Транспорт молекул ДНК в клетку

Все биологические мембраны, включая плазматическую мембран и внутренние мембраны эукариотических клеток, имеют общие структурные особенности они представляют собой ансамбли липидных и белковых молекул, удерживаемых вместе с помощью нековалентных взаимодействий. Благодаря этим взаимодействиям поддерживается структурная целостность мембран Однако сами по себе клеточные мембраны являются подвижными, текучими структурами и большинство входящих в их состав молекул способны перемещаться в плоскости мембраны. Как показано на рис. 6-1, липидные молекулы образуют непрерывный двойной слой толщиной около 5 нм. Липидный бислой - это основная структура мембраны, которая и создает относительно непроницаемый барьер для большинства водорастворимых молекул. Белковые молекулы как бы растворены в липидном бислое. С их помощью выполняются разнообразные функции мембраны. Одни мембранные белки обеспечивают транспорт молекул внутрь клетки или из нее, другие являются ферментами и катализируют ассоциированные с мембраной реакции. Еще один класс белков осуществляет структурную связь плазматической мембраны с цитоскелетом, с одной стороны, и(или) с внеклеточным матриксом либо с соседней клеткой - с другой. Отдельную группу составляют белки, выполняющие роль рецепторов для получения и преобразования химических сигналов из окружающей среды. Как и следовало ожидать, мембраны асимметричны оба их слоя различаются по липидному и белковому составу, что отражает, по-видимому, функциональные различия их поверхностей. [c.349]

Рис. 14-15. Схема, поясняющая действие Na , К" -АТРазы. Для транспорта в клетку (где его концентрация выше, чем в окружающей среде) и транспорта Na из клетки в окружающую среду (где концентрация этих ионов выше, чем в клетке) требуется свободная энергия. Источником ее служит гидролиз АТР. На каждую молекулу АТР, гидролизованного до ADP и Pj, из клетки выходят три иона Na и два иона поступают в нее из окружающей среды. Этот транспорт ионов включает два этапа. На первом этапе молекула АТРазы фосфорилируется под действием АТР, и это позволяет ей присоединить ион Na . На втором этапе присоединяется ион К , следствием чего оказывается перенос Na и К через мембрану с отщеплением свободного фосфата, поступающего в цитозоль. АТР и продукты его гидролиза (ADP и Pj) остаются в клетке.

Одно из самых значительных достижений рентгеноструктурного анализа белков последних лет, которое не может не повлиять на дальнейшее развитие биологии и становление ее новой области -молекулярной биологии клетки, состоит в начавшейся расшифровке трехмерных структур первых мембранных белков. Перед обсуждением полученных здесь результатов целесообразно кратко сообщить о том, что было известно об этих белках до исследования их с помощью рентгеновской дифракции. Если основные структурные особенности биологических мембран определяются молекулами липидного бислоя, то специфические функции мембран выполняются главным образом белками. Они ответственны за процессы превращения энергии, выступают в качестве рецепторов и ферментов, образуют каналы активного и пассивного транспорта молекул и ионов различных веществ через мембраны, охраняют организм от проникновения чужеродных антигенов и стимулируют иммунный ответ клеточного типа. В обычной плазматической мембране белок составляет около 50% ее массы. Однако в некоторых мембранах, например во внутренних мембранах митохондрий и хлоропластов, его содержание поднимается до 75%, а в других, например миелиновой мембране, снижается до 25%. Многие мембранные белки пронизывают липидный бислой насквозь и контактируют с водной средой по обеим сторонам мембраны. Молекулы этих белков, называемых трансмембранными, как и окружающие их молекулы липидов, обладают амфипатическими свойствами, поскольку содержат гидрофобные участки, взаимодействующие внутри бислоя с гидрофобными хвостами липидов, и гидрофильные участки, обращенные к воде с обеих сторон мембраны. Другая группа мембранных белков соприкасается с водой только с одной стороны бислоя [234, 235]. Одни из них погружены только во внешний или во внутренний слой мембраны, другие ассоциированы за счет невалентных взаимодействий с трансмембранными белками, третьи прикреплены к мембране с помощью ковалентно связанных с ними цепей жирных кислот, внедренных в липидный слой. [c.56]

ЦПМ является основным барьером, обеспечивающим избирательное поступление в клетку и выход из нее разнообразных веществ и ионов Осуществляется это с помощью разных механизмов мембранного транспорта. Молекулы воды, некоторых газов (таких, как О2, Н2, N2) и углеводородов, концентрации которых во внешней среде выше, чем в клетке, проходят через ЦПМ внутрь клетки посредством пассивной диффузии. Движущей силой этого процесса служит градиент концентрации вещества по обе стороны мембраны. Основным соединением, поступающим в клетку и покидающим ее таким путем, является вода. Движение воды через мембрану, подчиняющееся законам пассивной диффузии, привело к выводу о существовании в мембране пор. Эти поры пока что не удалось увидеть в электронный микроскоп, но некоторые данные о них были получены косвенными методами. Расчетным путем установлено, что поры должны быть очень мелкими и занимать небольшую часть поверхности ЦПМ. Высказывается предположение, что они не являются стабильными структурными образованиями, а возникают в результате временных перестроек молекулярной организации мембраны. [c.43]

Строение клеточной мембраны показано на рис. 45. Мембрана состоит из липидного бислоя /, полярные группы 2 которого обращены наружу (липиды — макромолекулы, образованные из молекул жирных кислот). На внешних поверхностях мембраны адсорбирован первичный слой 3 белковых молекул, взаимодействие которых друг с другом придает мембране механическую устойчивость и прочность. Мембраны пронизаны особыми липопротеиновыми (комплекс липидов и белков) каналами 4, при помощи которых, по-видимому, осуществляется селективный ионный транспорт. Раствор внутри клетки содержит относительно большие концентрации ионов К+ и низкие концент- [c.138]

Избирательная проницаемость мембран. Это свойство обеспечивает регуляцию транспорта в клетку необходимых молекул, а также удаления из клетки продуктов метаболизма, т. е. активный обмен клетки и ее органелл с окружающей средой. Избирательный транспорт необходим также для поддержания трансмембранного градиента ионов, служит основой всех биоэнергетических механизмов, определяет эффективность процессов рецепции, передачи нервного возбуждения и т. п. [c.308]

Цитоскелет нейрона важен в двух отношениях он не только служит механической опорой, но н играет решающую роль в химической интеграции клетки, чрезвычайно удлиненная форма которой создает серьезные проблемы внутренней связи. Одно дело проводить потенциалы действия, и совсем другое-осуществлять транспорт молекул. Например, белки необходимы на всем протяжении аксона и дендритов, но инструкции по их синтезу содержатся [c.130]

Транспорт аминокислот через клеточные мембраны осуществляется в основном по механизму вторично-активного транспорта. В этом случае система активного транспорта приводится в действие не путем прямого гидролиза АТФ, а за счет энергии, запасенной в ионных градиентах. Перенос аминокислот внутрь клеток осуществляется чаще всего как симпорт аминокислот и ионов натрия, подобно механизму симпорта сахаров и ионов натрия. Энергия АТФ затрачивается на выкачивание Ка /К -АТФ-азой ионов натрия из клетки, создания электрохимического градиента на мембране, энергия которого опосредованно обеспечивает транспорт аминокислот в клетку. Известен ряд сходных по строению транспортных систем (транслоказ), специфичных к транспорту аминокислот нейтральных аминокислот с небольшой боковой цепью, нейтральных аминокислот с объемным боковым радикалом кислых аминокислот, основных аминокислот, пролина. Эти системы, связывая ионы натрия, индуцируют переход белка-переносчика в состояние с сильно увеличенным сродством к аминокислоте Ка" стремится к транспорту в клетку по градиенту концентрации и одновременно переносит внутрь клетки молекулы аминокислоты. Чем выще градиент Na , тем выше скорость всасывания аминокислот, которые конкурируют друг с другом за соответствующие участки связывания в транслоказе. [c.366]

Скорость диффузии быстро снижается с увеличением расстояния (она обратно пропорциональна квадрату расстояния). Диффузия, следовательно, эффективна лишь на очень коротких отрезках пути. Это тоже налагает ограничения на размеры клеток. Диффузия служит клеткам для внутреннего транспорта молекул, поэтому диаметр большинства клеток не превышает 50 мкм и любая часть клетки отстоит от ее поверхности не более, чем на 25 мкм. Какая-либо аминокислота может, например, преодолеть путь в несколько микрометров за считанные секунды, но чтобы пройти несколько сантиметров, ей понадобится не один день. С этой точки зрения важно, что мембраны такие тонкие — молекулы или ионы могут проходить через них быстро. [c.187]

КОНЦОВ клетки через плазматическую мембрану с помощью переносчика и при затрате энергии. Другими словами, локальная система активного транспорта ответственна за выделение ауксина и, следовательно, за полярный транспорт. Как и во всех других системах активного транспорта в клетке, энергия потребляется только тогда, когда транспортируемая молекула (например, ИУК) пересекает клеточную мембрану. Одиако ни разу никем не было показано, что потребление энергии непосредственно связано с движением ауксина в клетку нли из нее. Поскольку падежные данные в пользу действительно активного передвижения ауксина отсутствуют, недавно было предложено другое объяснение полярного транспорта ауксина. Это так называемая хемиосмотическая гипотеза полярного передвижения ауксина. [c.171]

Иногда транспорт какого-либо соединения с участием переносчика сопровождается параллельной транслокацией другого соединения в том же направлении — симпорт или в противоположном — антипорт. Примером симпорта может служить транспорт молекул глюкозы, при котором ионы На" " связываются с белком мембраны и увеличивают его сродство к глюкозе. Поскольку внеклеточная жидкость содержит больше ионов Ма , чем внутриклеточная, то вне клетки присоединение ионов Ка , а следовательно, и глюкозы происходит чаще и молекулы глюкозы транспортируются внутрь клетки. Таким образом, наряду с пассивным транспортом ионов Ма происходит симпорт глюкозы. Строго говоря, энергия, необходимая для работы данного механизма, запасается в процессе активного транспорта, т. е. при работе (Ма , К )-насоса, механизм которого рассмотрен далее. [c.445]

Важность обмена генетическим материалом для эволюции прокариот подтверждается тем, что многие бактерии имеют другой механиз.м обмена генами — естественную трансформацию. В ходе этого процесса бактерии активно поглощают ДНК, оказавшуюся в среде. Если поглощенная ДНК гомологична внутриклеточной, то воз.можна рекомбинация между ними. Для того чтобы повысить вероятность попадания в клетку именно гомологичной ДНК, некоторые бактерии амеют систему дискриминации, узнающую определенную последовательность ДНК, часто встречающуюся у этих бактерий, но редко у других, и позвачяющую транспорт в клетку лишь тех. молекул ДНК, которые отмечены такой последовательностью. Проникновение в клетку произвольной ДНК из среды потенциально опасно таки.м путе.м могли бы проникать патогенные агенты, например вирусы. Видимо, поэтому при естественной трансформации в клетку проникает лишь одна линейная цепь ДНК, а вторая в ходе транспорта деградирует. В таком виде ДНК относительно безвредна она рекомбинирует с клеточной ДНК при наличии гомологичных участков, а при отсутствии гомологии, как правило, де- [c.128]

Химический синапс - это место интенсивной биохимической активности, включающей распад, обновление и секрецию белков и других молекул. Однако биохимическим центром нейрона служит тело клетки, где заложены основные инструкции по синтезу белка. Поэтому нейрону необходима эффективная внутриклеточная система транспорта молекул из тела клетки к самым отдаленным участкам аксона и дендритов. Как же организована эта транспортная система и какие молекулы переносятся в действительности [c.291]

Источником энергии, обеспечивающим активный транспорт в клетки различных микроорганизмов, в большинстве случаев является трансмембранный электрохимический потенциал ионов водорода, который может создаваться за счет переноса электронов или распада АТФ под влиянием мембранной АТФазы. Переносчики, имеющие места связывания протонов и молекул субстрата, используют мембранный потенциал (протонодвижущую силу) для транспорта в клетку ионов водорода и питательных веществ. Связывание с протоном должно повышать сродство переносчика к субстрату, а высвобождение его от протона на внутренней поверхности мембраны — понижать это сродство. Такой совместный транспорт одним переносчиком двух субстратов в одном направлении называется симпортом в отличие от унипорта, когда переносчик транспортирует только один субстрат. Многие питательные вещества поступают в клетки микробов также за счет симпорта с ионами Na+ или К . Существует еще механизм антипорта, когда один переносчик транспортирует два субстрата, но в противоположном направлении. [c.59]

Транспорт молекул в клетку и из клетки, межклеточная адгезия и межклеточные коммуникации Внутриклеточная сортировка белков Реакции гликозилирования Реакции сульфатирования [c.15]

Молекулы МНС класса 1 Вирус цитомегалии мыши Аденовирус Ранние белки Белок ЕЗ Блокада транспорта вирусных пептидов, ассоциированных с молекулами МНС Блокада транспорта молекул МНС на поверхность клетки [c.313]

A. Какой максимальный концентрационный градиент незаряженной молекулы, например глюкозы, может быть достигнут за счет активного транспорта в клетку, обеспечиваемого энергией АТР Предположите, что для переноса одной молекулы растворенного вещества через мембрану необходим гидролиз одной молекулы АТР. [c.61]

Важнейшие физические и физико-химичсскис функции клетки состоят в химическом метаболизме и биосинтезе, в биоэнергетических процессах запасания энергии и ее преобразования при реализации электро- и механохимических процессов и регулируемого транспорта молекул и ионов. Как мы видели ( 2.6), запасание энергии происходит главным образом в форме АТФ — химическая энергия АТФ трансформируется в химическую, электрическую, осмотическую и механическую работу. Биосинтетическая и биоэнергетическая функции неразрывно связаны они реализуются лишь в открытой неравновесной системе. Соответственно эти функции сопряжены с транспортом вещества из окружающей среды в клетку и из клетки в окружающую среду. [c.332]

АДЕНОЗЙН-5 -ТРИФОСФАТ (АТФ) м. Универсальный аккумулятор химической энергии в клетке, который используется ею в реакциях биосинтеза, активном транспорте молекул и ионов и механической работе применяется в медицине. [c.12]

Пометив переносимые молекулы, можно измерить скорость перемещения пузырьков. Наиболее быстрые из пузырьков, участвующих в антероград-ном транспорте молекул, движутся со скоростью около 400 мм в сутки (у теплокровных животных). Эта скорость практически одинакова независимо от вида животного, толщины аксона и его электрической активности. В обратном направлении наибольшая ско рость в полтора-два раза меньше. Передвижение более крупных пузырьков можно наблюдать в живых клетках в культуре ткаии. Эти пузырьки продвигаются вперед рывками, скачкообразно-так, как еслн бы в каждом из них внезапно включался какой-то двигательный механизм. Еще не до конца ясно, как создается эта движущая сила, однако было установлено, что она связана с гидролизом АТР. Аксой содержит наряду с микротрубочками н нейрофиламентами миозин и актин, и транспорт пузырьков может быть остановлен агентами, разрушающими актиновые филаменты или микротрубочкн. [c.132]

Все реакции микробиологического превращения углеводородов являются окислительными процессами. Предельная восстановлен-ность этих веществ делает необходимым для их окисления включение кислорода. Гидрофобный характер молекулы углеводородов является причиной того, что процессы окисления осуществляются оксигеназа-ми, в отличие от окисления более гидрофильных веществ, происходящего под действием дегидрогеназ. Гидрофобность углеводородных субстратов и их ничтожная растворимость в воде требует специфического способа транспорта таких веществ в клетку. Этот процесс еще недостаточно изучен, но имеющиеся в настояищй момент данные говорят о том, что на основном этапе он происходит пассивно, поэтому способы поступления углеводородного субстрата к клеткам в водной среде и его транспорта через оболочку существенно влияют на кинетику роста культур на углеводородных средах [149]. [c.85]

К первой относятся те из них, которые сцеплены с Х-хромосомой и приводят либо к неспособности клеточной поверхности связывать дигидротестостерон, либо к неспособности активировать сайты связывания гормона в ядре. Другая группа мутаций затрагивает функцию связывания клетками комплекса холестерина с липопротеинами низкой плотности [29 1107]. В кровотоке холестерин переносится главным образом липопротеинами низкой плотности (LDL-от англ. low-density lipoprotein). Для связывания таких липопротеинов на поверхности клеток и транспорта комплекса LDL-холестерин путем эндоцитоза на поверхности фибробластов и лимфоцитов имеются особые специализированные структуры окаймленные пузырьки. Рецепторы LDL (В/Е-ре-цепторы) связывают только липопротеины, содержащие липопротеин В и липопротеин Е. Эндоцитоз с участием рецепторов представляет собой универсальный механизм транспорта крупных молекул в клетку (для каждого типа молекул существует специальный рецептор). При поглощении комплекса LDL-холестерин в клетке возрастает концентрация холестерина. Это служит сигналом к прекращению синтеза рецепторов LDL. Связывание холестерина и его транспорт внутрь клетки также инги- [c.122]

Механизм движения везикул в клетке, очевидно, не диффузионный. Как мы увидим в дальнейшем, внутри живой клетки, как и в отдельных ее органеллах, нет места для диффузионной диссипации энергии. Все движения в клетке управляются межмолекулярными взаимодействиями и локальными электрическими полями. Так организован и транс-цитоз — транспорт молекул через клетку. Этот процесс характерен для поляризованных клеток, таких как эпителиальные клетки кишечника, которые имеют базальную и апикальную поверхности (каждая со своим определенным фосфолипидным составом), создающие электрическое попе в клетке и определяющие направление транспорта везикул. Примером может служить адсорбция антител, содержащихся в молоке матери, клетками кишечника новорожденного. Эти антитела поглощаются апикальной поверхностью эндотелиальных клеток, переносятся внутри клетки к базальной поверхности и затем вьщеляются с базальной поверхности в кровь. Аналогично организован механизм секреции тирео-идного гормона. Сначала тиреоглобулин выделяется в просвет фолликула щитовидной железы, затем происходит эндоцитоз тиреоглобулина эпителиальными клетками, в составе везикул он транспортируется через клетку, одновременно подвергаясь частичному протеолизу, и образованный в везикулах низкомолекулярный гормон тироксин секретируется в ближайший кровеносный капилляр. [c.120]

Транспорт к клетке. Осуществляется в результате растворения, конвекции, диффузии, определяется внешними факторами и свойствами ксенобиотика. Из различных физико-химических свойств органических токсикантов для транспорта к клетке наиболее существенны растворимость в воде и степень гидрофобности-гидрофильности их молекул, которые во многом определяют интенсивность миграции ксенобиотика в различных средах и степень накопления его в организмфс. Эта стадия может быть лимитирующей в трансформации загрязнений при ограничении переноса веществ различными физико-химическими факторами внешней среды. Например, вещество может находиться в микросреде в виде осадка или гидрофобной фазы, нерастворимой в воде, вследствие чего его поступление в клетки микроорганизмов затруднено может адсорбироваться на глине или других коллоидах окружено или, окклюдировано неметаболизирую-щимся либо медленно разлагающимся веществом, в результате чего оно также недоступно для воздействия микроорганизмов. Как правило, биодоступность загрязнений увеличивается с повышением их растворимости. Образующиеся микроэмульсии загрязнений с поверхностно-активными веществами, гликолипидами и другими амфифильными соединениями, с нтези-руемыми организмами или поступающими в среду извне, могут ускорять поступление в клетку субстратов углеводородного типа, плохо растворимых в воде. [c.311]

Транспорт в клетку. Нейтральные мо 1екулы и гидрофобные соеди нения, подобные н-алканам, ПАУ, ПХБ, галогенированным бензолам, проникают в липофильные клеточные мембраны. Скорость диффузии этих веществ в мембранах в несколько раз выше, чем в воде, поэтому для гидрофобных ксенобиотиков транспорт через мембраны не является лимитирующим. Проникающая способность органических молекул через липофильные мембраны возрастает с увеличением углеродной цепи, числа ме-тильных, этильных и фенильных групп и резко снижается при наличии в молекулах гидроксильных, карбоксильных и аминогрупп. [c.312]

Трудности в выявлении путей транспорта между клетками отчасти связаны с недостатком зна.чий о структуре плазмодесм. Ые ясно, являются лн плазмодесмы открытыми каналами илн же передвижение ионов н молекул меледу клетками строго ограничено и избирательно. Робардс считает, что нлазмодесма состоит из тонкого тяжа десмотрубочки (измененный эндо-плазматический ретикулум), проходящего сквозь нору. Оценка действительных размеров открытой площади плазмодесм и их общего числа — задача не нз легких (рис. 12.23). [c.377]

Работа западногерманских исследователей позволила представить точный — с указанием координат каждого атома — чертеж комплекса, который включает в себя четыре белковые субъединицы, каждая из которых содержит сотни аминокислотных остатков четыре молекулы хлорофилла и по две — феофитина и хииона, а также ион железа. Все это смонтировано на мембране, ограждающей бактериальную клетку, и проникает сквозь нее, благодаря чему и осуществляется транспорт внутрь клетки активированных, несущих энергию частиц —электронов, переве- [c.212]

Третий путь поступления матфиала в лизосомы имеется только у клеток, специализированных для фагоцитоза больших частиц и микроорганизмов. Такие клетки, как макрофаги и нейтрофилы, могут поглощать крупные объекты, образуя фагосомы (см. разд. 6.5.14). Предполагают, что фагосома превращается в фаголизосому тем же способом, который описан для аутофагосомы. Три вида транспорта молекул в лизосомы схематически изображены на рис. 8-71 три типа лизосом. образующихся при этом, могут не отличаться друг от друга ничем, кроме клеточного материала, который они расщепляют. Все чти по сути разнородные органеллы называют одним словом лизосомы. [c.69]

АТР) - разменной монеты энергетической валюты. Энергия химических связей АТР используется далее во многих процессах. При мышечном сокращении энергия АТР преобразуется в энергию мышечного сокращения. В клетках и в субклеточных органел-лах имеются насосы, использующие АТР для транспорта молекул и ионов против химического и электрического градиентов. Эти превращения энергии осуществляются молекулами ферментов, составляющими интегральную часть высокоорганизованных структур. [c.107]

Транспорт молекул и ионов через биологические мембраны осуществляется трансмембранно ориентированными белками, которые формируют каналы. Транспорт является пассивным, если АО для транспортируемого компонента отрицательно в случае активного транспорта величина АО положительна. Изменения свободной энергии зависят от соотнощения концентраций транспортируемого компонента по двум сторонам мембраны и от мембранного потенциала, если мембрана заряжена. Активный транспорт требует вклада свободной энергии. Наиболее распространенная система транспорта в животных клетках-(Ыа + К )-насос, который выводит из клетки три иона Ма и насасывает в оетку два иона за счет энергии гидролиза одной молекулы АТР. В присутствии Ыа АТР фосфорилирует аспартатную боковую цепь в а-субъединице этого ферментативного комплекса с субъединичным составом Образовавшееся фосфори- [c.324]

Молекулы предшественников зрелых клеточных РНК подвергаются расщеплению и химической модификации. Совокупность биохимических реакций, в результате которых уменьшается молекулярная масса РНК-предшественника и осуществляются разные способы химической модификации с образованием зрелых молекул РНК, называют процессингом. Процессинг наблюдается и в прокариотических клетках, но особенно аюжны превращения предшественников клеточных РНК в ядрах эукариот. Хромосомы эукариотической клетки, в которых осуществляется транскрипция, локализованы в ядре и отделены двойной ядерной мембраной от цитоплазмы, где протекает трансляция. В ядре синтезируются предшественники всех типов цитоплазматических РНК- Зрелые молекулы РНК транспортируются в цитоплазму. Механизм транспорта РНК из ядра в цитоплазму исследован недостаточно. Полагают, что процессинг РНК с образованием зрелых молекул продолжается и в ходе их транспорта в составе рибонуклеопротендных частиц через поры ядерных мембран. В клетках эукариот только незначительная часть, около 10%, транскрибируемых в ядре последовательностей ДНК выяыяется в составе цитоплазматических мРНК. Основная часть новообразованной РНК распадается в ядре и не обнаруживается в цитоплазме. [c.163]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология