34. Эмбриональная индукция. Дифференциация и интеграция в развитии. Молекулярно-генетические механизмы дифференцировки

Эмбриональная индукция — взаимодействие между частями развивающегося организма у многоклеточных беспозвоночных и всех хордовых.

Например: Если удалить зрительный пузырек, тохрусталик не образуется; если зрительный пузырек имплантировать под эпидермис в какой-либо другой части тела, даже в туловище, в этом месте индуцируется хрусталик.

Дифференцировка. Детерминированные клетки постепенно вступают на путь развития (неспециализированные эмбриональные клетки превращаются в дифференцированные клетки организма). Дифференцированные клетки в отличие от детерминированных обладают специальными морфологическими и функциональными организациями. В них происходят строго определенные биохимические реакции и синтез специальных белков.

Клети печени – альбумин.

Клетки эпидермиса кожи – кератин.

Мышцы – актин, миозин, миелин, миоглобин.

Как правило, дифференциация происходит в эмбриональном периоде и приводит к необратимым изменениям полипотентных клеток эмбриона.

1939 год Томас Морган выдвинул гипотезу: « дифференцировка клеток связана с активностью разных генов одного и того же генома». В настоящее время известно, что в дифференцированных клетках работает около 10% генов, а остальные неактивны. В силу этого в разных типах специализированных клеток функционируют свои определенные гены. Специальными опытами по пересадки ядер из клеток кишечника головастика в безъядерную яйцеклетку было доказано, что в дифференцированных клетках сохраняется генетический материал и прекращение функционирования определенных генов обратимо. Из яйца лягушки удаляли ядро, брали ядро из клетки кишечника головастика. Развитие не происходило, иногда эмбриогенез происходил нормально. Строение взрослой лягушки полностью определялось ядром.

На функционирование генов в процессе развития многоклеточного организма оказывают влияние сложные и непрерывные взаимодействия ядра и цитоплазмы и межклеточные взаимодействия.

Регуляция дифференцировки происходит на уровне транскрипции и на уроне трансляции.

Уровни регуляции дифференцировки клеток.

1.      На уровне транскрипции.

- система оперона

-участие белков – гистонов, которые образуют  комплекс с ДНК.

Участки ДНК, покрытые гистоном, неспособны к транскрипции, а участки без гистоновых белков транскрибируются. Таким образом, белки участвуют в контроле над считываемыми генами.

Гипотеза дифференциальной активности генов: « Предположение о том, что в разных генах дифференцированных клеток репрессированы (закрыты для считывания) разные участки ДНК и поэтому синтезируются разные виды м-РНК».

2.      На уровне трансляции.

На ранних стадиях эмбрионального развития весь белковый синтез обеспечивается матрицами, созданными в яйцеклетке до оплодотворения под управлением ее генома. Синтез и-РНК не происходит, меняется характер синтеза белка. У разных животных синтез включается по-разному. У амфибий синтез и-РНК после 10 деления, синтез т-РНК на стадии бластулы. У человека синтез и-РНК после 2го деления. Не все молекулы и-РНК, находящиеся в яйцеклетке одновременно используются для синтеза полипептидов, белков. Часть из них некоторое время молчит.

Морфогенез – образование формы, принятие новой формы. Образование формы чаще всего происходит в результате дифференциального роста. В основе морфогенеза лежит организованное движение клеток и групп клеток. В результате перемещения клетки попадают в новую среду. Процесс происходит во времени и пространстве.

Дифференцированные клетки не могут существовать самостоятельно, кооперируются с другими клетками, образуя ткани и органы. В образовании органов важно поведение клеток, которое зависит от клеточных мембран.

Клеточная мембрана играет роль в осуществлении

-клеточных контактов

-адгезии

-агрегации.

Для формирования органа необходимо присутствие в определенном количестве всех клеток, обладающих общим органным свойством.

Смешивали клетки глазных зачатков и хряща. Раковые клетки не способны к сегрегации и неотделимы от нормальных. Остальные клетки подвержены сегрегации

35. Понятие о гомеостазе-гомеокинезе. Общие закономерности гомеостаза живых систем. Генетические, клеточные и системные основы гомеостатических реакций организма. Роль эндокринной, нервной и иммунной систем в обеспечении гомеостаза и адаптивных изменений. Виды гомеостаза.

Гомеостаз в классическом значении этого слова физиологическое понятие, обозначающее устойчивость состава внутренней среды, постоянство компонентов ее состава, а так же баланс биофизиологических функций любого живого организма.Основой такой биологической функции ,как гомеостаз, является способность живых организмов и биологических систем противостоять изменениям среды; при этом организмы пользуются автономными механизмами защиты.

1. Способность сохранять гомеостаз - свойство живой системы, находящейся в состоянии динамического равновесия с условиями внешней среды. Эта способность неодинакова. По мере усложнения организма она становится все более независимой от условий внешней среды: так, человек имеет сложные нервные, эндокринные, иммунные механизмы регуляции.

2. Молекулярно-генетический уровень гомеостаза обеспечивается процессами редупликации ДНК, репарации на уровне клетки - компенсаторное восстановление ряда органоидов при повышении функции.

3. Контроль за генетическим постоянством осуществляется иммунной системой. 4. В системных механизмах гомеостаза действует кибернетические принципы отрицательной обратной связи: при любом возмущающем воздействии - влияние нервных и эндокринных механизмов.

5. Нормализация физиологических показателей осуществляется на основе свойства раздражимости, у высших организмов - инстинкты, условные рефлексы, элементы рассудочной деятельности, абстрактное мышление.

6. Каждый возрастной период характеризуется специфическими особенностями обмена вещества, энергии, механизмами гомеостаза:

- ювенильный период - механизмы гомеостаза не созрели - нарушение физиологических процессов, болезненные процессы;

- зрелый - совершенствование обменных процессов. Система восстановления гомеостаза обеспечивает компенсацию;

- старческий - надежность механизма поддержания гомеостаза ослабляется.

7. На поддержание гомеостаза направлены адаптивные реакции организма к окружающим условиям: на клеточном уровне - изменение порога чувствительности и метаболизма, на организменном - перестройка физиологических функций и поведения. У млекопитающих и человека важнейшую роль играют нервные механизмы, гипоталамо- гипофизарная и симпатико-адреналовая системы. Физиологическая адаптация - совокупность реакций, способствующих приспособлению организма к изменению окружающих условий и направленных на сохранение гомеостаза. (Примерром генерализованного ответа на необычные воздействия со стороны окружаюющей среду развертывающегося на основе взаимодействия нервной и эндокринной систем – состояние стресса)При действии сильных раздражителей - неспецифический ответ в виде стресса. В реакции стресса 3 стадии:

1) тревоги: рецептор --- симпато-адреналовая система --- выделение адреналина мозговым веществом надпочечников --- повышение сахара в крови, усиление сердечных сокращений, повышение артериального давления;

2) стадия резистентности (устойчивого приспособления): адреналин через гипоталамус --- нейрогормон либерин (специфические клетки) --- передняя доля гипофиза выделяет адренокортикотропный гормон --- усиление продукции гормонов коры надпочечников, которые повышают устойчивость организма к стрессу (увеличение глюкозы, аминокислот ...);

3) истощение --- кора надпочечников не может дать необходимое количество гормона, что может привести к стрессу. Адаптационный синдром является физиологической мерой против возникновения болезни.

Первые 2 стадии соответсвуют сохранению состояния гомеостаза, третья означает срыв механизмов гомеостаза.

Нервная регуляция осуществляется и координируется центральной нервной системой. Нервные импульсы, поступая в клетки и ткани, вызывают не только возбуждение, но и регулируют химические процессы, обмен биологически активных веществ. В настоящее время известно более 50 нейрогормонов. Так в гипоталамусе вырабатывается вазопрессин, окситоцин, либерины и статины, регулирующие функцию гипофиза. Примерами системных проявлений гомеостаза являются сохранение постоянства температуры, артериального давления.

Эндокринные механизмы гомеостаза по Б. М. Завадскому - механизм плюс-минус взаимодействия, т.е. уравновешивание функциональной активности железы с концентрацией гормона. При высокой концентрации гормона (выше нормы) деятельность железы ослабляется и наоборот. Такое влияние осуществляется путем действия гормона на продуцирующую его железу. У ряда желез регуляция устанавливается через гипоталамус и переднюю долю гипофиза, особенно при стресс-реакции.

Иммунный гомеостаз - это часть общего гомеостаза. Поддерживается иммунный гомеостаз при помощи иммунной системы, главная задача которой не допустить в организм любых «чужаков». К «чужакам» могут относиться любые возбудители инфекции, инородные тела, чужеродные белки и даже собственные измененные клетки (например, клетки злокачественной опухоли). Иммунная система отслеживает появление таких элементов и беспощадно уничтожает, поддерживая тем самым постоянство внутренней среды. Иногда иммунная система дает сбои и нападает на «своих» (например, на клетки какого-то органа), в результате возникают аутоиммунные заболевания.

Система иммунитета представлена двумя ветвями - клеточным и гуморальным иммунитетом.

Болезнь является проявлением нарушения гомеостаза. Все заболевания условно можно разделить на инфекционные и неинфекционные или соматические. Инфекционные заболевания - это результат проникновения в организм возбудителей инфекции (бактерий, вирусов, грибов, простейших). В большинстве случаев нормальная иммунная система справляется с этими заболеваниями.

Неинфекционные заболевания (например, ишемическая болезнь сердца, гастрит, диффузный токсический зоб) являются результатом тяжелых физических или психических нагрузок, неправильного образа жизни. Как правило, эти заболевания сопровождаются нарушениями иммунитета, поэтому организм не может с ними справиться, в этом случае заболевание становится хроническим.