Клеточное деление и стадии митоза

Клеточное деление — это процесс, в ходе которого одна клетка делится на две дочерние клетки, каждая из которых сохраняет полный набор генетического материала. Митоз является одной из форм клеточного деления, обеспечивающей точное и равномерное распределение хромосом между дочерними клетками. Митоз происходит в соматических клетках и включает несколько четко определенных стадий.

1. Профаза
   На этой стадии хромосомы начинают конденсироваться, становясь видимыми под микроскопом в виде отдельных структур. Ядерная оболочка распадается, а центриоли, расположенные в центросоме, начинают расходиться к противоположным полюсам клетки, формируя веретено деления.

2. Метафаза
   Хромосомы выстраиваются вдоль экватора клетки, образуя метафазную пластинку. Каждая хромосома прикрепляется к микротрубочкам веретена деления через кинетохор, специальную структуру, расположенную в области центромеры.

3. Анафаза
   На стадии анафазы сестринские хроматиды, которые были связаны между собой в центре, начинают расходиться в противоположные полюса клетки. Это происходит вследствие сокращения микротрубочек веретена деления, что обеспечивает равномерное распределение хромосом.

4. Телофаза
   На стадии телофазы хроматиды, достигнув полюсов клетки, начинают развёртываться в хроматин. Вокруг каждой из групп хромосом формируются новые ядерные оболочки, и процесс деления цитоплазмы начинается.

5. Цитокинез
   Хотя цитокинез не является частью митоза, он тесно с ним связан. На этом этапе происходит окончательное разделение цитоплазмы, что приводит к образованию двух дочерних клеток. В растительных клетках на месте деления формируется клеточная стенка, в то время как в животных клетках клеточная мембрана проникает в центр и образует два новых дочерних организма.

План семинара по биотехнологии растений: методы селекции и генная модификация

1. Введение в биотехнологию растений

   • Определение и основные задачи

   • Значение биотехнологии в современном растениеводстве

2. Традиционные методы селекции растений

   • Классическая гибридизация

   • Отбор и инбридинг

   • Использование мутагенеза

   • Проблемы и ограничения традиционной селекции

3. Современные методы селекции

   • Маркер-ассоциированная селекция (MAS)

   • Геномная селекция (GS)

   • Методики генетического картирования и секвенирования

   • Применение биоинформатики и больших данных

4. Биотехнологические методы модификации растений

   • Клеточная культура и меристемная культура

   • Метод трансформации Agrobacterium tumefaciens

   • Прямой метод трансформации (биолистический, электропорация, микропроникающие частицы)

   • Регенерация трансгенных растений

5. Генетическая модификация растений (ГМО)

   • Основные цели создания ГМО (устойчивость к болезням, стрессам, улучшение питания)

   • Примеры модифицированных генов (Bt, гербицидоустойчивость, гены устойчивости к засухе)

   • Технологии редактирования генома: CRISPR/Cas9, TALEN, ZFN

   • Преимущества и риски использования ГМО

6. Правовые и этические аспекты биотехнологии растений

   • Регулирование и безопасность ГМО

   • Влияние на биоразнообразие и окружающую среду

   • Социальные и экономические вопросы

7. Практическая часть и обсуждение

   • Примеры успешного применения методов селекции и ГМО в сельском хозяйстве

   • Анализ конкретных кейсов

   • Перспективы развития и интеграции методов

Биологический цикл вируса иммунодефицита человека (ВИЧ)

Биологический цикл ВИЧ представляет собой многоэтапный процесс, в ходе которого вирус проникает в клетки иммунной системы человека, использует их репликативные механизмы и вызывает прогрессирующее ослабление иммунного ответа. Основными мишенями ВИЧ являются клетки, экспрессирующие рецептор CD4, прежде всего Т-хелперы (CD4+ Т-лимфоциты), а также макрофаги и дендритные клетки.

1. Прикрепление (адсорбция)
ВИЧ распознаёт и связывается с CD4-рецепторами на поверхности клетки-хозяина с помощью гликопротеина gp120, присутствующего на его внешней оболочке. Это взаимодействие сопровождается связыванием с ко-рецепторами CCR5 или CXCR4, что определяет тропность вируса к определённым клеткам иммунной системы.

2. Слияние и проникновение
После связывания происходит конфигурационная перестройка гликопротеинов gp41 и gp120, что приводит к слиянию вирусной оболочки с мембраной клетки и проникновению вириона внутрь клетки.

3. Разворачивание (раздевание) вируса
Внутри клетки вирусная капсида теряет свою оболочку, высвобождая две копии РНК вируса и ферменты, необходимые для следующего этапа, включая обратную транскриптазу, интегразу и протеазу.

4. Обратная транскрипция
Обратная транскриптаза синтезирует провирусную ДНК на матрице вирусной РНК. Этот процесс включает этапы синтеза одноцепочечной ДНК, затем её превращение в двухцепочечную ДНК. Он сопровождается высоким уровнем ошибок, что способствует генетической изменчивости вируса.

5. Интеграция
Синтезированная провирусная ДНК транспортируется в ядро клетки, где с помощью вирусной интегразы встраивается в геном клетки-хозяина. Встроенный провирус может находиться в латентном состоянии или активироваться.

6. Транскрипция и трансляция
При активации провируса происходит транскрипция вирусной ДНК в мРНК клеточными ферментами, после чего вирусные мРНК транспортируются в цитоплазму, где на рибосомах синтезируются вирусные белки.

7. Сборка вирионов
Синтезированные вирусные белки и геномная РНК собираются у внутренней поверхности мембраны клетки-хозяина. Протеаза участвует в процессинге полипротеинов, обеспечивая формирование зрелых вирусных компонентов.

8. Почкование и созревание
Незрелые вирусные частицы выходят из клетки путём почкования, захватывая часть мембраны клетки и формируя вирусную оболочку. Внеклеточное созревание, обусловленное действием вирусной протеазы, приводит к формированию зрелого инфекционного вириона.

Биологический цикл ВИЧ обеспечивает его способность к долговременной персистенции в организме и обусловливает трудности в разработке эффективного лечения и вакцин.

Методы определения активности каталазы в растительных клетках

Активность каталазы в растительных клетках определяется преимущественно спектрофотометрическими методами, основанными на измерении скорости разложения перекиси водорода (Н?О?). Основные подходы включают:

1. Спектрофотометрический метод с измерением снижения оптической плотности раствора перекиси водорода при длине волны 240 нм. Каталаза катализирует дисмутацию Н?О? в воду и кислород, что приводит к уменьшению концентрации Н?О? и, следовательно, снижению абсорбции на 240 нм. Изменение оптической плотности регистрируется с интервалом времени, по наклону кривой рассчитывается скорость реакции и активность фермента.

2. Манометрический метод, основанный на измерении выделения кислорода в процессе катализируемого каталозой разложения Н?О?. Используются манометры или датчики кислорода для оценки скорости образования кислорода, которая пропорциональна активности каталазы.

3. Метод титрования. После инкубации образца с Н?О? остаточное количество перекиси водорода определяется титрованием (например, калиевым перманганатом). Разница между исходным и остаточным количеством Н?О? отражает активность фермента.

4. Электрохимические методы, применяющие электродные системы для мониторинга концентрации Н?О? или кислорода в реакционной среде. Эти методы позволяют проводить непрерывный контроль активности каталазы.

5. Гель-диффузионные методы и методы с использованием окрашивания. Используют агар с добавлением Н?О? и ферментного экстракта, после чего выявляют зоны деградации Н?О?, визуализируемые с помощью пероксидазных окрашиваний, что позволяет оценить активность фермента локально.

Для подготовки проб из растительных тканей проводят гомогенизацию в буферных растворах, центрифугирование для удаления клеточного мусора и получение ферментного экстракта. Важным аспектом является поддержание оптимальных условий рН и температуры для сохранения активности каталазы при анализе. Результаты часто выражают в единицах активности на грамм свежей массы ткани или на миллиграмм белка.