Введение в молекулярную биофизику Ломзов Александр Анатольевич

Структура курса Молекулярно-биологические основы Молекулярно-биологические основы функционирования живых организмов функционирования живых организмов Физико-химические подходы для описания Физико-химические подходы для описания биологических процессов биологических процессов Методы исследования биополимеров (компьютерное Методы исследования биополимеров (компьютерное моделирование, экспериментальные методы) моделирование, экспериментальные методы) Семинары: доклады+ вопросы Семинары: доклады+ вопросы

Биофизика раздел физики и современной биологии, изучающий физические аспекты существования живой природы на всех её уровнях, начиная от молекул и клеток и заканчивая биосферой в целом;раздел физики и современной биологии, изучающий физические аспекты существования живой природы на всех её уровнях, начиная от молекул и клеток и заканчивая биосферой в целом; это наука о физических процессах, протекающих в биологических системах разного уровня организации и о влиянии на биологические объекты различных физических факторов. Биофизика призвана выявлять связи между физическими механизмами, лежащими в основе организации живых объектов и биологическими особенностями их жизнедеятельности.это наука о физических процессах, протекающих в биологических системах разного уровня организации и о влиянии на биологические объекты различных физических факторов. Биофизика призвана выявлять связи между физическими механизмами, лежащими в основе организации живых объектов и биологическими особенностями их жизнедеятельности.

Биофизика – междисциплинарная наука Биофизика Химия Физика Математика Экология Медицина Биология

Основные признаки живых систем ? 1. Способность к движению. 2. Способность расти. 3. Обмен веществ и энергии с окружающей средой. 4. Способность к раздражимости. 5. Способность к размножению.

Уровни организации живых систем Атомы 10 7 м Биосфера Популяции 10 6 м Организм10м Орган1м Клетка м Органелла м Бактерии м Вирусы м Мембраны Молекулы м м м

Эукариоты и прокариоты Клетки Эукариоты Прокариоты Многоклеточные Бактерии Археи Вирусы ОдноклеточныеРастенияЖивотные Грибы

Клетка эукариота Эукариотическая и прокариотическая клетки Клетка прокариота Вирус

Клетка растений Клетка животных Сравнение клетки животных и растений 10 до 100 мкм Ядро Ядрышко Митохондрия ЭПР Аппарат Гольджи Рибосома ВакуольХлоропласт Плазматическая мембрана Клеточная стенка

Клеточная мембрана –полупроницаемый барьер, отделяющий цитоплазму клеток от окружающей среды Плазматическая мембрана Липидный бислой Холестерин Поверхностный белок Интегральный белок Гликолипид Волокна внеклеточного матрикса Карбогидрат Гликопротеин Фосфолипид 1 R 2 фосфатный остаток 3 глицерин 4 жирные кислоты R

Барьерная обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой Транспортная доставка питательных веществ удаление конечных продуктов обмена секреция различных веществ создание ионных градиентов поддержание в клетке соответствующего pH и концентраций ионов Рецепторная Передача сигнала Ферментативная Маркировочная Функции плазматической мембраны

Аппарат Гольджи 1898 г. Камилло Гольджи, итальянский врач и цитолог

Функции аппарата Гольджи 1) сортировка, накопление и выведение секреторных продуктов; 2) завершение посттрансляционной модификации белков ( гликозилирование, сульфатирование и т.д.); 3) накопление молекул липидов и образование липопротеидов ; 4) образование лизосом; 5) синтез полисахаридов для образования гликопротеидов, восков, камеди, слизей, веществ матрикса клеточных стенок растений; 6) формирование клеточной стенки в растительных клетках (после деления ядра); 7) участие в формировании акросомы; 8) формирование сократимых вакуолей.

Эндоплазматический ретикулум или эндоплазматическая сеть ЭПР (ЭПС) - внутриклеточный органоид эукариотической клетки, представляющий собой разветвлённую систему из окружённых мембраной уплощённых полостей, пузырьков и канальцев. К. Портер, 1945г.

Функции ЭПР Гладкий ЭПР 1) синтез липидов; 2) накопление и преобразование углеводов; 3) нейтрализация ядов; 4) депо кальция. Шероховатый ЭПР 1) синтез, конденсация и модификация белков, предназначенных для выведения из клетки; 2) отделение (сегрегация) синтезированного продукта от цитоплазмы; 3) транспорт синтезированных продуктов в цистерны пластинчатого комплекса или непосредственно из клетки; 4) синтез билипидных мембран.

Митохондрия Митохондрия - органелла эукариотической клетки, обеспечивающая организм энергией за счет окислительного фосфорилирования. Р. Альтманн, 1894г.

Функции митохондрий 1)производство АТФ (в процессе окислительного фосфорилирования). 2)аэробное окисление; 3) подготовка распада жиров и аминокислот; 4)цикл преобразования лимонной кислоты (Цикл Кребса);

Пластиды Лейкопласты - неокрашенные пластиды, как правило выполняют запасающую функцию. Хлоропласты пластиды, несущие фотосинтезирующие пигменты хлорофиллы

Хлоропласты Рибосомы Крахмальное зерно Тилакоид Ламелла Грана Капля жира ДНК Двойная мембрана Хлоропласты - внутриклеточные органоиды растительной клетки, в которых осуществляется фотосинтез.

Ядро

Функции ядра Хранение генетической информации Репликация (передача информации дочерним клеткам) Транскрипция (передача информации в цитоплазму через mРНК)

Ядрышко Ядрышко – округлый уплотненный участок клеточного ядра 1 мкм

Функции ядрышка Транскрипция (синтез rРНК – 45S-пре-rРНК ) Синтез субъединиц рибосом

Цитоскелет Цитоскелет - совокупность фибриллярных компонентов цитоплазмы клеток

Цитоскелет Микрофиламенты (актиновые филаменты) Промежуточные филаменты Микротрубочки Цитоскелет - это совокупность фибриллярных компонентов цитоплазмы клеток

Фибриллы Ответственны за перемещение: хлоропластов, которые могут изменять свое положение в зависимости от освещения; клеточных ядер; пузырьков; Участвуют: в фагоцитозе (но, не в пино- или экзоцитозе); в образовании перетяжки при клеточном делении (здесь действует кольцо из пучков микрофиламентов, опоясывающих клетку); в движении хроматид и хромосом при делении ядра. Находятся в динамическом равновесии

Микрофиламенты Миозин F-актин (фибриллярный актин)

Промежуточные филаменты Участвуют в формировании клеточного каркаса, выполняя опорную функцию

Микротрубочки Структурная единица - гетеродимер белка тубулина, состоящий из α- и β-субъединиц (53 и 55 кДа). 1 Да = 1 а.е.м. = 1/12 массы 12 С

Центриоли В. Флемминг, 1875г. Участвуют в формировании веретена деления 9 + 0

Рибосомы Немембранный компонент клетки, состоящий из двух субчастиц Функция: синтез белка (трансляция)

ОсобенностьЭукариотические клеткиПрокариотические клетки Тип организма Находятся в «сложных» организмах в том числе растениях и животных Представляют собой «простые» организмы, например бактерии Специализа- ция Могут быть специализированы для определенных функций (например, передача нервных импульсов), группы клеток могут образовывать органы и организмы Обычно существуют в виде одиночной клетки Размер Животные клетки 10–30 мкм; Клетки растений 10–100 мкм ~ 1–10 мкм Ядро Содержат ядро и много других органелл окруженных мембраной Отсутствует ядро и другие мембранные органеллы ЯдрышкоОдно или болееОтсутствует ДНКДНК в комплексе с гистонами Двойная спираль ДНК не связанная с гистонами Веретено деления Временно присутствует в процессе митоза и мейоза Отсутствует Эукариотическая и прокариотическая клетки

ОсобенностьЭукариотические клеткиПрокариотические клетки Половая система Полное слияние гамет с равным вкладом каждого из геномов Однонаправленная передача от донора к реципиенту Клеточная стенка Присутствует у клеток растений, но никогда не содержит мурамовую кислоту Присутствует, но отличается по химической структуре от клеток эукариот Внутренние мембраны Системы компартментов ЭПР, аппарат Гольджи, лизосомы и т.д. Обычно простые и часто временные, если вообще присутствуют Рибосомы80 S с субъеденицами (60 S + 40 S) 70 S с субъеденицами (30 S + 50 S) ФотосинтезКомплекс хлоропластовПростые хроматофоры Дыхание Практически все аэробы, но есть и факультативные анаэробы (дрожжи) и, как исключение, полные анаэробы (трихоманады) Аэробы, анаэробы, факультативные анаэробы Система электронного транспорта и синтеза АТФ Находятся во внутренних мембранных органеллах: митохондриях (окислительное фосфорилирование) и хлоропластах (фотофосфорилирование). Локализованны в клеточной мембране