Клетки по Льюину - Кассимерис Л., Лингаппа В. Р.

Книга "Клетки по Льюину"

Автор: Кассимерис Л., Лингаппа В. Р.

ISBN 978-5-93208-312-3

Перевод десятого англоязычного издания книги, ставшей классикой для молекулярных биологов всего мира, содержит последние достижения в области молекулярной биологии и молекулярной генетики, включая структуру генов, последовательности, организацию и экспрессию. Издание дополнено новыми разделами, хорошо иллюстрировано и структурировано, что помогает студентам лучше ориентироваться в отдельных темах.

Для студентов, специализирующихся в области молекулярной генетики, молекулярной биологии, генной инженерии, а также для аспирантов, преподавателей, научных сотрудников.

Содержание книги "Клетки по Льюину" - Кассимерис Л.

Часть 1 Введение

1 Что такое клетка?

1.1 Введение

1.2 Жизнь началась с самовоспроизводящейся биологической структуры

1.3 Клетка прокариот представляет собой единый компартмент

1.4 Прокариоты приспособлены к росту в самых различных условиях

1.5 Клетка эукариот содержит множество компартментов, ограниченных мембранами

1.6 Мембраны позволяют поддерживать определенный состав среды в цитоплазматических компартментах

1.7 Ядро содержит генетический материал и окружено оболочкой

1.8 Плазматическая мембрана позволяет клетке поддерживать гомеостаз

1.9 Клетки внутри клеток: органеллы, обладающие оболочкой, могли возникнуть в результате эндосимбиоза

1.10 ДНК является наследственным материалом клетки, однако существуют другие формы передачи наследственной информации

1.11 Клеткам необходимы механизмы репарации повреждений ДНК

1.12 Митохондрии — энергетические фабрики клетки

1.13 Хлоропласты служат источниками энергии в клетках растений

1.14 Органеллам необходим механизм, ответственный за специфическое местоположение белков

1.15 Белки транспортируются к мембранам и проходят через них

1.16 Белки транспортируются через ЭПР и аппарат Гольджи

1.17 Способность к свертыванию и развертыванию белковых структур является характерной особенностью всех клеток

1.18 Форма эукариотической клетки определяется ее цитоскелетом

1.19 Важным фактором является локализация клеточных структур

1.20 Клеточные функции: ферменты, пути метаболизма и обратная связь

1.21 За развитие определенного ответа клетки на внешние сигналы ответственны системы их передачи

1.22 Все организмы состоят из клеток, способных к росту и делению

1.23 В процессе дифференцировки образуются различные специализированные клетки, включая терминально дифференцированные

2 Вопросы биоэнергетики и клеточного метаболизма

2.1 Введение

2.2 Равновесие химической реакции и ее кинетика связаны между собой

2.3 Модель стационарного состояния необходима для понимания такого параметра, как общий поток компонентов в цепи реакций

2.4 Термодинамика представляет собой систематическое отслеживание режима энергетических изменений

2.5 Скорость протекания реакций путей метаболизма характеризуется величиной стандартной свободной энергии, отношением действующих масс и константой равновесия

2.6 Наиболее изученным путем метаболизма является гликолиз

2.7 Метаболизм пирувата с участием пируватдегидрогеназного комплекса приводит к аэробному дыханию

2.8 Окисление жирных кислот — основная реакция аэробного пути запасания энергии

2.9 Цикл Кребса представляет собой ключевой этап метаболизма, в результате которого происходит окисление ацетил-КоА

2.10 Сопряжение химических реакций является ключевым свойством живых организмов

2.11 Окислительное фосфорилирование представляет собой конечный этап превращения энергии электронов в аденозинтрифосфат

2.12 Фотосинтез завершает цикл углерода, превращая СО2 в сахар

2.13 Азотистый обмен включает процессы метаболизма, происходящие с участием аминокислот, белков и нуклеиновых кислот

2.14 Цикл Кори и цикл пуриновых нуклеотидов представляют собой специализированные метаболические процессы

2.15 Взгляд на проблемы регуляции внутриклеточных процессов с позиций метаболизма — регуляторные функции могут выполнять только обратимые реакции

2.16 Что дальше?

2.17 Резюме

3 Репликация, репарация и рекомбинация ДНК

3.1 Введение

3.2 ДНК представляет собой генетический материал клетки

3.3 Строение ДНК

3.4 Репликация ДНК носит полуконсервативный характер и происходит в двух направлениях

3.5 ДНК реплицируется с участием ДНК-полимераз

3.6 Для продвижения репликативной вилки необходимы хеликазы – белки, связывающиеся с однонитевыми участками ДНК, и топоизомеразы

3.7 Для начала синтеза ДНК необходим прайминг

3.8 Скользящий зажим обеспечивает процессивный характер репликации ДНК

3.9 Рост лидирующей и отстающей цепей ДНК скоординирован

3.10 Репликация начинается в начальных точках и регулируется в процессе прохождения клетки по циклу

3.11 Репликация концов линейной хромосомы

3.12 ДНК может получать повреждения

3.13 Некоторые повреждения ДНК устраняются прямой репарацией

3.14 Репарация неправильно спаренных оснований устраняет ошибки репликации

3.15 Поврежденные основания замещаются по механизму эксцизионной репарации

3.16 Обширные повреждения ДНК устраняются по механизму эксцизионной репарации нуклеотидов

3.17 Двунитевые разрывы ДНК репарируются по двум основным механизмам

3.18 Гомологичная рекомбинация используется как для репарации, так и для рекомбинации в мейозе

3.19 Резюме

4 Регуляция экспрессии генов

4.1 Введение

4.2 Гены представляют собой единицы транскрипции

4.3 Транскрипция представляет собой многоступенчатый процесс, направляемый ДНК-зависимой РНК-полимеразой

4.4 РНК-полимераза является большим белковым комплексом, состоящим из нескольких субъединиц

4.5 Инициация транскрипции направляется промоторами

4.6 Инициация транскрипции регулируется активаторами и репрессорами

4.7 Цикл регуляции транскрипции контролирует рост, пролиферацию и дифференцировку клеток эукариот

4.8 В ходе процессинга у зрелых иРНК образуются 5’- и 3’-концы

4.9 Терминаторы управляют окончанием этапа элонгации транскрипции

4.10 Сплайсосомы удаляют интроны из пре-иРНК эукариот

4.11 Многообразие белков — результат альтернативного сплайсинга

4.12 Трансляция представляет собой трехступенчатый процесс, при котором происходит декодирование иРНК и синтезируется белок

4.13 Трансляция катализируется рибосомой

4.14 В процессе трансляции участвуют многие белковые факторы, которые регулируют взаимодействие аминоацилированных тРНК с рибосомой

4.15 Трансляция находится под контролем процесса взаимодействия 5’- и 3’-концов иРНК и репрессорных белков

4.16 Некоторые иРНК транслируются в специфических сайтах цитоплазмы

4.17 Стабильность иРНК определяется элементами последовательности, находящимися в 5’- и 3’-нетранслируемой области

4.18 Некодирующие РНК являются эффективными регуляторами экспрессии генов

4.19 Что дальше?

4.20 Резюме

5 Структура и функции белков

5.1 Введение

5.2 Рентгенокристаллографические исследования в структурной биологии

5.3 Метод ядерного магнитного резонанса

5.4 Электронная микроскопия биологических макромолекул и их комплексов

5.5 Способы представления белковых структур — основы

5.6 Белки и линейные последовательности аминокислот — первичная структура

5.7 Вторичная структура — фундаментальный структурный элемент белка

5.8 Третичная структура и многообразие типов сворачивания полипептидных цепей

5.9 Модульная архитектура и повторяющиеся мотивы

5.10 Четвертичная структура и молекулы более высоких порядков

5.11 Ферменты — это белки, катализирующие химические реакции

5.12 Посттрансляционные модификации белков и кофакторы

5.13 Динамическое состояние, гибкость и конформационные изменения белковых структур

5.14 Взаимодействия типа белок–белок и белок – нуклеиновая кислота

5.15 Функция без структуры?

5.16 Структура белков и медицина

5.17 Что дальше? Структурная биология в постгеномную эру

5.18 Резюме

Част ь 2 Мембраны и механизмы транспорта

6 Транспорт ионов и небольших молекул через мембраны

6.1 Введение

6.2 Основными типами транспортных мембранных белков являются каналы и переносчики

6.3 На величину потока ионов через трансмембранные поры влияет степень гидратации

6.4 Электрохимический градиент по обеим сторонам мембраны создает мембранный потенциал

6.5 K+ -каналы обеспечивают избирательный и быстрый транспорт ионов

6.6 Различные K+ -каналы используют похожие ворота, которые открываются и закрываются по разным механизмам

6.7 Потенциал-зависимые Na+ -каналы активируются при деполяризации мембраны и транслируют электрические сигналы

6.8 Эпителиальные Na+ -каналы регулируют гомеостаз Na+

6.9 Са2+ -каналы плазматической мембраны активируют внутриклеточные функции

6.10 Cl– -каналы выполняют различные биологические функции

6.11 Селективный транспорт воды происходит через аквапориновые каналы

6.12 Потенциал действия представляет собой электрический сигнал, который зависит от нескольких типов ионных каналов

6.13 Сердечная и скелетные мышцы активируются за счет сопряжения процессов возбуждения и сокращения

6.14 Некоторые белки осуществляют перенос глюкозы за счет унипортного транспорта

6.15 Сопряженный транспорт осуществляется за счет процессов симпорта и антипорта

6.16 Для функционирования многих переносчиков необходимо существование трансмембранного градиента ионов Na+

6.17 Некоторые переносчики Na+ регулируют рН в цитозоле и во внеклеточной среде

6.18 Са2+-АТФаза закачивает Са2+ во внутриклеточные депо

6.19 Na+ /K+ -АТФаза поддерживает градиент концентрации Na+ и K+ через плазматическую мембрану

6.20 F-АТФ-синтаза осуществляет сопряжение транспорта Н+ с синтезом или гидролизом АТФ

6.21 Н+ -АТФазы переносят протоны из цитозоля

6.22 Что дальше?

6.23 Резюме

6.24 Приложение: Вывод и применение уравнения Нернста

6.25 Приложение: Большинство K+ -каналов способны

обеспечивать входящее выпрямление

6.26 Приложение: Мутации в генах белков анионного канала вызывают кистозный фиброз

Список литературы

7 Мембранное адресование белков

7.1 Введение

7.2 Белки вступают на путь секреции путем переноса через мембрану ЭПР

7.3 Перед переносом белки связываются с ЭПР с помощью сигнальной последовательности

7.4 Сигнальные последовательности узнаются частицей, распознающей сигнал

7.5 Закрепление белков на мембране ЭПР обеспечивается взаимодействием между SRP и ее рецептором

7.6 Транслокон представляет собой водный канал, который пропускает белки

7.7 Для большинства секреторных и трансмембранных белков эукариот трансляция сопряжена с транслокацией

7.8 Для некоторых белков адресование и транслокация происходят после трансляции

7.9 Транслокация происходит за счет энергии гидролиза АТФ

7.10 Трансмембранные белки выходят из канала транслокации и входят в липидный бислой

7.11 Ориентация трансмембранных белков определяется способом их интеграции в мембрану

7.12 Сигнальные последовательности удаляются сигнальной пептидазой

7.13 К некоторым транслоцированным белкам добавляется гликолипидная группа ГФИ

7.14 В процессе переноса ко многим белкам добавляются сахарные остатки

7.15 Шапероны способствуют сворачиванию вновь транслоцированных белков

7.16 При сворачивании белковой молекулы образование правильно ориентированных дисульфидных связей обеспечивается протеиндисульфидизомеразой

7.17 Модифицированные остатки углеводов узнаются системой шаперонов кальнексин/кальретикулин

7.18 Сборка белков в комплексы находится под контролем

7.19 Неправильно свернутые белки ЭПР поступают в цитозоль, где подвергаются деградации

7.20 Взаимодействие между ЭПР и ядром предотвращает накопление в люмене несвернутых белков

7.21 В ЭПР образуются основные клеточные фосфолипиды

7.22 Липиды должны перемещаться с ЭПР на мембраны других органелл

7.23 Два слоя мембраны часто различаются по составу липидов

7.24 Морфологически и функционально ЭПР подразделяется на ряд отделов

7.25 ЭПР представляет собой динамическую органеллу

7.26 Сигнальные последовательности также используются для транспорта белков в другие органеллы

7.27 Импорт белков в митохондрии начинается с узнавания сигнальной последовательности на внешней мембране

7.28 В транспорте митохондриальных белков совместно участвуют комплексы, расположенные на внутренней и наружной мембранах

7.29 Поступающие в хлоропласты белки также должны пройти через две мембраны

7.30 Белки сворачиваются перед импортом в пероксисомы

7.31 Что дальше?

7.32 Резюме

8 Перемещение белков между мембранами

8.1 Введение

8.2 Обзор путей экзоцитоза

8.3 Обзор путей эндоцитоза

8.4 Представления о везикулярном транспорте белков

8.5 Представления о сигнальном транспорте и о неизбирательном потоке белков

8.6 COPII-окаймленные везикулы участвуют в транспорте из ЭПР в аппарат Гольджи

8.7 Резидентные белки, выходящие из ЭПР, возвращаются обратно

8.8 COPI-окаймленные везикулы участвуют в ретроградном транспорте белков из аппарата Гольджи в ЭПР

8.9 Существуют две распространенные модели, описывающие прямой транспорт белков через аппарат Гольджи

8.10 Удержание белков в аппарате Гольджи зависит от домена, пронизывающего мембрану

8.11 Rab-ГТФазы и удерживающие белки представляют собой два типа белков, регулирующих адресование везикул

8.12 Белки SNARE, вероятно, участвуют в слиянии везикул с мембранами-мишенями

8.13 Обычно в эндоцитозе участвуют клатриновые везикулы

8.14 Адаптерные комплексы связывают клатрин и трансмембранные белки карго

8.15 Некоторые рецепторы рециклируют из ранних эндосом, в то время как другие разрушаются в лизосомах

8.16 При созревании ранние эндосомы превращаются в поздние эндосомы и лизосомы

8.17 В транс-Гольджи сети происходит сортировка лизосомальных белков

8.18 Поляризованные эпителиальные клетки транспортируют белки к апикальной и базолатеральной мембранам

8.19 Некоторые клетки запасают белки для последующей секреции

8.20 Некоторые белки секретируются, минуя традиционный путь ЭПР – аппарат Гольджи

8.21 Что дальше?

8.22 Резюме

Часть 3 Ядро

9 Структура ядра и процессы транспорта

9.1 Введение

9.2 В зависимости от типа организма и клеток ядро выглядит по-разному

9.3 Каждая хромосома занимает отдельную территорию

9.4 Ядро содержит субкомпартменты, которые не окружены мембраной

9.5 Некоторые процессы происходят в определенных ядерных сайтах и определяются их структурами

9.6 Ядро окружено ядерной оболочкой

9.7 Ядерная ламина подстилает ядерную оболочку

9.8 Между ядром и цитоплазмой осуществляется активный транспорт больших молекул

9.9 Ядерные поровые комплексы представляют собой симметричные каналы

9.10 Ядерные поровые комплексы состоят из нуклеопоринов

9.11 Белки избирательно транспортируются в ядро через ядерные поры

9.12 Сигнал ядерной локализации направляет белки в ядро

9.13 В импорте белков в ядро участвуют цитоплазматические рецепторы NLS

9.14 Экспорт белков из ядра также происходит с участием рецепторов

9.15 Направление ядерного транспорта контролируется Ran-ГТФазой

9.16 Для описания механизма ядерного транспорта предложено несколько моделей

9.17 Ядерный транспорт может регулироваться

9.18 Из ядра экспортируется много типов РНК

9.19 Субъединицы рибосом собираются в ядрышке и экспортируются с участием экспортина экспортина

9.21 иРНК экспортируются из ядра в виде РНК-белковых комплексов

9.22 гяРНП транспортируются от мест процессинга к ЯПК

9.23 Экспорт иРНК требует участия нескольких новых факторов

9.24 UмяРНК экспортируются, модифицируются, собираются в комплексы и импортируются

9.25 Предшественники микроРНК экспортируются из ядра и подвергаются процессингу в цитоплазме

9.26 Что дальше?

9.27 Резюме

10 Хроматин и хромосомы

10.1 Введение

10.2 Хроматин подразделяется на эухроматин и гетерохроматин

10.3 Хромосомы обладают характерной полосатостью

10.4 В молекуле ДНК эукариот существуют петли и домены, посредством которых она прикрепляется к опорным структурам (скэффолду)

10.5 ДНК присоединяется к интерфазному матриксу или метафазному скэффолду посредством специфических последовательностей

10.6 Существенную роль в сегрегации хромосом играет центромера

10.7 Центромеры хромосом S. cerevisiae содержат короткие последовательности ДНК

10.8 Центромера связывает белковый комплекс

10.9 В области центромеры могут содержаться повторяющиеся последовательности ДНК

10.10 Теломеры реплицируются по особому механизму

10.11 Хромосомы типа ламповых щеток деспирализованы

10.12 Политенные хромосомы образуют полосы-диски

10.13 Политенные хромосомы образуют вздутия в местах экспрессии генов

10.14 Основной структурной единицей хроматина является нуклеосома

10.15 ДНК обматывает множество нуклеосом

10.16 Нуклеосомы обладают одинаковой структурой

10.17 Различная структура ДНК на поверхности нуклеосом

10.18 Организация октамера гистонов

10.19 Варианты гистонов образуют альтернативные нуклеосомы

10.20 Организация нуклеосом в фибрилле хроматина

10.21 Репродукция хроматина требует сборки нуклеосом

10.22 Занимают ли нуклеосомы определенные места на ДНК?

10.23 Домены определяют области, содержащие активные гены

10.24 При транскрипции октамеры гистонов удаляются и собираются повторно

10.25 Сайты с повышенной чувствительностью к ДНКазе меняют структуру хроматина

10.26 Ремоделирование хроматина представляет собой активный процесс

10.27 Ацетилирование гистонов связано с транскрипционной активностью

10.28 Гетерохроматин формируется за счет распространения события нуклеации

10.29 Образование гетерохроматина зависит от взаимодействия белков с гистонами

10.30 Х-хромосомы подвергаются глубоким изменениям

10.31 Конденсация хромосом происходит под действием конденсинов

Продолжение оглавления книги "Клетки по Льюину" - Кассимерис Л.

Примеры страниц из книги "Клетки по Льюину" - Кассимерис Л.