Вопрос 17 (Виды тканей по характеру клеточной пролиферации. Обновляющиеся, растущие, стабильные ткани, их характеристика. Митотический коэффициент):
Виды тканей по характеру клеточной пролиферации:
1. Стабильные – все клетки находятся в состоянии необратимой дифферненцировки (эмаль зубов, кардиомиоциты, нервная ткань). Неопределяется МК 2. Растущие – количество клеток в ткани увеличивается, так как доля клеток, идущих в митотический цикл, превышает долю клеток, идущих в дифференцировку (эмбриональные, регенерирующие, опухолевые). 40- 45
3. обновляющиеся – происходит размножение клеток, однако общее количество клеток остаётся постоянным, так как половина клеток переходит в необратимую дифференцировку и погибает. — быстро обновляющиеся – красный костный мозг, эпителий тонкой кишки, эпителий языка, пищевода, желудка, роговицы, эпидермис. 5-35
— медленно обновляющиеся – паренхима печени, почек. – 0.2 – 0.5
Митотический коэффициент — сколько раз может делиться клетка
Вопрос 18 (Репликация днк у про- и эукариот. Удвоение хромосом. Изменение количества днк и набора хромосом в различные периоды жизненного цикла клеток):
Наиболее изучен процесс репликации у Escherichia coli. У этой бактерии (как и ещё некоторых исследованных видов) в области точки инициации репликации (ori C, длиной примерно 245 п.н.) находятся повторы размером в 13 и 9 пар оснований (Рис.5). При инициации 10-20 молекул белка инициации реплика¬ции Dna A связывается с четырьмя девятимерными повторами (9-mers) и расплетает ДНК в районе тандем¬ного набора тринадцатимеров, богатых АТ парами (что облегчает их расплетание, т.к. между А и Т только две водородные связи). Белок Dna C доставляет шестисубъединичный белок Dna B (геликаза) к матрице. На каж¬дую из одиночных цепей садится по одному Dna B и они затем двигаются в разных направлениях расплетая ДНК.
К геликазе присоединяется праймаза и синтезирует РНК-затравку. Две ДНК-полимеразы с помощью своих двух b-субъединиц прикрепляются к нити ДНК и начинают синтез ДНК. Расплетанию спирали способст¬вует SSB-белки, которые связываются с одноцепочечными участками ДНК, предотвращают образование шпи¬лек и тем са¬мым стабилизируют расплетённый дуплекс. Сбалансированное действие топоизомеразы II (гираза), способной индуцировать отрицательные сверхвитки(см.рис.4), и топоизомеразы I, снимающей отрицательные сверх¬витки(см.рис.3) регулирует степень сверхспиральности ДНК и таким образом влияет на скорость движе¬ния реп¬ликативной вилки.
У прокариот обнаружено три типа ДНК-полимераз. Их свойства приведены ниже.
ДНК-полимераза III осуществляет удлинение лидирующей цепи, а также удлинение РНК-праймеров с обра¬зова¬нием фрагментов Оказаки длиной от 1000 до 2000 нуклеотидов. Две ДНК-полимеразы связаны между со¬бой субъединицей. Удаление сегментов РНК с 5-конца каждого фрагмента Оказаки и заполнение пробелов между ними катализируетcя ДНК-полимеразой I ,способной удлинять цепь и осуществлять ник-трансляцию. Когда рас¬тущий 3-гидро¬ксильный конец каждого фрагмента Оказаки до¬ходит до 5 –дезоксинуклеотид¬ного конца соседнего фраг¬мента, вступает в действие ДНК- лигаза и образуется непре¬рыв¬ная отстающая цепь. Роль ДНК-полимеразы II в репликации не выяснена.
Обнаружен специальный белок терминации – Tus-белок. Он задерживает геликазу, в результате чего прекращается расплетение нити и происходит терминация репликации.
Как и в случае с E.coli исследования репликации в эукариотических клетках сначала были сосредото¬чены на характеристике различных ДНК-полимераз (см. табл.2).
Следующим этапом стало создание систем для репликации хромосом вирусов животных in vitro. В ре¬зуль¬тате в настоящее время хромосома вируса SV40 может быть реплицирована in vitro с использованием всего лишь восьми компонентов клеток млекопитающих. По своим свойствам эти белки напоминают белки необхо¬димые для репликации в E.coli. Репликация ДНК эукариот также идёт в двух направлениях; для син¬теза ДНК нужны праймеры синтезируемые праймазой; синтез лидирующей цепи непрерывен, а отстающей прерывистый. Как показано на рис.7, инициация репликации ДНК вируса SV40 происходит в уникальном сайте, точке начала репликации, путём связывания кодируемого вирусом белка, называемого T antigen, или Tag.
Этот полифункциональный белок расплетает дуплекс ДНК благодаря своей геликазной активности. Распле¬тание дуплекса требует также наличия АТФ и белка репликации A (RPA), кодируемого клеткой-хозяи¬ном и обладающего способностью связываться с однонитчатой ДНК (как SSB-белки в E.coli). Одна молекула ДНК-полимеразы α (Pol α) прочно связывается с праймазой и затем связывается с образовавшейся однонит¬чатой ДНК. Праймаза образует РНК-праймеры, которые затем удлиняются на небольшую длину Pol α , обра¬зуя пер¬вую часть ведущих цепей, которые растут от точки ori в противоположных направлениях. Активность Pol α стимулируется фактором репликации C (RFC).
Затем c 3-концамb удлинённых Pol α РНК-праймеров связывается PCNA (proliferating cell nuclear antigen) и замещает Pol α на обоих растущих ведущих цепях, прерывая их синтез. На следующем этапе Pol δ связывается с PCNA на 3-концах растущих цепей. PCNA повышает процессивность Pol δ так, что полимераза может непрерывно продолжать синтез ведущих цепей. Таким образом, функция PCNA аналогична функции β-субъединицы полимеразы III E.coli, т.к. оба белка образуют сходные структуры (“кольца”), охватывающие ДНК и способствующие удержанию полимераз на цепи ДНК. Они, однако, имеют различные первичные структуры; кроме того PCNA-тример, а не димер как β-субъединица полимеразы III E.coli.
Комплекс праймаза- Pol α. садится на цепь, являющуюся матрицей для отстающей цепи и вместе с RFC осуще¬ствляют синтез запаздывающей цепи.
Наконец, как и в E.coli топоизомеразы сни¬мают меха¬ническое напряжение, возникающее при распле¬тании ДНК в репликативной вилке, и участ¬вуют в разделе¬нии двух дочерних хромосом. Од¬нако топои¬зомеразы эукариот имеют некоторые от¬личия от прокариотиче¬ских: 1.топоизомеразы I эукариот взаи¬модействуют с 3-фосфорильным концом разорванной цепи (прока¬риотические —с 5-фосфорильным кон¬цом) 2. топои-зомеразы I эукариот устраняют как отри¬цательные, так и положительные сверх витки (прокариотиче-ские—только отрицательные) 3.топоизомеразы II эу¬кариот не способны инду¬циро¬вать образование отрица¬тельных сверхвит¬ков (как это делает в релаксирован¬ных кольцевых ДНК гираза бактерий).
Читайте также: Саванна что за ткань
Итак, получено много данных об эукариотических белках, осуществляющих репликацию ДНК вируса SV40 in vitro. Как упоминалось ранее, инициация репликации ДНК SV40 in vitro требует наличие вирусного белка — T антигена. Для инициации же репликации у эукариот хромосомной ДНК необходим целый комплекс белков. Так, у дрожжей с сайтом ori в течение всего жизненного цикла связан комплекс из 6 разных белков (ORC), к которому в интерфазе присоединяется ещё целый ряд белков и образованный комплекс инициирует процесс репликации. Такие же белки синтезируются всеми эукариотическими клетками.
Хромосомы эукариот линейны и их концы представлены теломерами, со¬стоящими из повто-ряющихся олигомерных последо¬вательностей; у человека это 25-200 копий последовательности TTAGGG. Наличие специ¬альной области на концах эукариотических хро¬мосом абсолютно необходимо. Дело в том, что при удалении последнего РНК-праймера отстаю¬щей цепи, на 5-конце этой цепи остаётся брешь, которую не способна заполнить ни одна из ДНК-полимераз, т.к. всем им для работы необходим праймер со свободным 3-ОН концом. Без сущест¬вования какого-либо специального меха¬низма дочерняя нить ДНК, синтезируемая на от¬стающей цепи, укорачивалась бы с каждым клеточным де¬лением. Ферментом, предотвращаю¬щим такое укорочение, является теломераза. Этот фермент имеет ассоциированную с ним короткую нить РНК, комплиментарную шестичленной после¬до-вательности, повторяющейся в теломере и слу¬жащую матрицей для синтеза ДНК теломеров. Бла¬годаря этому механизму эукариотические хромо¬сомы могут реплицироваться полностью. Репликация в большинство соматических клеток проходит без участия теломеразы, поэтому с каж¬дым делением длина хромосом клетки укорачи¬ва¬ется и после определённого числа делений хромо¬сомы утрачивают теломеры и начинают терять смысловые участки , что приводит к гибели клетки. Теломераза активна в половых, раковых клетках и клетках одноклеточных эукариот.
17. Виды тканей по характеру клеточной пролиферации. Обновляющиеся, растущие и стабильные ткани, их характеристика. Митотический коэффициент.
Разные ткани характеризуются разной митотической активностью. Поэтому в зависимости от митотической активности различают стабильные, растущие и обновляющиеся ткани. Стабильные ткани — это ткани, в которых клетки не делятся, а количество клеточной ДНК постоянно. Например, клетки центральной и периферической нервной системы не делятся. В этих клетках происходят лишь возрастные изменения. Растущие ткани — это ткани, в которых клетки живут всю жизнь, но среди последних имеются такие, которые делятся посредством митоза. В результате этого наступает увеличение размеров органов. Примером растущих тканей являются ткани почек, желез внутренней секреции, скелетная и сердечная мускулатуры. Обновляющиеся ткани — это ткани, в которых многие клетки подвержены митозам, в результате чего погибающие клетки компенсируются вновь образующимися. Примерами обновляющихся тканей являются клетки желудочно-ки-шечного, дыхательного и мочеполового трактов, эпидермиса, костного мозга, семенников и др. Для митозов характерны суточные колебания, волны.
18. Репликация днк у про- и эукариот. Удвоение хромосом. Изменение количества днк и набора хромосом в различные периоды жизненного цикла клеток.
18. Процесс реплдикации осуществляется с помощью ферментов, которые получили название ДНК-полимераз. Участок молекулы ДНК, в котором начали расплетаться комплементные нити, называется вилкой репликации. Она образуется у прокариот в определенной генетически детерминированной точке. В молекуле ДНК у эукариот таких точек инициации репликации («стартовых точек») бывает несколько. У эукариот процесс репликации ДНК идет неодинаково. Объясняется это тем, что полинуклеотидные цепи в молекуле ДНК антипараллельны, т. е. 5′-конец одной цепи соединяется с 3′-концом другой, и наоборот. Материнская цепь, на которой синтез идет от точки старта 5′->3′ в виде сплошной линии, называется лидирующей, а вторая цепь, на которой синтез идет от 3′->5′ (в противоположном направлении) отдельными фрагментами получила название запаздывающей. Синтез этой цепи сложнее синтеза лидирующей цепи. Он протекает с участием фермента лигазы отдельными фрагментами. Эти фрагменты (участки кодовой нити ДНК) содержат у эукариот 100-200, а у прокариот 1000-2000 нуклеотидов. Они получили название фрагментов Оказаки, по имени открывшего их японского ученого.
Репликация молекул ДНК у прокариот протекает несколько иначе, чем у эукариот. У прокариот одна из нитей ДНК разрывается и один конец ее прикрепляется к клеточной мембране, а на противоположном конце происходит синтез дочерних нитей. Такой синтез дочерних нитей ДНК получил название «катящегося обруча». Репликация ДНК протекает быстро. Так, у бактерии скорость репликации составляет 30 мкм в минуту. За минуту к нитке-матрице присоединяется около 500 нуклеотидов, у вирусов за это время — около 900 нуклеотидов. У эукариот процесс репликации протекает медленно. У них дочерняя нить удлиняется на 1,5-2,5 мкм в минуту.
Отдельная клетка растет и делится на две новые клетки, проходя через клеточный цикл. Цель такого цикла — произвести две идентичные клетки и более, которые продолжат процесс, получив от родительской клетки копию ее генома. Так как геном, или совокупность генов, содержится в основном в хромосомах ядра, клетка для начала должна произвести копии своих хромосом. Количество хромосом увеличивается вдвое во время С-фазы цикла (от слова «синтез»), то есть в тот период, когда реплицируется (удваивается) ДНК и удваивается геном. Затем, во время митоза (М), хромосомы расходятся, и ядерное деление дает два одинаковых ядра с идентичным набором хромосом.Таким образом, в жизненном цикле клетки можно выделить два основных события: удвоение хромосом и деление на две дочерние клетки, каждая из которых получает по одной копии хромосомы