Типы микроскопии, лизосомы, транспорт веществ и биосинтез белка: основы клеточной биологии

1. Типы микроскопии и их характеристика

Световая микроскопия — изучение окрашенных и живых клеток в проходящем свете, разрешение 0,2 мкм. Фазово-контрастная — позволяет видеть живые неокрашенные клетки. Тёмнопольная — на тёмном фоне видны светящиеся объекты. Люминесцентная — объекты светятся под действием ультрафиолета, используются флуорохромы. Электронная — пучок электронов вместо света, разрешение до 0,1 нм, видны ультраструктуры.

2. Строение и функции лизосом. Типы лизосом. Лизосомальный цикл

Лизосома — одномембранный пузырёк с гидролитическими ферментами и кислой средой. Функции: переваривание чужеродных частиц, утилизация повреждённых органоидов. Типы: первичные (только отпочковались от аппарата Гольджи, неактивные), вторичные (слились с фагосомой, идёт переваривание), остаточные тельца (содержат непереваренные остатки). Лизосомальный цикл: эндосома сливается с первичной лизосомой, образуется вторичная лизосома, затем остаточное тельце.

3. Типы пассивного транспорта и их характеристика

Пассивный транспорт идёт без затраты АТФ, по градиенту концентрации. Простая диффузия — через липидный бислой (кислород, углекислый газ). Облегчённая диффузия — через белки-каналы или переносчики (глюкоза). Осмос — диффузия воды через аквапорины.

4. Типы активного транспорта и их характеристика

Активный транспорт идёт с затратой АТФ, против градиента концентрации. Первичный активный транспорт — АТФ используется напрямую (натрий-калиевый насос: 3 иона натрия из клетки, 2 иона калия в клетку). Вторичный активный транспорт — использует градиент, созданный первичным (симпорт глюкозы с натрием). Везикулярный транспорт — эндоцитоз (в клетку) и экзоцитоз (из клетки).

5. Белоксинтезирующая система. Этапы биосинтеза белка

Компоненты: рибосомы, матричная РНК, транспортные РНК, аминокислоты, ферменты, АТФ, ГТФ. Этапы: транскрипция (в ядре — синтез матричной РНК с ДНК), процессинг (созревание матричной РНК — удаление интронов, сплайсинг), трансляция (на рибосомах — инициация, элонгация, терминация).

6. Химический состав и структура рибосом

Состав: рибосомная РНК (около 60%) и белки (около 40%). Структура: две субъединицы (у эукариот 60S и 40S, вместе 80S). В каждой субъединице есть активные центры: А-центр (аминоацильный), Р-центр (пептидильный), Е-центр (выхода). Синтез пептидных связей обеспечивает пептидилтрансферазная активность рибосомной РНК.

7. Строение миофибриллы и молекулярный механизм её сокращения

Миофибрилла состоит из саркомеров. Саркомер ограничен Z-дисками, содержит тонкие актиновые нити и толстые миозиновые нити. В саркомере различают А-диск (миозин + актин), I-диск (только актин), Н-зону (только миозин), М-линию (центр). Механизм сокращения: ионы кальция связываются с тропонином, тропонин смещает тропомиозин, открываются участки на актине для миозина. Миозиновые головки гидролизуют АТФ, прикрепляются к актину и тянут нити к центру саркомера, саркомер укорачивается.

8. Структурно-функциональная организация ядра

Ядро окружено ядерной оболочкой (нуклеолеммой) из двух мембран с перинуклеарным пространством. В оболочке есть ядерные поры. Под внутренней мембраной находится ламина (ядерная пластинка) из ламинов, поддерживающая форму ядра. Внутри ядра находится хроматин (ДНК с белками) — эухроматин (активный) и гетерохроматин (неактивный), а также ядрышко (синтез рибосомной РНК и сборка субъединиц рибосом) и ядерный матрикс (каркас). Функции: хранение и передача генетической информации, регуляция транскрипции, сборка рибосом.

9. Ядерные поры: строение и функции. Молекулярные механизмы транспорта через ядерные поры

Ядерная пора — это белковый комплекс (ядропорин) в месте слияния внешней и внутренней мембран. Она имеет центральный канал (диаметр около 40 нм), корзину со стороны нуклеоплазмы и фибриллы со стороны цитоплазмы. Функция — избирательный транспорт молекул между ядром и цитоплазмой. Мелкие молекулы проходят пассивно. Крупные молекулы (белки, РНК) транспортируются активно: для этого нужны сигнальные последовательности (ядерный локализационный сигнал или ядерный экспортный сигнал), рецепторы (импортины, экспортины) и энергия ГТФ.

10. Строение электронтранспортной цепи в митохондриях

Электронтранспортная цепь находится на внутренней мембране митохондрий. Комплексы в порядке работы: комплекс I (НАДН-дегидрогеназа) принимает электроны от НАДН, комплекс II (сукцинат-дегидрогеназа) принимает электроны от ФАДН₂, комплекс III (цитохром bc₁) переносит электроны на цитохром с, комплекс IV (цитохром с-оксидаза) передаёт электроны на кислород с образованием воды. Параллельно комплексы I, III и IV перекачивают протоны из матрикса в межмембранное пространство.

11. Молекулярный механизм функционирования АТФ-синтетазы

АТФ-синтаза состоит из F₀-части (мембранный канал для протонов) и F₁-части (каталитическая, выступает в матрикс). Протоны возвращаются в матрикс через F₀-канал по градиенту, поток протонов вращает роторную часть F₀ и соединённый с ней вал, вал вращает каталитические центры F₁, энергия вращения используется для синтеза АТФ из АДФ и фосфата.

12. Строение электронтранспортной цепи в хлоропластах

Электронтранспортная цепь находится на мембране тилакоидов. Компоненты в порядке работы: фотосистема II (расщепляет воду с выделением кислорода), затем пластохинон, цитохром b₆f, пластоцианин, фотосистема I, ферредоксин, и в конце ферредоксин-НАДФ-редуктаза восстанавливает НАДФ⁺ до НАДФ·Н. Параллельно протоны перекачиваются внутрь тилакоида.

13. Структурно-функциональная организация микротрубочек и компонентов на их основе

Микротрубочки построены из белка тубулина (альфа и бета тубулин), имеют полярность (плюс-конец и минус-конец). Функции: поддержание формы клетки (каркас), транспорт везикул и органоидов (по микротрубочкам бегут моторные белки), формирование веретена деления, образование центриолей, ресничек и жгутиков (аксонема имеет структуру 9+2).

14. Молекулярные механизмы движения по микротрубочкам

Движение по микротрубочкам обеспечивают моторные белки. Кинезин движется к плюс-концу микротрубочки (от центра клетки к периферии), динеин движется к минус-концу (от периферии к центру). Движение требует энергии АТФ: гидролиз АТФ вызывает конформационные изменения головок моторных белков, обеспечивающие их «шагание» по микротрубочке.

15. Уровни компактизации хроматина

Первый уровень — нуклеосомный (нить 11 нм). Второй — соленоид (фибрилла 30 нм). Третий — петлевой домен (петли 300 нм). Четвёртый — хромонема (700 нм). Пятый — хроматида (1400 нм).

16. Типы хромосом

По положению центромеры: метацентрические (плечи равной длины), субметацентрические (одно плечо немного короче другого), акроцентрические (одно плечо очень короткое), телоцентрические (центромера на конце).

17. Типы апоптотической гибели клеток

Апоптоз — запрограммированная гибель, без воспаления, клетка распадается на апоптотические тельца. Некроз — случайная гибель от повреждения, с воспалением, клетка лопается. Аутофагия — гибель через переваривание собственных компонентов.

18. Молекулярные механизмы апоптоза (внешний и внутренний путь)

Внутренний путь: сигнал изнутри клетки (например, повреждение ДНК) → митохондрии выпускают цитохром с → активация каспазы-9 → активация каспазы-3 → распад клетки. Внешний путь: сигнал извне (например, Fas-лиганд) → рецептор смерти на плазмалемме → активация каспазы-8 → активация каспазы-3 → распад клетки.

19. Сравнительная характеристика мейоза и митоза

Митоз происходит в соматических клетках, включает одно деление, в результате образуются две диплоидные клетки, генетически идентичные материнской. Конъюгации и кроссинговера нет. Мейоз происходит в половых клетках, включает два последовательных деления, в результате образуются четыре гаплоидные клетки. В профазе I мейоза происходят конъюгация гомологичных хромосом и кроссинговер.

20. Отличия цитокинеза у растений и животных

У животных клеток цитокинез происходит путём образования перетяжки (борозды деления) за счёт сокращения актиновых и миозиновых нитей. У растений цитокинез происходит путём формирования клеточной пластинки (фрагмопласта) из везикул аппарата Гольджи, которая затем превращается в клеточную стенку.