Реализация биологической информации в клетке

Билет 12

Цикл развития.

Инвазионная форма - Метациклическая трипомастигота. Человек заражается с укусом мухи це-це, в слюне которой находятся трипаносомы. Когда муха пьет кровь больного, в ее желудок попа дают трипаносомные формы. Трипаносомы приобретают критидиальную форму и размножаются, затем переходят в слюнные железы мухи, где превращаются в метациклическую форму.

Цикл развития в теле мухи - 20 суток.

Патогенное действие. Сонная болезнь гамбийского типа протекает 4 - 7 лет. На ранней стадии на месте укуса образуется узелок - "трипаносомный шанкр". Появля­ется лихорадка, поражаются лимфатичес­кие узлы, печень и селезенка. На поздней стадии патологический процесс развива­ется в центральной нервной системе. Сонная болезнь родезийского типа проте­кает остро. На первых стадиях болезни развивается тяжелая лихорадка, которая часто заканчивается летальным исходом. Продолжительность болезни 3 - 9 меся­цев.

Источник заражения больной чело­век, лесные антилопы и дикие животные, а также крупный рогатый скот, свиньи.

Диагностика. Обнаружение трипано-сом в мазках крови или толстой капле, а также в пунктатах лимфоузлов, грудины и спинно-мозговой жидкости. Применяют метод накопления центрифугирование крови, а затем исследование мазков. Наи­более достоверным методом является за­ражение лабораторных животных. Приме­няют также иммунологические тесты.

Профилактика: а) общественная - уничтожение мух це-це и мест ее выплода; превентивное введение лекарственных препаратов против трипаносом резко снизило заболеваемость в некото­рых странах; б) личная - истребление мух в жилых помещениях, обработка инсектицидами, приме­нение отпугивающих средств.

1)Структурная организация транскриптона

Участок ДНК, ограниченный промотором и терминатором, представляет собой единицу транскрипции - транскриптон. В пределах каждого транскриптона копируется только одна из двух нитей ДНК, которая называется значащей или матричной. Во всех транскриптонах, считываемых в одном направлении, значащей является одна нить ДНК; в транскриптонах, считываемых в противоположном направлении, значащей является другая нить ДНК. Соседние транскриптоны могут быть отделены друг от друга нетранскрибируемыми участками ДНК, а могут и перекрываться, в частности так, что в пределах участка перекрывания матричными оказываются обе нити. Разбиение ДНК на множество транскриптонов обеспечивает возможность независимого считывания разных генов, их индивидуального включения и выключения. У эукариот в состав транскриптона, как правило, входит только один ген.Термины "транскрипционная единица" или "транскриптон" по смыслу близки термину "ген", но они не всегда совпадают.

2) Функционирование транскриптона

Синтез мРНК начинается с обнаружения РНК-полимеразой особого участка в молекуле ДНК, который указывает место начала транскрипции — промотора. После присоединения к промотору РНК-полимераза раскручивает прилежащий виток спирали ДНК. Две цепи ДНК в этом месте расходятся, и на одной из них фермент осуществляет синтез мРНК. Сборка рибонуклеотидов в цепь происходит с соблюдением их комплементарности нуклеотидам ДНК, а также антипараллельно по отношению к матричной цепи ДНК. В связи с тем, что РНК-полимераза способна собирать полинуклеотид лишь от 5'-конца к 3'-концу, матрицей для транскрипции может служить только одна из двух цепей ДНК, а именно та, которая обращена к ферменту своим 3'-концом (3' → 5'). Такуюцепь называют кодогенной (рис. 3.24). Антипараллельность соединения двух полинуклеотидных цепей в молекуле ДНК позволяет РНК-полимеразе правильно выбрать матрицу для синтеза мРНК.Продвигаясь вдоль кодогенной цепи ДНК, РНК-полимераза осуществляет постепенное точное переписывание информации до тех пор, пока она не встречает специфическую нуклеотидную последовательность — терминатор транскрипции. В этом участке РНК-полимеразаотделяется как от матрицы ДНК, так и от вновьсинтезированной мРНК.

В процессе синтеза, по мере продвижения РНК-полимеразы вдоль молекулы ДНК, пройденные ею одноцепочечные участки ДНК вновь объединяются в двойную спираль. Образуемая в ходе транскрипции мРНК содержит точную копию информации, записанной в соответствующем участке ДНК. Тройки рядом стоящих нуклеотидов мРНК, шифрующие аминокислоты, называют кодонами. Последовательность кодонов мРНК шифрует последовательность аминокислот в пептидной цепи. Кодонам мРНК соответствуют определенные аминокислоты

3) Процессинг

Процессинг-предварительное созревание транскрибируемой иРНК. Процессинг эукариотических мРНК. Созревание, или процессинг, мРНК предполагает модифицирование первичного транскрипта и удаление из него некодирующих интронных участков с последующим соединением (сплайсингом) кодирующих последовательностей — экзонов. Модифицирование первичного транскрипта эукариотической мРНК начинается вскоре после синтеза его 5'-конца, содержащего одно из пуриновых оснований (аденин или гуанин). На этом конце образуется колпачок — кэп, который блокирует 5'-конец мРНК путем присоединения к первому нуклеотиду транскрипта трифосфонуклео-зида, содержащего гуанин, связью 5'—5'

Гффф + фффАфN… → Г ф ффАфN.. + фф + ф

В результате образуется последовательность ГфффАфЧМ..., в которой остаток туанина находится в обратной ориентации по отношению к другим нуклеотидам мРНК. Модификация 5'-конца мРНК предполагает также метилирование присоединенного гуанина и первых двух-трех оснований первичного транскрипта. Образуемые на 5' -концах мРНК кэпы обеспечивают узнавание молекул мРНК малыми субчастицами рибосом в цитоплазме. Кэширование осуществляется еще до окончания синтеза первичного транскрипта. После завершения транскрипции происходит удаление части нуклеотидов на 3'-конце первичного транскрипта и присоединение к нему последовательности, состоящей из 100—200 остатков адениловой кислоты (полиА).эта последовательность способствует дальнейшему процессингу и транспорту зрелой мРНК из ядра. После выхода мРНК в цитоплазму ее полиА-последовательность постепенно укорачивается под действием ферментов, отщепляющих нуклеотиды на 3'-конце. Таким образом, по длине полиА-последовательности можно косвенно судить о времени пребывания мРНК в цитоплазме.

Образование кэпа на 5'-конце и полиА-последовательности на 3'-конце характерно только для процессинга РНК, синтезируемых РНК-полимеразой II. Кроме метилирования при формировании кэпов в мРНК высших эукариот происходит метилирование небольшой части внутренних нуклеотидов с частотой приблизительно одно на тысячу оснований мРНК.

Наряду с модифицированием мРНК эукариот процессинг предполагает удаление из первичных транскриптов неинформативных для данного белка интронных участков, размер которых варьирует от 100 до 10 000 нуклеотидов и более. На долю интронов приходится около 80% всей гяРНК. Удаление интронов с последующим соединением экзонных участков называют сплайсингом

Сплайсинг представляет собой механизм, который должен обеспечивать удаление из первичного транскрипта строго определенных интронных участков. Нарушение этого процесса может привести к сдвигу рамки считывания при трансляции и невозможности синтеза нормального пептида. Закономерность вырезания интронов, очевидно, обеспечивается благодаря наличию на их концах специфических нуклеотидных последовательностей, служащих сигналами для сплайсинга.

В настоящее время доказана возможность альтернативного (взаимоисключающего) сплайсинга, при котором из одного и того же первичного транскрипта могут удаляться разные нуклеотидные последовательности и образовываться разные зрелые мРНК. В результате одна и та же последовательность нуклеотидов ДНК может служить информацией для синтеза разных пептидов. Альтернативный сплайсинг, вероятно, очень характерен в системе генов иммуноглобулинов у млекопитающих, где он позволяет формировать на основе одного транскрипта мРНК для синтеза разных видов антител.

Благодаря преобразованиям, происходящим с РНК-транскриптом в ходе процессинга, зрелые мРНК эукариот характеризуются большей стабильностью по сравнению с прокариотическими мРНК.

По завершении процессинга зрелая мРНК проходит отбор перед выходом в цитоплазму, куда попадает всего 5% гяРНК. Остальная часть расщепляется, не покидая ядра.

4) Информоферный цикл

5) Структура зрелой мРНК

Зрелая мРНК состоит из нескольких участков, различающихся по функциям: «5' кэп», 5' нетранслируемая область, кодирующая (транслируемая) область, 3' нетранслируемая область и 3' полиадениновый «хвост».5' Кэп 5' кэп (или кап) (от англ. cap — шапочка) — это модифицированный гуанидиновый нуклеотид, который добавляется на 5' (передний) конец незрелой мРНК. Эта модификация очень важна для узнавания мРНК при инициации трансляции, а также для защиты от 5’нуклеаз — ферментов, разрушающих цепи нуклеиновых кислот с незащищённым 5'-концом. Кодирующие области

Кодирующие области состоят из кодонов — следующих непосредственно друг за другом последовательностей из трёх нуклеотидов, каждая из которых соответствует в генетическом коде определённой аминокислоте или началу и концу синтеза белка. Кодирующие области начинаются со старт-кодона и заканчиваются одним из трёх стоп-кодонов. Считывание последовательности кодонов и сборка на её основе последовательности аминокислот синтезируемой молекулы белка осуществляется рибосомами при участии транспортных РНК в процессе трансляции. В дополнение к кодированию белков, части кодирующих областей могут служить управляющими последовательностями. Например, вторичная структура РНК в некоторых случаях определяет результат трансляции. Моноцистронная и полицистронная мРНК мРНК называют моноцистронной, если она содержит информацию, необходимую для трансляции только одного белка(один цистрон). Полицистронная мРНК кодирует несколько белков. Гены (цистроны) в такой мРНК разделены интергенными, некодирующими последовательностями. Полицистронные мРНК характерны для прокариот и вирусов, у эукариот большая часть мРНК является моноцистронной. Полицистронные мРНК встречаются у эукариот в митохондриях. Нетранслируемые области Нетранслируемые области — участки РНК, расположенные до старт-кодона и после стоп-кодона, которые не кодируют белок. Они называются 5'-нетранслируемая область и 3'-нетранслируемая область, соответственно. Эти области транскрибируются в составе того же самого транскрипта, что и кодирующий участок. Нетранслируемые области имеют несколько функций в жизненном цикле мРНК, включая регуляцию стабильности мРНК, локализации мРНК и эффективности трансляции. Стабильность мРНК может контролироваться 5'- и/или 3'-областью из-за различной чувствительности к ферментам, которые отвечают за деградацию РНК — РНКазам и регуляторным белкам, которые убыстряют или замедляют деградацию. 3' полиадениновый хвост Длинная (часто несколько сотен нуклеотидов) последовательность адениновых оснований, которая присутствует на 3' «хвосте» мРНК эукариот, синтезируется ферментом полиаденилат-полимеразой. У высших эукариот поли-А-хвост добавляется к транскрибированной РНК, которая содержит специфическую последовательность, AAUAAA. Важность этой последовательности можно увидеть на примере мутации в гене человеческого 2-глобина, которая изменяет AAUAAA на AAUAAG, что приводит к недостаточному количеству глобина в организме

2) Эволюционное учение (2)

А) Вид (лат. species) — таксономическая, систематическая единица, группа особей с общими морфофизиологическими, биохимическими и поведенческими признаками, способная к взаимному скрещиванию, дающему в ряду поколений плодовитое потомство, закономерно распространённая в пределах определённого ареала и сходно изменяющаяся под влиянием факторов внешней среды. Вид — реально существующая генетически неделимая единица живого мира, основная структурная единица в системе организмов, качественный этап эволюции жизни. Один вид можно отделить от другого по пяти основным признакам.Морфологический критерий позволяет различать разные виды по внешним и внутренним признакам. Физико-биохимический критерий фиксирует неодинаковость химических свойразных видов. Географический критерий свидетельствует, что каждый вид обладает своим ареалом. Экологический позволяет различать виды по комплексу абиотических и биологических условий, в которых они сформировались, приспособились к жизни. Репродуктивный критерий обуславливает репродуктивную изоляцию вида от других, даже близкородственных

Б)-//-

В)

Основной критерий - способность к скрещиванию, однако существует много препятствий не позволяющих скрещиваться (отличия в наборе хромосом, несовпадение в сроках размножения, строении половых органов

Г) Эволюционно выгодное приобретение предков многоклеточных возникновение полового процесса имело колоссальное значение, т.к. резко увеличило частоту и многообразие рекомбинаций генов, что привело к сильному возрастанию количества одновременно существующих генетических вариантов материала отбора. В то же время, это событие морфологической эволюции сделало неразрывной её связь с эволюцией социальной: половой процесс исключает абсолютно независимое друг от друга существование особей. Воспроизводительная общность уже низшая форма социальной общности.

Д) Аллопатрическое видообразование - это географическое видообразование, образование новых видов из географических популяций. Греческое слово "аллос" означает "чужой", а "патрис" - "родина". Дарвин уделял внимание географической изоляции, географическим расам, подвидам. Но теория географического видообразования создана К. Джорданом, Б. Реншем, Ф. Добжанским, Э. Майром. Это видообразование есть результат пространственной изоляции, значение которой первым подчеркнул М. Вагенер.

Симпатрическое видообразование - процесс образования новых таксонов в пределах единого ареала вида в случае репродуктивной изоляции той или иной группы особей. Репродуктивная изоляция может возникнуть из-за генотипических или фенотипических различий между особями. Способами симпатрического видообразования являются полиплоидия (автополиплоидия) и спонтанная гибридизация.

3) ТОКСОПЛАЗМА Toxoplasma gondii - возбудитель токсоплазмоза человека и животных. Токсоплазмоз-антропозооноз, природно-очаговое заболевание.

Географическое распространение -повсеместно.

Локализация - клетки различных органов человека: головной мозг, ткани глаза, сердечные и скелетные мышцы, матка, легкие, оболочки плода и др.

Морфологическая характеристика. 1. Эндозоиты (трофозоиты, тахизоиты), а также похожие на них морфологически цистозоиты или брадизоиты - имеют форму апельсиновой дольки или по­лумесяца, длиной 4 - 7 мкм, шириной 2 - 4 мкм, передний конец клетки сужен, имеет коноид, вы­полняющий опорную функцию. От коноида внутрь тела отходят трубочки, заканчивающиеся меш­ковидными расширениями - роптриями, в количестве от 2 до 14. Они содержат вещества, облегча­ющие проникновение паразита в клетки хозяина. 2. Микрогаметы - сильно вытянутой формы с ос­трыми концами, 3 мкм в длину, имеют два жгутика. 3. Макрогаметы - округлой формы, до 10 -мкм в длину, имеют крупное ядро. 4. Ооцисты - округлые, диаметр 9 -11 х 10-14 мкм, имеют бес­цветную двухслойную оболочку, внутри под­разделяются на две спороцисты. с четырь-мя банановидными спорозоитами в каж­дой. Спороцисты так­же покрыты двухслой­ной оболочкой и име­ют размеры 6-7x4-5 мкм. Спорозоиты мор­фологически сходны с эндозоитами. 5. Тка­невые цисты - пра­вильной сферической Формы, 100 мкм в диаметре. Это латентные инвазивные формы паразита, содержа­щие несколько сотен медленно делящихся трофозоитов (бради-зоитов). Цикл развития.

Окончательный хо­зяин - представители семейства кошачьих (чаще домашние кош­ки). Вслед за сложной серией циклов шизо­гонии в тканях кошек происходит последо-вательно: гаметогония, оплодотворение и спорогония в клетках кишечника. В результате в фека-пиях зараженного животного можно обнаружить ооцисты. Промежуточный хозяин - мышевидные грызуны,человек и другие млекопитающие, птицы, пресмыкающиеся.

Инвазионная форма. Инвазионными являются зрелые ооцисты (со спорозоитами), находящи­еся во внешней среде и распространяемые кошками, а также все стадии бесполого размножения, происходящего в тканях промежуточных хозяев. Кошки заражаются ооцистами, поедая мышей, в организме которых содержатся тахизоиты и брадизоиты. Заражение человека возможно тремя способами: 1) ооцистами перорально при несоблюдении правил гигиены; 2) алиментарно - при употреблении в пищу сырых мясных и куриных фаршей, сырых куриных яиц, некипяченого молока; 3)трансплацентарно.

Патогенное действие. Клинические симптомы очень разнородны, что объясняется различной локализацией паразита. Поражаются нервная, половая, лимфатическая системы, органы зрения, любые органы и ткани. Нередко наблюдается бессимптомное носительство. Уникальной особен­ностью инвазии является то, что паразиты персистируют в тканевых цистах в различных органах и тканях в течение всей жизни хозяина.

Источник заражения - кошки инвазированные Т. gondii, рассеивающие паразитов в окружаю­щую среду с фекалиями, мочой, слюной. Круг промежуточных хозяев очень широк, что свидетель­ствует о практическом отсутствии хозяинной специфичности токсоплазмы. Природные и синант-

ропные очаги токсоплазмоза, будучи открытыми системами, находятся в постоянном взаимодей­ствии.

Диагностика. Применяют паразитологические методы: обнаружение токсоплазм в центрифугате сыворотки крови, в пунктате спинно-мозговой жидкости, в тканях плаценты, в биоптатах лим­фоузлов. Эти методы применимы при остром и врожденном токсоплазмозе. При хроническом ток-соплазмозе лучшие результаты дает иммунодиагностика, а также биологические пробы для зара­жения мышей и исследования культуры тканей животных (метод культивирования).

Профилактика: а) общественная - оздоровление синантропных очагов путем уничтожения беспризорных кошек и ветеринарного надзора за домашними кошками; б) личная - соблюдение правил личной гигиены (мытье рук, особенно после контакта с сырым мясом, землей, после ухода за кошками; мытье огородной зелени, овощей и фруктов; неупотребление в пищу сырого мяса, сы­рого фарша, некипяченого молока и сырых яиц).

Дата добавления: 2015-04-24