Вопрос 6: Гипотеза Жакоба и Моно о внутриклеточной регуляции. Дифференциация и интеграция в развитии. Избирательная активность генов.

Ф. Жакоб и Ж. Моно выдвинули в 1961 году гипотезу оперона. По этой схеме гены функционально неодинаковы. Один из них - структурный ген, содержит информацию о расположении аминокислот в молекуле белка фермента, другие выполняют регуляторные функции, оказывающие влияние на активность структурных генов – гены – регуляторы. Структурные гены располагаются рядом и образуют блок – оперон. Они программируют синтез ферментов. Кроме того в оперон входят участки, относящиеся к процессу включения транскрипции. Вся группа генов одного оперона функционирует одновременно, поэтому ферменты одной цепи реакции либо синтезируются все, либо не синтезируется ни один из них. В самом начале структуры оперона находится ген – оператор, который включает и выключает структурные гены. Оператор контролирует ген – регулятор. Ген-регулятор кодирует синтез белка-репрессора. Репрессор в активной форме блокирует транскрипцию, считывание генетической информации прекращается и весь оперон выключается. До тех пор, пока репрессор связан с геном-оператором, оперон находится в выключенном состоянии. При переходе в неактивную форму ген-оператор освобождается, происходит включение оперона и начинается синтез соответствующей РНК с последующим процессом синтеза ферментов. Оперонная система представляет собой один из механизмов регуляции синтеза белка.

Дифференцировка клеток и избирательная активность генов.

До стадии бластулы все клетки тотипотентны – стволовые. Со временем тотипотентность снижается и появляются полипотентные (способны превращаться только в определенную ткань). У взрослых особей также сохраняется часть стволовых клеток.

В ядрах дифференцированных клеток большинство генов находится в репрессивном состоянии, число же активно работающих генов различно в различных тканях и органах на разных стадиях развития.

У эукариот существует путь регулирования генной активности – одновременное групповое подавление активности генов в целой хромосоме или ее большем участке. Это осуществляется белками-гистонами.

Вопрос 7

Вопрос 8 Амитоз, эндомитоз, политения

Вопрос 9

Вопрос 10: Механизм онтогенеза на клеточном уровне. Морфогенез.

Морфогенез – возникновение и развитие органов, частей тела организмов как в онтогенезе, так и в филогенезе. Изучение особенностей морфологии на разных этапах онтогенеза в целях управления развитием организмов составляет основную задачу биологии развития, а также генетики, молекулярной биологии, эволюционной физиологии и др. и связано с изучением закономерностей наследственности.

Экспрессия гена – степень выраженности гена при реализации в различных условиях среды. Синтез белка происходит избирательно. В построении белка, необходимого для данных условий среды, участвуют определенные аминокислоты. Информация о создании цепи находится в ДНК, а ДНК соответственно в генах.

Молекулярно-генетический уровень митоза – происходит реализация молекул ДНК с помощью хромосом, синтез белка, РНК и других высокомолекулярных соединений.

Клеточный уровень митоза – происходит равномерное распределение генетической информации, так как две дочерние клетки образуются из одного ядра.

Дифференцировка клеток и избирательная активность генов.

До стадии бластулы все клетки тотипотентны – стволовые. Со временем тотипотентность снижается и появляются полипотентные (способны превращаться только в определенную ткань). У взрослых особей также сохраняется часть стволовых клеток. В ядрах дифференцированных клеток большинство генов находится в репрессивном состоянии, число же активно работающих генов различно в различных тканях и органах на разных стадиях развития. У эукариот существует путь регулирования генной активности – одновременное групповое подавление активности генов в целой хромосоме или ее большем участке. Это осуществляется белками-гистонами.

Вопрос 11: Избирательная активность гена в развитии: роль цитоплазматических факторов яйцеклетки, контактных взаимодействий клеток, межтканевых взаимодействий, гормональных влияний. Рецепторы клеточных мембран и их роль в экспрессии генов. Проблема клонирования животных и человека. Биоэтика.

Уже в яйцеклетке можно обнаружить неравномерное распределение наследственной информации. Цитоплазматические факторы белковой природы проникают в ядро и определяют характер считываемой информации. В процессе развития клеточная специализация возникает как результат дифференциальной активности генов, связанной со сложными ядерно-цитоплазматическими отношениями.

Взаимодействие между собой отличающихся друг от друга клеток является основой, на которой возникает дифференциальная активность генов на тканевом уровне и приводит к формированию органов.

Части зародыша, из которых формируются одни органы, будучи пересаженными на новое место, дают начало другим органам, т.е. тем, которые должны образоваться на данном месте. Такое развитие получило название зависимой дифференцировки.

Дифференцировке тканей и образованию органов предшествует также синтез гормонов и определенных белков, характерных для данных морфологических структур. Именно они га данном этапе развития определяют направление морфогенеза.

Наружная или плазматическая мембрана ограничивает клетку от окружающей среды и благодаря наличию молекул-рецепторов обеспечивает целесообразные реакции клетки на изменения в окружающей среде. Молекулы-рецепторы по своей природе белки. Мембрана принимает участи е в рецепции и передаче сигналов. Рецепторы часто служат точкой приложения действия гормонов, биологически активных веществ, через рецепторы происходит включение и выключение генов.

Проблемы клонирования:

1. Ядро соматической клетки генетически не тождественно ядру яйцеклетки, как результат 4% всех генов клонированной особи не имеют нормальной регуляции. Репрограмирование остальных малоэффективно.

2. Во всякой клетке происходят спонтанные и редуцированные мутации.

3. Процедура переноса ядра далека от идеала и не учитывает роль цитоплазматических факторов, прежде всего митохондриальных.

4. Жизнеспособность клонов очень низкая.

5. Для создания точной копии человека необходимо создать психо-личностные уникальные свойства.

Биоэтика – наука о нравственной стороне деятельности человека в медицине и биологии.

Вопрос 12: Организм как саморегулирующаяся система. Гомеостаз, гомеорез, гомеоклаз. Гипотеза эргон/хронона. Хроногенетика. Концепция волчка и онтогенез. Здоровье и болезнь в свете дефиниций гомеостаз, биоритмы, адаптация, биологический возраст. Критические периоды развития. Тератогенные факторы среды.

Гипотеза эргон/хронон.

Luigi Gedda: «Ген имеет не только способность самокопироваться (ergon), но и способен к этому в определенное время и конечное число раз (chronon)».

Здоровье – система биоритмов, находящаяся в гармонии, взаимной синхронизации между собой и условиями внешней среды.

Биологический возраст – объективное состояние организма комплексно оцененное по уровню надежности клеток и тканей и систем.

Гомеостаз – сложившаяся в ходе эволюции уравновешенная и сбалансированная система организма, направленная на поддержание относительного постоянства внутренней среды.

Гомеоклаз – гомеостаз стареющих организмов.

Гомеорез – поддержание постоянства в развивающихся системах.

Хроногенетика – специальная область исследований, направленная на изучение закономерности развертывания генетической программы во времени.

Адаптация (позднелат. adaptatio — прилаживание, приспособление, от лат. adapto — приспособляю), процесс приспособления строения и функций организмов (особей, популяций, видов) и их органов к условиям среды. Вместе с тем любая А. есть и результат, т. е. конкретный исторический этап приспособительного процесса — адаптациогенеза, протекающего в определённых местообитаниях (биотопах) и отвечающих им комплексах видов животных и растений (биоценозах).

Человеческий организм представляет собой полностью саморегулирующуюся систему, которая ориентирована на восстановление нарушенных функций и поддержании продолжительности жизни.

В 1980 Губиным Г.Д. была выдвинута концепция, согласно которой циркадианная организация живой системы, все амплитудно-фазовые отношения испытывают изменение в онтогенезе. Весь организм представляется с точки зрения концепции волчка в форме спирали с постепенно возрастающими оборотами с последующим, на более поздних этапах онтогенеза, сокращением оборотов спирали, а так же идущими процессами сдвига акрофаз.

Крит периоды:

1. Первые 2 дня– дробление, бластогенез.

2. На 7-12 день – имплантация.

3. 2 недели – двухслойный зародыш, плацентация.

4. 15-16 день – гаструляция.

5. 20-70 день – гистогенез и органогенез.

6. 9 месяц – рождение.

Тератогенные факторы среды – факторы, способные вызывать нарушения развития, уродства. В разные периоды развития эмбрион оказывается чувствительным к физическим и химическим воздействиям. К тератогенам относятся хинин, алкоголь, токсические вещества, токсины паразитов, недостаток кислорода, недостаток витаминов группы В.

Вопрос 13: Онтогенез, второй закон термодинамики и энтропия. Реализация принципа системности в онтогенезе. Целостность онтогенеза. Ассимиляция и диссимиляция – их сущность. Различия на разных этапах онтогенеза.

Онтогенез – последовательные изменения структурно-функциональной организации, основанные на генетических процессах.

Энтропия – функция состояния, изменение которой равно теплоте подведенной или отданной системой в обратимом процессе деленной на температуру , при которой осуществлялся процесс.

Второй закон термодинамики для закрытых систем.

Энтропия возрастает – система стремится самопроизвольно перейти из менее вероятного в более вероятное состояние. Организм же является открытой системой.

В процессе онтогенеза происходит упорядочивание организма, а следовательно уменьшение энтропии.

Организм развивается как целостная система в единстве с условиями среды. В его развитие можно выделить 3 фактора детерминирующих развитие:

1. Генетические. Запрограммированы в ядре. В любой клетке большинство генов репрессировано и только часть из них депрессируется. Условно гены можно разделить на 3 группы: функционирующие во всех клетках (гены, кодирующие структуры, общие для всех клеток), функционирующие в тканях одного вида, специфичные для каждого вида клеток, обеспечивающие их морфологию и функции.

2. Взаимодействие частей зародыша. Начинается с того, что возникают различные виды клеток за счет неоднородности цитоплазмы в яйцеклетке. От этого зависит дальнейшая дифференцировка. Дальнейшее усложнение в строении и формировании частей тела достигается благодаря взаимодействию между клетками. Онтогенез на этом этапе развития направляется взаимодействием между частями организма, также влияющими на реализацию генотипа в различных частях зародыша.

3. Внешние для зародыша. Могут быть различные факторы физической и химической природы . Н-р: изменение температуры, действие лучистой энергии. Даже кратковременное их действие имеет существенное значение в формировании организма.

Диссимиляция – энергетический обмен. Распад, расщепление органического вещества. Органические вещества, составляющие основу живой материи отличаются от неорганических сложным строением и большим запасом энергии. Идет с выделением энергии.

Ассимиляция – пластический обмен. Образование сложных веществ из более простых. Идет с затратой энергии.

Вопрос 14: Роль наследственности и среды в онтогенезе. Близнецовый метод генетики. Его роль в понимании проблем медицины. Постнатальный онтогенез и его периоды. Роль эндокринных желез. Гипофиз, эпифиз, мелатонин. Сущность старения. Генетические, клеточные и системные механизмы старения.

В генетическом аппарате организма сливается информация двух особей. Наследственность играет большую роль в развитии признаков организма. Так как он наследует признаки как отца, так и матери. То есть образуется организм с новым генетическим аппаратом, но с частично унаследованными признаками родителей.

Интенсивно делящиеся клетки зародыша весьма чувствительны к неблагоприятным воздействиям, которые могут привести к различным нарушениям в формирующемся организме. Опаснее всего воздействие химических веществ, способных проникать через плаценту в эмбрион.

Близнецовый метод был введен Ф. Гальтоном. Он разделил близнецов на однояйцовых (монозиготных) и двуяйцовые (дизиготных).Близнецовый метод используется для определения степени влияния среды и наследственности на развитие какого-либо признака.

На основании близнецового метода была установлена генетическая предрасположенность к различным болезням. Этим же методом показано, что и продолжительность жизни а определенной мере определяется наследственностью.

Периодизация постнатального онтогенеза (сложный поэтапный процесс, в ходе которого происходят коренные преобразования уровня информации, направленные изменения энтропии, энергообразования и ее использования (метаболизма)):

1. Новорожденный 1-10 дней

2. Грудной 10 дней-1 год

3. Раннее детство 1-3 года

4. Первое детство 4-7 лет

5. Второе детство 8-12 лет (м), 8-11 лет (ж)

6. Подростковый 13-16 лет (м), 12-15 лет (ж)

7. Юношеский 17-21 лет (м), 16-20 лет (ж)

8. Первый зрелый 22-35 лет (м), 21-35 лет (ж)

9. Второй зрелый 36-60 лет (м), 36-55 (ж)

10. Пожилой 61-74 лет (м), 56-74 (ж)

11. Старческий 75-90лет

12. Долгожители 90 и более лет

Постэмбриональный онтогенез:

1. Дорепродуктивный период – рост, развитие, половое созревание.

2. Репродуктивный период – активация функций взрослого организма, размножение.

3. Пострепродуктивный период - старение, постепенное нарушение процессов жизнедеятельности.

Эндокринные железы играют большую роль в развитии организма. При недостаточной функции щитовидной железы, если она проявляется в детском возрасте, развивается заболевание кретинизм, характеризующиеся психической отсталостью, задержкой роста и полового развития, нарушение пропорций тела.

Гипофиз. В нем находится гормон, стимулирующий рост, соматотропный гормон. При пониженной функции в детском возрасте развивается карликовость (нанизм), при повышенной – гигантизм. При выделении гормона в зрелом возрасте происходит патологический рост отдельных органов. Наблюдается разрастание костей кисти, стопы, лица (акромегалия).

Эпифиз. Рост трубчатых костей в длину происходит до тех пор, пока между эпифизом и диафизом сохраняются прослойки хрящевой ткани, когда на их месте появляется костная ткань, рост в длину прекращается.

Мелатонин. Координирует фазовые взаимодействия ритмов таким образом, что однонаправленные действуют в унисон, а разнонаправленные – несовместимы. Доносит до всех клеток организма о времени дня и световой фазе солнечного дня. Разрушается на свету. Вырабатывается в темноте.

Старение – процесс закономерного возникновения возрастных изменений, которые начинаются задолго до старости и постепенно приводят к сокращению приспособительных функциональных возможностей организма.

Клеточные механизмы старения:

1. Уменьшается содержание воды в цитоплазме

2. Снижается электрический потенциал

3. Снижается содержание в цитоплазме АТФ

4. Изменяется структура эндоплазматической сети.

Генетические механизмы старения:

1. Снижается интенсивность синтеза ДНК и РНК

2. Возникают ошибки при считывании информации, вследствие чего нарушается синтез белка

3. Накапливаются свободные радикалы в цитоплазме

4. Усиливается процесс возникновения хромосомных аберраций в некоторых соматических клетках.

Системные механизмы старения:

1. Гетерохронность – разное начало проявления старения в разных тканях и органах.

2. Гетеротопность – неодинаковое проявление изменений в разных структурах.

3. Гетерокатефтентность – разнонаправленность процессов старения.