНК (в случае бактериальных рибосом) или 23S-подобная рРНК (в других случаях). Бактериальная 23S рРНК, также как и 16S рРНК, представляет собой одну ковалентно непрерывную полирибонуклеотидную цепь.
Рибосомные белки. Помимо рРНК, рибосома содержит также около 50 (прокариотические рибосомы) или 80 (цитоплазматические рибосомы эукариот) различных белков. Почти каждый из этих белков представлен лишь одной копией на каждую рибосому. Преобладают умеренно-осно́вные белки. Большинство рибосомных белков эволюционно консервативны, многие белки рибосом из различных источников могут быть соотнесены как гомологи, что учитывается в современной универсальной номенклатуре рибосомных белков. Рибосома на 30—50 % состоит из белка.
Низкомолекулярные компонент. Кроме биополимеров (РНК и белков) в состав рибосом входят также некоторые низкомолекулярные компоненты. Это молекулы воды, ионы металлов (главным образом Mg2+ — до 2 % сухой массы рибосомы), ди- и полиамины (такие как путресцин, кадаверин, спермидин, спермин — могут составлять до 2,5 % сухой массы рибосомы)
33. Трансляция — синтез белка рибосомой на основе информации, записанной в матричной РНК (мРНК). У прокариот мРНК связывается с малой субъединицей рибосомы в результате взаимодействия 3′-конца 16S рРНК с комплементарной ему последовательностью Шайн — Дальгарно 5′-конца мРНК (для связывания малой субъединицы эукариотической рибосомы помимо специфического мотива в нуклеотидной последовательности мРНК, необходимо также наличие кэп-структуры на её 5′-конце). Далее происходит позиционирование стартового кодона (как правило, AUG) мРНК на малой субъединице. Дальнейшая ассоциация малой и большой субъединиц происходит при связывании инициаторной тРНК (у прокариот — это формилметионил-тРНК, обозначаемая как fMet-тРНКfMet) и при участии факторов инициации (IF1, IF2 и IF3 у прокариот; в случае эукариотических рибосом в инициации трансляции участвуют аналоги прокариотических факторов, а также дополнительные факторы). Таким образом, распознавание антикодона (в тРНК) происходит на малой субъединице.
После ассоциации, fMet-тРНКfMet находится в P- (peptidyl-) сайте каталитического (пептидилтрансферазного) центра рибосомы. Следующая тРНК, несущая на 3′-конце аминокислоту и комплементарная второму кодону на мРНК, находясь в комплексе с заряженным (GTP) фактором элонгации EF-Tu, поступает в А- (aminoacyl-) сайт рибосомы. Затем, образуется пептидная связь между формилметионином (связанным с тРНКfMet, находящейся в Р-сайте) и аминокислотой, принесённой тРНК, находящейся в А-сайте. Механизм катализа реакции транспептидации (образования пептидной связи в пептидилтрансферазном центре) до сих пор полностью не выяснен.
После образования пептидной связи, полипептид оказывается связанным с тРНК, находящейся в А-сайте. На следующем этапе деацилированная тРНКfMet сдвигается из Р-сайта в Е-сайт (exit-), пептидил-тРНК — из А-сайта в Р-сайт, а мРНК продвигается на один триплет нуклеотидов (кодон). Этот процесс называется транслокацией и происходит с затратой энергии (GTP) при участии фактора EF-G. Далее, тРНК, комплементарная следующему кодону мРНК, связывается с освободившимся А-сайтом рибосомы, что ведёт к повторению описанных шагов, а образуемый полипептид удлинняется на один аминокислотный остаток с каждым циклом. Стоп-кодоны (UGA, UAG и UAA) сигнализируют об окончании трансляции. Процесс окончания трансляции и освобождения готового полипетида, рибосомы и мРНК называется терминацией. У прокариот он происходит при участии факторов терминации RF1, RF2, RF3 и RRF.
34.52. Фолдинг белка. В биохимии и молекулярной биологии фо́лдингом белка (укладкой белка, от англ. folding) называют процесс спонтанного сворачивания полипептидной цепи в уникальную нативнуюпространственную структуру (так называемая третичная структура). Каждая молекула белка начинает формироваться как полипептид, транслируемый из последовательности мРНК в виде линейной цепочки аминокислот. У полипептида нет устойчивой трёхмерной структуры (пример в левой части изображения). Однако все аминокислоты в цепочке имеют определённые химические свойства: гидрофобность, гидрофильность, электрический заряд. При взаимодействии аминокислот друг с другом и клеточным окружением получается хорошо определённая трёхмерная структура — конформация. В результате на внешней поверхности белковой глобулы формируются полости активных центров, а также места контактов субъединиц мультимерных белков друг с другом и с биологическими мембранами.
В редких случаях нативными могут быть сразу две конформации белка (т. н. конформеры). Они могут сильно различаться, и даже выполнять различные функции. Для этого необходимо, чтобы в разных областях фазового пространства белковой молекулы существовали два примерно равных по энергии состояния, каждое из которых будет встречаться в нативной форме с соответствующей вероятностью.
Для стабилизации третичной структуры многие белки в клетке подвергаются посттрансляционной модификации. Весьма часто встречаются дисульфидные мостики между пространственно близкими участками полипептидной цепи. Для корректной работы белков весьма важна правильная трёхмерная структура. Ошибки сворачивания обычно приводят к образованию неактивного белка с отличающимися свойствами. Считается, что некоторые болезни происходят от накопления в клетках неправильно свёрнутых белков (более подробно это описано в статье Прионы). В фолдинге участвуют белки-шапероны. И хотя большинство только что синтезированных белков могут сворачиваться и при отсутствии шаперонов, некоторому меньшинству обязательно требуется их присутствие. Механизм сворачивания белков до конца не изучен. Экспериментальное определение трёхмерной структуры белка часто очень сложно и дорого. Однако аминокислотная последовательность белка обычно известна. Поэтому учёные пытаются использовать различные биофизические методы, чтобы предсказать пространственную структуру белка из его аминокислотной последовательности.
35.52. Осн функ шаперонов. Шаперо́н (англ. chaperones) — класс белка, главная функция которого состоит в восстановлении правильной нативной третичной или четвертичной структуры белка, а также образование и диссоциация белковых комплексов. Многие виды шаперонов являются белком теплового шока (англ. heat shock proteins, НSP), то есть белком, экспрессия которого начинается в ответ на рост температуры, а также воздействие некоторых других экстремальных факторов.[2] Тепло сильно влияет на фолдинг белка, а некоторые виды шаперонов участвуют в исправлении потенциального вреда, который возникает из-за неправильного свертыванья белка. Другие шапероны участвуют в фолдинге только что созданного белка в тот момент, когда он «вытягивается» из рибосомы. И хотя большинство видов только что синтезированного белка могут сворачиваться и при отсутствии шаперонов, некоторым видам обязательно требуется их присутствие. Помимо этого, белок шаперон имеет высокие регенеративные функции. Он борется с первопричиной старения кожи. Вырабатываясь в клетках кожи, шапероны способствуют нормальной укладке белка в стабильные четвертичные структуры. На основе белка теплового шока уже создаются новые поколения геля с шаперонами, которые помогают коже получить недостающий белок, ведь выработка шаперонов уменьшается с возрастом. Другие типы шаперонов участвуют в транспортировке веществ сквозь мембраны, например в митохондриях и эндоплазматическом ретикулуме у эукариот. Шапероны классифицируют в соответствии с их молекулярной массой: HSP100, HSP90, HSP70, HSP60, HSP40 и малые шапероны (sHSP). Продолжают обнаруживаться новые функции шаперонов, например, участие в разрушении белка, деятельности бактериального адгезина и в реакциях на заболевания, связанные с агрегацией белка: муковисцидоза и лизосомных болезней накопления, а также нейродегенеративных расстройств, таких как болезнь Альцгеймера, Хантингтона и Паркинсона; Важность нормальной работы шаперонов для функционирования организма может быть проиллюстрирована на примере шаперона α-кристаллина, входящего в состав хрусталика глазачеловека. Мутация в этом виде белка приводят к помутнению хрусталика из-за агрегирования белков и, как результат, к катаракте.
36. Биомедицина – это направление в медицине, основанное на фундаментальных достижениях биологических наук и ориентировано на создание средств и охраны здоровья людей. Биомедицина – теоретическая, профилактическая, персонализированная медицина, раздел медицины, изучающий организм человека, его строение и функции в норме и паталогии, патологические состояния, методы диагностики и лечения.
37. Задачами биомедицины являются направленный поиск и конструирование генетически обусловленных и экспериментальных биомоделей здоровья и нездоровья, а целями являются вопросы сохранения и поддержания должного кач. жизни. Последние достижения в области изучеиня генома создали новые основы для развития медицины, которая в скором будущем станет упреждающей и персонализированной, следовательно, расширит горизонты долголетия. Предметом биомедицины является человек, выступающий в качестве прототипа для биомоделирования и построения моделей любого порядка. Основным методом биомедицины является био и матем. моделирование от субатомных до мультисистемных уровней. Наиболее важные направления биомедицины – это: 1) ранняя диагностика заболеваний, в т.ч. выявление наследственной предрасположенности к «обычным» болезням. 2) оперделение индивид. ген. обусловленных особенностей реакций орг-ма на лек. вещества(фармакогеномика). 3) разработка методов лечения наследственных болезней. 4) методы диагностики инфекционных и неинфекционных заболеваний(например, биочипсами). 5) многократное ускорение разработки новых лекарственныз средств за счет компьютерного моделирования, автоматизированного скрининга потенциальных препаратов. 6) создание принципиально новых лекарственных препаратов на основе антител, генотерапии и др. достижений в области молек. био и нанотехнологий. 7) клеточная терапия, тканевая инженерия и разработка методов выращивания органов для трансплантации 8) генная инженерия.(получение человеческих белков с помощью трансгенных микроорг., растений и животных).
38) Важнейшие достижения «Основы биомедицины». Достижения генной инженерии позволяют создать новые генетические элементы из нуклеотидных последовательностей, несущие заданию информацию, способы их переноса в клетки про- и эукариотов. Новые генетические элементы представляют собой рекомбинантные молекулы ДНК, которые включают два компонента: вектор-переносчик и клонированную «чужердную» ДНК. Вектор должен обладать свойствами репликации обеспечить репликацию вновь созданной рекомбинантной молы. Поэтому в качестве вектора используют такие репликоны, как змиды, умеренные фаги, вирусы животных, имеющие циркулярнуюI замкнутую структуру ДНК. Клонируемая ДНК - это фрагмент ДНК, несущий необходимый ген, контролирующий синтез нужного продукта. В настоящее время разработаны различные технологические приемы создания рекомбинантных молекул. Наиболее простой принцип сводится к обработке выделенных молекул ДНК вектора и ДНК, несущей нужный ген, ферментами рестриктазами (эндонуклеазы рестрикции), атакующими взятые молекулы ДНК в строго определеном участке. Некоторые рестриктазы расщепляют молекулы ДНК бразованием однонитевых комплементарных друг другу концов, называемых «липких» концов. Таким образом, первым этапом является «разрезание» молекул ДНК с помощью эндонуклеаз рестрикции. Второй этап состоит в обработке полученных линейных молекул ферментом полинуклеотидлигазой, которая «сшивает» две разные молекулы в одну рекомбинантную, третий - во введении рекомбинантных молекул методом трансформации в клетки Е. coli или других микроорганизмов, например дрожжей.
39) Объекты молекулярно-генетических исследовании. Основные направления исследований на современном этапе и перспективы развития. Молекулярно-генетические исследования — это разнообразные методы и методики. Общим для всех их является, во-первых, выделение образца ДНК исследуемого организма и, во-вторых, использование генно-инженерных технологий. Для получения ДНК берут любые клетки, которые содержат ядра. Чаще всего у человека — это лейкоциты крови, клетки слизистой оболочки рта (для их получения достаточно легко провести шпателем по внутренней поверхности щеки) или, если изучается геном эмбриона, — околоплодная жидкость.
Преимущество молекулярно-генетических методов в том, что для их проведения необходимо совсем незначительное количество материала. Изучить ДНК организма можно по одному единственному волосу, ничтожному мазку крови, малюсенькому кусочку кожи или кости. Для проведения молекулярно-генетических исследований почти всегда используют только небольшой фрагмент ДНК, содержащий интересующие гены. Для получения такого фрагмента применяют специальные ферменты рестриктазы (от лат. рестрикций — ограничение). Их особенностью является то, что они режут молекулу ДНК в строго определённом месте. Используя наборы разных рестриктаз, удаётся вырезать из молекулы ДНК нужные фрагменты небольшого размера.
Следующий этап — увеличение количества полученных фрагментов ДНК. Это возможно благодаря способности молекулы ДНК к самоудвоению. Увеличение копий ДНК называют амплификацией. В живом организме амплификация — естественный процесс репликации ДНК, а в лабораторных условиях его подменяет специальная методика — полимеразная цепная реакция (ПЦР). Полученная ДНК является материалом для исследований. Современные молекулярно-генетические методы позволяют с наивысшей точностью установить родственные отношения двух особей, в том числе и давно умерших людей, если доступны их биологические материалы (кости, волосы). Суть методики проста: сравнивая определённые участки ДНК разных людей, определяют степень сходства последовательности нуклеотидов этих участков.
Достижения отечественных и зарубежных ученых в области биомедицины. Роль молекулярно-генетических знании в решении клинических проблем.
Технология редактирования генома с помощью CRISPR/Cas9 системы. Метод, который стали называть «генетическими ножницами», разработали несколько лет назад. В основе работы CRISPR/Cas9-системы лежит белок Cas9, разрезающий двуцепочечную цепь ДНК клетки, чтобы туда можно было вставить нужный отрезок. С помощью РНК-гидов, коротких направляющих последовательностей РНК, можно показывать Cas9 место, где необходимо выполнить разрез.
Применяют CRISPR/Cas9 систему пока лишь в лабораторных научных экспериментах. В 2015 году первые такие исследования начал проводить молодой китайский молекулярный биолог Цзыньцзю Хуан (Junjiu Huang) из Университета Сунь Ятсена в Гуанчжоу и его коллеги. Редактировали они систему кроветворения эмбрионов с бета-талассемией (как утверждают ученные, только тех эмбрионов, которые не подходили для процедуры ЭКО). Тогда эти исследования произвели настоящий фурор. Правда, много критики вызвала этическая сторона эксперимента.
Большая международная группа ученых из США, Великобритании и Японии разработала с помощью редактирования генома на основе CRISPR/Cas9 метод лечения смертельного заболевания - серповидноклеточной анемии.
А биоинженеры из Медицинского центра Седарс-Синай (США) также на основе CRISPR/Cas9 системы исправили поврежденные гены у крыс с пигментным ретинитом – опасным наследственным заболеванием, которое приводит к слепоте.
Американским биоинженерам удалось отредактировать геном стволовых клеток уже не у мышей с пигментным ретинитоы, а у людей – у группы добровольцев, и болезнь, к счастью, отступила..
Японские биоинженеры, которые впереди всех по манипуляциям со стволовыми клетками и по выращиванию частей человеческого глаза.
В своем нынешнем исследовании японские ученые использовали человеческие индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (клетки, имеющие возможность превращения в клетки практически любых органов и тканей) для выращивания эпителия роговицы и самой роговицы. Затем вырастили сетчатку. Причем, клетки как сетчатки, так и роговицы заняли определенное положение – они образовали четыре слоя. По сути, получился настоящий человеческий глаз.
Очень важным стало выращивание человеческих бета-клеток, производящих инсулин в поджелудочной железе.
Ученые взяли немного клеток кожи у новорожденных младенцев и с помощью определенных технологий, которые уже известны, превратили их в плюрипотентные стволовые клетки.Затем с помощью определенных транскрипционных факторов (эта технология также уже известна) они заставили эти клетки развиваться по определенному пути и получили из них бета-клетки поджелудочной железы.
Достижения российских кардиологов и кардиохирургов.
Совсем недавно кардиохирурги из Центра сердечно-сосудистой хирургии Бакулева начали проводить уникальные операции: с помощью лазера и стволовых клеток они спасают жизнь пациентам с тяжелой формой ишемической болезни сердца (ИБС), когда не помогает ни стентирование, ни аортокоронарное шунтирование. Сосуды в этом случае очень тоненькие и изветвлены настолько, что восстановить по ним кровоток с помощью традиционных хирургических методов просто невозможно.
Выход из ситуации придумали следующий: с помощью мощнейшего прибора – российской разработки «Кардиолазера» (он был создан в 1997 году) делаются отверстия в сердце, а затем туда вводятся мезенхимальные стволовые клетки, взятые из костного мозга самого пациента.
Разнообразные методы ДНК-анализа заняли свое прочное место в исследовательском арсенале клинической неврологии с начала 90-х годов XX столетия. По существу, на фоне этих открытий происходит коренное преобразование идеологии и методических возможностей нейрогенетики и ряда других разделов клинической неврологии. Наиболее ярким отражением достигнутого прогресса стало появление новейших и надежных методов диагностики, основанных на ДНК-тестировании и идентификации конкретных генетических дефектов, лежащих в основе болезни. Это, в свою очередь, повлекло за собой изменение базовых принципов систематизации наследственных заболеваний нервной системы и пересмотр всей номенклатуры этих заболеваний. Существенно изменились принципы медико-генетического консультирования: благодаря ДНK-диагностике у неврологов появилась возможность раннего выявления носителей мутантного гена и в ряде случаев проведения превентивной терапии на пресимптоматической стадии болезни. Более того, проведение пренатальной ДНК-диагностики позволяет в настоящее время достоверно оценивать генетический статус плода п при необходимости рекомендовать прерывание беременности, способствуя профилактике повторных случаен заболевания в отягощенных семьях. Новейшей страницей профилактики наследственной неврологической патологии является разработка методов преимплантациопной ДНК-диагностики.
41) Молекулярная структура и функции основных компонентов клетки: ядро, митохондрии, лизосомы, цитоскелет. Кле́точное ядро́— окружённый двумя мембранами компартмент эукариотической клетки. В ядре заключена бо́льшая часть генетического материала клетки, представленного несколькими линейными длинными молекулами ДНК, связанного с белками — хромосомами. Гены, локализованные в хромосомах, составляют ядерный геном. Ядро поддерживает целостность генов, а входящие в его состав белки регулируют клеточные процессы посредством управления экспрессией генов, поэтому ядро является, по сути, контролирующим центром клетки. К основным структурам, из которых состоит ядро, относят ядерную оболочку — двойную мембрану, окружающую ядро и изолирующую его от цитоплазмы, а также ядерный матрикс (который включает ядерную ламину) — сеть филаментов, которая обеспечивает механическую поддержку ядра, подобно цитоскелету в цитоплазме. Митохондрия ограничена двумя мембранами. Наружная мембрана митохондрий гладкая, внутренняя образует многочисленные складки — кристы. Кристы увеличивают площадь поверхности внутренней мембраны, на которой размещаются мультиферментные системы, участвующие в процессах синтеза молекул АТФ. Внутреннее пространство митохондрий заполнено матриксом. В матриксе содержатся кольцевая ДНК, специфические иРНК, рибосомы прокариотического типа, ферменты цикла Кребса. Митохондриальная ДНК не связана с белками, прикреплена к внутренней мембране митохондрии и несет информацию о строении примерно 30 белков. Для построения митохондрии требуется гораздо больше белков, поэтому информация о большинстве митохондриальных белков содержится в ядерной ДНК, и эти белки синтезируются в цитоплазме клетки. Митохондрии способны автономно размножаться путем деления надвое. Между наружной и внутренней мембранами находится протонный резервуар, где происходит накопление Н+.
Функции митохондрий: 1) синтез АТФ, 2) кислородное расщепление органических веществ.
Лизосомы — одномембранные органоиды. Представляют собой мелкие пузырьки (диаметр от 0,2 до 0,8 мкм), содержащие набор гидролитических ферментов. Ферменты синтезируются на шероховатой ЭПС, перемещаются в аппарат Гольджи, где происходит их модификация и упаковка в мембранные пузырьки, которые после отделения от аппарата Гольджи становятся собственно лизосомами. Лизосома может содержать от 20 до 60 различных видов гидролитических ферментов. Расщепление веществ с помощью ферментов называют лизисом.
Различают: 1) первичные лизосомы, 2) вторичные лизосомы. Первичными называются лизосомы, отшнуровавшиеся от аппарата Гольджи. Первичные лизосомы являются фактором, обеспечивающим экзоцитоз ферментов из клетки.Вторичными называются лизосомы, образовавшиеся в результате слияния первичных лизосом с эндоцитозными вакуолями. В этом случае в них происходит переваривание веществ, поступивших в клетку путем фагоцитоза или пиноцитоза, поэтому их можно назвать пищеварительными вакуолями.
Цитоскелет образован микротрубочками и микрофиламентами. Микротрубочки — цилиндрические неразветвленные структуры. Длина микротрубочек колеблется от 100 мкм до 1 мм, диаметр составляет примерно 24 нм, толщина стенки — 5 нм. Основной химический компонент — белок тубулин. Микротрубочки разрушаются под воздействием колхицина. Микрофиламенты — нити диаметром 5–7 нм, состоят из белка актина. Микротрубочки и микрофиламенты образуют в цитоплазме сложные переплетения. Функции цитоскелета: 1) определение формы клетки, 2) опора для органоидов, 3) образование веретена деления, 4) участие в движениях клетки, 5) организация тока цитоплазмы.
42) Молекулярная структура и функции основных компонентов клетки: Комплекс Гольджи, эндоплазматический ретикулум, клеточный центр, рибосомы. Комплекс Гольджи, — одномембранный органоид. Представляет собой стопки уплощенных «цистерн» с расширенными краями. С ними связана система мелких одномембранных пузырьков. Каждая стопка обычно состоит из 4-х–6-ти «цистерн», является структурно-функциональной единицей аппарата Гольджи и называется диктиосомой. Число диктиосом в клетке колеблется от одной до нескольких сотен. В растительных клетках диктиосомы обособлены.Аппарат Гольджи обычно расположен около клеточного ядра.Функции аппарата Гольджи: 1) накопление белков, липидов, углеводов, 2) модификация поступивших органических веществ, 3) «упаковка» в мембранные пузырьки белков, липидов, углеводов, 4) секреция белков, липидов, углеводов, 5) синтез углеводов и липидов, 6) место образования лизосом. Секреторная функция является важнейшей, поэтому аппарат Гольджи хорошо развит в секреторных клетках.
Эндоплазматический ретикулум (ЭПР), — одномембранный органоид. Представляет собой систему мембран, формирующих «цистерны» и каналы, соединенных друг с другом и ограничивающих единое внутреннее пространство — полости ЭПС. Мембраны с одной стороны связаны с цитоплазматической мембраной, с другой — с наружной ядерной мембраной. Различают два вида ЭПС: 1) шероховатая (гранулярная), содержащая на своей поверхности рибосомы, и 2) гладкая (агранулярная), мембраны которой рибосом не несут.Функции: 1) транспорт веществ из одной части клетки в другую, 2) разделение цитоплазмы клетки на компартменты («отсеки»), 3) синтез углеводов и липидов (гладкая ЭПС), 4) синтез белка (шероховатая ЭПС), 5) место образования аппарата Гольджи.
Клеточный центр включает в себя две центриоли и центросферу. Центриоль представляет собой цилиндр, стенка которого образована девятью группами из трех слившихся микротрубочек (9 триплетов), соединенных между собой через определенные интервалы поперечными сшивками. Центриоли объединены в пары, где они расположены под прямым углом друг к другу. Перед делением клетки центриоли расходятся к противоположным полюсам, и возле каждой из них возникает дочерняя центриоль. Они формируют веретено деления, способствующее равномерному распределению генетического материала между дочерними клетками. В клетках высших растений (голосеменные, покрытосеменные) клеточный центр центриолей не имеет. Центриоли относятся к самовоспроизводящимся органоидам цитоплазмы, они возникают в результате дупликации уже имеющихся центриолей. Функции: 1) обеспечение расхождения хромосом к полюсам клетки во время митоза или мейоза, 2) центр организации цитоскелета.
Рибосомы — немембранные органоиды, диаметр примерно 20 нм. Рибосомы состоят из двух субъединиц — большой и малой, на которые могут диссоциировать. Химический состав рибосом — белки и рРНК. Молекулы рРНК составляют 50–63% массы рибосомы и образуют ее структурный каркас. Различают два типа рибосом: 1) эукариотические (с константами седиментации целой рибосомы — 80S, малой субъединицы — 40S, большой — 60S) и 2) прокариотические (соответственно 70S, 30S, 50S). В составе рибосом эукариотического типа 4 молекулы рРНК и около 100 молекул белка, прокариотического типа — 3 молекулы рРНК и около 55 молекул белка. Во время биосинтеза белка рибосомы могут «работать» поодиночке или объединяться в комплексы — полирибосомы (полисомы). В таких комплексах они связаны друг с другом одной молекулой иРНК. Прокариотические клетки имеют рибосомы только 70S-типа. Эукариотические клетки имеют рибосомы как 80S-типа (шероховатые мембраны ЭПС, цитоплазма), так и 70S-типа (митохондрии, хлоропласты).Субъединицы рибосомы эукариот образуются в ядрышке. Объединение субъединиц в целую рибосому происходит в цитоплазме, как правило, во время биосинтеза белка.Функция рибосом: сборка полипептидной цеп