Взаимодействие структур клетки в процессе ее метаболизма (на примере синтеза белковых и небелковых веществ.). Реактивные свойства клеток, их медико-биологическое значение.

В синтезе белков в клетке участвуют ядро и органеллы цитоплазмы. Ядро. В нем происходят процессы транскрипции ДНК, образуется и-РНК. В ядрышке формируются рибосомы, которые выходят в Цитоплазму. Рибосомы, поступившие в цитоплазму, соединяются с мембранами эндоплазматической сети или располагаются свободно.

Синтез белковой цепи на рибосоме:

Матричные процессы составляют основу способности живых организмов к воспроизведению. В клеточном ядре происходит удвоение ДНК. Новая молекула воспроизводится на матрице старой и представляет собой ее точную копию. Информационная РНК синтезируется на матрице ДНК в виде точной копии одного из участков ДНК. Далее на матрице иРНК происходит синтез белков. Трансляция. Перевод последовательности нуклеотидов иРНК в последовательность аминокислот синтезируемых белков называют трансляцией. В активном центре рибосомы размещаются два триплета иРНК и соответственно две тРНК. Рибосома перемещается по иРНК не плавно, а прерывисто, триплет за триплетом. На каждом шаге присоединяется новая аминокислота. Транспортные РНК перемещаются со своей аминокислотой к рибосоме и "примеряют" свой антикодон к очередному кодону иРНК, находящемуся в активном центре (комплементарные нуклеотиды хорошо подходят друг другу, между ними возникают водородные связи). Если антикодон оказывается не комплементарным, то тРНК удаляется в цитоплазму к другим рибосомам. Если же он оказывается комплементарным, то тРНК присоединяется к кодону водородными связями.

Далее особый фермент рибосомы подсоединяет синтезируемую полипептидную цепь к "прибывшей" аминокислоте. Ее транспортная РНК продолжает удерживать всю формирующуюся белковую цепь на кодоне иРНК до прихода следующей тРНК. Освободившаяся тРНК перемещается в цитоплазму "на поиск" аминокислот. Рибосома перескакивает на следующий триплет иРНК, и процесс повторяется. Интервал между перескакиваниями продолжается не более 1/5 — 1/6 с, а вся трансляция среднего белка — 1-2 минуты.На одной нити иРНК "трудятся" сразу несколько рибосом. На иРНК, содержащей информацию о белке гемоглобине, размещается до 5 рибосом, на некоторых других иРНК — до 20 рибосом. Когда в активном центре рибосомы оказывается один из трех триплетов, кодирующих знаки препинания между генами, синтез белка завершается.

Освободившаяся рибосома отправляется на другую иРНК. Рибосомы универсальны и могут синтезировать полипептиды по любой матрице иРНК. Субъединицы рибосом соединяются только для синтеза белка, после окончания синтеза они вновь разъединяются.Сворачивание в спираль и приобретение третичной структуры происходит по мере синтеза белковой цепи, поэтому зачастую невозможно восстановление денатурированных белков со сложной пространственной структурой, даже если их первичная структура сохранена. Сворачивание белковой цепи целой молекулы происходит по-иному, и белок оказывается неактивным.Процесс синтеза белков требует затрат большого количества специфической энергии АТФ, которую нельзя заменить иным источником. Только на присоединение каждой аминокислоты к тРНК расходуется энергия одной молекулы АТФ, а в среднем белке 400-500 аминокислот. Общее количество затрачиваемой энергии существенно превышает суммарную химическую энергию образующихся пептидных связей между молекулами аминокислот. По этой причине белки редко используются клеткой в качестве топлива: слишком велики затраты на их изготовление.

Регуляция транскрипции и трансляции. Клетки различных тканей живых организмов сильно отличаются друг от друга по строению и функциям, но все они произошли от единственной зиготы (оплодотворенной яйцеклетки) в результате многократного деления.Перед каждым актом деления ДНК реплицируется в две точные копии. Ученым удалось экспериментально доказать, что дифференцированные клетки организма имеют одинаковый набор ДНК, не утрачивая ни одной из его частей в процессе делений.

ДНК, информационная РНК, транспортные РНК для 20 аминокислот (всего 61, по количеству кодонов), рибосомы, состоящие из нескольких рибосомных РНК (3 у прокариот и 4 у эукариот) и десятков различных молекул белка, а также целый комплекс ферментов. Для осуществления синтеза одной белковой молекулы необходим тонкий, специфический подвод энергии посредством более чем 1000 молекул АТФ. Практически вся клетка участвует в синтезе, нарушение строения хотя бы одного из компонентов нарушает процесс воспроизведения белковых молекул.

При действии разнообразных механических, химических, физических или биогенных факторов имеют место реактивные изменения структуры и функций клеток. Достаточно сильные раздражители вызывают состояние клетки, пограничное со смертью. Для обозначения такой предельной степени еще обратимого повреждения клетки Д.Н. Насонов и В.Я. Александров (1934) предложили термин "паранекроз " (от греч. para — около и nekros — мертвый). Достоверным признаком гибели клетки является нарушение структуры ядра. Различают следующие формы изменения ядра: пикноз, лизис, рексис.

Пикноз (от греч. pyknos — уплотнение) характеризуется интенсивным окрашиванием гомогенной массы ядерного вещества (гиперхроматоз), его уплотнением и сморщиванием вследствие потери воды. Лизис (от греч. lysis — растворение), наоборот, сопровождается набуханием ядер и их слабой окрашиваемостью с последующим полным растворением хроматина, что обозначается как хроматолиз. Кариорексис (от греч. rhexis — разрыв) отличается раздроблением хроматина на отдельные глыбки, после чего происходит обычно их растворение.

Кроме того, существует явление запрограммированной гибели клеток (апоптоз), которое возникает в результате запуска собственной программы самоуничтожения при участии внутренних и внешних по отношению клетки факторов.

17. Ткань, как один из уровней организации живого. Принципы классификации тканей.
В результате эволюционного развития у высших многоклеточных организмов возникли ткани.

Ткани - это исторически (филогенетически) сложившиеся системы клеток и неклеточных структур, обладающих общностью строения, в ряде случаев - общностью происхождения, и специализированные на выполнении определенных функций.

В любой системе все ее элементы упорядочены в пространстве и функционируют согласованно друг с другом; система в целом обладает при этом свойствами, не присущими ни одному из ее элементов, взятому в отдельности. Соответственно и в каждой ткани ее строение и функции несводимы к простой сумме свойств отдельных входящих в нее клеток.

Ведущими элементами тканевой системы являются клетки. Кроме клеток, различают клеточные производные и межклеточное вещество.К производным клеток относят симпласты (например, мышечные волокна, наружная часть трофобласта), синцитий (развивающиеся мужские половые клетки, пульпа эмалевого органа), а также постклеточные структуры (эритроциты, тромбоциты, роговые чешуйки эпидермиса и т. д.).Межклеточное вещество подразделяют на основное вещество и на волокна. Оно может быть представлено золем, гелем или быть минерализованным.Среди волокон различают обычно три вида: коллагеновые, ретикулярные, эластические.

КЛАССИФИКАЦИЯ ТКАНЕЙ:

Имеется несколько классификаций тканей. Наиболее распространенной является так называемая морфофункциональная классификация, по которой насчитывают четыре группы тканей:

эпителиальные ткани;

ткани внутренней среды;

мышечные ткани;

нервная ткань.

К тканям внутренней среды относятся соединительные ткани, кровь и лимфа.

Эпителиальные ткани характеризуются объединением клеток в пласты или тяжи. Через эти ткани совершается обмен веществ между организмом и внешней средой. Эпителиальные ткани выполняют функции защиты, всасывания и экскреции. Источниками формирования эпителиальных тканей являются все три зародышевых листка — эктодерма, мезодерма и энтодерма.

Ткани внутренней среды (соединительные ткани, включая скелетные, кровь и лимфа) развиваются из так называемой эмбриональной соединительной ткани — мезенхимы. Ткани внутренней среды характеризуются наличием большого количества межклеточного вещества и содержат различные клетки. Они специализируются на выполнении трофической, пластической, опорной и защитной функциях.

Мышечные ткани специализированны на выполнении функции движения. Они развивается в основном из мезодермы (поперечно исчерченная ткань) и мезенхимы (гладкая мышечная ткань).

Нервная ткань развивается из эктодермы и специализируется на выполнении регуляторной функции - восприятии, проведении и передачи информации.