Dolazi do sinteze staničnih ATP rezervi. ATP struktura i biološka uloga. Funkcije ATP-a. Struktura masnih supstanci
G.N. PETRAKOVICH. Još jedan aspekt teme. Naše oči, ako ne ogledalo duše, onda njihova prozirna okolina – zjenica i šarenica – i dalje su ekrani za topografski „bioskop“ koji neprestano izbija iz nas. “Integralni” hologrami lete kroz zenice, a u šarenicama protoni, noseći značajan naboj kinetičke energije, neprekidno pobuđuju molekule u pigmentnim nakupinama. Oni će ih uzbuđivati dok sve ne bude u redu u ćelijama koje su "poslale" svoje protone tim molekulima. Ćelije će umrijeti, nešto drugo će se dogoditi njima, organu - struktura u pigmentnim nakupinama će se odmah promijeniti. To će jasno zabilježiti iskusni iridodijagnostičari: oni već tačno znaju - iz projekcija u šarenici - koji je organ bolestan, pa čak i od čega. Rana i tačna dijagnoza! Neki ljekari nemaju baš naklonjen odnos prema svojim kolegama-iridodijagnostičarima, smatrajući ih gotovo šarlatanima. Uzalud! Iridodijagnostika, kao jednostavna, javno dostupna, jeftina, lako prevedena na matematički jezik, i što je najvažnije, precizna i rana metoda za dijagnosticiranje različitih bolesti, u bliskoj budućnosti će dobiti zeleno svjetlo. Jedini nedostatak metode bio je nedostatak teorijske osnove. Njegov temelj je opisan gore. DOPISNIK. Mislim da bi našim čitaocima bilo potrebno objasniti proces formiranja holograma svakog pojedinca. Ti to možeš bolje od mene. G.N. PETRAKOVICH. Zamislimo interakcije ubrzanih protona sa bilo kojim velikim (trodimenzionalnim) molekulom u ćeliji, koje se dešavaju vrlo brzo. Takve interakcije s jezgrama ciljnih atoma koji čine ovu veliku molekulu će potrošiti mnogo protona, koji će zauzvrat ostaviti obiman, ali „negativan“ trag u protonskom snopu u obliku vakuuma, „rupa“. Ovaj trag će biti pravi hologram, koji utjelovljuje i čuva dio strukture samog molekula koji je reagirao s protonima. Niz holograma (što se dešava "u prirodi") će prikazati i sačuvati ne samo fizički "izgled" molekule, već i redosled fizičkih i hemijskih transformacija njegovih pojedinačnih delova i cele molekule u celini tokom određenog vremena. vremenski period. Takvi hologrami, spajajući se u veće trodimenzionalne slike, mogu prikazati životni ciklus cijele ćelije, mnogih susjednih ćelija, organa i dijelova tijela – cijelog tijela. Postoji još jedna posljedica. Evo ga. U živoj prirodi, bez obzira na svijest, komuniciramo prvenstveno putem polja. Takvom komunikacijom, ušavši u rezonanciju s drugim poljima, rizikujemo da izgubimo, djelomično ili u potpunosti, svoju individualnu frekvenciju (kao i čistoću), a ako u komunikaciji sa zelenom prirodom to znači „otapanje u prirodi“, onda u komunikaciji s ljudima , posebno kod onih koji imaju jak teren, to znači djelimično ili potpuno gubljenje individualnosti – postati „zombi“ (prema Todoru Dičevu). U programu nema tehničkih "zombi" uređaja i malo je vjerovatno da će ikada biti stvoreni, ali je utjecaj jedne osobe na drugu u tom pogledu sasvim moguć, iako je, s moralne tačke gledišta, neprihvatljiv. Kada se štitite, treba razmišljati o tome, posebno kada je riječ o bučnim kolektivnim akcijama, u kojima uvijek ne prevladava razum ili čak istinsko osjećanje, već fanatizam – tužno dijete zlonamjerne rezonancije. Protok protona može se samo povećati spajanjem s drugim tokovima, ali se ni na koji način, za razliku od, na primjer, protoka elektrona, ne miješa – i tada može nositi potpunu informaciju o cijelim organima i tkivima, uključujući i specifičnog organa poput mozga. Očigledno, mislimo u programima, a ti hologrami su sposobni prenijeti tok protona kroz naš pogled - to dokazuje ne samo "izražajnost" našeg pogleda, već i činjenica da životinje mogu asimilirati naše holograme. Da bismo to potvrdili, možemo se osvrnuti na eksperimente poznatog trenera V.L. Durova, u kojoj je učestvovao akademik V. M. Bekhterev. U ovim eksperimentima specijalna komisija je odmah osmislila sve izvodljive zadatke za pse, V.L. Durov je te zadatke odmah "hipnotičkim pogledom" predao psima (istovremeno, kako je rekao, i sam kao da je postao "pas" i mentalno izvršavao zadatke s njima), a psi su tačno pratili sve uputstva komisije. Inače, fotografisanje halucinacija se može povezati sa holografskim razmišljanjem i prenošenjem slika strujom protona kroz pogled. Vrlo važna stvar: protoni koji nose informacije svojom energijom „označe“ proteinske molekule svog tijela, a svaki „obilježeni“ molekul dobija svoj spektar i po tom spektru se razlikuje od molekula potpuno istog hemijskog sastava, ali pripada "stranom" telu. Princip nepodudarnosti (ili podudarnosti) u spektru proteinskih molekula leži u osnovi imunoloških reakcija organizma, upale, kao i nekompatibilnosti tkiva, što smo već spomenuli. Mehanizam mirisa je takođe izgrađen na principu spektralne analize molekula pobuđenih protonima. Ali u ovom slučaju svi molekuli tvari u zraku koji se udiše kroz nos ozračeni su protonima, uz trenutnu analizu njihovog spektra (mehanizam je vrlo blizak mehanizmu percepcije boja). Ali postoji „rad“ koji obavlja samo visokofrekventno naizmenično elektromagnetno polje – to je rad „drugog“ ili „perifernog“ srca, o kojem se svojevremeno mnogo pisalo, ali čiji mehanizam još niko nije otkriveno. Ovo je posebna tema za razgovor. Nastavlja se... Milioni biohemijskih reakcija odvijaju se u bilo kojoj ćeliji našeg tijela. Katalizuju ih različiti enzimi, koji često zahtijevaju energiju. Odakle ćelija to dobija? Na ovo pitanje može se odgovoriti ako razmotrimo strukturu molekule ATP - jednog od glavnih izvora energije.
ATP je univerzalni izvor energije
ATP je skraćenica za adenozin trifosfat ili adenozin trifosfat. Supstanca je jedan od dva najvažnija izvora energije u svakoj ćeliji. Struktura ATP-a i njegova biološka uloga su usko povezani. Većina biohemijskih reakcija može se desiti samo uz učešće molekula neke supstance, to je posebno tačno.Međutim, ATP je retko direktno uključen u reakciju: da bi se desio bilo koji proces potrebna je energija sadržana upravo u adenozin trifosfatu.
Struktura molekula tvari je takva da veze nastale između fosfatnih grupa nose ogromnu količinu energije. Stoga se takve veze nazivaju i makroergijske, ili makroenergetske (makro=mnogo, velika količina). Pojam je prvi uveo naučnik F. Lipman, a također je predložio korištenje simbola ̴ za njihovo označavanje.
Vrlo je važno da stanica održava konstantan nivo adenozin trifosfata. To se posebno odnosi na mišićne stanice i nervna vlakna, jer su energetski najviše ovisni i zahtijevaju visok sadržaj adenozin trifosfata za obavljanje svojih funkcija.
Struktura ATP molekula
Adenozin trifosfat se sastoji od tri elementa: riboze, adenina i ostataka
Riboza- ugljeni hidrat koji pripada grupi pentoza. To znači da riboza sadrži 5 atoma ugljika, koji su zatvoreni u ciklus. Riboza se povezuje sa adeninom preko β-N-glikozidne veze na 1. atomu ugljika. Pentozi se dodaju i ostaci fosforne kiseline na 5. atomu ugljika.
Adenin je azotna baza. U zavisnosti od toga koja je azotna baza vezana za ribozu, razlikuju se i GTP (gvanozin trifosfat), TTP (timidin trifosfat), CTP (citidin trifosfat) i UTP (uridin trifosfat). Sve ove tvari su po strukturi slične adenozin trifosfatu i obavljaju približno iste funkcije, ali su mnogo rjeđe u ćeliji.
Ostaci fosforne kiseline. Za ribozu se mogu vezati najviše tri ostatka fosforne kiseline. Ako postoje dva ili samo jedan, tada se tvar naziva ADP (difosfat) ili AMP (monofosfat). Upravo između ostataka fosfora sklapaju se makroenergetske veze, nakon čijeg pucanja se oslobađa 40 do 60 kJ energije. Ako su dvije veze prekinute, oslobađa se 80, rjeđe - 120 kJ energije. Kada se veza između riboze i ostatka fosfora prekine, oslobađa se samo 13,8 kJ, tako da u molekulu trifosfata postoje samo dvije visokoenergetske veze (P ̴ P ̴ P), a u molekuli ADP postoji jedna (P ̴ P).
Ovo su strukturne karakteristike ATP-a. Zbog činjenice da se između ostataka fosforne kiseline formira makroenergetska veza, struktura i funkcije ATP-a su međusobno povezane.
Struktura ATP-a i biološka uloga molekula. Dodatne funkcije adenozin trifosfata
Osim energije, ATP može obavljati mnoge druge funkcije u ćeliji. Zajedno s drugim nukleotid trifosfatima, trifosfat je uključen u izgradnju nukleinskih kiselina. U ovom slučaju, ATP, GTP, TTP, CTP i UTP su dobavljači azotnih baza. Ovo svojstvo se koristi u procesima i transkripciji.
ATP je takođe neophodan za funkcionisanje jonskih kanala. Na primjer, Na-K kanal pumpa 3 molekula natrijuma iz ćelije i pumpa 2 molekula kalija u ćeliju. Ova jonska struja je potrebna za održavanje pozitivnog naboja na vanjskoj površini membrane, a samo uz pomoć adenozin trifosfata kanal može funkcionirati. Isto važi i za protonske i kalcijumove kanale.
ATP je prekursor drugog glasnika cAMP (ciklički adenozin monofosfat) - cAMP ne samo da prenosi signal koji primaju receptori ćelijske membrane, već je i alosterički efektor. Alosterični efektori su supstance koje ubrzavaju ili usporavaju enzimske reakcije. Dakle, ciklički adenozin trifosfat inhibira sintezu enzima koji katalizira razgradnju laktoze u bakterijskim stanicama.
Molekul adenozin trifosfata sam po sebi također može biti alosterični efektor. Štoviše, u takvim procesima ADP djeluje kao antagonist ATP-a: ako trifosfat ubrzava reakciju, onda je difosfat inhibira, i obrnuto. Ovo su funkcije i struktura ATP-a.
Kako nastaje ATP u ćeliji?
Funkcije i struktura ATP-a su takve da se molekuli supstance brzo koriste i uništavaju. Stoga je sinteza trifosfata važan proces u stvaranju energije u ćeliji.
Postoje tri najvažnije metode za sintezu adenozin trifosfata:
1. Fosforilacija supstrata.
2. Oksidativna fosforilacija.
3. Fotofosforilacija.
Fosforilacija supstrata zasniva se na višestrukim reakcijama koje se odvijaju u ćelijskoj citoplazmi. Ove reakcije se nazivaju glikoliza - anaerobna faza.Kao rezultat 1 ciklusa glikolize, iz 1 molekula glukoze sintetišu se dva molekula koji se potom koriste za proizvodnju energije, a sintetišu se i dva ATP.
- C 6 H 12 O 6 + 2ADP + 2Pn --> 2C 3 H 4 O 3 + 2ATP + 4H.
Ćelijsko disanje
Oksidativna fosforilacija je stvaranje adenozin trifosfata prijenosom elektrona duž membranskog lanca za transport elektrona. Kao rezultat ovog prijenosa, na jednoj strani membrane formira se protonski gradijent i uz pomoć proteinskog integralnog skupa ATP sintaze izgrađuju se molekuli. Proces se odvija na mitohondrijalnoj membrani.
Slijed faza glikolize i oksidativne fosforilacije u mitohondrijama čini zajednički proces koji se naziva disanje. Nakon potpunog ciklusa, od 1 molekule glukoze u ćeliji se formira 36 ATP molekula.
Fotofosforilacija
Proces fotofosforilacije je isti kao i oksidativna fosforilacija sa samo jednom razlikom: reakcije fotofosforilacije se javljaju u hloroplastima ćelije pod uticajem svetlosti. ATP se proizvodi tokom svjetlosne faze fotosinteze, glavnog procesa proizvodnje energije u zelenim biljkama, algama i nekim bakterijama.
Tokom fotosinteze, elektroni prolaze kroz isti lanac transporta elektrona, što rezultira formiranjem protonskog gradijenta. Koncentracija protona na jednoj strani membrane je izvor sinteze ATP-a. Sastavljanje molekula vrši enzim ATP sintaza.
Prosječna ćelija sadrži 0,04% adenozin trifosfata po težini. Međutim, najveća vrijednost je uočena u mišićnim ćelijama: 0,2-0,5%.
U ćeliji se nalazi oko 1 milijarda ATP molekula.
Svaki molekul živi ne više od 1 minute.
Jedan molekul adenozin trifosfata se obnavlja 2000-3000 puta dnevno.
Ukupno, ljudski organizam sintetizira 40 kg adenozin trifosfata dnevno, a u svakom trenutku ATP rezerva je 250 g.
Zaključak
Struktura ATP-a i biološka uloga njegovih molekula usko su povezani. Supstanca igra ključnu ulogu u životnim procesima, jer visokoenergetske veze između fosfatnih ostataka sadrže ogromnu količinu energije. Adenozin trifosfat obavlja mnoge funkcije u stanici, te je stoga važno održavati stalnu koncentraciju tvari. Propadanje i sinteza se dešavaju velikom brzinom, jer se energija veza stalno koristi u biohemijskim reakcijama. Ovo je neophodna supstanca za svaku ćeliju u telu. To je vjerovatno sve što se može reći o strukturi ATP-a.
metaboliti glikoliza (1,3-difosfoglicerat,fosfoenolpiruvat),
metaboliti ciklus trikarboksilne kiseline (sukcinil-CoA) I
kreatin fosfat.
Glavni način na koji se ATP proizvodi u ćeliji je oksidativna fosforilacija , koji se javlja u strukturama unutrašnje membrane mitohondrija. Istovremeno, energija atoma vodika molekula NADH i FADH 2 nastalih u glikolizi, TCA ciklusu i oksidaciji masnih kiselina, tokom redoks procesa pretvara u energiju ATP veze.
Međutim, postoji i drugi način za fosforilaciju ADP-a u ATP - fosforilacija supstrata . Ova metoda je povezana sa prijenos energije iz visokoenergetske komunikacije bilo koju tvar (supstrat) na ADP. Takve supstance uključuju:
Piruvat se oksidira u acetil-CoA.
Pirogrožđana kiselina (PC, piruvat) je proizvod oksidacije glukoze i nekih aminokiselina. Njegova sudbina varira u zavisnosti od dostupnosti kiseonika u ćeliji. IN anaerobni uslovima u kojima se vraća mlečne kiseline . IN aerobna U uslovima, piruvat simportuje sa H+ jonima koji se kreću duž protonskog gradijenta i prodiru u mitohondrije. Ovdje se pretvara u acetil-koenzim A ( acetil-CoA ) upotrebom multienzimski kompleks piruvat dehidrogenaze.
Multienzimski kompleks piruvat dehidrogenaze
Rezime jednadžbe za oksidaciju pirogrožđane kiseline
Multienzimski kompleks piruvat dehidrogenaze nalazi se u matriksu eukariotskih mitohondrija. Kod ljudi se sastoji od 96 podjedinica , organizirana u tri funkcionalna proteina. Gigantska formacija, ima 50 nm u prečniku, što je Pet puta!!! više nego ribozom .
Proces je u toku pet sekvencijalne reakcije u kojima učestvuje 5 koenzima:
Piruvat dehidrogenaza (E 1, PC dehidrogenaza), služi kao koenzim tiamin difosfat(TDP), katalizuje prvu reakciju.
Dihidrolipoil transacetilaza (u literaturi na ruskom jeziku postoje imena - Dihidrolipoat acetiltransferaza I lipoamid reduktaza transacetilaza(E 2), koenzim - lipoična kiselina, katalizira 2. i 3. reakciju.
Dihidrolipoil dehidrogenaza (dihidrolipoat dehidrogenaza)(E 3), koenzim – FAD, katalizuje 4. i 5. reakciju.
Pored navedenih koenzima, koji su čvrsto povezani sa odgovarajućim enzimima, kompleks učestvuje u koenzim A I IZNAD.
Suština prve tri reakcije svodi se na dekarboksilaciju piruvata (katalizanu piruvat dehidrogenazom, E 1), oksidaciju piruvata u acetil i prijenos acetila na koenzim A (katalizuju ga dihidrolipoil transacetilaze, E 2).
Reakcije sinteze acetil-sCoA
Preostale 2 reakcije neophodne su za oksidaciju dihidrolipoata nazad u lipoat sa stvaranjem FADH 2 i redukcijom NADH (katalizuju dihidrolipoil dehidrogenaza, E 3).
Reakcije formiranja nadna Regulacija kompleksa piruvat dehidrogenaze
Regulisani enzim kompleksa PVK dehidrogenaze je prvi enzim - piruvat dehidrogenaza(E 1). To se postiže pomoću dva pomoćna enzima - kinaza I fosfataza, obezbeđujući joj fosforilacija I defosforilacija.
Kinase aktiviran viškom krajnjeg produkta biološke oksidacije ATP i proizvodi kompleksa PVK-dehidrogenaze – NADH I acetil-CoA. Aktivna kinaza fosforilira piruvat dehidrogenazu i inaktivira je.
Enzim fosfataza , aktivirana jonima kalcijum ili hormon insulin, defosforiliše i aktivira piruvat dehidrogenazu.
Ulogu ATP-a u životu organizma u cjelini teško je precijeniti.Među najvažnijim potrošačima ATP-a treba istaći sljedeće:
1. Većina anaboličkih reakcija ( anabolic reakcije ) prolaze kroz ćelije koristeći ATP, tj.:
Sinteza proteina iz aminokiselina,
Sinteza DNK i RNK iz nukleotida,
Sinteza polisaharida,
Sinteza masti
2. ATP je neophodan za aktivan transmembranski transport molekula i jona,
za indukciju i provođenje nervnih impulsa ( nerv impulsi),
održavanje ćelijskog volumena putem osmotskih mehanizama ( osmoza),
za kontrakcije mišića ( mišića kontrakcija),
za implementaciju bioluminiscencije u tkivima ( bioluminiscencija).
3.ATP je sinaptički predajnik, rasprostranjen u raznim
nalnih organa, posebno u presinaptičkim završecima efektorskih neurona. Kada se ovi završeci stimulišu, oslobađaju se proizvodi razgradnje purina, adenozin i inozin. U evolucijskoj biologiji, općenito se vjeruje da je ATP bio jedini posrednik zajednički svim organizmima u ranim fazama evolucije. U procesu evolucije, zbog sve veće složenosti strukture organizama, počeli su se pojavljivati novi specijalizirani sinaptički medijatori. Istraživanja na pojedinim organima eksperimentalnih životinja su pokazala da ATP potiče opuštanje glatkih mišića organa za varenje
Poremećaji potrošnje energije u srcu: uzroci i posljedice
Jedan od najvažnijih kanala potrošnje energije u ljudskom tijelu je aktivnost srca. Kontinuirana funkcija srca (C) zahtijeva stabilnu i pouzdanu potrošnju energije. Blokada jedne od arterija koje hrane sam C zaustavlja dotok krvi u dio srčanog mišića i dolazi do ishemije tkiva. Produženi period ishemije dovodi do odumiranja ćelija srčanog mišića i kardiomiocita - tada se razvija infarkt miokarda. Ali, ako je vaskularni spazam bio kratkotrajan, a protok krvi u njemu je obnovljen, onda se kontraktilni rad miokarda može potpuno obnoviti. Ovaj problem je postao posebno važan u vezi sa razvojem tehnologije transplantacije srca. Kako se energija opskrbljuje ćelijama srčanog mišića i kako se koristi?
Slika 45 Glavne strukture kardiomiocita koje troše energiju.
Regulacija kontraktilne funkcije kardiomiocita odvija se putem jona kalcija. Oni ulaze u ćeliju izvana i uzrokuju oslobađanje iona kalcija sadržanih u cisternama sarkoplazmatskog retikuluma. Ovi joni se vezuju za miofibrile i uzrokuju njihovu kontrakciju.
Glavni potrošač ATP-a u kardiomiocitima je kontraktilni aparat miofibrila (slika 45); njegova potreba za energijom procjenjuje se na oko 80% ukupne potrošnje energije. Otprilike 10-15% energije troši se na održavanje transmembranskog potencijala i ekscitabilnosti kardiomiocita. A oko 5% energije ćelije se koristi za sintetičke procese. Pored ATP-a, izvor energije u ćelijama može biti još jedno visokoenergetsko jedinjenje, kreatin fosfat (CP), koji ćelija koristi efikasnije od ATP-a.
Proces stvaranja energije u kardiomiocitima je poremećen iz različitih razloga. S iznenadnom ishemijom miokarda, sinteza ATP-a u mitohondrijima prestaje, a sadržaj Kf i ATP brzo opada. U ovom slučaju, funkcije kontraktilnog aparata su najdublje poremećene.
Zaštitni mehanizmi tokom ishemije.
Tokom razvoja ishemije u srčanom mišiću uključuju se zaštitni mehanizmi koji smanjuju destruktivne procese.
1. Otvaraju se kalijumovi kanali zavisni od ATP-a (slika 46.) Normalno su zatvoreni, ali ako je resinteza ATP-a nedovoljna, otvaraju se i kalijum aktivno napušta ćelije. Ovo je popraćeno smanjenjem membranskog potencijala i ekscitabilnosti stanica.
Fig.46. Metaboličke posljedice ishemije miokarda
2. Dolazi do zakiseljavanja citoplazme ćelija – razvija se acidoza. Prestanak oksidacije u mitohondrijima tokom ishemije dovodi do aktivacije glikolize, nakupljanja nedovoljno oksidiranih produkata,
povećanje koncentracije vodikovih jona i pomak pH.
3. Razgradnju ATP-a i Kf prati nakupljanje fosfata u srčanim ćelijama. Ovo smanjuje osjetljivost kontraktilnih proteina na ione Ca +2.
4. Akumulacija adenozina kao rezultat razgradnje ATP-a blokira adenoceptore na kardiomiocitima. Kao rezultat toga, neurotransmiter norepinefrin ne aktivira srčane stanice i sprječava smanjenje ATP i Kp rezervi.
Tako se već na početku stadijuma ishemije aktivira nekoliko zaštitnih mehanizama koji smanjuju ulazak jona kalcija u kardiomiocite i osjetljivost kontraktilnog aparata na djelovanje kalcijevih jona. Tokom ishemije, nivo kontraktilne funkcije vrlo brzo pada (u roku od 30 sekundi) na približno 5-10% od početnog nivoa, dok se sadržaj AVTP i Kf umjereno smanjuje.To omogućava srčanim ćelijama da ekonomično troše energiju i prežive nepovoljnu period. Uz produženu ishemiju (nekoliko sati), nedostatak energije se pogoršava, acidoza se intenzivira - to dovodi do uništenja ćelijskih organela i nekroze stanica.
Iznenadna supresija sinteze ATP-a tokom ishemije mogla bi uzrokovati smrt kardiomiocita u roku od nekoliko minuta ako prirodni zaštitni mehanizmi u srcu ne rade. Brzo potiskuju kontraktilnu aktivnost i osiguravaju ekonomičnu potrošnju energetskih rezervi za desetine minuta.Uklanjanjem uzroka ishemije u ovom periodu može se obnoviti kontraktilnost kardiomiocita i funkcija srca.
Ishemijska zona se može smanjiti davanjem adenozina, kalijevih jona i dušikovog oksida NO, koji ima vazodilatacijski učinak. Pokazalo se da je dušikov oksid taj koji posreduje u djelovanju mnogih vazodilatatora, poput nitroglicerina.
Ćelijsko jezgro
Termin "nukleus" skovao je Brown 1833. godine, kada je prvi opisao trajne sferne strukture u biljnim ćelijama. Kasnije su iste strukture otkrivene u svim ćelijama viših organizama, uključujući i ljude.
Ćelijsko jezgro, obično jedno u ćeliji, sastoji se od nuklearni omotač odvajajući ga od citoplazme, hromatin, nukleolus, nuklearni proteinski matriks(okvir) i karioplasma(nuklearni sok) (Sl. 27 Čencov).
Granularni endoplazmatski retikulum Nuklearno vrijeme
ribozomi
Fig.47. Ćelijsko jezgro
Ove nuklearne komponente prisutne su u svim eukariotskim stanicama - jednoćelijskim i višećelijskim.
Core(nukleusna) ćelija - struktura koja sadrži genetske informacije o ćeliji i cijelom organizmu. Jezgro obavlja dvije grupe općih funkcija: 1- skladištenje genetskih informacija, 2- njihovu implementaciju u obliku sinteze proteina.
1. Čuvanje i održavanje nasljednih informacija u obliku nepromijenjene strukture DNK povezano je sa radom tzv. popravljaju enzime koji eliminišu spontano nastalo oštećenje molekula DNK. Enzimi za popravku također djeluju u ćelijama oštećenim zračenjem, promovišući manje ili više djelotvoran oporavak stanica od oštećenja radijacijom. Ovu vrstu reparacije otkrio je poznati radiobiolog iz Obninska prof. Archer N.V. 70-ih godina 20. veka.
2. Druga strana aktivnosti nukleusa je rad aparata za sintezu proteina. Ribosomalne komponente se također sintetiziraju u jezgru. Iz opće sheme sinteze proteina (slika 16 Čencov) jasno je da je izvor informacija za početak biosinteze DNK
Struktura i hemijski sastav ćelijskog jezgra
Velika većina stanica viših sisara sadrži samo jedno jezgro, iako postoje i višejezgrene stanice - na primjer, ćelije mišićnih vlakana - miosimplasti.
Nuklearni hromatin je gusta tvar koja ispunjava gotovo cijeli volumen jezgra. U ćelijama koje se ne dijele (interfaza) difuzno je raspoređen po volumenu jezgra; u stanicama koje se dijele postaje gušći (kondenziraju) i formiraju guste strukture - hromozome. Hromatin se dobro boji osnovnim bojama , Zbog toga je i dobio ime (od grčkog chroma – boja, boja). Kromatin sadrži DNK u kompleksu sa proteinima – histonskim (alkalnim) i nehistonskim. Difuzni hromatin interfaznih jezgara genetičari nazivaju euhromatin, kondenzovani hromatin – heterohromatin. U oba oblika, hromatin se sastoji od fibrila debljine 20-25 nm.
Poznato je da dužina pojedinačnih molekula DNK može doseći stotine mikrona, pa čak i do jednog centimetra. U ljudskom skupu hromozoma najduži hromozom je prvi, dužine do 4 cm.. Hromozomi imaju mnogo mesta nezavisne replikacije (duplikacije) - replikone. Dakle, DNK je lanac tandemski raspoređenih replikona različitih veličina.
Proteini hromatina čine 60-70% njegove suhe težine. Histoni (alkalni proteini) nisu ravnomjerno raspoređeni duž molekule DNK, već u obliku blokova, svaki od njih sadrži osam histonskih molekula, formirajući strukturu nukleosoma. Proces formiranja nukleosoma je praćen supersmotanjem DNK i skraćivanjem njene dužine za približno 7 puta.
Osim DNK, jezgro sadrži i molekule RNK koje su povezane s proteinima.
Ciklus hromozoma
Dobro je poznato da ženske i muške reproduktivne ćelije nose jedan set hromozoma i stoga sadrže 2 puta manje DNK od ostalih ćelija u telu. Zovu se polne ćelije sa jednim setom hromozoma haploidni. Ploidnost, odnosno višestrukost, u genetici se označava slovom n. Dakle, ćelije sa skupom od 1n su haploidne, sa 2n su diploidne, a sa 3n su triploidne. Shodno tome, količina DNK u ćeliji (označena slovom c) zavisi od njene ploidnosti: ćelije sa 2n brojem hromozoma sadrže 2c količinu DNK. Tokom oplodnje, dvije haploidne ćelije se spajaju, od kojih svaka nosi skup 1n hromozoma, formirajući tako diploidni(2n,2c) ćelija je zigota. Tada će se zbog diobe diploidnog zigota i naknadne diobe diploidnih stanica razviti organizam čije će stanice biti diploidne, a neke od njih (seksualne) opet će biti haploidne.
Međutim, procesu diobe diploidnih stanica prethodi faza sinteze-reduplikacije DNK, tj. Ćelije se pojavljuju sa količinom DNK jednakom 4c, njihov broj hromozoma je 4n. I tek nakon diobe takve tetraploidne (4c) stanice pojavljuju se dvije nove diploidne ćelije.
Teško je vidjeti hromozome u jezgrama interfaznih (mirujućih) stanica. Pojavljuju se u jezgru neposredno prije diobe ćelije. U interfazi, međutim, dolazi do udvostručavanja i reduplikacije hromozoma. U tom periodu dolazi do sinteze DNK, zbog čega se naziva sintetički, odnosno S-period. Tokom ovog perioda, količina DNK veća od 2c se detektuje u ćelijama. Nakon završetka S-perioda, količina DNK u ćeliji je 4c (potpuno udvostručenje hromozomskog materijala). Ako računate broj hromozoma u profazi, onda će biti 2n, ali ovo je lažan utisak, jer u ovom trenutku svaki hromozom je dvostruk (kao rezultat reduplikacije).U ovoj fazi, par hromozoma je u bliskom kontaktu jedan sa drugim, okreću se jedan oko drugog. Shodno tome, već na početku profaze, hromozomi se sastoje od dva sestrinska hromozoma - hromatida. Oni ostaju povezani jedni s drugima u sljedećoj fazi - metafazi, kada se hromozomi postroje u ekvatorijalnoj ravni ćelije. U sljedećoj fazi, anafazi, parovi homolognih hromozoma divergiraju na suprotne polove ćelije, nakon čega se ćelija dijeli. Zatim, u telofazi, divergirani diploidni skupovi (2n) hromozoma počinju da se dekondenzuju, tj. olabaviti. Tako se završava jedan hromozomski ciklus i počinje sledeći (slika 31. Čencov). Kromosomski (ćelijski) ciklus kod višećelijskih eukariota traje 1-1,5 dana.
nukleolus (nukleolus)
U jezgru svih eukariotskih stanica vidljivo je jedno ili više tijela okruglog oblika - nukleola. Dobro se boje osnovnim bojama jer su bogate RNK. Nukleolus je derivat hromozoma, dok je nezavisna organela čija je funkcija formiranje ribosomske RNK i ribozoma. Nukleolus je heterogene strukture - centralni dio je fibrilaran, gdje su koncentrisani prekursori ribosoma, a periferija je granularna, gdje su koncentrisane zrele ribosomske podjedinice.
Nuklearni omotač (kariolema)
To je struktura koja ograničava ćelijsko jezgro. Odvaja dvije intracelularne komponente jedna od druge - jezgro od citoplazme. Značaj ovog odvajanja struktura u prostoru je važan: ono stvara dodatne (u poređenju sa prokariotima) mogućnosti za regulaciju aktivnosti gena tokom sinteze specifičnih proteina.
Nuklearni omotač se sastoji od dvije membrane - vanjske i unutrašnje, između kojih se nalazi perinuklearni prostor (slika 106 Čencov). Uopšteno govoreći, nuklearni omotač se može predstaviti kao dvoslojna vreća koja odvaja sadržaj jezgre od citoplazme. Međutim, nuklearna ovojnica ima karakterističnu osobinu koja je razlikuje od ostalih membranskih struktura stanice - to su posebne nuklearne pore nastale fuzijom dvije nuklearne membrane.
Vanjska membrana nuklearne ovojnice pripada membranskom sistemu endoplazmatskog retikuluma - na njoj se nalaze brojni poliribosomi, a sama nuklearna membrana prelazi u membrane retikuluma. Unutrašnja membrana nuklearne ovojnice nema ribozome na svojoj površini. Međutim, on je povezan s hromatinom i to je karakteristična karakteristika unutrašnje nuklearne membrane.
Druga funkcija nuklearne membrane je stvaranje intranuklearnog reda, arhitekture i fiksacije hromozomskog materijala u trodimenzionalnom prostoru.
Nuklearne pore su rezultat fuzije dvije nuklearne membrane. Otvori pora su oko 90 nm u prečniku. Kompleks nuklearnih pora, koji uključuje 8 perifernih proteinskih granula i jednu centralnu, uključen je u transport proteinskih i nukleoproteinskih molekula i u prepoznavanje ovih molekula. Ovaj transportni proces je aktivan i zahtijeva ATP. U prosjeku, postoji nekoliko hiljada kompleksa pora po jezgru (slika 109 Chentz).
Nuklearni proteinski matriks
Procesi replikacije (udvostručavanja) i transkripcije (čitanja informacija) hromatina odvijaju se u jezgru na strogo uređen način. Za implementaciju ovih procesa postoji intranuklearni sistem koji objedinjuje sve nuklearne komponente - hromatin, nukleolus, nuklearni omotač. Ova struktura je nuklearni proteinski okvir ili matriks (NPM). Istovremeno, ne predstavlja jasnu morfološku strukturu. Prema morfološkom sastavu, nuklearna membrana se sastoji od tri komponente: mrežastog proteinskog sloja - lamine, unutrašnje mreže - skeleta i "rezidualnog" nukleola. Glavna komponenta struktura nuklearnih membrana su fibrilarni proteini, po sastavu aminokiselina slični srednjim mikrofilamentima.
Uloga nuklearnog omotača u nuklearno-citoplazmatskoj razmjeni.
Nuklearni omotač služi kao regulator u nuklearno-citoplazmatskoj razmjeni. Razmjena proizvoda između jezgre i citoplazme je vrlo velika: svi nuklearni proteini ulaze u jezgro iz citoplazme, a sva RNK se uklanja iz jezgre. Kompleksi nuklearnih pora u ovom procesu služe ne samo kao transportni mehanizam (translokator), već i kao sorter prenesenog materijala. Kroz pore, ioni, šećeri, nukleotidi, ATP i hormoni ulaze u jezgro pasivnim transportom. Metodom pasivnog transporta, visokomolekularna jedinjenja s masom ne većom od 5,10 3 Da prodiru kroz nuklearnu membranu u oba smjera. Aktivni transport makromolekula u oba smjera odvija se kroz nuklearne pore.
Nemembranske organele.
Ribosomi. Ove specijalizirane ćelijske organele osiguravaju sintezu proteina i polipeptida. Prisutni su u svim vrstama životinjskih stanica i visokomolekularni su ribonukleoproteini. Ribosomi (R) sadrže proteine i posebnu vrstu RNK koja se zove ribosomalna RNK (rRNA). Dimenzija P – 20 x 20 x 20 nm. Sastoji se od velikih i malih podjedinica. Svaka od podjedinica formirana je od lanca ribonukleoproteina. Ćelije sadrže pojedinačne Ps i njihove komplekse - poliribosome. Mogu biti slobodno locirani u hijaloplazmi ili povezani sa membranama endoplazmatskog retikuluma. Tipično, slobodni P se nalazi u nespecijaliziranim i brzorastućim stanicama, dok se one povezane s retikulumom nalaze u specijaliziranim stanicama. Osim toga, slobodni P sintetizira protein za vlastite potrebe stanice, a vezani protein za izvoz.
Rice. "Grupe" ribozoma
Citoskelet. Ovo je mišićno-koštani sistem u ćeliji, koji stvara istinski ćelijski skelet (Slika). Sistem sadrži proteinske filamentozne formacije. Filamentne i fibrilarne strukture citoskeleta su dinamičke formacije koje se pojavljuju i nestaju ovisno o funkcionalnom stanju stanice. Glavne komponente citoskeleta su: mikrotubule i mikrofilamente.
Metodama imunofluorescencije utvrđeno je da mikrofilamenti uključuju kontraktilne proteine - aktin, miozin, tropomiozin. Odnosno, mikrofilamenti nisu ništa drugo do kontraktilni aparat ćelije, koji osigurava mobilnost i same ćelije i organela unutar nje. Mikrofilamenti imaju debljinu od 5-7 nm.
Mikrotubule učestvuju u stvaranju privremenih (delno vreteno, citoskelet interfaznih ćelija) i stalnih struktura (centriole, cilije, flagele). To su ravni šuplji cilindri koji se ne granaju, prečnika 24 nm, debljine zida cilindra 5 nm. U elektronskom mikroskopu, presjek mikrotubula otkriva 13 podjedinica proteina tubulina.
Ćelijski centar (centrosom). Sastoji se od centriola i povezanih mikrotubula. Metodama elektronske mikroskopije bilo je moguće proučavati finu strukturu centriola. Osnovu ove strukture čini 9 trojki mikrotubula, koje formiraju šuplji cilindar (sl.). Njegova širina je oko 2 nm, dužina - 3-5 nm.
Tipično, u interfaznim stanicama postoje dvije centriole, koje tvore jednu strukturu - diplozom. U njemu su centriole smještene pod pravim kutom jedna prema drugoj. Od dva centriola razlikuju se matična i kćerka centriola. Kraj kćerke centriola usmjeren je prema površini matičnog centriola.
U pripremi za mitotičku diobu, stanica udvostručuje svoje centriole. Zanimljivo je da povećanje broja centriola nije povezano s njihovom diobom, pupljenjem ili fragmentacijom, već je rezultat formiranja primordija pored originalnog centriola.
Prije mitoze, centriole služe kao centar za formiranje vretena mikrotubula.
Pored navedenih struktura, neke ćelije uključuju cilije i flagele, koji su izdanci citoplazme. Unutar ovih procesa nalazi se složen kontraktilni sistem mikrotubula i kontraktilnih proteina kao što su tubulin i dinein. Ćelije provode kretanje uz pomoć cilija i flagela.
Predavanje 5. Integralne ćelijske reakcije
Čitav niz transformacija supstanci u ćelijama sastoji se od lanaca biohemijskih reakcija. Za izvođenje biohemijskih reakcija potrebno je da supstance uđu u ćeliju - endocitoza, transformacija supstanci u ćeliji - metabolizam, te uklanjanje metaboličkih krajnjih produkata u obliku nepotrebnog otpada ili biološki aktivnih supstanci neophodnih organizmu - egzocitoza.
Endocitoza. Postoji nekoliko načina za implementaciju endocitoze:
Transmembranski pasivni i aktivni transport supstanci u ćeliju. Ovaj oblik endocitoze opisan je u odgovarajućem poglavlju.
Pinocitoza je uzimanje tekućih koloidnih čestica od strane ćelije.
Fagocitoza je hvatanje od strane ćelije gustih i velikih korpuskularnih čestica do hvatanja drugih ćelija.
Općenito, ulazak čvrstih ili tekućih tvari u ćeliju izvana naziva se općim pojmom heterofagija. Ovaj proces je važan za ljudski organizam u organima i sistemima kao što su zaštitni (fagocitna aktivnost krvnih neutrofila, makrofaga), promjene u koštanom tkivu (osteoklasti), stvaranje hormona tiroksina u folikulima štitaste žlijezde, reapsorpcija proteina i druge makromolekule u tubulima nefrona bubrega.
Cellular metabolizam, ili metabolizam, je skup procesa biosinteze složenih bioloških molekula od jednostavnijih (asimilacija) i reakcija razgradnje složenih makromolekula uz oslobađanje toplinske energije koju ćelije koriste u različite svrhe (disimilacija).
Ćelija efikasno koristi energiju sadržanu u hemijskim vezama proteina, ugljenih hidrata i masti koje se snabdevaju hranom, a oslobađaju se prilikom njihovog razlaganja (hidrolize) u digestivnom traktu. Odnosno, ćelijski metabolizam se odvija prema pravilima prvog zakona termodinamike - energija se ne stvara niti uništava, prelazi iz jedne vrste u drugu, pogodnu za obavljanje posla.
Šematski, procesi disimilacije nutrijenata odvijaju se na način da se u početnoj fazi u probavnom traktu razlažu na monomere (proteini u aminokiseline, masti u masne kiseline, ugljikohidrati u monosaharide), nakon čega se, bez obzira na priroda nutrijenata, dalje
Egzocitoza. Uklanjanje supstanci iz ćelija također se provodi pomoću nekoliko mehanizama. Kao i endocitoza, odvija se aktivni i pasivni transport supstanci iz ćelije. Aktivnim transportom se uklanjaju ioni i male molekule, a pasivnim transportom se uklanja većina neorganskih tvari i krajnjih proizvoda metabolizma (tzv. otpadni proizvodi).
Druga metoda uklanjanja je dostupna za uklanjanje velikih molekularnih spojeva iz ćelija. Akumuliraju se u citoplazmi u Golgijevom aparatu u obliku transportnih vezikula i uz pomoć sistema mikrotubula koncentrišu se na plazma membrani ćelije. Membrana vezikula je ugrađena u plazma membranu, a sadržaj vezikule se transportuje van ćelije. Fuzija vezikule sa plazmalemom može se desiti bez ikakvih dodatnih signala - to se zove egzocitoza konstitutivni. Na taj se način, u pravilu, eliminiraju proizvodi vlastitog metabolizma stanice, odnosno otpad. Ali značajan dio stanica sintetizira posebne tvari neophodne za funkcioniranje tijela - tajne. Da bi se sekretna vezikula spojila sa plazmalemom, neophodan je signal izvana. Ova egzocitoza se zove podesivo. Signalni molekuli koji stimulišu izlučivanje sekreta nazivaju se liberini, a oni koji inhibiraju izlučivanje se nazivaju statini.Ova metoda egzocitoze je vrlo česta u neuro-endokrinom sistemu tokom proizvodnje hormona i neurotransmitera.
Međućelijske interakcije
Ćelijske funkcije
Reprodukcija ćelije. Ćelijski ciklus.
Prema jednom od postulata ćelijske teorije, ćelijska reprodukcija, tj. povećanje njihovog broja događa se diobom prvobitne ćelije. Ovo pravilo važi i za eukariotske i za prokariotske ćelije. Životni vek ćelije kao takve, od deobe do sledeće deobe, ili od deobe do njene smrti, naziva se ćelijski ciklus . U tijelu, ćelije različitih tkiva i organa imaju različite sposobnosti podjele. Na primjer, u svim organima postoje populacije stanica koje su potpuno izgubile sposobnost dijeljenja. To su specijalizirane ili diferencirane ćelije. Oni u pravilu obavljaju posebne funkcije svojstvene samo ovoj vrsti stanica i dio su parenhima organa.
Ali tijelo također sadrži tkiva koja se stalno obnavljaju – epitelna i hematopoetska tkiva. U takvim tkivima postoji prilično veliki udio ćelija koje se aktivno dijele koje zamjenjuju zastarjele. Trajanje ciklusa je obično 10-30 sati u ćelijskim populacijama koje se aktivno dijele. Ćelije koje se dijele imaju različite količine DNK u zavisnosti od faze ćelijskog ciklusa. Ovo je tipično i za zametne i za somatske ćelije. Poznato je da muške i ženske zametne stanice nose jedan (haploidni) set hromozoma i sadrže upola manje DNK od somatskih diploidnih ćelija cijelog organizma. Ploidnost se u genetici označava slovom n . Dakle, zametne ćelije nose 1n set, somatske ćelije imaju 2n set, tj. Oni su diploidni, postoje ćelije sa setom hromozoma 3n - ovo je triploidni set.
Tokom ćelijskog ciklusa, populacija diploidnih ćelija sadrži i diploidne i tetraploidne skupove hromozoma i srednje količine DNK tokom perioda mirovanja ćelije (interfaza). Ova heterogenost je zbog činjenice da se udvostručenje količine DNK događa prije početka diobe (mitoza).
Sve ćelijski ciklus(animacija na Internetu) sastoji se od četiri vremenska perioda: prava mitoza (M), presintetička (G 1), sintetička (S) i postsintetička (G 2) perioda interfaze.
U G 1 periodu, koji slijedi neposredno nakon mitoze, ćelije imaju diploidni sadržaj DNK (2c; c je sadržaj DNK koji odgovara ploidnosti). U tom periodu počinje rast ćelija zbog akumulacije ćelijskih proteina i ćelija se priprema za sintetički period. U tom periodu se aktivira sinteza enzima,
neophodna za formiranje DNK prekursora. Potreba za energijom u ćeliji naglo raste.
U S-periodu se količina DNK udvostručuje (reduplikacija) a broj hromozoma udvostručuje (1n--- 2n).U različitim ćelijama u S-periodu mogu se naći različite količine DNK - od 2 s do 4 s. Tokom ovog perioda, sadržaj RNK raste u skladu sa količinom DNK.
Postsintetička faza G 2 se također naziva premitotskom. U tom periodu se aktivira sinteza glasničke RNK neophodne za mitozu.
Na kraju ovog perioda, prije mitoze, sinteza RNK se smanjuje.
U rastućim tkivima životinja i biljaka postoji niz ćelija koje su, takoreći, izvan ćelijskog ciklusa. Ove ćelije se nazivaju ćelije G 0 perioda ili mirovanja. Ne ulaze u sljedeću fazu -G 1 nakon mitoze, već prestaju da se dijele. Istovremeno se ne razlikuju, ostajući u stanju spremnom za mitozu. Na primjer, većina ćelija jetre je u G 0 periodu - ne sintetiziraju DNK i ne dijele se. Međutim, nakon uklanjanja dijela jetre, kako je eksperimentalno pokazano na životinjama, većina jetrenih stanica ulazi u mitotički ciklus. Mnoge ćelije potpuno gube sposobnost povratka u mitotički ciklus - na primjer, neuroni u mozgu.
Ćelijski ciklus i radiosenzitivnost
Zanimljivo je napomenuti da se različite faze ćelijskog ciklusa značajno razlikuju po svojoj osjetljivosti na vanjske utjecaje. Na primjer, G 1 period i sama mitoza su najosetljiviji na hemijske agense i fizičke uticaje, kao što je jonizujuće zračenje, dok je glavni deo interfaze (G 2 i S periodi) manje osetljiv. Eksperimentalne studije na ćelijskim kulturama dobijenim od ozračenih životinja pokazale su da razlike u radiosenzitivnosti mogu doseći 40 puta ili više između faza ćelijskog ciklusa. Osim toga, u ozračenim ćelijama se mijenjaju vremenski parametri pojedinih faza ciklusa; na primjer, postoji kašnjenje u početku mitotičke faze i produženje G 2 faze.
U radijacijskoj citologiji poznati su fenomeni spontanog obnavljanja vitalne aktivnosti ozračenih ćelija od potencijalno smrtonosnog oštećenja. Ovaj efekat je otkrio ruski istraživač V. I. Korogodin 50-ih godina 20. veka i bio je od suštinskog značaja za procenu prave radiosenzitivnosti ćelija i tela u celini.
Podjela ćelije: mitoza.
Mitoza (kariokineza, indirektna podjela) je univerzalna metoda podjele bilo koje eukariotske ćelije (animirani film na internetu). Već sintetizovana u prethodnom predmitotskom periodu, 2 hromozoma (dvostruki set - 4n) se transformišu u kondenzovani kompaktni oblik, formira se vreteno deobe u ćeliji i homologni hromozomi divergiraju na suprotne polove ćelije, nakon čega se citoplazma ćelije se deli (citokineza, citotomija).
Proces mitoze se konvencionalno dijeli na nekoliko glavnih faza: profaza, metafaza, anafaza, telofaza.(pirinač)
Profaza. Kao što je već napomenuto, na kraju S-perioda u interfaznom jezgru ćelije, količina DNK je 4 s, pošto je već došlo do udvostručavanja hromozomskog materijala. Međutim, morfološki u svjetlosnom mikroskopu, broj kromosoma u profazi razlikuje se kao 2n, iako se svaki od njih već udvostručio. Međutim, do kraja profaze, dualnost hromozomskog skupa je već morfološki prepoznatljiva zbog aktivnog procesa kondenzacije hromozoma (kompaktacije). Broj hromozoma 4n tačno odgovara količini DNK - 4 s.
profaza
prometaphase
telofaza
metafaza
anafaza
Rice. Mitoza
U profazi se značajno smanjuje nivo sintetičkih procesa u ćeliji i formira se fisiono vreteno - aparat za razrjeđivanje genetskog materijala na dva pola ćelije.
Metafaza. Ova faza zauzima oko trećinu ukupnog vremena mitoze. Njegova karakteristična karakteristika je da se u ovom trenutku formiranje vretena završava i hromozomi se redaju na ekvatoru vretena u sredini ćelije. Ćelija u ovoj fazi ima karakterističan izgled koji se naziva "metafazna ploča" ili matična zvijezda. Do kraja metafaze, udvojeni i kondenzirani hromozomi su već jasno vidljivi u svjetlosnom mikroskopu u obliku sestrinskih hromatida koje su blizu jedna drugoj. Njihovi krakovi su paralelni jedan s drugim, ali već postoji razmak između kromatida.
Anafaza. Homologni hromozomi poredani u centru ćelije gube kontakt jedan s drugim i sinhrono počinju da se divergiraju na suprotne polove ćelije koja se još nije podijelila. Ovo je najkraća faza mitoze.Međutim, u tom trenutku se dešavaju važni događaji: razdvajanje dva identična seta hromozoma i njihovo kretanje na dva pola ćelije.
Telofaza. Dva seta hromozoma (2nx 2) formiraju dva ćelijska jezgra; Istovremeno dolazi do procesa podjele prvobitne ćelije na dvije kćerke ćelije – citokineza, citotomija. U submembranskom sloju citoplazme nalaze se kontraktilni proteini poput aktinskih fibrila, orijentiranih u ekvatorskoj zoni ćelije. Ovi proteini provode „konstrikciju“ ćelije u centru i njenu podelu na dve ćelije kćeri. Mitoza se završava.
Ako je mitotički aparat oštećen, mitoza može biti odgođena u metafazi ili čak može doći do raspršivanja kromosoma. Osim toga, mogu se pojaviti multipolarne i asimetrične mitoze. Kada su poremećeni procesi citotomije nastaju gigantska jezgra ili višenuklearne ćelije.Takvi efekti se primećuju prilikom maligne transformacije ćelija kako pod uticajem spoljašnjih izvora (hemijski agensi, lekovi, jonizujuće i nejonizujuće zračenje, virusi) tako i pod uticajem unutrašnji faktori (na primjer, neki hormoni, biološki aktivne tvari).
Mejoza
Pored mitotičke diobe somatskih stanica, koja se javlja u svim organima i tkivima tijela, postoji poseban, jedinstven oblik reprodukcije stanica, koji dovodi do stvaranja zametnih stanica sa haploidnim skupom kromosoma. Ovaj oblik se naziva mejoza i javlja se kod viših životinja (i ljudi) i viših biljaka u primarnim generativnim organima. Kod ljudi se formiranje polnih ćelija (gameta) dešava u testisima (kod muškaraca) i jajnicima (kod žena).
Formiranje muških zametnih ćelija (spermatogeneza) događa se u tkivu uvijenih sjemenih tubula testisa i uključuje 4 uzastopne faze: razmnožavanje, rast, sazrijevanje i formiranje (Slika).
Početna faza spermatogeneze - reprodukcija spermatogeni epitel i formiranje zrelijih ćelija - spermatogonije. Među spermatogonijama se nalazi pul matičnih ćelija, koje su izvor stvaranja novih ćelija, a drugi deo spermatogonije nastavlja dalje sazrevanje, odnosno diferencijaciju.
Rezultat ovog sazrijevanja (faza rast) je gubitak sposobnosti ćelije da se deli, formiranje ćelije koja se naziva primarni spermatocit ili spermatocit 1. reda. Tokom ovog perioda, spermatocit 1. reda povećava volumen i ulazi u fazu prve mejotičke diobe (redukciona dioba). Ova faza je duga i sastoji se od 5 faza: leptotena, zigotena, pahitena, diplotena i dijakineze.Nakon diobe, svaka od dvije kćerke ćelije, nazvane spermatociti 2. reda ili sekundarni spermatociti, već sadrži haploidni broj hromozoma (23 kod ljudi ).
Sljedeća faza je druga podjela (faza sazrevanje), koji se javlja kao normalna mitoza u sekundarnim spermatocitima bez reduplikacije (udvostručavanja) hromozoma. Kao rezultat, četiri ćelije s haploidnim hromozomskim setom - spermatide - formiraju se od dva sekundarna spermatocita. Dakle, svaka početna spermatogonija stvara 4 spermatide, koje imaju haploidni (jedan) skup hromozoma.
Spermatidi se više ne dijele i nakon složenih morfoloških promjena postaju zreli spermatozoidi. Ova transformacija se dešava u završnoj fazi spermatogeneze - fazi formiranje sperma.
Spermatogonija (diploidna ćelija)
mitoza
Dodatna spermatogonija
Primarni spermatocit
Prva mejotička podjela
Sekundarni spermatocit
Druga mejotička podjela
Spermatide (haploidne ćelije)
Sperma
Glava
Vrat
Rep
Rice. Spermatogeneza
Proces spermatogeneze kod ljudi traje oko 75 dana i odvija se u talasima duž izvijenog sjemenog tubula. U određenom dijelu tubula nalazi se određeni skup spermatogenih epitelnih stanica.
Predavanje 6. Reakcije ćelija na spoljašnje uticaje.
Ćelije tijela su stalno izložene raznim faktorima okoline - hemijskim, fizičkim i biološkim, kao i unutrašnjim uticajima - nervnim i neurohumoralnim. Ovi faktori uzrokuju primarne poremećaje u ćelijskim strukturama, što obično rezultira funkcionalnim poremećajem u organu ili sistemu. Sudbina ćelija zavisi od intenziteta izlaganja, njegove prirode i trajanja. Nakon poremećaja, ćelije se mogu prilagoditi, prilagoditi faktoru utjecaja, oporaviti se nakon poništavanja štetnog efekta, ili će nepovratne promjene na kraju dovesti do smrti stanice.
Uz reverzibilno oštećenje, stanice reagiraju brojnim funkcionalnim i morfološkim promjenama. Jedan od najčešćih kriterija za oštećenje stanica je promjena u sposobnosti stanica da stupe u interakciju s različitim bojama. Normalne ćelije apsorbuju boje rastvorene u vodi i talože ih kao granule u citoplazmi; jezgro nije obojeno. Oštećene ćelije (od zagrijavanja, promjene tlaka, pH okoline, izlaganja denaturirajućem agensu) gube tu sposobnost i boja se difuzno distribuira ne samo u citoplazmi, već iu jezgru. U slučaju reverzibilnog oštećenja, pod uslovom da se poništi djelovanje vanjskog faktora, obnavlja se stvaranje granula u citoplazmi stanica.
Drugi karakterističan znak oštećenja ćelije je smanjenje respiratornih procesa u ćeliji, dok se oksidativna fosforilacija, neophodna za sintezu ATP-a, značajno smanjuje. Oštećene ćelije karakterišu pojačani glikolitički procesi (zakiseljavanje), pad količine ATP-a i aktivacija proteolize (denaturacija proteina). Cijeli skup nespecifičnih reverzibilnih promjena u stanicama koje nastaju pod utjecajem različitih agenasa naziva se “paranekroza”. U ovoj početnoj i reverzibilnoj fazi promjene, procesi ćelijske asimilacije i disimilacije nisu značajno promijenjeni.
Međutim, u slučaju nepovratnog oštećenja staničnog metabolizma, odvijaju se događaji koji utječu ne samo na citoplazmu, već i na nuklearni aparat. Najznačajnija manifestacija ireverzibilnih promjena u oštećenoj ćeliji je kondenzacija (kompaktacija, agregacija) hromatina, smanjenje nuklearnih sintetičkih procesa. Kada stanica umre, kromatin formira grube nakupine unutar jezgre (piknoza), a samo jezgro se raspada ili se čak rastvara (karioreksa).
U oštećenim stanicama mitotička aktivnost naglo opada i stanice se odgađaju u različitim fazama mitoze. Propustljivost ćelijskih membrana je poremećena, što dovodi do vakuolizacije membranskih organela ćelije. Istovremeno dolazi do intenzivnog nakupljanja u ćeliji pojedinih pojedinačnih produkata poremećenog metabolizma. U općoj patologiji, takve promjene u ćelijskoj strukturi se nazivaju distrofije. Tako se, na primjer, u slučaju masne degeneracije nakupljaju masne inkluzije u stanicama, u slučaju degeneracije ugljikohidrata - glikogen, u slučaju degeneracije proteina - taloženje proteinskih granula, pigmenata itd. Završna faza ireverzibilnih promjena u ćelijama je njihova smrt, a to se na nivou tkiva i organa manifestuje u obliku nekroza ili odumiranje tkiva (organa).
Poseban oblik poremećaja u regulaciji ćelijskog metabolizma je kršenje stanične diferencijacije, što najčešće dovodi do razvoja tumorski proces. Tumorske ćelije karakteriše nekontrolisana reprodukcija, autonomno ponašanje u telu i poremećaj međućelijskih interakcija. Sva ova svojstva tumorskih ćelija čuvaju se iz generacije u generaciju, tj. su nasledni. Zbog ovih osobina, ćelije raka se smatraju mutantima sa stanovišta nepodređenosti njihovog ponašanja regulatornim uticajima organizma.
Ovdje važnu ulogu imaju molekularni procesi održavanja i regulacije jonske homeostaze ćelija u normalnim uslovima i tokom maligne transformacije. Koncept homeostaza ćelijskih jona(IGC) uključuje sistem za regulaciju aktivnosti jona, koji osiguravaju normalno unutarćelijsko okruženje, i vode. Najvažniji ioni za život ćelije uključuju K+, Na+, Ca 2+, H+, PO 2- i ione energetski intenzivnih molekula kao što su ATP i ADP (adenozin difosfat). IGC može kontrolirati ponašanje ćelije mijenjajući, prije svega, kvantitativne odnose između glavnih sistema ćelije - na primjer, intenzitet sinteze proteina i RNK, masu citoplazme i jezgra itd. U slučaju poremećaja u funkcionisanju IGC u stanicama, prije svega, mijenjaju se molekularni mehanizmi njihove međusobne interakcije, zbog čega tumorske stanice dobivaju autonomno ponašanje i nisku osjetljivost na regulatorne utjecaje (Malenkov A.G., 1976. ).
Ćelijska smrt.
Postoje dva oblika ćelijske smrti – nekroza I apoptoza.
Nekroza uzrokovane pretežno različitim vanjskim faktorima koji direktno ili indirektno utječu na propusnost membrane i ćelijski metabolizam. U svim slučajevima dolazi do lanca morfo-funkcionalnih poremećaja koji u konačnici dovode do raspadanja stanica – lize.
Dakle, nekroza je oblik ćelijske smrti koji karakteriše:
funkcionalno - nepovratni prestanak njihovih vitalnih funkcija,
morfološki – narušavanje integriteta membrane, promjene u jezgru (piknoza, karioreksa, liza), citoplazma (edem), destrukcija stanica, upalna reakcija,
biohemijski - poremećena proizvodnja energije, koagulacija i hidrolitička razgradnja proteina, nukleinskih kiselina, lipida,
genetski – gubitak genetske informacije (Lushnikov E.F., Abrosimov A.Yu., 2001).
Apoptoza je proces ćelijske smrti koji se može dogoditi bez primarnog poremećaja ćelijskog metabolizma. Češće se naziva apoptoza programirana ćelijska smrt; To se odnosi na činjenicu da se ovaj oblik ćelijske smrti zapravo razvija prema programu ugrađenom u genetski aparat ćelija. Istovremeno, kao rezultat djelovanja različitih podražaja na ćeliju, u jezgri se aktiviraju određeni geni koji stimuliraju samouništenje stanice. Program samouništenja može se implementirati pod utjecajem određenih signalnih molekula samog tijela - na primjer, hormona ili proteinskih molekula. Dakle, limfociti koji se umnožavaju u ogromnim količinama u timusnoj žlijezdi (timus) gotovo svi umiru u roku od nekoliko sati ne napuštajući timusnu žlijezdu i u krvotok pod utjecajem glukokortikoida - hormona kore nadbubrežne žlijezde. Značenje ovog fenomena je potpuno nejasno, ali se ipak javlja upravo na putu apoptoze.
Aktivacija gena za samouništenje može biti uzrokovana prestankom nekog regulatornog signala. Na primjer, nakon uklanjanja testisa, stanice prostate kod muškaraca potpuno umiru.
Ćelijska smrt, kao bez ikakvog razloga, često se javlja tokom normalnog embrionalnog razvoja tijela. Na primjer, stanice u repu punoglavca umiru kao rezultat aktivacije hormona štitnjače u određenoj fazi razvoja punoglavca. U tijelu odrasle osobe, ćelije mliječne žlijezde prolaze kroz apoptozu tokom svoje involucije (obrnuti razvoj).
Fig. Faze razvoja apoptoze. Slika lijevo je normalna ćelija;
U središtu je početak fragmentacije citoplazme; desno je završna faza
fragmentacija citoplazme i jezgra.
Proces apoptoze se značajno razlikuje od nekroze. Ovaj oblik ćelijske smrti karakteriše:
funkcionalno – nepovratni prestanak aktivnosti ćelije,
morfološki - gubitak mikroresica i međustaničnih kontakata, kondenzacija hromatina i citoplazme, skupljanje ćelije, formiranje vezikula iz plazma membrane, fragmentacija ćelija i formiranje mikronukleusa,
biohemijski - hidroliza citoplazmatskih proteina i razgradnja DNK,
genetski - strukturno i funkcionalno restrukturiranje genetskog aparata, koje kulminira apsorpcijom ćelijskih fragmenata od tkivnih makrofaga bez upalne reakcije (Lushnikov E.F., Abrosimov A.Yu., 2001).
Suština apoptoze, njeno mjesto u normalnim i patološkim stanjima.
U višećelijskom organizmu ćelijska smrt se događa stalno, ali se u različitim tkivima i organima uočava pod određenim uvjetima. Biološka priroda ćelijske smrti je dvosmislena. Ono što je najvažnije i najznačajnije je da apoptoza ima različita značenja za normalan život kralježnjaka i beskičmenjaka (a sada je to postalo poznato i za biljni svijet):
u embriogenezi apoptoza je element razvoja i povezana je s formiranjem tkiva i organa,
kada organizam postoji samostalno, apoptoza je sastavni dio metamorfoze (kod insekata i vodozemaca),
kod životinja se odvijaju procesi histogeneze i organogeneze uz učešće apoptoze,
u zrelom organizmu apoptoza je dio homeostatskog mehanizma zamjene stanica,
Tokom starenja, apoptoza odražava prirodnu smrt ćelije.
Reproduktivna ćelijska smrt.
U zavisnosti od stadijuma ćelijskog ciklusa, postoje dva oblika ćelijske smrti od spoljašnjih uticaja. Jedna od njih je reproduktivna smrt, koja pogađa samo populacije ćelija koje se dijele. Ovaj oblik stanične smrti otkriven je u radiobiološkim eksperimentima na laboratorijskim životinjama 70-ih godina.
Kod ozračenih životinja, citološke studije su otkrile da su neke ćelije izgubile sposobnost dijeljenja nakon što su prošle kroz nekoliko ćelijskih ciklusa, nakon čega je uslijedila smrt. Štaviše, ovaj oblik smrti je takođe primećen u ćelijama u in vitro kulturi.
Interfazna smrt ćelije.
Drugi fenomen, takođe otkriven u radiobiološkim studijama, je neposredna ćelijska smrt nakon zračenja, bez deobe - u interfazi. Ovaj oblik oštećenja ćelija karakterističan je za efekte zračenja na hematopoetski sistem u koštanoj srži, na imunološki i nervni sistem. Prema modernim konceptima, interfazna ćelijska smrt se događa na putu apoptoze.
Predavanje 7. Opća embriologija. Osnovni pojmovi i fenomeni.
Embryology(od grčkog embrion - embrion) - nauka o obrascima razvoja embriona. Medicinska embriologija (E) proučava obrasce razvoja ljudskog embrija, uzroke nastanka deformiteta i drugih odstupanja od norme, moguće načine i metode utjecaja na embriogenezu (proces formiranja embrija).
Trenutno, medicinske tehnologije u mnogim slučajevima omogućavaju borbu protiv neplodnosti, rađanje djece iz epruvete i transplantacije embrionalnih organa i tkiva. Sada su razvijene metode za in vitro kultivaciju jajašca, oplodnju izvan organizma i implantaciju embrija u matericu.
Proces ljudskog embrionalnog razvoja prošao je dugu evoluciju i u velikoj mjeri odražava faze razvoja drugih predstavnika životinjskog svijeta. Stoga su rani stadiji razvoja ljudskog embrija slični sličnim fazama embriogeneze manje organiziranih hordata.
Ljudski reproduktivni sistem uključuje nekoliko međusobno povezanih faza u razvoju muških i ženskih reproduktivnih ćelija, fuziju ovih ćelija tokom oplodnje i formiranje novog organizma iz embriona. Ovi koraci su sljedeći:
Progeneza - razvoj i sazrijevanje zametnih stanica - jaja i spermatozoida. Kao rezultat progeneze, u zrelim zametnim stanicama pojavljuje se haploidni (jednostruki) skup hromozoma i formiraju se strukture koje olakšavaju njihovu međusobnu fuziju (oplodnju) i razvoj novog organizma.
embriogeneza- dio čovjekove ontogeneze (njegov individualni razvoj), uključuje glavne faze: 1 - oplodnju sa formiranjem zigote, 2 - fragmentaciju zigote i formiranje blastule (blastociste), 3 - gastrulaciju - formiranje klica i kompleks aksijalnih organa, 4 - formiranje embrionalnih i ekstraembrionalnih tkiva i organa, 5 - formiranje organskih sistema (sistemogeneza).
Postembrionalni period - funkcioniranje nove osobe nakon rođenja izvan majčinog tijela, uključujući nastavak formiranja organa i tkiva nakon rođenja.
Progeneza.
Polne ćelije (gamete), za razliku od somatskih ćelija, sadrže ne dvostruki, već jedan set hromozoma. Kod ljudi ovaj dvostruki set ima 46 hromozoma, stoga gamete sadrže 23 hromozoma.
Fig.Diploidni hromozomski set (46 hromozoma) u ljudskim somatskim ćelijama
Zovu se svi hromozomi u gametama autozomi ima ih 22 u gameti , sa izuzetkom jednog - dvadeset trećeg, koji se zove polni hromozom. IN muški polne ćelije polovina gameta (spermatozoida) SA) sadrži polni hromozom sa ženskim genetskim materijalom (X hromozom), i polovinu hromozoma sa muškim genetskim materijalom – Y hromozom. U ženskim polnim ćelijama (jajima) ) (ja) svi polni hromozomi nose X. Karakteristična karakteristika gameta je njihov nizak nivo metabolizma. Osim toga, zrele gamete gube sposobnost dijeljenja.
Muške reproduktivne ćelije - sperma - formiraju se u ogromnim količinama kod većine viših životinja.Kod sisara i ljudi spermatozoidi se formiraju i sazrevaju tokom čitavog aktivnog polnog perioda u generativnim organima – testisima, iz primarnih zametnih ćelija spermatogenog epitela zavijenih tubula. Tokom procesa mitotičke diobe, dio spermatogonije (sljedeća faza diferencijacije primarnih zametnih stanica) ulazi u proces diferencijacije do stanja zrele sperme, a dio se ne diferencira i nastavlja mitotički dijeliti, čime se održava pul matične (originalne) ćelije. (Dalje morate ukratko opisati mejozu.)
Mehanizam sinteze ATP-a tokom glikolize je relativno jednostavan i može se lako reproducirati in vitro. Međutim, nikada nije bilo moguće simulirati respiratornu sintezu ATP-a u laboratoriji. Godine 1961. engleski biohemičar Peter Mitchell sugerirao je da enzimi - susjedi u respiratornom lancu - ne samo da poštuju strogi redosled reakcija, već i jasan red u prostoru ćelije. Dišni lanac, ne mijenjajući svoj redoslijed, fiksira se u unutrašnjoj ljusci (membrani) mitohondrija i "šiva" ga nekoliko puta kao šavovima. Pokušaji da se reproducira respiratorna sinteza ATP-a nisu uspjeli jer su istraživači potcijenili ulogu membrane. Ali reakcija također uključuje enzime koncentrisane u izrasline u obliku gljive na unutrašnjoj strani membrane. Ako se ove izrasline uklone, tada se ATP neće sintetizirati.
Oksidativna fosforilacija, sinteza ATP-a iz adenozin difosfata i neorganskog fosfata, koja se javlja u živim ćelijama zbog energije koja se oslobađa tokom oksidacije organske materije. tvari u procesu ćelijskog disanja. Općenito, oksidativna fosforilacija i njeno mjesto u metabolizmu mogu se predstaviti sljedećim dijagramom:
AN2 - organske tvari oksidirane u respiratorni lanac (tzv. supstrati oksidacije, odnosno disanja), ADP-adenozin difosfat, P-anorganski fosfat.
Budući da je ATP neophodan za provođenje mnogih procesa koji zahtijevaju energiju (biosinteza, mehanički rad, transport tvari, itd.), oksidativna fosforilacija igra ključnu ulogu u životu aerobnih organizama. Do stvaranja ATP-a u ćeliji dolazi i zbog drugih procesa, na primjer, tijekom glikolize i raznih vrsta fermentacije. odvija se bez učešća kiseonika. Njihov doprinos sintezi ATP-a u uslovima aerobnog disanja je mali deo doprinosa oksidativne fosforilacije (oko 5%).
Kod životinja, biljaka i gljiva, oksidativna fosforilacija se javlja u specijalizovanim supćelijskim strukturama – mitohondrijima (slika 1); Kod bakterija, enzimski sistemi koji provode ovaj proces nalaze se u ćelijskoj membrani.
Mitohondrije su okružene proteinsko-fosfolipidnom membranom. Unutar mitohondrija (u tzv. matriksu) odvijaju se brojni metabolički procesi razgradnje nutrijenata, koji opskrbljuju supstrate za oksidaciju AN2 za oksidativnu fosforilaciju Naib. važni od ovih procesa su ciklus trikarboksilne kiseline i tzv. -oksidacija masnih kiselina (oksidativna razgradnja masne kiseline sa stvaranjem acetil-koenzima A i kiseline koja sadrži 2 C atoma manje od originalne; novonastala masna kiselina također može podvrgnuti -oksidaciji). Intermedijeri ovih procesa podležu dehidrogenaciji (oksidaciji) uz učešće enzima dehidrogenaze; elektroni se zatim prenose na mitohondrijski respiratorni lanac, skup redoks enzima ugrađenih u unutrašnju mitohondrijsku membranu. Respiratorni lanac vrši višestepeni eksergonski prijenos elektrona (praćen smanjenjem slobodne energije) sa supstrata na kisik, a oslobođenu energiju koristi enzim ATP sintetaze smješten u istoj membrani za fosforilaciju ADP-a u ATP. U intaktnoj (neoštećenoj) mitohondrijskoj membrani, prijenos elektrona u respiratornom lancu i fosforilacija su usko povezani. Na primjer, isključivanje fosforilacije nakon iscrpljivanja ADP-a ili neorganskog fosfata je praćeno inhibicijom disanja (efekat kontrole disanja). Veliki broj efekata koji oštećuju mitohondrijsku membranu narušavaju spregu između oksidacije i fosforilacije, omogućavajući da se transfer elektrona dogodi čak i u odsustvu sinteze ATP-a (efekat odvajanja).
Mehanizam oksidativne fosforilacije može se predstaviti dijagramom: Prenos elektrona (disanje) A ~ B ATP A ~ B je visokoenergetski intermedijer. Pretpostavljalo se da je A ~ B kemijsko jedinjenje s visokoenergetskom vezom, na primjer, fosforilirani enzim respiratornog lanca (hipoteza kemijskog spajanja), ili napeta konformacija bilo kojeg proteina uključenog u oksidativnu fosforilaciju (hipoteza konformacijskog spajanja) . Međutim, ove hipoteze nisu dobile eksperimentalnu potvrdu. Najpriznatiji je hemiosmotski koncept konjugacije, koji je 1961. predložio P. Mitchell (za razvoj ovog koncepta dobio je Nobelovu nagradu 1979. godine). Prema ovoj teoriji, slobodna energija transporta elektrona u respiratornom lancu troši se na prijenos H+ jona iz mitohondrija kroz mitohondrijalnu membranu na njenu vanjsku stranu (slika 2, proces 1). Kao rezultat, na membrani se javlja električna razlika. potencijali i hemijska razlika. aktivnost H+ jona (pH unutar mitohondrija je veći nego izvan). Ukupno, ove komponente daju transmembransku razliku u elektrohemijskom potencijalu vodikovih jona između mitohondrijske matrikse i vanjske vodene faze, odvojene membranom:
gdje je R univerzalna plinska konstanta, T je apsolutna temperatura, F je Faradejev broj. Vrijednost je obično oko 0,25 V, a glavni dio (0,15-0,20 V) predstavlja električna komponenta. Energiju oslobođenu kada se protoni kreću unutar mitohondrija duž električnog polja prema njihovoj nižoj koncentraciji (slika 2, proces 2) koristi ATP sintetaza za sintezu ATP-a. Dakle, shema oksidativne fosforilacije, prema ovom konceptu, može se predstaviti u sljedećem obliku:
Prenos elektrona (disanje) ATP
Spajanje oksidacije i fosforilacije kroz omogućava da se objasni zašto je oksidativna fosforilacija, za razliku od glikolitičke („supstratne“) fosforilacije koja se javlja u rastvoru, moguća samo u zatvorenim membranskim strukturama, kao i zašto svi efekti koji smanjuju električni otpor i povećavaju proton provodljivost membrane potiskuju („razdvajaju“) oksidativnu fosforilaciju.Energiju, osim za sintezu ATP-a, ćelija može direktno iskoristiti i za druge svrhe – transport metabolita, kretanje (u bakterijama), obnavljanje nikotinamidnih koenzima itd.
Postoji nekoliko sekcija u respiratornom lancu koje karakteriše značajna razlika u redoks potencijalu i koje su povezane sa skladištenjem (generacijom) energije. Obično postoje tri takva mjesta, koja se nazivaju tačke ili tačke konjugacije: NADH: jedinica ubikinon reduktaze (0,35-0,4 V), ubikinol: jedinica citokrom c reduktaze (~ ~ 0,25 V) i kompleks citokrom c-oksidaze (~ 0,6 V) - spajanje tačke 1, 2 i 3, redom. (Sl. 3). Svaka od tačaka interfejsa respiratornog lanca može se izolovati od membrane u obliku pojedinačnog enzimskog kompleksa sa redoks aktivnošću. Takav kompleks, ugrađen u fosfolipidnu membranu, može funkcionirati kao protonska pumpa.
Obično se za karakterizaciju efikasnosti oksidativne fosforilacije koriste vrijednosti H+/2e ili q/2e, koje pokazuju koliko se protona (ili električnih naboja) prenosi preko membrane tokom transporta para elektrona kroz datu sekciju respiratornog lanca, kao i omjer H+/ATP, koji pokazuje koliko protona mora biti prebačeno izvana u unutrašnje mitohondrije preko ATP sintetaze da bi se sintetizirao 1 ATP molekul. Vrijednost q/2e za tačke sučelja je 1, 2 i 3, respektivno. 3-4, 2 i 4. Vrijednost H+/ATP tokom sinteze ATP unutar mitohondrija je 2; međutim, još jedan H+ može se potrošiti na uklanjanje sintetiziranog ATP4- iz matriksa u citoplazmu pomoću adenin nukleotidnog transportera u zamjenu za ADP-3. Stoga je prividna vrijednost H+ / ATPext 3.
U organizmu se oksidativna fosforilacija potiskuje mnogim toksičnim supstancama, koje se prema mjestu djelovanja mogu podijeliti u tri grupe: 1) inhibitori respiratornog lanca, odnosno tzv. respiratorni otrovi. 2) inhibitori ATP sintetaze. Najčešći inhibitori ove klase koji se koriste u laboratorijskim studijama su antibiotik oligomicin i modifikator karboksilne grupe proteina dicikloheksilkarbodiimid. 3) Takozvani rastavljači oksidativne fosforilacije Ne potiskuju ni transfer elektrona ni samu fosforilaciju ADP-a, ali imaju sposobnost da smanje vrijednost na membrani, zbog čega se narušava energetska sprega između disanja i sinteze ATP-a. Efekat razdvajanja ispoljava veliki broj jedinjenja sa širokim spektrom hemijskih struktura. Klasični rastavljači su tvari sa slabim kiselim svojstvima koje mogu prodrijeti kroz membranu u ioniziranom (deprotoniranom) i neutralnom (protoniranom) obliku. Takve supstance uključuju, na primjer, 1-(2-dicijanometilen)hidrazino-4-trifluoro-metoksibenzen ili karbonil cijanid-n-trifluorometoksi-fenilhidrazon i 2,4-dinitrofenol (formule I i II; protonirani i deprotonirani oblici su prikazani).
Krećući se kroz membranu u električnom polju u jonizovanom obliku, rastavljač se smanjuje; vraćajući se nazad u protonirano stanje, rastavljač se smanjuje (slika 4). Dakle, ovaj "šatl" tip djelovanja rastavljača dovodi do smanjenja
Ionofori (na primjer, gramicidin) koji povećavaju električnu provodljivost membrane kao rezultat stvaranja ionskih kanala ili tvari koje uništavaju membranu (na primjer, deterdženti) također imaju efekat odvajanja.
Oksidativnu fosforilaciju otkrio je V. A. Engelhardt 1930. radeći s ptičjim eritrocitima. Godine 1939. V. A. Belitser i E. T. Tsybakova su pokazali da je oksidativna fosforilacija povezana s prijenosom elektrona tokom disanja; G. M. Kalkar je do istog zaključka došao nešto kasnije.
Mehanizam sinteze ATP-a. Difuzija protona nazad kroz unutrašnju membranu mitohondrija povezana je sa sintezom ATP-a pomoću kompleksa ATPaze, koji se naziva faktor spajanja F,. Na elektronskim mikroskopskim slikama, ovi faktori se pojavljuju kao globularne formacije u obliku pečuraka na unutrašnjoj membrani mitohondrija, sa njihovim „glavama“ koje vire u matriks. F1 je protein rastvorljiv u vodi koji se sastoji od 9 podjedinica pet različitih tipova. Protein je ATPaza i povezan je sa membranom preko drugog proteinskog kompleksa F0, koji spaja membranu. F0 ne pokazuje katalitičku aktivnost, ali služi kao kanal za transport H+ jona preko membrane do Fx.
Mehanizam sinteze ATP-a u kompleksu Fi~F0 nije u potpunosti shvaćen. Postoji niz hipoteza o ovom pitanju.
Mitchell je predložio jednu od hipoteza koja objašnjava stvaranje ATP-a kroz takozvani direktni mehanizam.
Prema ovoj shemi, u prvoj fazi fosforilacije, fosfatni ion i ADP se vezuju za g komponentu enzimskog kompleksa (A). Protoni se kreću kroz kanal u F0 komponenti i spajaju se u fosfatu s jednim od atoma kisika, koji se uklanja kao molekul vode (B). Atom kiseonika ADP se kombinuje sa atomom fosfora i formira ATP, nakon čega se molekul ATP odvaja od enzima (B).
Za indirektni mehanizam moguće su različite opcije. ADP i anorganski fosfat se dodaju aktivnom mjestu enzima bez priliva slobodne energije. H+ joni, krećući se duž protonskog kanala duž gradijenta svog elektrohemijskog potencijala, vezuju se u određenim oblastima Fb izazivajući konformacione promene. promene u enzimu (P. Boyer), usled čega se ATP sintetiše iz ADP i Pi. Oslobađanje protona u matriks je praćeno vraćanjem kompleksa ATP sintetaze u prvobitno konformacijsko stanje i oslobađanjem ATP-a.
Kada je pod naponom, F1 funkcionira kao ATP sintetaza. U nedostatku sprege između elektrohemijskog potencijala H+ jona i sinteze ATP-a, energija oslobođena kao rezultat obrnutog transporta H+ jona u matrici može se pretvoriti u toplotu. Ponekad je to korisno, jer povećanje temperature u ćelijama aktivira enzime.
(1 ocjene, u prosjeku: 5,00 od 5) 
Učitavanje...
