Механизмы действия гормонов
1. Механизм действия стероидных гормонов. Стероидные гормоны легко проникают через клеточную мембрану. В цитозоле взаимодействуют с соответствующим рецептором. Образовавшийся комплекс поступает в ядро, где взаимодействует с ДНК, в результате чего активируются процессы транскрипции, происходит трансляция РНК и увеличивается синтез белка.
2. Механизм действия тиреоидных гормонов. Они связывается с ядерным хроматином, активирует транскрипцию и синтез 10 – 12 белков-ферментов, участвующих в метаболизме, и активирует процессы энергообразования.
3. Механизм действия белковых гормонов, катехоламинов, серотонина, гистамина. Эти гормоны взаимодействуют с рецепторами, расположенными на поверхности клетки, и сигнал от них передается на так называемые вторичные посредники (Са2+ и др.), которые далее активируют ферменты, участвующие в синтезе белков, секреции гормонов и т.д.
Регуляция секреции гормонов
1. Гормональная регуляция. В гипоталамусе вырабатываются либерины и статины, которые из гипоталамуса попадают в гипофиз и усиливают (либерины) или уменьшают (статины) образование соответствующих гормонов в аденогипофизе. В свою очередь, гормоны аденогипофиза – адренокортикотропный гормон (АКТГ), лютеотропный гормон (ЛГ), соматотропный гормон (СТГ), тиреотропный гормон (ТТГ) – вызывают изменения образования гормонов в соответствующих железах внутренней секреции.
2. Регуляция секреции гормонов по типу обратной отрицательной или положительной связи. Осуществляется в гормональных цепях, в которых выделение одного гормона стимулирует выделение следующего и т.д., а затем конечный гормон цепи стимулирует (положительная связь) или тормозит (отрицательная связь) выделение первого гормона этой цепи. Примером такой регуляции является уменьшение выделения тиролиберина гипоталамусом под влиянием тироксина.
3. Регуляция с участием структур ЦНС. При активации симпатической нервной системы повышается продукция адреналина в мозговом слое надпочечников. Психоэмоциональные воздействия через структуры лимбической системы и гипоталамические образования способны существенно влиять на деятельность клеток, синтезирующих гормоны.
Биотехнология
55вопрос
Методы биологии, используемые в биотехнологии. (Метод рекомбиотных ДНК, ферменты и.т.д.)
Генетическая инженерия — одно из наиболее быстро развивающихся направлений биотехнологии, зародившееся на стыке молекулярной биологии, генетики и биохимии и позволяющее осуществлять всевозможные манипуляции с генами различных организмов.
ДНК — это полимерная двухцепочечная молекула, построенная по принципу комплементарности. Комплементарность обеспечивает, во-первых, стабильность молекулы, во-вторых, — точное воспроизведение при построении дочерних цепочек. Мономером ДНК служат четыре типа нуклеотидов, каждый из которых состоит из сахара — дезоксирибозы, фосфатной группы и азотистого основания.
Молекулы ДНК представляют собой генетическую информацию, важной единицей которой являются гены — элементарные носители, кодирующие информацию о синтезе одного определенного продукта. Поэтому каждый ген характеризуется строго определенной последовательностью нуклеотидов. Большая часть генов содержит информацию о строении белков, а некоторые кодируют только определенные молекулы РНК (например, рибосомальную РНК).
ехнология получения рекомбинантных ДНК включает следующие методические подходы:
1. Специфическое расщепление ДНК эндонуклеазами рестрикции, ускоряющее выделение и манипуляции с отдельными генами.
- Быстрое секвенирование всех нуклеотидов в определенном фрагменте ДНК, что позволяет определить границы гена и кодируемую им аминокислотную последовательность.
- Конструирование рекомбинантной ДНК.
- Гибридизация нуклеиновых кислот, позволяющая выявлять с большой точностью и чувствительностью специфические последовательности РНК или ДНК, основанные на их способности связывать комплементарные последовательности нуклеиновых кислот.
5. Клонирование ДНК путем введения ее фрагмента в бактериальную клетку, которая после такой трансформации воспроизводит этот фрагмент в миллионах копий, или амплификация in vitro; создание геномных библиотек.
6. Введение рекомбинантной ДНК в клетки или организмы.
Ферменты
Большинство ферментов выделяют из клеток бактерий и используют для «разрезания» или «сшивания» ДНК как прокариотических, так и эукариотических клеток.
Применяемые при конструировании рекомбинантных ДНК ферменты можно подразделить на несколько групп:
· ферменты, с помощью которых выделяют фрагменты ДНК (рестриктазы);
· ферменты, синтезирующие ДНК на матрице ДНК (ДНК-полимеразы) или РНК (обратные транскриптазы, ревертазы);
· ферменты, соединяющие фрагменты ДНК (лигазы);
ферменты, изменяющие строение концов фрагментов ДНК.
естриктазы (эндонуклеазы рестрикции) — ферменты, с помощью которых выделяют фрагменты ДНК. Эти высокоспецифичные ферменты узнают и расщепляют определенные последовательности азотистых оснований в молекуле ДНК (сайты рестрикции). В генетической инженерии рестриктазы предназначены для вырезания необходимых участков из молекул донорной ДНК.
Лигазы — ферменты, которые «сшивают» фрагменты ДНК за счет фосфодиэфирных связей, образующихся между З'-гидроксильной концевой группой одного фрагмента ДНК и 5'-фосфатной группой другого фрагмента.
Из двух типов существующих лигаз для лигирования фрагментов ДНК обычно используют более универсальную лигазу фага Т4, которая может «сшивать» как «липкие», так и «тупые» концы. ДНК-лигазы необходимы в естественных условиях в процессах репарации ДНК и репликации — при удвоении цепи ДНК.
Ферменты, изменяющие строение концов фрагментов ДНК. Например, щелочная фосфатаза отщепляет от линейного фрагмента молекулы ДНК 5'-фосфатные группировки, что значительно снижает количество образующихся случайных, нежелательных комбинаций фрагментов ДНК (в том числе тех, которые могут образоваться под действием ДНК-лигазы). Нуклеаза Bal 31 — это фермент, неспецифически удаляющий нуклеотиды из последовательности ДНК. Он позволяет «подтупить» несимметричные концы ДНК либо укоротить фрагменты ДНК, сближая их функционально значимые элементы.
56вопрос
Генная инженерия растений. Методы перенесения генов в растениях (Ti –и Ri – плазмиды
генетическая инженерия - это система экспериментальных приемов, позволяющих конструировать искусственные генетические структуры в виде так называемых рекомбинантных (гибридных) молекул ДНК. Суть генетической инженерии сводится к переносу в растения чужеродных генов, которые могут сообщать растениям полезные свойства [1, 4, 6]. Такие манипуляции осуществляются с помощью соответствующих ферментов - рестрикционных эндонуклеаз, расщепляющих молекулы ДНК в строго определенных участках, и лигаз, сшивающих фрагменты в единую рекомбинантную молекулу ДНК
Растения имеют одно очень важное преимущество перед животными, а именно возможна их регенерация in vitro из недифференцированных соматических тканей с получением нормальных, фертильных (способных завязывать семена) растений (рис. 1). Это свойство (тотипотентность) открывает для молекулярных биологов большие возможности в изучении функционирования генов, введенных в растения, а также используется в селекции растений. Для конструирования растений необходимо решить следующие задачи: выделить конкретный ген, разработать методы, обеспечивающие включение его в наследственный аппарат растительной клетки, регенерировать из единичных клеток нормальное растение с измененным генотипом. Таким образом, методология генетической инженерии в отношении растений направлена на коренное изменение методов традиционной селекции, с тем чтобы желаемые признаки растений можно было получать путем прямого введения в них соответствующих генов вместо длительной работы по скрещиваниям.
Ti-плазмид хорошо изучено. Они включают в себя:
· — Т-ДНК — область ДНК, где содержатся гены, ответственные в итоге за морфологию опухоли и синтез фитогормонов, вызывающих неконтролируемый рост опухолевых клеток, а также гены, ответственные за синтез опинов — источников углерода и азота для питания бактерий. Именно все эти гены передаются в ядерный геном растительной клетки;
· — у/г-область — содержит гены, ответственные за вырезание, перенос и интеграцию Т-ДНК в хромосомы растений. Индукция этих генов обратима, что очень важно для бактериальных клеток. Если зараженное растение уже больно и является нежизнеспособным организмом, то переноса Т-ДНК не происходит;
· — ori-область — содержит гены, продукты которых обеспечивают репликацию Ti-плазмиды;
· — fra-область — содержит гены, ответственные за конъюгацию бактерий.
Ti-плазмида оказалась идеальным природным вектором для введения чужеродных генов в клетки растения. Проще всего было бы заменить Т-ДНК на чужеродные (полезные) гены, ввести их в плазмиды агробактерий и заразить ими растения, так как гены, ответственные за индукцию опухоли, синтез опинов и подавление дифференциации клеток поражаемого растения, расположены близко друг от друга в Т-ДНК. В то же время гены, ответственные за перенос и интеграцию Т-ДНК в хромосомы растений, находятся в другой области Ti-плазмиды — в uir-области.
57вопрос
Генная инженерия животных.
Генная инженерия в животноводстве
Применительно к животноводству генная инженерия позволяет изменять свойства организмов:
· • повышать продуктивность;
· • повышать сопротивляемость болезням;
· • увеличивать скорость роста;
· • улучшать качество продукции;
• создавать животных, которые являются биореакторами, продуцентами ценных биологически активных веществ.
Животное, несущее рекомбинантный ген, называется трансгенным; ген, интегрированный в геном реципиента, называется трансгеном; продукт этого гена — трансгенным. Селекция позволяет закрепить новый ген в потомстве и создать трансгенные линии.
Этапы получения трансгенного животного методом микроинъекции новой ДНК в эмбрион:
· • приготовление раствора ДНК для инъекции;
· • извлечение эмбрионов из донорных организмов;
• пересадка инъецированных эмбрионов в яйцеводы или после культивирования — в матку реципиентов.
У родившихся потомков исследуют экспрессию трансгена и затем традиционными методами разведения животных получают трансгенное потомство (линии).
Эффективность методики в целом зависит от успеха приготовления раствора ДНК для инъекции (чистота, концентрация).
Обычно гены транспортируют на самых ранних стадиях развития животного.
Для микроинъекции ДНК в эмбрион используют специальные пипетки с внутренним диаметром 1 мкм.
родуктивность и скорость роста животных
Увеличения продуктивности и скорости роста удалось достигнуть с помощью применения гормона роста микробного происхождения. Он оказывает стимулирующее действие на лактацию и рост животного. Этот гормон применяют в виде инъекций. При ежедневной инъекции молодняку КРС удалось увеличить суточные привесы на 20—30 % при значительном сокращении расхода кормов и росте содержания белка в тканях. У свиней менее значительный эффект наблюдался при одновременном кормлении модифицированным кормом с повышенным содержанием белка. У овец применение гормона не вызвало увеличение привеса, хотя привело к снижению содержания жира.
Подробнее
В данном направлении животноводства (повышение продуктивности) сейчас рассматривается возможность уменьшения содержания лактозы в молоке путем создания животных, у которых в молочной железе присутствует ген, катализирующий распад лактозы. Это позволит получать натуральное молоко с пониженным содержанием лактозы для людей, не переносящих молочный сахар.