1.

Биология — наука о жизни. Она изучает жизнь как особую форму движения материи, законы ее существования и развития.

Методы биологических исследований:

метод наблюдения и описания — заключается в сборе и описании фактов;

метод измерений — использует измерения характеристик объектов;

сравнительный метод — основан на анализе сходства и различий изучаемых объектов;

исторический метод — изучает ход развития исследуемого объекта;

метод эксперимента — дает возможность изучать явления природы в заданных условиях;

метод моделирования — позволяет описывать сложные природные явления с помощью относительно простых моделей.

Предметом изучения биологии являются живые организмы; их строение, функции; их природные сообщества. К числу фундаментальных свойств, совокупность которых характеризует жизнь, относятся:

1.самообновление, связанное с потоком вещества и энергии.

2.самовоспроизведение, обеспечивающее преемственность между сменяющими друг друга генерациями биологических систем, связанных с потоком информации.

Значение биологии, как фундаментальной науки её понимании единство человечества и биосферы Земли. Явления жизни и явления мертвой природы, взятые с геологической, т. е. с планетной, точки зрения, являются проявлением единого процесса. ...Мы получили в науке ряд наблюдений и достижений, которые указывают на огромное значение организмов в земной коре, в частности в химических ее процессах, и которые давно заслуживают систематической сводки и научной обработки с точки зрения общего проявления свойств живого. Около 70 лет назад выдающийся ученый академик В. И. Вернадский разработал учение о биосфере — оболочке Земли населенной; живыми организмами. В. И. Вернадский распространил понятие биосферы не только на организмы, но и на среду их обитания. Достижения биологии последнего времени привели к возникновению принципиально новых направлений в нау­ке, ставших самостоятельными разделами в комплексе биологических дисциплин. Так, раскрытие молекулярного строения структурных единиц наследственности (генов) послужило основой для создания генной инженерии.

2.

Жизнь — активная форма существования материи, в некотором смысле высшая по сравнению с её физической и химической формами существования; совокупность физических и химических процессов, протекающих в клетке, позволяющих осуществлять обмен веществ и её деление (вне клетки жизнь не существует, вирусы проявляют свойства живой материи только после переноса генетического материала в клетку). Приспосабливаясь к окружающей среде, живая клетка формирует всё многообразие живых организмов. Основной атрибут живой материи — генетическая информация, используемая для репликации.

Фундаментальные свойства живого:

1)самообновление. Связано с потоком вещества и энергии. Основу обмена веществ составляют сбалансированные и четко взаимосвязанные процессы ассимиляции (анаболизм, синтез, образование новых веществ) и диссимиляции (катаболизм, распад). В результате ассимиляции происходят обновление структур организма и образование новых его частей (клеток, тканей, частей органов). Диссимиляция определяет расщепление органических соединений, обеспечивает клетку пластическим веществом и энергией. Для образования нового нужен постоянный приток необходимых веществ извне, а в процессе жизнедеятельности (и диссимиляции, в частности) образуются продукты, которые нужно вывести во внешнюю среду;

2)самовоспроизведение. Обеспечивает преемственность между сменяющимися генерациями биологических систем. Это свойство связано с потоками информации, заложенной в структуре нуклеиновых кислот. В связи с этим живые структуры постоянно воспроизводятся и обновляются, не теряя при этом сходства с предыдущими поколениями (несмотря на непрерывное обновление вещества). Нуклеиновые кислоты способны хранить, передавать и воспроизводить наследственную информацию, а также реализовывать ее через синтез белков. Информация, хранимая на ДНК, переносится на молекулу белка с помощью молекул РНК;

3)саморегуляция. Базируется на совокупности потоков вещества, энергии и информации через живой организм;

4)раздражимость. Связана с передачей информации извне в любую биологическую систему и отражает реакцию этой системы на внешний раздражитель. Благодаря раздражимости живые организмы способны избирательно реагировать на условия внешней среды и извлекать из нее только необходимое для своего существования. С раздражимостью связана саморегуляция живых систем по принципу обратной связи: продукты жизнедеятельности способны оказывать тормозящее или стимулирующее воздействие на те ферменты, которые стояли в начале длинной цепи химических реакций;

5)поддержание гомеостаза (от гр. homoios — «подобный, одинаковый» и stasis — «неподвижность, состояние») — относительного динамического постоянства внутренней среды организма, физико-химических параметров существования системы;

6)структурная организация — определенная упорядоченность, стройность живой системы. Обнаруживается при исследовании не только отдельных живых организмом, но и их совокупностей в связи с окружающей средой — биогеоценозов;

7)адаптация — способность живого организма постоянно приспосабливаться к изменяющимся условиям существования в окружающей среде. В ее основе лежат раздражимость и характерные для нее адекватные ответные реакции;

8)репродукция (воспроизведение). Так как жизнь существует в виде отдельных (дискретных) живых системы (например, клеток), а существование каждой такой системы строго ограничено во времени, поддержание жизни на Земле связано с репродукцией живых систем. На молекулярном уровне воспроизведение осуществляется благодаря матричному синтезу, новые молекулы образуются по программе, заложенной в структуре (матрице) ранее существовавших молекул;

9)наследственность. Обеспечивает преемственность между поколениями организмов (на основе потоков информации). Тесно связана с ауторепродукцией жизни на молекулярном, субклеточном и клеточном уровнях. Благодаря наследственности из поколения в поколение передаются признаки, которые обеспечивают приспособление к среде обитания;

10)изменчивость — свойство, противоположное наследственности. За счет изменчивости живая система приобретает признаки, ранее ей несвойственные. В первую очередь изменчивость связана с ошибками при репродукции: изменения в структуре нуклеиновых кислот приводят к появлению новой наследственной информации. Появляются новые признаки и свойства. Если они полезны для организма в данной среде обитания, то они подхватываются и закрепляются естественным отбором. Создаются новые формы и виды. Таким образом, изменчивость создает предпосылки для видообразования и эволюции;

11)индивидуальное развитие (процесс онтогенеза) — воплощение исходной генетической информации, заложенной в структуре молекул ДНК (т. е. в генотипе), в рабочие структуры организма. В ходе этого процесса проявляется такое свойство, как способность к росту, что выражается в увеличении массы тела и его размеров. Этот процесс базируется на репродукции молекул, размножении, росте и дифференцировке клеток и других структур и др.;

12)филогенетическое развитие (закономерности его установлены Ч. Р. Дарвином). Базируется на прогрессивном размножении, наследственности, борьбе за существование и отборе.

В результате эволюции появилось, огромное количество видов. Прогрессивная эволюция прошла ряд ступеней. Это доклеточные, одноклеточные и многоклеточные организмы вплоть до человека. При этом онтогенез человека повторяет филогенез (т. е. индивидуальное развитие проходит те же этапы, что и эволюционный процесс);

13)дискретность (прерывистость) и в то же время целостность. Жизнь представлена совокупностью отдельных организмов, или особей. Каждый организм, в свою очередь, также дискретен, поскольку состоит из совокупности органов, тканей и клеток. Каждая клетка состоит из органелл, но в то же время автономна. Наследственная информация осуществляется генами, но ни один ген в отдельности не может определять развитие того или иного признака.

Уровни организации живого:

Молекулярный	Обнаруживается однообразие единиц организации. Наследственная информация у всех организмов заложена в молекулах ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), состоящей всего из 4 видов нуклеотидов. Основные органические компоненты живого, белки, состоят из 20 аминокислот. Энергетические процессы, протекающие в организмах, связаны с универсальным «энергоносителем» — АТФ (аденозинтрифосфатом)
Субклеточный	Сравнительно невелико (несколько десятков) основных клеточных компонентов в про- и эукариотных клетках
Клеточный	Все множество живых существ подразделяется на две группы — прокариотные и эукариотные организмы. В основу такого деления положен критерий принципиальной схемы строения клеток двух типов. Конечно, нельзя отрицать разнообразие клеток у разных организмов. Однако эти различия не выходят за пределы названных двух типов клеточной организации
Органо-тканевый	Совокупность клеток, идентичных по строению и функциям, составляет ткань. Большое сходство между всеми организмами сохраняется и на этом уровне: у многоклеточных животных выделяют всего четыре основные ткани (эпителиальные, соединительные, нервная, мышечная), у растений их шесть (покровные, основные, механические, проводящие, выделительные, образовательные)
Организменный	Характеризуется большим разнообразием форм
Видовой	Сегодня наукой описано более 2 млн. видов живых организмов

Существует несколько теорий происхождения жизни на Земле, наиболее известные из которых:

теория самопроизвольного (спонтанного) зарождения;

теория креационизма (или сотворения);

теория стационарного состояния;

теория панспермии;

теория биохимической эволюции (теория Опарина-Холдейна).

Этапы развития жизни на Земле по гипотезе Опарина—Холдейна

 

Временной период	Этапы возникновения жизни	События, происходящие на Земле
От 6,5 до 3,5 млрд лет тому назад	1	Образование первичной атмосферы, содержащей метан, аммиак, углекислый газ, водород, окись углерода и пары воды

	2	Охлаждение планеты (ниже температуры +100 °С на ее поверхности); конденсация паров воды; образование первичного океана; растворение в его воде газов и минеральных веществ; мощные грозы Синтез простых органических соединений — аминокислот, сахаров, азотистых оснований — в результате действия мощных электрических разрядов (молний) и ультрафиолетовой радиации
	3	Образование простейших белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, жиров; коацерватов
От 3,5 до 3 млрд лет тому назад	4	Образование протобионтов, способных к самовоспроизведению и регулируемому обмену веществ, в результате возникновения мембран с избирательной проницаемостью и взаимодействий нуклеиновых кислот и белков
3 млрд лет тому назад	5	Возникновение организмов, имеющих клеточное строение (первичных прокариот-бактерий)

3.

Клетка — открытая система, связанная с окружающей средой обменом веществ и энергии. Это функциональная система, в которой каждая молекула выполняет определенные функции. Клетка обладает устойчивостью, способностью к саморегуляции и самовоспроизводству.

Благодаря наличию потока информации клетка на основе многовекового эволюционного опыта предков приобретает структуру, отвечающую критериям живого, поддерживает ее во времени, а также передает в ряду поколений.

В потоке информации участвуют ядро (конкретно ДНК хромосом), макромолекулы, переносящие информацию в цитоплазму (мРНК), цитоплазматический аппарат трансляции (рибосомы и полисомы, тРНК, ферменты активации аминокислот). На завершающем этапе этого потока полипептиды, синтезированные на полисомах, приобретают третичную и четвертичную структуры и используются в качестве катализаторов или структурных белков. Кроме основного по объему заключенной информации ядерного генома в эукариотических клетках функционируют также геномы митохондрий, а в зеленых растениях — и хлоропластов.

Поток энергии упредставителей разных групп организмов обеспечивается механизмами энергоснабжения —брожением, фото- или хемосинтезом, дыханием.

Центральная роль в биоэнергетике клеток животных принадлежит дыхательному обмену. Он включает реакции расщепления низкокалорийного органического «топлива» в виде глюкозы, жирных кислот, аминокислот, а также использование выделяемой энергии для образования высококалорийного клеточного «топлива» в виде аденозинтрифосфата (АТФ).

Особенность потока энергии растительной клетки состоит в наличии фотосинтеза — механизма преобразования энергии солнечного света в энергию химических связей органических веществ.

Реакции дыхательного обмена не только поставляют энергию, но и снабжают клетку строительными блоками для синтеза разнообразных молекул. Ими являются многие продукты расщепления пищевых веществ. Особая роль в этом принадлежит одному из этапов дыхательного обмена — циклу Кребса,осуществля-емому в митохондриях. Через этот цикл проходит путь углеродных атомов (углеродных скелетов) большинства соединений, служащих промежуточными продуктами синтеза химических компонентов клетки. В цикле Кребса происходит выбор пути превращения того или иного соединения, а также переключение обмена клетки с одного пути на другой, например с углеводного на жировой. Таким образом, дыхательный обмен одновременно составляет ведущее звено потока веществ, объединяющего метаболические пути расщепления и образования углеводов, белков, жиров, нуклеиновых кислот. Потоки информации, энергии и веществ осуществляются непрерывно и составляют необходимое условие сохранения клетки как живой системы.

Роль внутриклеточных структур в энергетическом и пластическом обмене:

Благодаря наличию потока информации клетка приобретает структуру, отвечающую критериям живого, поддерживает ее во времени, передает в ряду поколений. В этом потоке участвуют ядро, макромолекулы, переносящие информацию в цитоплазму (мРНК), цитоплазматический аппарат транскрипции (рибосомы и полисомы, тРНК, ферменты активации аминокислот). Позже полипептиды, синтезированные на полисомах, приобретают третичную и четвертичную структуру, и используется в качестве катализаторов или структурных белков. Также функционируют геномы митохондрий, а в зеленых растениях — и хлоропластов.

4.

Клеточный цикл эукариот состоит из двух периодов:

Период клеточного роста, называемый «интерфаза», во время которого идет синтез ДНК и белков и осуществляется подготовка к делению клетки.

Период клеточного деления, называемый «фаза М» (от слова mitosis — митоз).

Интерфаза состоит из нескольких периодов:

G1-фазы (от англ. gap — промежуток), или фазы начального роста, во время которой идет синтез мРНК, белков, других клеточных компонентов;

S-фазы (от англ. synthesis — синтез), во время которой идет репликация ДНК клеточного ядра, также происходит удвоение центриолей (если они, конечно, есть).

G2-фазы, во время которой идет подготовка к митозу.

У дифференцировавшихся клеток, которые более не делятся, в клеточном цикле может отсутствовать G1 фаза. Такие клетки находятся в фазе покоя G0.

Период клеточного деления (фаза М) включает две стадии:

кариокинез (деление клеточного ядра);

цитокинез (деление цитоплазмы).

В свою очередь, митоз делится на пять стадий.

Профаза.В начале профазы многочисленные цитоплазматические микротрубочки, входящие в состав цитоскелета, распадаются; при этом образуется большой пул свободных молекул тубулина. Эти молекулы вновь используются для построения главного компонента митотического аппарата - митотического веретена. Каждая пара центриолей становится частью митотического центра, от которого лучами расходятся микротрубочки (фигура "звезда"). Вначале обе звезды лежат рядом около ядерной мембраны. В поздней профазе пучки полюсных микротрубочек, взаимодействующие друг с другом (и видимые в световой микроскоп как полюсные нити), удлиняются и как будто расталкивают два митотических центра друг от друга вдоль наружной поверхности ядра. Таким способом образуется биполярное митотическое веретено.

Вторая стадия митоза - прометафаза начинается с быстрого распада ядерной оболочки на мелкие фрагменты, неотличимые от фрагментов цитоплазматического ретикулума. Эти фрагменты остаются видимыми около веретена. В клетках млекопитающих прометафаза занимает 10-20 минут. Расположенное около ядра митотическое веретено может теперь проникнуть в ядерную область. В хромосомах с каждой стороны центромеры образуются особые структуры - кинетохоры. Обычно у каждой хромосомы оказывается по одной кинетохорной нити, связанной с каждым из полюсов. В результате этого возникают две противоположно направленные силы, которые и приводят хромосому в экваториальную плоскость. Таким образом, беспорядочные прометафазные движения хромосом и их случайная окончательная ориентация обеспечивает случайную сегрегацию хроматид между дочерними клетками, столь важную в мейозе.

Третья стадия митоза - метафаза часто продолжается длительное время. Все хромосомы располагаются таким образом, что их центромеры лежат в одной плоскости (метафазная пластинка). Метафазные хромосомы удерживаются в обманчиво статичном состоянии сбалансированными полярными силами. За ориентацию хромосом перпендикулярно оси митотического веретена и расположение их на равном расстоянии от обеих полюсов веретена, скорее всего, ответственны кинетохорные нити. Вероятно, такое расположение хромосом в метофазной пластинке обусловлено способом создания тянущей силы в митотическом веретене: этот способ таков, что сила, действующая на кинетохорные нити тем слабее, чем ближе к полюсу находятся кинетохоры . см. метафаза 1 и 2. Каждая хромосома удерживается в метафазной пластинке парой кинетохоров и двумя пучками связанных с ними нитей, идущих к противоположным полюсам веретена. Метафаза резко оканчивается разделением двух кинетохоров каждой хромосомы.

Четвертая стадия митоза - анафаза продолжается обычно всего несколько минут. Анафаза начинается внезапным расщеплением каждой хромосомы, которое обусловлено разделением сестринских хроматид в точке их соединения в центромере. Это расщепление, разделяющее кинетохоры , не зависит от других событий митоза и происходит даже в хромосомах, не прикрепленных к митотическому веретену; оно позволяет полярным силам веретена, действующим на метафазную пластинку, начать перемещение каждой хроматиды к соответствующим полюсам веретена со скоростью порядка 1 мкм/мин. Во время этого анафазного движения кинетохорные нити укорачиваются по мере того, как хромосомы приближаются к полюсам. Примерно в это же время удлиняются нити митотического веретена и два полюса веретена расходятся еще дальше. Далее см. Митоз: движение хромосом в анафазе Клеточная стадия, на которой хромосомы расходятся к двум полюсам новых дочерних клеток.

В пятой заключительной стадии митоза телофазе разделенные дочерние хроматиды подходят к полюсам, кинетохорные нити исчезают. После удлинения полюсных нитей вокруг каждой группы дочерних хроматид образуется новая ядерная оболочка. Конденсированный хроматин начинает разрыхляться, появляются ядрышки, и митоз заканчивается.

Пролиферация. Основной способ деления тканевых клеток — это митоз. По мере увеличения числа клеток возникают клеточные группы, или популяции, объединенные общностью локализации в составе зародышевых листков (эмбриональных зачатков) и обладающие сходными гистогенетическими потенциями. Клеточный цикл регулируется многочисленными вне- и внутриклеточными механизмами. К внеклеточным относятся влияния на клетку цитокинов, факторов роста, гормональных и нейрогенных стимулов.

Роль внутриклеточных регуляторов играют специфические белки цитоплазмы. В течение каждого клеточного цикла существуют несколько критических точек, соответствующих переходу клетки из одного периода цикла в другой. При нарушении внутренней системы контроля клетка под влиянием собственных факторов регуляции элиминируется апоптозом, либо на некоторое время задерживается в одном из периодов цикла.

Апоптоз и некроз — два разных варианта гибели клеток и тканей в живом организме, хотя некоторые патогенные факторы, способные оказывать воздействие на генетический код, могут вызывать апоптоз. Однако при этом апоптоз все-таки остается физиологическим механизмом смерти, но активизирующимся в условиях определенной патологии.

Апоптоз развивается в отдельных клетках, которые вначале теряют контакты с соседними клетками, Затем уменьшаются в размерах, в их ядрах конденсируется хроматин. ядра становятся изрезанными, плотными и фрагментируются на отдельные глыбки. Одновременно происходит распад цитоплазмы, в которой сохраняются в конденсированной форме внутриклеточные структуры. В результате клетка распадается на апоптозные тельца, каждое из которых окружено мембраной. Апоптозные тельца очень быстро поглощаются окружающими клетками, иногда макрофагами. Однако в ответ на апоптоз никогда не развивается воспалительная реакция и на месте погибших клеток воспроизводятся клетки той же ткани. Следует подчеркнуть, что апоптозу подвергаются лишь клетки, но не ткани в целом.

Некроз — гибель клеток и тканей в результате патологических воздействий.

Причины некроза разнообразны, однако их можно объединить в пять групп:

травматический некроз, который является результатом прямого действия на ткань физических или химических факторов (механических, температурных, радиационных, кислот, щелочей и др.);

токсический некроз развивается при действии на ткани токсических факторов бактериальной или иной природы;

трофоневротический некроз, который связан с нарушениями иннервации тканей при заболеваниях центральной или периферической нервной системы;

аллергический некроз — следствие иммунных реакций немедленной или замедленной гиперчувствительности;

сосудистый некроз, обусловленный прекращением циркуляции крови в артериях, реже — в венах.

5.

Исследования, направленные на выяснение химической природы наследственного материала, неопровержимо доказали, что материальным субстратом наследственности и изменчивости являются нуклеиновые кислоты, которые были обнаружены Ф. Мишером (1868) в ядрах клеток гноя. Нуклеиновые кислоты являются макромолекулами, т.е. отличаются большой молекулярной массой. Это полимеры, состоящие из мономеров - нуклеотидов, включающих три компонента: сахар (пентозу), фосфат и азотистое основание (пурин или пиримидин). К первому атому углерода в молекуле пентозы С-1' присоединяется азотистое основание (аденин, гуанин, цитозин, тимин или урацил), а к пятому атому углерода С-5' с помощью эфирной связи - фосфат; у третьего атома углерода С-3' всегда имеется гидроксильная группа – ОН.

Соединение нуклеотидов в макромолекулу нуклеиновой кислоты происходит путем взаимодействия фосфата одного нуклеотида с гидроксилом другого так, что между ними устанавливается фосфодиэфирная связь. В результате образуется полинуклеотидная цепь.

Среди нуклеиновых кислот различают два вида соединений: дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и рибонуклеиновую (РНК) кислоты. Изучение состава основных носителей наследственного материала - хромосом - обнаружило, что их наиболее химически устойчивым компонентом является ДНК, которая представляет собой субстрат наследственности и изменчивости.

Структура ДНК

 Первичная структура ДНК - это линейная последовательность нуклеотидов ДНК в цепи. Последовательность нуклеотидов в цепи ДНК записывают в виде буквенной формулы ДНК: например - AGTCATGCCAG, запись ведется с 5'- на 3'-конец цепи ДНК.

Вторичная структура ДНК образуется за счет взаимодействий нуклеотидов (в большей степени азотистых оснований) между собой, водородных связей. Классический пример вторичной структуры ДНК - двойная спираль ДНК. Двойная спираль ДНК - самая распространенная в природе форма ДНК, состоящая из двух полинуклеотидных цепей ДНК. Построение каждой новой цепи ДНК осуществляется по принципу комплементарности, т.е. каждому азотистому основанию одной цепи ДНК соответствует строго определенное основание другой цепи: в комплемнтарной паре напротив A стоит T, а напротив G располагается C и т.д.

РНК– это полинуклеотиды, но состоят только из одной цепи, их мол.масса меньше, чем у ДНК. Кроме этого, они отличаются следующим: 1) количество РНК в клетке зависит от возраста, физиологического состояния, органной принадлежности клетки; 2) в мононуклеотидах РНК содержатся рибоза, вместо тимина урацил; 3) для РНК не характерны правила Чаргаффа; 4) в РНК больше минорных оснований, чем в ДНК, при этом в т-РНК количество минорных оснований приближается к 50. Все РНК синтезируются на ДНК, этот процесс называется транскрипцией.

В зависимости от локализации в клетке, функции различают 3 вида РНК: м-РНК (матричная, или информационная), транспортная – т-РНК, рибосомальная – р-РНК.

Результатом взаимодействия ДНК с белками в составе хроматина является ее компактизация.

Первый уровень компактизации ДНК - нуклеосомный.Если подвергнуть действию нуклеазы хроматин, то он и ДНК подвергаются распаду на регулярно повто­ряющиеся структуры. После нуклеазной обработки из хроматина путем центрифугирования вы­деляют фракцию частиц. Такая сложная нуклеопротеидная частица получила название Нуклеосомы.

Второй уровень компактизации—фибрилла диаметром 30 нм. Первый, нуклеосомный, уровень компактизации хроматина играет регуляторную и структурную роль, обеспечивая плотность упаковки ДНК в 6—7 раз. В митотических хромосомах и в интерфазных ядрах выявляются фибриллы хроматина с диаметром 25—30 нм.

Петлевые домены ДНК — третий уровень структурной организации хроматина. В высших уровнях организации хроматина специфические белки свя­зываются с особыми участками ДНК, которая в местах связы­вания образует большие петли, или домены. В некоторых местах есть сгустки конденсированного хроматина, розетковидные образования, состоящие из многих пе­тель 30 нм-фибрилл, соединяющихся в плотном центре. Средний раз­мер розеток достига­ет 100—150 нм. Розетки фиб­рилл хроматина — Хромомеры.Каждый хромомер состоит из нескольких содержащих нуклеосомы петель, которые связаны в одном центре. Хромо­меры связаны друг с другом участками нуклеосомного хро­матина. Такая петельно-доменная структура хроматина обеспечивает структурную компактизацию хроматина и организует функ­циональные единицы хромосом — репликоны и транскрибиру­емые гены.

6. ФУНКЦИИ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ В ПРОЦЕССЕ РЕАЛИЗАЦИИ НАСЛЕДСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ. КОДИРОВАНИЕ НАСЛЕДСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ В КЛЕТКЕ. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД И ЕГО СВОЙСТВА. ЭТАПЫ РЕАЛИЗАЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ: ТРАНСКРИПЦИЯ И ПОСТТРАНСКРИПЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ, ТРАНСЛЯЦИЯ И ПОСТТРАНСЛЯЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ. В ходе реализации наследственной информации у эукариот выделяют следующие этапы: 1. Транскрипция; 2. Посттранскрипционные процессы (процессинг); 3. Трансляция; 4. Посттрансляционные процессы Генетический код – это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательного расположения нуклеотидов в и-РНК. Св-ва ген. кода: 1) Код триплетен. Это означает, что каждая из 20 аминокислот зашифрована последовательностью 3 нуклеотидов, называется триплетом или кодоном. 2) Код вырожден. Это означает, что каждая аминокислота шифруется более чем одним кодоном (исключение метиотин и триптофан) 3) Код однозначен – каждый кодон шифрует только 1 аминоксилоту 4) Между генами имеются «знаки препинания» (УАА, УАГ, УГА) каждый из которых означает прекращение синтеза и стоит в конце каждого гена. 5) Внутри гена нет знаков препинания. 6) Код универсален. Генетический код един для всех живых на земле существ. ДНК находится в ядре и входит в состав хроматина, а также митохондрии, центросомы, пластиды, а РНК - в ядрышках, матриксе цитоплазмы, рибосомах. 1. Транскрипция - процесс образования молекул РНК (иРНК, рРНК, тРНК) на матричной полинуклеотидной цепи спирали ДНК. (процесс переноса информации с 2х цепочечной молекулы ДНК на одноцепочечную РНК). Одномоментно транскрибируется не вся молекула ДНК, а лишь отдельные ее отрезки. Они называются единицами транскрипции, или транскриптонами. Транскриптон – это и есть ген с точки зрения молекулярной биологии. Включает в себя информативную часть, а также элементы необходимые для: - инициации - начало синтеза. Оно заключается в образовании первой фосфодиэфирной связи между АТФ и ГТФ и два нуклеотидом синтезирующей молекулы и-РНК. - элонгации - рост цепи РНК, т.е. последовательное присоединение нуклеотидов друг к другу в том порядке, в котором стоят комплементарные нуклеотиды в транскрибируемой ните ДНК - терминации -завершения синтеза и-РНК. Промотр – площадка для РНК-полимеразы. Оперон – часть одного гена ДНК Транскрипционные единицы ограничены с одной стороны участками инициации – промотором, с другой – участками остановки транскрипции – терминатором. Синтез РНК на матрице ДНК осуществляет РНК-полимераза. Синтез цепи РНК начинается от свободного 3-ОН конца в направлении 5’-3’. Участок, с которым связывается РНК-полимераза, называется промотором (функции: создание условий для инициации), который относится к нетраслируемой части транскриптона. Перед единицей транскрипции, после нее, иногда в интронах, находят регуляторные элементы (РЭ), к которым относятся энхансеры ( ускоряют транскрипцию) и сайленсеры (тормозят транскрипцию)

2. Посттранскрипционные процессы (процессинг). Это превращения, происходящие с первичным транскриптом, направленные на образование зрелой, стабилизированной иРНК, способной выполнять функцию матрицы при трансляции и защищенной от разрушающего действия специфических ферментов цитоплазмы. 3. Трансляция - процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК (иРНК, мРНК), осуществляемый рибосомой. Процесс трансляции разделяют на - инициацию — узнавание рибосомой стартового кодона и начало синтеза. - элонгацию — собственно синтез белка. - терминацию — узнавание терминирующего кодона (стоп- кодона) и отделение продукта.Инициация. 1. Узнавание стартового кодона (AUG), сопровождается присоединением тРНК аминоацилированной метионином (М) и сборкой рибосомы из большой и малой субъединиц. Элонгация. 2. Узнавание текущего кодона соответствующей ему аминоацил-тРНК (комплементарное взаимодействие кодона мРНК и антикодона тРНК увеличено). 3. Присоединение аминокислоты, принесённой тРНК, к концу растущей полипептидной цепи. 4. Продвижение рибосомы вдоль матрицы, сопровождающееся высвобождением молекулы тРНК. 5. Аминоацилирование высвободившейся молекулы тРНК соответствующей ей аминоацил-тРНК-синтетазой. 6. Присоединение следующей молекулы аминоацил-тРНК, аналогично стадии (2). 7. Движение рибосомы по молекуле мРНК до стоп-кодона (в данном случае UAG). Терминация. Узнавание рибосомой стоп-кодона сопровождается (8) отсоединением новосинтезированного белка и в некоторых случаях (9) диссоциацией рибосомы. 4. Посттрансляционные процессы. В ходе предыдущих этапов реализации наследственной информации обеспечивается синтез пептидной цепи, которая в большинстве соответствует первичной структуре белковой молекулы.

7. РЕАКЦИИ МАТРИЧНОГО СИНТЕЗА. ПРИНЦИПЫ И ЭТАПЫ РЕПЛИКАЦИИ ДНК. РЕПЛИКОН. ПОСЛЕДСТВИЯ НАРУШЕНИЯ НОРМАЛЬНОГО ХОДА РЕПЛИКЦИИ ДНК. При реакциях матричного синтеза образуются полимеры, строение которых полностью определяется строением матрицы. В основе реакций матричного синтеза лежит комплементарное взаимодействие между нуклеотидами. Уникальное свойство молекулы ДНК удваиваться перед делением клетки называется репликацией. Это свойство обусловлено особенностью строения молекулы ДНК, состоящая из двух комплементарных цепей. Репликация происходит в ядре в S-периода интерфазы. Основное функциональное значение репликации – обеспечение потомка стабильной генетической информацией развития, функционирования и поведения. Полуконсервативной путь репликации ДНК. Установлено (М. Мезельсон, Ф. Сталь), что в процессе репликации две нити ДНК разделяются, каждая из них является шаблоном (матрицей) для синтеза вдоль нее новой нити. Последовательность оснований, которые должны быть в новых нитях, можно легко предсказать, так как они комплементарны основам, присутствующие в старых нитях. Таким образом, образуются две дочерние молекулы, идентичные материнской. Каждая дочерняя молекула состоит из одной старой (материнской) нити и одной новой нити. Поскольку только одна материнская нить сохранена в каждой дочерней молекуле, такой тип репликации называется полукони- сервативных. Каждый из двух цепей материнской молекулы ДНК используется как матрица для синтеза новых комплементарных цепей. Репликация ДНК - сложный, многоступенчатый процесс, требующий привлечение большого количества специальных белков и ферментов. Например, инициаторный белки образуют ре- пликацийную вилку, ДНК-топоизомеразы раскручиваютцепи ДНК-хеликаза и дестабилизирующий белок расщепляют ДНК на два отдельных цепи ДНК- полимераза и ДНК-праймазой катализируют полимеризацию нуклеотидтрифосфатов и образование новой цепи, ДНК-лигазы разрушают РНК-затравки на отстающих цепях ДНК. Основные этапы репликации: 1. Инициация (лат. initialis - первичный, исходный). Активация дезоксирибонуклеотидов. Монофосфат дезоксирибонуклеотидов (АМФ, ГМФ, ЦМФ, ТМФ)

находятся в состоянии "свободного плавания" в ядре и является "сырьем" для синтеза ДНК. Для включения в ДНК они активируются в результате взаимодействия с АТФ. Эта реакция называется фосфорилированием и катализируется ферментом фосфорилазы. При этом образуются трифосфаты дезоксирибонуклеотидов, такие как АТФ, ГТФ, ЦТФ, ТТФ. В таком виде они способны к полимеризации. Распознавание точки инициации. Раскрутка ДНК с определенной точки. Такая особая точка называется точкой инициации репликации (специальная последовательность нуклеотидов). Для определения точки инициации необходимы специфические белки-инициаторы. У вирусов и прокариот есть только одна точка инициации. В эукариот, имеющих крупные молекулы ДНК, может быть много точек инициации репликации, что в конечном счете сливаются друг с другом при полном разъединении цепей ДНК. Репликация обеих цепей ДНК происходит одновременно и непрерывно. Раскрутка молекулы ДНК. Двойная спираль ДНК раскручивается и разворачивается на отдельные нити ДНК путем разрыва слабых водородных связей между комплементарными нуклеотидами. Этот процесс обеспечивают ферменты - хеликазы. Обнаженные основы А, Т, Г и Ц обеих цепей проектируются в кариоплазму. Ферменты, названные топоизомеразами, разрывают и заново сшивают отдельные нити ДНК, помогают раскрутке спирали. Благодаря разъединению цепей ДНК возникают репликационный вилки. Новые нити ДНК образуются на каждом из освобожденных цепей, их рост происходит в противоположных направлениях. 2. Элонгация. Свободные трифосфаты дезоксирибонуклеотидов своими азотистыми основаниями присоединяются водородными связями в азотистых оснований обеих цепей ДНК, согласно правилу комплемен- тарности, т.е. А-Т, Ц-Г (рис. 1.54). Элонгация - это добавление дезоксирибонуклеоты- ду к З'-концу цепи, растет. Процесс катализируется ДНК-полимеразой. Трифосфаты дезоксирибонуклеотидов (тринуклеотиды), присоединяясь к каждой цепи ДНК, разрывают свои внутренние высокоэнергетические связи и образуют монофосфат дезоксирибонуклеотидов (Мононуклеотидов), что является обычным компонентами ДНК. При этом в нуклеоплазму поступают пирофосфатных молекулы,

освободившихся (Р ~ Р). Образование новых цепей ДНК. В дальнейшем присоединены соседние нуклеотиды связываются между собой фосфорными остатками и образуют новый цепь ДНК. Процесс катализируется ферментом ДНК-полимеразой. При этом необходимо присутствие ионов металлов Мп2 + или Mg2 +. ДНК- полимераза может полимеризуваты дезоксирибонуклеотидов в направлении 5-3 ", т.е. от углеродного 5'-конца к углеродному З'-конца молекул ДНК. Поскольку две нити ДНК является антипараллельными, новые нити должны образовываться на старых (материнских) нитях в противоположных направлениях. Одна новая нить образуется в направлении 5'-3 '. Эта нить называется ведущей. На второй материнской нити образуются короткие сегменты ДНК в направлении 3'-5 '. Впоследствии они соединяются вместе, образуя длинную отстающую нить. Образование праймеров. На отстающей нити сначала образуется короткий цепь РНК по шаблону ДНК. Она называется РНК-праймером и содержит последовательность из 10-60 нуклеотидов. Фермент праймазой катализирует полимеризацию блоков РНК (А, В, Г, Ц) в праймере. РНК-праймер образуется том, что ДНК- полимераза не может инициировать синтез новой нити ДНК в отстающем цепи в направлении 3'-5 ', она только может катализировать ее рост. Праймеры позже удаляются, а полости, образовавшиеся заполняются дезоксирибонуклеотидов- мы ДНК в направлении 5'-3 ', завершающий построение второй цепи. На месте праймеров образуются фрагменты новой цепи ДНК, которые называются фрагментами Оказаки и состоят из 100 - 200 нуклеотидов. Эти фрагменты легуються (сшиваются) полинуклеотидлигазамы, в результате чего образуется второй полноценный цепь. Этот процесс называется созреванием. Редактирования. Четкая комплементарность пар оснований обеспечивает точную репликацию ДНК. Однако иногда возникают ошибки в присоединении основ. Они удаляются ДНК-полимеразой, которая для этого снова связывается с молекулами ДНК (репарация). 3. Терминация (лат. terminalis - конечный). После завершения процесса репликации молекулы, образовавшиеся разделяются, и каждая дочерняя нить ДНК скручивается вместе с материнской в ??двойную спираль.

Так образуются две молекулы ДНК, идентичныематеринской. Они формируются отдельными фрагментами по длине хромосомы. Такой отдельный фрагмент ДНК, удваивается на одной хромосоме, называется репликона. Возникает сразу несколько репликона, причем асинхронно и в ризниии участках. Процесс репликации касается всей хромосомы и протекает практически одновременно, с одинаковым скоростью. После завершения репликации в Рэпликонах они сшиваются ферментами в одну молекулу ДНК. В клетке человека, делящегося образуется более 50000 репликона одновременно. Длина каждого из них 30 мкм. Благодаря большому количеству репликона скорость репликации увеличивается в тысячи раз. Продолжительность процесса удвоения генетического материала составляет примерно 10 ч. Участки хромосом, где начинается репликация, называются точками инициации. Считают, что это, вероятно, места прикрепления интер- фазных хромосом к белкам ламели ядерной оболочки. Процесс включается цитоплазматические факторы неизвестной природы, поступающего в ядро. Репликация протекает в строго определенном порядке, т.е. сначала начинают реплицироваться одни участки хромосом, а позднее - другие. В синтетическом периоде интер- фазы удваивается также и количество гистоновых белков, ассоциирующиеся с синтезированными ДНК и образуют классическую структуру хроматина. Нарушение точности репликации приводит к нарушению синтеза белков и развития патологических изменений клеток и органов. Значение репликации: а) процесс является важным молекулярным механизмом, лежащим в основе всех разновидностей деления клеток проэукариот б) обеспечивает все типы размножения как одноклеточных, так и многоклеточных организмов, в) поддерживает постоянство клеточного состава органов, тканей и организма в результате физиологической регенерации г) обеспечивает длительное существование отдельных индивидуумов; д) обеспечивает длительное существование видов организмов;

е) процесс способствует точному удвоениюинформации; ж) в процессе репликации возможны ошибки (мутации), что может приводить к нарушениям синтеза белков с развитием патологических изменений. Репликон- это фрагмент ДНК от точки начала репликации, до точки ее окончания. Несмотря на высокую точность процессов репликации и эффективно работающую систему коррекции во вновь синтезированных нитях ДНК всегда имеются нарушения. Эти дефекты именуют чаще всего как «генные мутации». Подсчёты показали, что они происходят с частотой 1 ошибка на 1010 пар нуклеотидов. Редупликация, происходящая с ошибками носит название конвариантная редупликация.

8. ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ГЕНОМА ЭУКАРИОТ. КЛАССИФИКАЦИЯ НУКЛЕОТИДНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ: УНИКАЛЬНЫЕ, СРЕДНЕПОВТОРЯЮЩИЕСЯ, ВЫСОКОПОВТОРЯЮЩИЕСЯ. РЕГУЛЯЦИЯ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ ЭУКРИОТ. Геном- совокупность генов гаплоидного набора хромосом. Ген- это линейный участок молекул ДНК, в котором закодирована последовательность одной полипептидной цепи молекул белка. ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ ГЕНА ЭУКАРИОТ: - наличие достаточно большого количества регуляторных белков - мозаичность ( чередование кодирующих (экзоны) участков с некодирующими( интроны)) Последовательность нуклеотидов: - Уникальные, т.е. последовательности, представленные в одном экземпляре или немногими копиями. - Среднеповторяющиеся – последовательности, повторяющиеся сотни и тысячи раз. - Высокоповторяющиеся, число которых достигает 10 миллионов на геном. Регуляция экспрессии генов: Регуляция экспрессии генов позволяет клеткам контролировать собственную структуру и функцию и является основой дифференцировки клеток, морфогенеза и адаптации. Экспрессия генов является субстратом для эволюционных изменений, так как контроль над временем, местом и количественными характеристиками экспрессии одного гена может иметь влияние на функции других генов в целом организме. Полученные к настоящему времени данные свидетельствуют, что экспрессия генов эукариот регулируется на уровне транскрипции, процессинга РНК в ядре и стабильности мРНК. Кроме того, было показано, что на экспрессию эукариотических генов оказывают влияние амплификация и перестройка генов. Схема регуляции транс крипции у эукариот разработана Г. П. Георгиевым (1972). Принцип регуля- ции (обратная связь) сохраняется, но механизмы ее более сложные. Единица транскрипции у эукариот называется транскриптоном. Он состоит из неинформативной (акцепторной) и информативной (структурной) зон. Неинформативная зона начинается промотором с инициатором. Далее следуют группа генов-операторов, за которыми расположена информативная зона. Информативная зона образована структурным геном, разделенным на экзоны (информативные участки) и интроны (неинформативные участки). Заканчивается транскриптон терминатором.

Работу транскриптона регулирует несколько генов- регуляторов, дающих информацию для синтеза нескольких белков-репрессоров. Индукторами в клетках эукариот являются сложные молекулы (например, гормоны), для расщепления которых требуется несколько ферментов (многоступенчатые реакции). Когда индукторы освобождают гены-операторы от белков- репрессоров, РНК- полимераза разрывает водородные связи между двумя це- почками ДНК транскриптона и по правилу комплементарности на нем сначала синтезируется большая молекула проинформационной РНК, списывающая информацию как с информативной, так и с неинформативной зон. В дальнейшем в ядре клетки происходит процессинг - ферментативное разрушение неинформативной части РНК и расщепление ферментами рестриктазами информативной части на фрагменты, соответствующие экзонам. Моле- кула и-РНК (моноцистронная), соответствующая экзонам структурного ге- на, формируется посредством сплайсинга (сплавления) отдельных информативных фрагментов ферментами лигазами. Далее и-РНК выходит из ядра, идет в рибосомы, где и происходит синтез белка-фермента, необходимого для расщепления индукторов. Включение и выключение транскриптона происходит принципиально так же, как и оперона. В геноме эукариот встречаются уникальные последовательности нуклеотидов (одна в геноме), составляющие от 15 до 98% всего генома (у человека - 56%). Уникальная ДНК входит в состав структурных генов и дает информацию о первичной структуре полипептидов, причем более половины ее бывает неактивной. Наличие неинформативных участков (интронов) в генах эукариот - универсальное явление. Считают, что интроны содержат запасную информацию, обеспечивающую изменчивость. Кроме того, в геномах эукариот содержатся последовательности нуклеотидов, многократно повторяющиеся (десятки, сотни и даже миллионы раз). Повторяющиеся гены выполняют разнообразные функции: являются промоторами, регулируют репликацию молекул ДНК, участвуют в кроссинговере, отделяют экзоны и интроны и др. Жизнедеятельность организма обусловлена, в основном, функциональной активностью уникальных генов, которая, в свою очередь, зависит от состояния внутренней среды организма (например, гормонального фона) и условий окружающей среды. Уникальная ДНК входит в состав структурных генов и дает информацию о первичной структуре полипептидов, причем более половины ее бывает неактивной. Наличие неинформативных участков (интронов) в генах эукариот - универсальное явление. Считают, что интроны содержат запасную информацию, обеспечивающую изменчивость. Кроме того, в геномах эукариот содержатся последовательности нуклеотидов, многократно повторяющиеся (десятки, сотни и даже миллионы раз). Повторяющиеся гены выполняют разнообразные функции: являются промоторами, регулируют репликацию молекул ДНК, участвуют в кроссинговере, отделяют экзоны и ин троны и др. Жизнедеятельность организма обусловлена, в основном, функциональной активностью уникальных генов, которая, в свою очередь, зависит от состояния внутренней среды организма (например, гормонального фона) и условий окружающей среды.

9. КЛАССИФИКАЦИЯ ГЕНОВ: СТРУКТУРНЫЕ, ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ (ГЕНЫ-МОДУЛЯТОРЫ, ИНГИБИТОРЫ, ИНТЕНСИФИКАТОРЫ, МОДИФИКАТОРЫ); ГЕНЫ, РЕГУЛИРУЮЩУЮ РАБОТУ СТРУКТУРНЫХ ГЕНОВ (РЕГУЛЯТОРЫ И ОПЕРАТОРЫ), ИХ РОЛЬ В РЕАЛИЗАЦИИ НАСЛЕДСТ ВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ. ПРИМЕРЫ. Структурные гены- это гены, контролирующие развитие конкретных признаков. Продуктом первичной активности гена является либо иРНК и далее полипептид, либо рРНК и тРНК. Таким образом, структурные гены содержат информацию об аминокислотных и нуклеотидных последовательностях макромолекул. При их мутациях наблюдаются обширные и разнообразные нарушения организма. Они образованы СРЕДЕПОВТОРЯЮЩИМИСЯ последовательностями ДНК Структурные гены кодируют информацию о первичной структуре белков. 3 Вида структурных генов: а) Кодирующие аминокислотные последовательности структурных (коллаген) и ферментативных белков. б) Кодирующие аминокислотные последовательности белков, функционирующих во всех клетках (например, рибосомных, гистонов) в)кодирующие последовательность нуклеотидов в молекулах рРНК и тРНК Функциональные гены -Гены-модуляторы - смещают в ту или иную сторону процесс развития признака или другие генетические явления. Гены ингибиторы- гены, подавляющие действие других генов Гены-интенсификаторы -гены, повышающие активность некоторых генов. Гены-модификаторы - способные менять активность генов Роль регуляторных генов обстоит в специфическом присоединении определенных ферментов, которые участвуют в синтезе нуклеиновых кислот и регуляции активности генов. В связи с выполняемой функцией акцепторные гены имеют две особенности. Это, во-первых, присоединение к ним регуляторных белковых молекул, во- вторых, специфичность такого присоединения. Определенные молекулы белка опознают только определенные акцепторные гены и присоединяются только к ним. В состав регуляторных генов входят ген-оператор, ген-промотор, ген-терминатор.

10. МНОЖЕСТВЕННЫ АЛЛЕЛИ КАК РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕНЕНИЯ НУКЛЕОТИДНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ГЕНА. ПОЛИМОРФИЗМ КАК ВАРИАНТ НОРМЫ И ПАТОЛОГИИ. ПРИМЕРЫ. Аллели( парные гены) — гены находящиеся в одинаковых локуса гомологичных хромосом и обуславливающие формирование альтернативных признаков (например гены, определяющие желтую и зеленую окраску семян гороха в опытах Г. Менделя). Множественные аллели- — один из видов взаимодействия аллельных генов, при котором ген может быть представлен не двумя аллелями (как в случаях полного или неполного доминирования), а гораздо большим их числом. Множественный аллелизм – присутствие в генофонде вида одновременно более 2 аллей одного гена. Большинство генов существует в виде двух вариантов аллелей, но некоторые гены существуют в виде большого числа аллелей. Возникают они в результате многократных генных мутаций одного локуса гена. Чем больше аллельных генов, тем больше их комбинация попарно. У одной диплоидной особи может быть только два аллеля из серии множественных аллелей. Характер взаимодействия в серии мн. аллелей может быть по типу полного или неполного доминирования одного аллеля над другим, или кодоминирования. По типу множентвенных аллелей у человека наследуются: группы крови по системе АВО, цвет глаз, варианты серповидноклеточной анемии: HbA, HbS, HbC. Генетический полиморфизм (genetic polymorphism) [греч. genetikos — относящийся к рождению, происхождению; греч. polys — многий и morphe — вид, форма, образ] — разнообразие частот аллелей гомозигот. Различия между аллелями одного и того же гена, как правило, заключаются в незначительных вариациях его «генетического» кода. Большую долю в Г. п. вносят замены одного нуклеотида на другой и изменения числа повторяющихся фрагментов ДНК, которые осуществляются во всех структурных элементах генома: экзонах, интронах, регуляторных участках и т. д. Один из примеров полиморфизма — половой диморфизм у раздельнополых животных и растений. Сбалансированный полиморфизм — это воспроизведение из поколения в поколение различных морфологических групп в популяции, имеющее, как правило, адаптивное значение. Пример сбалансированного полиморфизма у человека связан с наследственным заболеванием — серповидно-клеточной анемией (малокровием). Она встречается в тропических районах Африки и Азии, где распространена малярия. Болезнь обусловлена рецессивной мутацией, приводящей к замене одного аминокислотного остатка в β-цепи гемоглобина. В гомозиготном состоянии мутантный ген приводит к гибели больных в раннем возрасте. В то же время люди, имеющие гетерозиготный генотип, более устойчивы к заражению малярийным комаром по сравнению с нормой. В связи с этим в популяциях естественный отбор сохраняет особей с обоими генотипами: доминантных гомозигот (норма) и гетерозигот.

11)

Ген - структурная и функциональная единица наследственности живыхорганизмов. Ген представляет собой участок ДНК, задающий последовательность определённого полипептида либо функциональной РНК. Гены (точнее, аллели генов) определяют наследственные признаки организмов, передающиеся от родителей потомству при размножении.

Основные свойства гена:

дискретность — несмешиваемость генов;

стабильность — способность сохранять структуру;

лабильность — способность многократно мутировать;

множественный аллелизм — многие гены существуют в популяции во множестве молекулярных форм;

аллельность — в генотипе диплоидных организмов только две формы гена;

специфичность — каждый ген кодирует свой признак;

плейотропия — множественный эффект гена;

экспрессивность — степень выраженности гена в признаке;

пенетрантность — частота проявления гена в фенотипе;

амплификация — увеличение количества копий гена

12)

Фенотип – все признаки организма, формирующиеся в результате взаимодействия генотипа и среды. Фенотипическое проявление генотипа в зависимости Ио среды изменяется в пределах нормы реакции.

Совокупность внутриорганизменных факторов, влияющих на реализацию наследственной программы, обозначают как среду 1-го порядка. Особенно большое влияние на функцию генотипа факторы этой среды оказывают в период активных формообразовательных процессов, прежде всего в эмбриогенезе. С другой стороны, выделяют понятие окружающей среды, или среды 2-го порядка, как совокупности внешних по отношению к организму факторов.

Степень проявления фенотипа – экспрессивность. Образно ее можно сравнить со степенью тяжести болезни в клинической практике. В основе изменчивости экспрессивности лежат и генетические факторы, и факторы внешней среды. Экспрессивность – очень важный показатель фенотипического проявления гена. Количественно ее степень определяют, используя статистический показатель.

Генетический признак может даже не проявляться в некоторых случаях. Если ген есть в генотипе, но он вовсе не проявляется – он пенетрирован. Пенетрантность – количество особей (%), проявляющих в фенотипе данный ген, по отношению к количеству особей, у которых этот признак мог бы проявиться. Пенетрантность свойственна проявлению многих генов. Важен принцип – «все или ничего» - либо проявляется, любо нет.

13.

определение пола.первичные и вторичные половые признаки .половой диморфизм.типы определения пола:прогамный,эпигамный,сингамный.хромосомный механизм определения пола у разных организмов.гомогаметный и гетерогаметный пол.роль генотипа и среды в развитии признаков пола.

Пол у большинства животных и растений определяется генетически в момент оплодотворения.При исследовании кариотипов многих животных было установлено,что у женского организмакаждая хромосома имеет парную (идентичную по размерам ,морфологии и содержанию генов),а у мужских организмов имеются две непарные хромосомы,которые резко отличаются по величине,морфологии и заключенной в них генетической информации.При дальнейшем исследовании было показано,что эти непарные хромосомы и определяют пол огранизма.Их назвали половыми хромосомами,в отличие от других –аутосом.Болшую из непарных хромосом,одинаковую у мужского и женского организмов,назвали Х-хромосомой,а меньшую,имеющуюся только у мужского организма-Y-хромосомой.

Половые признаки-совокупность признаков,по которым мужской и женский пол отличаются друг от друга.Половые признаки бывают первичными и вторичными.первичные- это половые железы-яичники и семенники.первич половые признаки связаны с репродуктивной системой и относятся к строению половых органов.если у одной и той же особи развиваются и мужские и женские железы одновременно,то она называется гермафродитной.у людей это является аномалией.вторичные половые признаки формируются в течение роста и полового созревания.у мужчин они проявляются в росте бороды,усов,появлении низкого тембра голоса и тд,уженщин-в развитии молочных желез,в появлении определенных особенностей телосложения идр.мужские полов признаки первичные:половой член,яички,мошонка,семявыносящий проток,простата,семенные пузырьки.вротичные:оволосение:лобок,анус,подмыш впадины,живот,грудь,борода;строение тела:узкие бедра,широк плечи.небольш процент жира с организме.более сильно выражен кадык,алопеция.женские половые признаки первичные:вульва,клитор,влагалище,матка,фаллопиевы трубы,яичники.вторичные:оволос по женскому типу:оволосение промежности,паховые складкти,подмыш волосы,овол на руках и ногах,менструация,широк таз ,узкие плечи,более высоких процент жира в организме,грудь,целлюлит.

Половой диморфизм-анатомические различия между самцами и самками одного и того же биол вида,исключая различия встроении половых органов.он может проявиться в различных физических признаках.например,у павлинов,фазанов,уток.птицы- самцы крупнее и красивее самок.у львов гриву имеют только самцы.у певчих птиц поют только самцы.

Прогамный тип определения пола-до оплодотворения.соотношение половых хромосом роли не играет.,т к ооциты диплоидны.

Сингамный-генетическиое определение пола при оплодотворении,которое зависит от характера сочетания половых хромосом либо от соотношения половых хромосом и аутосом.

Эпигамный-под влияием внешней среды(червь бонелия)

Хромосомный механизм определения пола у разных организмов

У большинства организмов женский гомогаметный (хх),а мужской ге теро(ху)юу птиц ,бабочек,ресмык,гомог(хх) мужской.у многих насекомых ,например,у кузнечика,у некоторых моллюсков,у кенгуру-у-хромос вообще нет.у них клетки женских особей содержат две х хром ,а клетки мужской-1 х хромосому(хо).

У млекопит развитие полов признаков мужск пола обусловлен значит колвом генов,большая часть которых расположена в аутосомах.но начинают они работать только при наличии фактора,который расположен на маленькой у- хромосоме. Развитие зародышей крокодила у мужск и женск особей определяется температурой,при которой происходит инкубация яиц.32-33 град-самцы,выше или ниже-самки.развитие пола морского беспозвон бонелии опред влиянием внеш факторов.этот фактор-наличие взрослой самки.если ее нет ,то личинки развиваются только как самки.если есть-только самцы.

14)

Хромосомная теория наследственности — теория, согласно которой передача наследственной информации в ряду поколений связана с передачей хромосом, в которых в определённой и линейной последовательности расположены гены.

Анализ явлений сцепленного наследования, кроссинговера, сравнение генетической и цитологической карт позволяют сформулировать основные положения хромосомной теории наследственности:

Гены находятся в хромосомах.

Гены расположены в хромосоме в линейной последовательности.

Различные хромосомы содержат неодинаковое число генов. Кроме того, набор генов каждой из негомологичных хромосом уникален.

Аллельные гены занимают одинаковые локусы в гомологичных хромосомах.

Гены одной хромосомы образуют группу сцепления, то есть наследуются преимущественно сцепленно (совместно), благодаря чему происходит сцепленное наследование некоторых признаков. Число групп сцепления равно гаплоидному числу хромосом данного вида (у гомогаметного пола) или больше на 1 (у гетерогаметного пола).

Сцепление нарушается в результате кроссинговера, частота которого прямо пропорциональна расстоянию между генами в хромосоме (поэтому сила сцепления находится в обратной зависимости от расстояния между генами).

Каждый биологический вид характеризуется определенным набором хромосом — кариотипом.

Группа сцепления— совокупность генов, находящихся в одной хромосоме. Число групп сцепления равно гаплоидному числу хромосом данного вида (у гомогаметного пола) или больше на 1 (у гетерогаметного пола).

Кроссинговер, перекрест, взаимный обмен участками парных хромосом, происходящий в результате разрыва и соединения в новом порядке их нитей — хроматид; приводит к перераспределению (рекомбинации) сцепленных генов. Важнейший механизм, обеспечивающий комбинаторную изменчивость, а следовательно, — один из главных факторов эволюции. К. , как правило, имеет место в профазе первого деления половых клеток, когда их хромосомы представлены четырьмя нитями.

Генети́ческая ка́рта — схема взаимного расположения структурных генов, регуляторных элементов игенетических маркеров, а также относительных расстояний между ними на хромосоме

15)

Наследственность цитоплазматическая (внеядерная, нехромосомная, плазматическая) , преемственность материальных структур и функциональных свойств организма, которые определяются и передаются факторами, расположенными в цитоплазме. Совокупность этих факторов - плазмагенов, или внеядерных генов, составляет плазмон (подобно тому, как совокупность хромосомных генов - геном) . Плазмагены находятся в самовоспроизводящихся органеллах клетки - митохондриях и пластидах. Наследственность цитоплазматическая служат, прежде всего, наблюдаемые при скрещиваниях отклонения от расщеплений признаков, ожидаемых на основе Менделя законов. Плазмагены передаются главным образом через женскую половую клетку (яйцеклетку) , так как мужская половая клетка (спермий) почти не содержит цитоплазмы (что, однако, не исключает передачи плазмагенов через мужские гаметы) . Поэтому изучение Наследственность цитоплазматическая ведётся с использованием специальных схем скрещивания, при которых данный организм (или группа) используется и как материнская, и как отцовская форма (реципрокное скрещивание) . У растений и животных различия, обусловленные Наследственность цитоплазматическая, сводятся в основном к преобладанию материнских признаков и проявлению определённого фенотипа при одном направлении скрещивания и его утрате при другом.

Прокариоты, помимо генов, которые заключены в хромосомную ДНК, имеют небольшой внехромосомный набор генов, или по-другому – плазмиды. У некоторых плазмид есть свойство встраиваться в хромосомы хозяйских клеток, тогда такая разновидность пластид называется эписомами. Бактериальные плазмиды представляют собой двухцепочечные, небольшие по размерам кольцевидные молекулы ДНК, которые имеют способность удваиваться отдельно от хромосомы хозяина. Только плазмиды, которые входят в состав хромосом бактерий, удваиваются вместе с бактерией. В гены многих плазмидов заключена информация, которая в последующем будет влиять на фенотип клетки, в которой находится плазмида.

Горизонтальный перенос генов (ГПГ) — процесс, в котором организм передаёт генетический материал другому организму, не являющемуся его потомком. В отличие от горизонтального, о вертикальном переносе генов говорят, если организм получает генетический материал от своего предка. В области интересов генетики основное место занимает вертикальный перенос генов. Однако в настоящее время горизонтальному переносу уделяется всё больше внимания.

16.

Главным антимутационным барьером рассматривается выработавшая в процессе эволюции способность к репарации наследственного материала. Её сущность - в устранении из наследственного материала клетки изменённого участка. ,  Различают 3 системы репарации генетического материала: эксци-зионная репарация (репарация путём «вырезания»), фоторепарация и пострепликативная репарация. Фоторепарация заключается в расщеплении ферментом (дезоксирибо-пиримидинфотолиазой), активируемым видимым светом, циклобутановыхдимеров, возникающих в ДНК под действием ультрафиолетового излучения.  Механизмам репарации свойственны нарушения и «сбои», которые приводят к повышению чистоты мутаций. Известны специфические мутации, блокирующие механизмы репарации и вызывающие наследственные заболевания (пигментная ксеродерма и др.).  Фотореактивация, уменьшение повреждающего действия ультрафиолетового излучения на живые клетки при последующем воздействии на них ярким видимым светом.В результате опытов, проведённых на инфузориях парамециях, коловратках, конидиях грибов, бактериях и бактериофагах. В основе Ф. лежит ферментативное расщепление на мономеры пиримидиновых димеров, образующихся в ДНК под влиянием ультрафиолетового излучения. Ф. возникла в процессе эволюции как защитное приспособление от губительного действия УФ-компонента солнечного излучения и является одной из важнейших форм репарации живых организмов от повреждений их генетического аппарата.  темновая репарация, т. е. свойство клеток ликвидировать повреждения ДНК без участия видимого света. Темновая репарация осуществляется комплексом из пяти ферментов:  узнающего химические изменения на участке цепи ДНК;  осуществляющего вырезание поврежденного участка;  удаляющего этот участок;  синтезирующего новый участок по принципу комплементарности взамен удаленного фрагмента;  соединяющего концы старой цепи и восстановленного участка.  Связь мутаций с репарацией ДНК  Спонтанные повреждения ДНК встречаются довольно часто, такие события имеют место в каждой клетке. Для устранения последствий подобных повреждений имеется специальные репарационные механизмы (например, ошибочный участок ДНК вырезается и на этом месте восстанавливается исходный). Мутации возникают лишь тогда, когда репарационный механизм по каким-то причинам не работает или не справляется с устранением повреждений. Мутации, возникающие в генах, кодирующих белки, ответственные за репарацию, могут приводить к многократному повышению (мутаторный эффект) или понижению (антимутаторный эффект) частоты мутирования других генов. Так, мутации генов многих ферментов системы эксцизионной репарации приводят к резкому повышению частоты соматических мутаций у человека, а это, в свою очередь, приводит к развитию пигментной ксеродермы и злокачественных опухолей покровов.  17.

Изменчивость - это свойство живого изменяться, выражающееся в способности приобретать новые признаки или утрачивать прежние.Причинами изменчивости являются разнообразие генотипов, условия среды, которые определяют разнообразие в проявлении признаков у организмов с одинаковыми генотипами. Формирование различных типов изменчивости является следствием взаимодействия внешней среды, генотипа и фенотипа.фенотипические различия, вызываемые внешними факторами, называются модификационными.Модификационная изменчивость детерминируется генотипом. Модификации бывают сезонные, экологические. Сезонные модификации - генетически детерминированная смена признаков в результате сезонных изменений климатических условий. Экологические модификации - адаптивные изменения фенотипа в ответ на изменение условий внешней среды. Фенотипически они проявляются в степени выраженности признака. Экологические модификации затрагивают количественные (масса животных, потомство) и качественные (цвет кожи у человека под влиянием УФ-лучей) признаки. Приспособительный (адаптивный) характер имеют все наиболее распространенные модификации. Так повышение числа эритроцитов и содержание Hb в крови животных и человека в горах представляют приспособление для лучшего использования кислорода. Загар кожи - приспособление воздействия чрезмерной инсоляции. Установлено, что адаптивными бывают только те модификации, которые вызываются обычными изменениями природных условий. Не имеет приспособительного значения модификации, вызываемые различными химическими и физическими факторами. Экологические модификации обратимы и со сменой поколений при условии изменения внешней среды могут не проявляться . Модификации не передаются по наследству. Модификации однозначны для самых примитивных и высокоорганизованных организмов.Вариации в проявлении гена не являются беспредельными. Они ограничиваются нормой реакции организма. Норма реакции - это предел модификационной изменчивости признакаНорма реакции - конкретная количественная и качественная характеристика генотипа. Различают признаки с широкой нормой реакции (масса скота, урожайность с/х культур), узкой (процент жирности молока, содержание белков в крови у человека) и однозначной нормой (большинство качественных признаков - цвет волос, глаз). Морфоз - резко изменяет новый признак в отличие от модификаций, вызывающих изменение степени выраженности признака. Морфозы возникают в критические периоды онтогенеза и не носят приспособительного характера. Фенотипическиморфозы сходны с мутациями и в таких случаях они называются фенокопиями. Механизмом фенокопий является нарушение реализации наследственной информации. Они возникают вследствие подавления функции определенных генов. По своему проявлению они напоминают функцию известных генов, но не наследуются.  Фенокопии— изменение признака под влиянием внешних факторов в процессе его развития, зависящего от определенного генотипа, ведущего к копированию признаков, характерных для другого генотипа или его отдельных элементов. Такие изменения вызваны факторами внешней среды, однако их фенотип напоминает (копирует) проявление наследственных синдромов. Возникшие фенотипические модификации не наследуются (генотип не изменяется). Примером проявления фенокопий могут служитьзаболевания, приводящие к кретинизму, которые могут обусловливаться наследственными и передовыми (в частности, отсутствием йода в рационе ребенка, независимо от его генотипа) факторами.  Морфозы— это изменения фенотипа вследствие реакции организма на факторы внешней среды, которым особи в нормальных условиях жизни подвергаются редко или вообще не подвергаются: обычно организм к таким воздействиям не адаптируется. Типичныеморфозы связаны с воздействием различных химических веществ (хемоморфозы) или радиацией (радиоморфозы). Модификации, в отличие от морфозов, являются адаптивными реакциями на внешние воздействия. Модификации не нарушают нормальной жизнедеятельности организма и отношений организма со средой.  Пример.шрамы (пример морфоза)  18.

Комбинативной называют изменчивость, в основе которой лежит образование рекомбинаций, т. е. таких комбинаций генов, которых не было у родителей.  В основе комбинативной изменчивости лежит половое размножение организмов, вследствие которого возникает огромное разнообразие генотипов. Практически неограниченными источниками генетической изменчивости служат три процесса:  Независимое расхождение гомологичных хромосом в первом мейотическом делении. Именно независимое комбинирование хромосом при мейозе является основой третьего закона Менделя. Появление зеленых гладких и желтых морщинистых семян гороха во втором поколении от скрещивания растений с желтыми гладкими и зелеными морщинистыми семенами — пример комбинативной изменчивости.  Взаимный обмен участками гомологичных хромосом, или кроссинговер. Он создает новые группы сцепления, т. е. служит важным источником генетической рекомбинации аллелей. Рекомбинантные хромосомы, оказавшись в зиготе, способствуют появлению признаков, нетипичных для каждого из родителей.  Случайное сочетание гамет при оплодотворении.  Эти источники комбинативной изменчивости действуют независимо и одновременно, обеспечивая при этом постоянную «перетасовку» генов, что приводит к появлению организмов с другими генотипом и фенотипом (сами гены при этом не изменяются). Однако новые комбинации генов довольно легко распадаются при передаче из поколения в поколение.  Комбинативная изменчивость является важнейшим источником всего колоссального наследственного разнообразия, характерного для живых организмов. Однако перечисленные источники изменчивости не порождают существенных для выживания стабильных изменений в генотипе, которые необходимы, согласно эволюционной теории, для возникновения новых видов. Такие изменения возникают в результате мутаций.  Консультирование по поводу прогноза потомства можно разделить на две большие группы: проспективное и ретроспективное.  Проспективное консультирование - это наиболее эффективный вид профилактики наследственных болезней, когда риск рождения больного ребенка определяется еще до наступления беременности или на ранних ее этапах. В этом случае супруги, направленные на консультацию, не имеют больного ребенка, но существует определенный риск рождения такого ребенка, основанный на данных генеалогического исследования, анамнеза или течении данной беременности.  Ретроспективное консультирование - это консультирование относительно здоровья будущих детей после рождения в семье больного ребенка.  Задача медико-генетического консультирования:  1. Установления точного диагноза врожденного или наследственного заболевания;  2. Определение типа наследования заболевания в данной семье;  3. Расчет величины риска повторения заболевания в семье;  4. Объяснение содержания медико-генетического прогноза тем людям, которые обратились за консультацией;  5. Диспансерное наблюдение и выявление группы повышенного риска среди родственников индивида с наследственной болезнью;  6. Пропаганда медико-генетических знаний среди врачей и населения;  Показания для медико-генетического консультирования:  1. Рождения ребенка с врожденными пороками развития;  2. Установленная или подозреваемая наследственная болезнь в семье;  3. Задержка физического развития или умственная отсталость у ребенка;  4. Повторные спонтанные аборты, выкидыши, мертворождения;  5. Близкородственные браки;  6. Возраст матери старше 35 лет;  7. Неблагоприятные воздействия факторов внешней среды в ранние сроки беременности (инфекционные заболевания, особенно вирусной этиологии, массивная лекарственная терапия, рентген-диагностические процедуры, работа на вредных для здоровья предприятиях  8. Неблагоприятный ход беременности;  Этапы медико-генетического консультирования.  Консультирование должно состоять из нескольких этапов для того, чтобы врач-генетик мог дать обоснованную рекомендацию и подготовить людей к правильному восприятию советов. При этом перед врачом возникают не только генетические, но и морально-этические вопросы. Медико-генетическая консультация состоит из четырех этапов: диагноз, прогноз, вывод, совет. При этом необходимо откровенное и доброжелательное общение врача-генетика с семьей больного.  Первый этап консультирования начинается с уточнения диагноза болезни. Это требует близкого контакта между генетиком и врачом-специалистом в области той патологии, что является предметом консультирования (акушер, педиатр, невропатолог и др.) Начальным моментом диагностики является клинический диагноз. В медико-генетических консультациях диагноз уточняют с помощью генетического анализа (что и отличает врача-генетика от других специалистов), широко используют генеалогический и цитогенетический методы, а также специфические методы биохимической генетики, которые специально разработаны для диагностики наследственных болезней и не часто применяются в клинической практике.  На втором этапе консультирование задача врача-генетика заключается в определении риска рождения больного ребенка. Начальным моментом является родословная обследуемой семьи. Генетический риск выражает вероятность появления определенной аномалии у обследуемого или его потомков.

Он определяется двумя способами: либо путем теоретических расчетов, основанных на генетических закономерностях, либо с помощью эмпирических данных.  На третьем этапе консультирования врач-генетик должен сделать вывод о риске возникновения болезни у обследуемых детей и дать им соответствующие рекомендации. Составляя заключение, врач учитывает тяжесть семейной патологии, величину риска рождения больного ребенка и морально-этическую сторону вопроса.  Заключительный этап консультирования (совет врача-генетика) требует самого внимательного отношения. Как отмечают некоторые авторы, многие обследуемые не готовы к восприятию генетической информации. Все лица, обращающиеся в консультацию, хотят иметь ребенка и ждут от консультантов положительного ответа. Нередко их запросы нереальны, поскольку они не знают о возможностях консультанта-генетика и ожидают от него практической помощи.  19.

Мутация – это спонтанное изменение генетического материала. Мутации возникают под действием мутагенных факторов: А) физических (радиация, температура, электромагнитное излучение); Б) химических (вещества, которые вызывают отравление организма: алкоголь, никотин, колхицин, формалин); В) биологических (вирусы, бактерии). Различают несколько классификаций мутаций. Классификация 1. Мутации бывают полезные, вредные и нейтральные. Полезные мутации: мутации, которые приводят к повышенной устойчивости организма (устойчивость тараканов к ядохимикатам). Вредные мутации: глухота, дальтонизм. Нейтральные мутации: мутации никак не отражаются на жизнеспособности организма (цвет глаз, группа крови). Классификация 2. Мутации бывают соматические и генеративные. Соматические (чаще всего они не наследуются) возникают в соматических клетках и затрагивают лишь часть тела. Они будут наследоваться следующим поколениям при вегетативном размножении. Генеративные (они наследуются, т.к. происходят в половых клетках): эти мутации происходят в половых клетках. Генеративные мутации делятся на ядерные и внеядерные (или митохондриальные). Классификация 3. По характеру изменений в генотипе мутации подразделяются на генные, хромосомные, геномные. Генные мутации (точковые) происходят в результате потери нуклеотида, вставки нуклеотида, замены одного нуклеотида другим. Эти мутации могут приводить к генным болезням: дальтонизм, гемофилия. Таким образом, генные мутации приводят к появлению новых признаков. Хромосомные мутации связаны с изменением структуры хромосом. Может произойти делеция – потеря участка хромосомы, дупликация – удвоение участка хромосомы, инверсия – поворот участка хромосомы на 1800, транслокация – это перенос части или целой хромосомы на другую хромосому. Причиной этого может быть разрыв хроматид и их восстановление в новых сочетаниях. Геномные мутации приводят к изменению числа хромосом. Различают анеуплоидию и полиплоидию. Анеуплоидия связана с изменением числа хромосом на несколько хромосом (1, 2, 3): А) моносомия общая формула 2n-1 (45, Х0), болезнь – синдром Шерешевского-Тернера. Б) трисомия общая формула 2n+1 (47, ХХХ или 47, ХХУ) болезнь – синдром Клайнфельтра. В) полисомия Полиплоидия – это изменение числа хромосом, кратное гаплоидному набору (например: 3n 69). Организмы могут быть автоплоидными (одинаковые хромосомы) и аллоплоидными (разные наборы хромосом).Мутации, возникающие в клетках полового зачатка и в половых клетках, называют генеративными. Мутации, возникающие в клетках других тканей тела, называют соматическими. Необходимость такого разделения вызвана тем, что эволюционная ценность генеративных и соматических мутаций различна и определяется типом размножения организма.  Моногенные болезни (МБ) - заболевания, в основе этиологии которых лежит единичная генная мутация. МБ наследуются в соответствии с законами Менделя. В настоящее время описано около 5000 нозологических единиц МБ. Они выявляются у 3-6% новорожденных, а в структуре общей смертности детей до 5 лет на их долю приходится 10-14%. МБ, гены которых картированы на хромосомах,

насчитывают до 900 нозологических единиц. Для примерно 350 болезней выяснен характер генной мутации, установлена природа  биохимического дефекта. Для ряда МБ физически картированы на хромосомах конкретные мутантные гены. Индивидуальный и популяционный риск возникновения МБ существенно различаются из-за неравномерного распространения обусловливающих их генов. Принято считать, что МБ, встречающиеся с частотой 1:10 000 и выше, это часто встречающиеся, а с частотой менее 1:100 000 - редкие заболевания.  20.

Генные (точковые) мутации - это изменения числа и/или последовательности нуклеотидов в структуре ДНК (вставки, выпадения, перемещения, замещения нуклеотидов) в пределах отдельных генов, приводящие к изменению количества или качества соответствующих белковых продуктов.Транслокации — обменные перестройки между негомологичными хромосомами.  Делеции — потери участка хромосомы. Например, синдром «кошачьего крика» связан с делецией короткого плеча 5-ой хромосомы. Признаком его служит необычный плач детей, напоминающий мяуканье или крик кошки. Это связано с патологией гортани или голосовых связок. Наиболее типичным, помимо «кошачьего крика», является умственное и физическое недоразвитие, микроцефалия (аномально уменьшенная голова).  Инверсии — повороты участка хромосомы на 180 градусов.  Дупликации — удвоения участка хромосомы.  Изохромосомия — хромосомы с повторяющимся генетическим материалом в обоих плечах.  Возникновение кольцевых хромосом — соединение двух концевых делеций в обоих плечах хромосомы  Генные болезни– это большая группа заболеваний, возникающих в результате повреждения ДНК на уровне гена. Термин употребляется в отношении моногенных заболеваний, в отличие от более широкой группы - Наследственные заболевания  Насле́дственныезаболева́ния — заболевания, возникновение и развитие которых связано с дефектами в программном аппарате клеток, передаваемыми по наследству через гаметы  Причина заболеваний  В основе наследственных заболеваний лежат нарушения (мутации) наследственной информации — хромосомные, генные и митохондриальные. Отсюда — классификация наследственных заболеваний. Например, замена А на Т. Причины – нарушения при удвоении (репликации) ДНК. Примеры: серповидноклеточная анемия, фенилкетонурия.Генная мутация может привести к тому, что в определенном локусе окажется несколько аллелей. Это увеличивает как гетерозиготность данной популяции, так и ее генофонд, и ведет к усилению внутрипопуляционной изменчивости.  Перетасовка генов как результат кроссинговера, независимого распределения, случайного оплодотворения и мутаций может повысить непрерывную изменчивость, но ее эволюционная роль часто оказывается преходящей, так как возникающие при этом изменения могут быстро сгладиться вследствие «усреднения». Что же касается генных мутаций, то некоторые из них увеличивают дискретную изменчивость, и это может оказать на популяцию более глубокое влияние. Большинство генных мутаций рецессивны по отношению к «нормальному» аллелю, который, успешно выдержав отбор на протяжении многих поколений, достиг генетического равновесия с остальным генотипом. Будучи рецессивными, мутантные аллели могут оставаться в популяции в течение многих поколений, пока им не удастся встретиться, т. е. оказаться в гомозиготном состоянии и проявиться в фенотипе. Время от времени могут возникать и доминантные мутантные оплели, которые немедленно дают фенотипический эффект.

21.

Хромосомные мутации, их классификация: делеции, дупликации, инверсии, транслокации. Причины и механизмы возникновения. Значение в развитии патологических состояний человека.

Хромосомные перестройки – абберации возникают в результате разрыва хромосомы. Хромосомные перестройки могут быть внутрихромосомными и межхромосомными.

Классификация:

Выпадение участков хромосом – делеции.

Различают терминальные (утрата концевого участка хромосомы) и инт еркалярные (утрата участка на внутреннем участке хромосомы). Происходят вследствие: простого разрыва хромосомы с последующей утратой сегмента или неравного кроссинговера между хромосомами или хроматидами. Если после образования делеции, хромосома сохранила центромеру, то она аналогично другим хромосомам передается при делении. Синдром кошечьего крика (делеция короткого плеча 5-й хромосомы),

Удвоение отдельных участков хромосом – дупликации.

Возникает из-за ионизирующих и других видах излучения, некоторых химических соединений, вирусов. Синдром Палмистера (дупликация короткого плеча 2 хромосомы.)

Поворот участка хромосомы на 180  - инверсии

В зависимости от того, включает ли инвертируемый участок центромеру или нет различают перицентрические и парацентрические инферсии

Прикрепление оторвавшегося участка хромосомы к другой хромосоме – транслокации

Реципрокные транслокации – 2 поврежденные негомологичные хромосомы обмениваются отделившимися от них участками.

Сбалансированные

Несбалансированные

Робертсоновские – 2 негомологичные хромосомы объединяются в одну или из одной хромосомы образуются две самостоятельные.

22.

Геномные мутации: классификация, причины, механизмы; роль в возникновении хромосомных синдромов. Антимутационные механизмы.

К геномным мутациям относят гаплоидию, полиплоидию и анеуплоидию.

Анеуплоидией называют изменение количества отдельных хромосом- отсутствие (моносомия) или наличие дополнительных (трисомия, тетрасомия, в общем случае полисомия) хромосом,т.е. несбалансированный хромосомный набор. Клетки с измененным числом хромосом появляются вследствие нарушений в процессе митоза или мейоза, в связи с чем различают митотическую и мейотическую.

Причины мутаций

Нарушение расхождения бивалентных гомологичных хромосом в анафазе мейоза1

Гаметы лишены данной хромосомы

Гаметы имеют одну группу сцепления

Нарушение расхождения сестринских хроматид в анафазе мейоза 2

Нарушение расхождения хромосом при митозе

Классификация

1)Геномные синдромы 2)Структурные аберрации

Причины: (Изменения структуры хромосомы)

-нарушение мейоза у родителей -с.Кошачьего крика

(нерасхождение хромосом) -с.Орбели

-дробление зиготы

Изменение числа Изменение числа

аутосом хромосом

-с.Дауна -с.Шер-го-Тернера

-с.Патау -с.Клайнфельтера

-с.Эдвардса -с.Трисомии-х

Геномные мутации: — полиплоидизация изменение числа хромосом, не кратное гаплоидному набору. В зависимости от происхождения хромосомных наборов среди полиплоидов различают аллополиплоидов, у которых имеются наборы хромосом, полученные при гибридизации от разных видов, и аутополиплоидов, у которых происходит увеличение числа наборов хромосом собственного генома

При хромосомных мутациях происходят крупные перестройки структуры отдельных хромосом. В этом случае наблюдаются потеря (делеция) или удвоение части (дупликация) генетического материала одной или нескольких хромосом, изменение ориентации сегментов хромосом в отдельных хромосомах (инверсия), а также перенос части генетического материала с одной хромосомы на другую (транслокация) (крайний случай — объединение целых хромосом.

На генном уровне изменения первичной структуры ДНК генов под действием мутаций менее значительны, чем при хромосомных мутациях, однако генные мутации встречаются более часто. В результате генных мутаций происходят замены, делеции и вставки одного или нескольких нуклеотидов, транслокации, дупликации и инверсии различных частей гена. В том случае, когда под действием мутации изменяется лишь один нуклеотид, говорят о точечных мутациях

Антимутационные механизмы обеспечивают обнаружение, устранение или подавление активности онкогенов. Реализуются антимутационные механизмы при участии онкосупрессоров и систем репарации ДНК.

23.

Человек как объект генетических исследований. Цитогенетический метод; его значение для диагностики хромосомных синдромов. Правила составления идиограмм здоровых людей. Идиограммы при хромосомных синдромах (аутосомных и гоносомных). Примеры.

Человек, как объект генетических исследований представляет сложность:

Нельзя принимать гибридологический метод.

Медленная смена поколения.

Малое кол-во детей.

Большое число хромосом

Цитогенетический метод (основан на изучении кариотипа). Кариотип изучают на метофазных пластинках в культуре лимфаитов крови. Метод позволяет диагностировать хромосомные болезни, появляющиеся в результате геномных и хромосомных мутаций.

Цитологический контроль необходим для диагностики хромосомных болезней, связанных с ансуплоидией и хромосомными мутациями. Наиболее часто встречаются болезнь Дауна(трисомия по 21-й хромосоме), синдром Клайнфелтера (47 XXY), синдром Шершевского — Тернера (45 ХО) и др. Потеря участка одной из гомологичных хромосом 21-й пары приводит к заболеванию крови — хроническому миелолейкозу.

Зная особенность полового хроматина, можно идентифицировать половую принадлежность и выявлять аномальное количество Х-хромосом.

Выявление многих наследствен-ных заболеваний возможно еще до рождения ребенка. Метод пренатальной диагностики заключается в получении околоплодной жидкости, где находятся клетки плода, и в последующем биохимическом и цитологическом определении возможных наследственных аномалий. Это позволяет поставить диагноз на ранних сроках

24.

Биохимический метод изучения генетики человека; его значение для диагностики наследственных болезней обмена веществ. Роль транскприпционных, посттранскрипционных и посттрансляционных модификаций в регуляции клеточного обмена. Примеры.

Биохимический метод: в основе используются лабораторно-биохимические (клинические) методы, лежит выявление в фенотипе обследуемого объекта нормальных или измененных первичных продуктов функциональной активности конкретных генов. Биохимическую диагностику наследственных нарушений обмена проводят в 2 этапа. На первом этапе отбирают предположительные случаи заболеваний, на втором – более сложными и точными методами уточняют диагноз заболевания. Применение биохимических исследований для диагностики заболеваний в пренатальном периоде или непосредственно после рождения позволяет своевременно выявить патологию и начать специфические медицинские мероприятия.

Транскрипционые факторы - белки, взаимодействующие с определёнными регуляторными сайтами и ускоряющие или замедляющие процесс транскрипции. Соседние транскриптоны могут быть отделены друг от друга нетранскрибируемыми участками ДНК. Разделение ДНК на множество транскриптонов позволяет осуществлять с разной активностью индивидуальное считывание (транскрипцию) разных генов.

В каждом транскриптоне транскрибируется только одна из двух цепей ДНК, которая называется матричной, вторая, комплементарная ей цепь, называется кодирующей. Синтез цепи РНК идёт от 5'- к З'-концу, при этом матричная цепь ДНК всегда антипараллельна синтезируемой нуклеиновой кислоте

Посттранскрипционные модификации первичного транскрипта тРНК (процессинг тРНК)

Первичный транскрипт тРНК содержит около 100 нуклеотидов, а после процессинга - 70-90 нуклеотидньгх остатков. Посттранскрипционные модификации первичных транскриптов тРНК происходят при участии РНК-аз (рибонуклеаз). Так, формирование 3'-конца тРНК катализирует РНК-аза, представляющая собой 3'-экзонуклеазу, "отрезающую" по одному нуклеотиду, пока не достигнет последовательности -ССА, одинаковой для всех тРНК. Для некоторых тРНК формирование последовательности -ССА на 3'-конце (акцепторный конец) происходит в результате последовательного присоединения этих трёх нуклеотидов. Пре-тРНК содержит всего один интрон, состоящий из 14-16 нуклеотидов. Удаление интрона и сплайсинг приводят к формированию структуры, называемой "антикодон", - триплета нуклеотидов, обеспечивающего взаимодействие тРНК с комплементарным кодоном мРНК в ходе синтеза белков

Посттранскрипционные модификации (процессинг) первичного транскрипта рРНК. Формирование рибосом

В клетках человека содержится около сотни копий гена рРНК, локализованных группами на пяти хромосомах. Гены рРНК транскрибируются РНК-полимеразой I с образованием идентичных транскриптов. Первичные транскрипты имеют длину около 13 000 нуклеотид-ных остатков (45S рРНК). Прежде чем покинуть ядро в составе рибосомной частицы, молекула 45 S рРНК подвергается процессингу, в результате образуется 28S рРНК (около 5000 нуклеотидов), 18S рРНК (около 2000 нуклеотидов) и 5,88 рРНК (около 160 нуклеотидов), которые являются компонентами рибосом (рис. 4-35). Остальная часть транскрипта разрушается в ядре.

25.

Генеалогический метод генетики человека. Основные правила составления и последующего анализа родословных схем (на примере собственной семейной родословной схеме). Значение метода в изучении закономерностей наследования признаков.

Генеалогический метод: в основе лежат составление и анализ родословных. Использование этого метода возможно в том случае, когда известны прямые родственники — предки обладателя наследственного признака (пробанда) по материнской и отцовской линиям в ряду поколений или потомки пробанда также в нескольких поколениях.

При составлении родословных в генетике используется определенная система обозначений. После составления родословной проводится ее анализ с целью установления характера наследования изучаемого признака.

Условные обозначения, принятые при составлении родословных:

1 — мужчина; 2 — женщина; 3 — пол не выяснен; 4 — обладатель изучаемого признака; 5 — гетерозиготный носитель изучаемого рецессивного гена; 6 — брак; 7 — брак мужчины с двумя женщинами; 8 — родственный брак; 9 — родители, дети и порядок их рождения; 10 — дизиготные близнецы; 11 — монозиготные близнецы.

Значение:

Были определены типы наследования многих признаков у человека. Так, по аутосомно-доминантному типу наследуются полидактилия (увеличенное количество пальцев), возможность свертывать язык в трубочку, брахидактилия (короткопалость, обусловленная отсутствием двух фаланг на пальцах), веснушки, раннее облысение, сросшиеся пальцы, заячья губа, волчья пасть, катаракта глаз, хрупкость костей и многие другие. Альбинизм, рыжие волосы, подверженность полиомиелиту, сахарный диабет, врожденная глухота и другие признаки наследуются как аутосомно-рецессивные.

Целый ряд признаков наследуется сцепленно с полом: Х-сцепленное наследование — гемофилия, дальтонизм; Y-сцепленное — гипертрихоз края ушной раковины, перепончатость пальцев ног. Имеется ряд генов, локализованных в гомологичных участках Х- и Y-хромосом, например общая цветовая слепота.

метод анализа родословных, является наиболее фундаментальным и универсальным методом изучения наследственности и изменчивости человека. Он заключается в изучении какого-либо нормального или чаще патологического признака в поколениях людей, которые находятся друг с другом в родственных отношениях. Генеалогический метод опирается на генеалогию – учение о родословных. Сутью генеалогического метода является составление и анализ родословных. Генеалогический метод соответствует гибридологическому методу. Но в отличие от него исследователи не подбирают родительские пары для целенаправленного скрещивания, а лишь детально анализируют результаты процесса естественной репродукции людей.

26.

Методы генетики человека: популяционно-статистический, дерматоглифический(на примере анализа собственного дерматоглифа), генетики соматических клеток, изучения ДНК; их роль в изучении наследственной патологии человека

Популяционно-статистический-с помощью этого метода изучают наследственные признаки в больших группах населения, в одном или нескольких поколениях. Существенным моментом при использовании этого метода является статистическая обработка получаемых данных. Этим методом можно рассчитать частоту встречаемости в популяции различных аллелей гена и разных генотипов по этим аллелям. Он позволяет изучать мутационный процесс, возникновение болезней, особенно с наследственной предрасположенностью. Основой для выяснения генетической структуры популяции является закон генетического равновесия Харди-Вайнберга.

Закон Харди-Вайнберга-закон популяционной генетики-в популяции бесконечно большого размера, в которой не действует отбор, не идет мутационный процесс, отсутствует обмен особями с другими популяциями, не происходит дрейф генов, все скрещивания случайны-частоты генотипов по какому-либо гену( в случае если в популяции есть два аллеля этого гена) будут поддерживаться постоянными из поколения в поколение и соответсвовать уравнению

+2pq+ , где -гомозигот по одному из аллелей; p-частота этого аллеля; -доля гомозигот по альтернативному аллелю; q-частота соответствующего аллеля; 2pq-доля гетерозигот

Биологический смысл закона-процесс наследования не влияет сам по себе на частоту аллелей в популяции, а возможные изменения ее генетической структуры возникают вследствие других причин

Дерматоглифический-Дерматоглифика - раздел генетики, изучающий наследственные обусловленные рельефы кожи на пальцах, ладонях и подошв стоп. На этих частях тела имеются эпидермальные выступы - гребни, которые образуют сложные узоры. Рисунки кожных узоров строго индивидуальны и генетически обусловлены. Изучение людей с хромосомными заболеваниями выявило у них специфические изменения не только рисунков пальцев и ладоней, но и характера основных сгибательных борозд на коже ладоней.

Характеризовать свой дерматоглиф!!!!!

Метод генетики соматических клеток-с помощью этого метода изучают наследственность и изменчивость соматических клеток, что компенсирует невозможность применения к человеку гибридологического анализа. Используют следующие приемы:

1.культивирование-позволяет получить достаточное количество генетического материала для различных исследований

2.клонирование-получение потомков одной клетки

3.селекция соматических клеток с интересующими исследователя свойствами

4.гибридизация соматических клеток основана на слиянии совместно культивируемых клеток разных типов

Благодаря методам генетики соматических клеток можно изучать механизмы первичного действия и взаимодействия генов, регуляцию генной активности. Развитие этих методов определило возможность точной диагностики наследственных болезней в пренатальном периоде.

Изучение ДНК-нарушения первичных продуктов генов выявляются с помощью биохимических методов. Локализация соответствующих повреждений в самом наследственном материале может быть выявлена методами молекулярной генетики. Разработка метода обратной транскрипции ДНК на молекулах мРНК определенных белков с последующим размножением этих ДНК привела к появлению ДНК-зондов для различных мутаций нуклеотидных последовательностей человека. Использование таких ДНК-зондов для гибридизации с ДНК клеток пациента дает возможность выявлять у него соответствующие изменения в наследственном материале, т.е. диагностировать определенные виды генных мутаций (генодиагностика). Методы молекулярной генетики и генной инженерии позволяют не только диагностировать целый ряд генных мутаций и устанавливать нуклеотидную последовательность отдельных генов человека, но и размножать (клонировать) их и получать в большом количестве белки — продукты соответствующих генов.

27.

Понятие наследственных болезней: моногенные, хромосомные и мультифакториальные болезни человека, механизмы их возникновения и проявления. Примеры.

Насле́дственные заболева́ния — заболевания, возникновение и развитие которых связано с дефектами в наследственном аппарате клеток, передаваемыми по наследству через гаметы.

Моногенный тип наследования-наследственный признак контролируется одним геном.

Моногенные заболевания подразделяются по типу наследования:

Аутосомно-доминантные(если хоть один из родителей болен, то и ребенок будет болеть)

Синдром Марфана, ахондроплазия

Аутосомно-рецессивные(ребенок может заболеть, если оба родителя носители данного заболевания, или один родитель болен, а второй-носитель мутаций гена, вызывающих это заболевание)

Муковисцидоз, спинальная миоатрофия

У всех моногенный заболевания разная распространенность, которая может колебаться и от географии, и от национальности.

К хромосомным относятся болезни, обусловленные геномными мутациями или структурными изменениями отдельных хромосом. Хромосомные мутации возникают в результате мутаций в половых клетках одного из родителей.

Они делятся:

Аномалии числа хромосом

Болезни, обусловленные нарушением числа аутосом(неполовых) хромосом

Синдром Дауна( трисомия по 21 хромосоме, слабоумие, задержка роста, характерная внешность, изменение дерматоглифики)

Синдром Патау( трисомия по 13 хромосоме, идиотия, нарушение строения половых органов, глухота)

Синдром Эдвардса( трисомия по 18 хромосоме, ротовое отверстие и нижняя челюсть маленькие, глазные щели узкие и короткие, ушные раковины деформированы)

Болезни, связанные с нарушением числа половых хромосом

Синдром Шерешевского-Тернера(отсутствие одной Х-хромосомы у женщин, низкорослость, бесплодие, половой инфантилизм)

Синдром Клайнфельтера (полисомия по Х и Y хромосомам у мальчиков, евнухоидный тип строения, половой инфантилизм, бесплодие, чаще всего отстает развитие)

Болезни, причиной которых является полиплоидия

Триплодии, тетраплодии и т.д.- причиной является нарушение процесса мейоза вследствие мутации, в результате чего дочерняя половая клетка получает вместо гаплоидного-диплоидный набор хромосом.

Нарушения структуры хромосом

Транслокации — обменные перестройки между негомологичными хромосомами.

Делеции — потери участка хромосомы. Синдром кошачьего крика связан с делецией короткого плеча 5-й хромосомы(необычный плач детей, напоминающий мяуканье или крик кошки это связано с патологией гортани или голосовых связок, умственное и физическое недоразвитие, микроцефалия (аномально уменьшенная голова).

Инверсии — повороты участка хромосомы на 180 градусов.

Дупликации — удвоения участка хромосомы.

Изохромосомия — хромосомы с повторяющимся генетическим материалом в обоих плечах.

Возникновение кольцевых хромосом — соединение двух концевых делеций в обоих плечах хромосомы.

Мультифакториальные заболевания-болезни с наследственной предрасположенностью.

Группа болезней отличается от генных тем, что для своего проявления нуждается в действии факторов внешней среды(бывают моногенными, наследственная предрасположенность обусловлена одним патологически измененным геном, и полигенные)

У человека описана мутация, обуславливающая патологическую реакцию на загрезнение атмосферы(ранняя эмфизема легких), непереносимость лактозы, специфические реакции на алкоголь.

28.

Понятие о болезнях с нетрадиционным наследованием(митохондриальные, болезни импритинга, болезни экспансии тринуклеотидных повторов) Примеры. Общие походы к лечению наследственных болезней.

Митохондриальные болезни- связь некоторых видов наследственной патологии у человека с мутациями митохондриальной ДНК.

болезни, вызванные точковыми мутациями, приводящими к замене консервативных аминокислот в собственных белках митохондрий. (Пигментный ретинит и нейроофтальмопатия Лебера, при которой наступает двусторонняя потеря зрения)

болезни, вызванные мутациями в генах т-РНК, приводящими к многочисленным дегенеративным заболеваниям с различной степенью тяжести клинических проявлений, коррелирующей с количеством мутантной мтДНК;

болезни вызванные делениями и дупликациями участков митохондриалъных генов(отсроченная кардиопатия, при которой обнаружены делеции мтДНК кардиоцитов, заболевание носит семейный характер)

болезни, вызванные снижением числа копий мтДНК, что является следствием определенных мутаций (летальная инфантильная дыхательная недостаточность и синдром молочнокислого ацидоза)

Изменения в ДНК митохондрий сопровождаются нарушением их функций, связанных с клеточным дыханием. Это определяет характер и степень тяжести клинических проявлений митохондриалъных болезней.

Болезни импритинга-Генетическую основу составляет моноаллельная экспрессия генов, т.е. «выключении» локуса хромосомы одного из родителей. Если импринтирован материнский ген, экспрессируется («включается») только отцовский и наоборот. Причинами могут быть делеции, др. мутации Синдрома Прадера — Вилли (умственная отсталость, мышечная гипотония, сильное ожирение, гипогонадизм, низкий рост, акромикрия (непропорционально малые размеры дистальных отделов конечностей).

Болезни экспансии тринуклеотидных повторов- Данная патология зависит от количества тринуклеотидных повторов в мутантном аллеле. Чем их больше, тем тяжелее протекает болезнь. Поскольку количество повторов формируется в мейозе у одного из родителей, может быть более тяжёлое течение в последующих поколениях, что связано с их увеличением. Клиническая картина зависит от дозы генов. Примером является синдром Мартина-Белла (умственной отсталости с ломкой Х-хромосомой). Фенотип: удлинённое лицо, выступающий лоб, большие оттопыренные уши, большие кисти и стопы, умственная отсталость. Цитогенетика: отличается ломкостью в дистальной части длинного плеча Х-хромосомы (Хq), что напоминает «спутник».

29.

Медико-генетическое консультирование, его медицинское значение. Виды и этапы консультирования. Методы пренатальной диагностики(инвазивные/неинвазивные) и их возможности.

Главные цели медико-генетического консультирования заключаются в установлении роли наследственных компонентов в этиологии данного заболевания и в прогнозировании риска иметь больных потомков. Большинство форм наследственной патологии обнаруживается уже при рождении ребенка. Поэтому в настоящее время большое внимание уделяется мерам по предотвращению рождения детей с наследственной патологией.

На первом этапе консультирования производится уточнения диагноза. Уточнение производится с помощью генетического анализа. Для этого используют генеалогический, цитогенетический, биохимический и другие необходимые методы исследований, которым подвергаются пробанд и его родственники.

На втором этапе делают прогноз потомства. Генетический риск может быть определен либо путем теоретических расчетов, основанных на генетических закономерностях, либо с помощью эмпирических данных. Сущность генетического прогноза заключается в определении вероятности появления наследственной патологии в семье.

На третьем этапе врач-генетик в доступной форме объясняет семье степень генетического риска рождения наследственно аномального потомства, сущность пренатальной диагностики и помогает принять правильно решение в отношении деторождения.

Методы:

Инвазивные(получение плодного материала)

Амниоцентез(13-22 неделя, пункция через брюшную стенку, забор амниотической жидкости)

Биопсия хориона(8-10 недель, исследование такое же)

Фетоскопия(16-22 недель, осмотр плода эндоскопом, введенным в амниотическую полость через переднюю стенку матки)

Кордоцентез(20-22 неделя, взятие крови плода из сосудов пуповины под контролем УЗИ)

Определение маркеров(альфа-фетопротеин, хорионический гонадотропин и др.)

Неинвазивные

УЗИ(начиная с 18-22 недели)

Определение сывороточных маркеров(в сыворотке крови матери)

30.

Формы и способы размножения организмов. Биологический аспект репродукции человека. Экстракорпоральное оплодотворение; морально-этические аспекты.

Размножение-свойство живых организмов воспроизводить себе подобных, обеспечивающее непрерывность и преемственность жизни в ряду поколений.

-молекулярно-генетический уровень(репликация ДНК)

-клеточном(митоз, мейоз)

-организменном

1. Бесполое размножение( в воспроизведении участвует одна родительская особь; источник генетич. Инф.-соматические клетки; генотипы дочерних клеток идентичны родительским; быстрое увеличение числа особей)

Вегетативное-размножение частью материнского организма

Спорообразование-связано с образованием специализированных клеток-спор, которые являются зачатком нового организма

2. Половое размножение(совокупность процессов гаметогенеза, осеменения и оплодотворения, приводящих к воспроизведению; происходит образование половых клеток(гамет) и последующее их слияние; участвуют 2 родительские особи; источник ген. Инф.-половые клетки родителей; генотипы дочерних организмов отличаются от родительский, вследствие комбинативной изменчивости)

С оплодотворением

Партеногенез(развитие из неоплодотворенной яйцеклетки)

Экстракорпоральное оплодотворение(ЭКО)- вспомогательная репродуктивная технология , используемая в случае бесплодия

Безусловно, благую роль выполняет ЭКО в возможности создания новой жизни. С другой стороны подрываются основы семейной целостности, нарушаются права ребенка, а более всего детоубийство превышает в десятки раз деторождение. Здесь подразумевается уничтожение низкокачественных, но жизнеспособных эмбрионов, выделяя один лучший из десяти, и использование их в медицинских и научных практиках.

31.

Онтогенез как процесс реализации наследственной информации в определенных условиях среды. Периодизация онтогенеза. Типы онтогенеза как варианты приспособления к условиям существования. Примеры.

Онтогенез – это совокупность процессов развития организма с момента образования зиготы до смерти организма на основе реализации генетической информации в определенных условиях.

Периодизация:

Дорепродутивный – особь не способна к размножению. Реализуется основная часть наследственной информации. Делится еще на 4 стадии:

А) Эмбриональный – с момента оплодотворения и заканчивается выходом зародыша из яйцевых оболочек. Включает стадии : дробления, гаструляции, гисто и органогенеза.

Б) Личиночный – у позвоночных, зародыши которых выходят из яйцевых оболочек и начинают вести самостоятельный образ жизни, не достигнув зрелых черт организации. ( Миноги, Костные рыбы, земноводные (имеются провизорные органы)

В) Метаморфозный – превращение личинки в юнивильную форму.( разрушение провизорных органов)

Г) Ювинильный – с момента завершения метаморфоза и заканчивается половым созреванием (интенсивный рост).

Репродуктивный - особь размножается половым путем. Стабильное функционирование органов и систем органов.

Пострепродуктивный - старение организма.

Типы онтогенеза.

Онтогенез организмов с бесполым размножением или при зиготном мейозе ( прокариоты и некоторые эукариоты)

Онтогенез организмов с чередованием ядерных фаз при споровом мейозе ( большинство растений и грибов).

Онтогенез организмов с чередованием полового и бесполого размножения без смены ядерных фаз. Метагенез – чередование поколений у Кишечнополостных. Гетерогония – чередование партеногенетических и амфимиктического поколений у червей, некоторых членистоногих и низших хордовых.

Онтогенез с наличием личиночных и промежуточных стадий: от первично-личиночного анаморфоза до полного метаморфоза.

Онтогенез с выпадением отдельных стадий ( Пресноводные гидры, олигохеты, брюхоногие моллюски).

32

Прогенез и его роль в онтогенезе. Оплодотворение – начальный этап развития нового организма. Фазы оплодотворения. Биологическая сущность.

Прогенез – это период образования и созревания тех половых клеток родителей, которые сформируют зиготу.

Роль: Качество гамет. Наличие в них мутагенных генов оказывает существенное влияние на здоровье будущих потомков.

Оплодотворение – процесс слияние мужской и женской гамет, приводящее к образованию зиготы. Начало оплодотворения – момент слияния мембран сперматозоида и яйцеклетки, окончание оплодотворения – момент объединения материала мужского и женского пронуклеусов.

Оплодотворение происходит в дистальном отделе маточной трубы и проходит 3 стадии:

1 стадия – дистантное взаимодействие, включает 3 механизма:

Хемотаксис – направленное движение сперматозоидов навстречу яйцеклетке

Реотаксис – движение сперматозоидов в половых путях против тока жидкости

Капацитация - усиление двигательной активности сперматозоидов, под воздействием факторов женского организма.

2 стадия – контактное взаимодействие, за 1,5 – 2 часа сперматозоиды приближаются к яйцеклетке, окружают ее и приводят к вращательным движениям.

Из акросомы выделяются сперматозилины, разрыхляющие оболочку яйцеклетки

Там, где оболочка истончена максимально происходит оплодотворение

Оволемма выпячивается и головка проникает в цитоплазму яйцеклетки, занося с собой центриоли, но оставляя снаружи хвостик.

стадия - проникновение.

Головка проникает в цитоплазму яйцеклетки, в которой образуется оболочка оплодотворения, препятствующая полиспермии.

Синкарион – слияние муж и жен пронуклеусов .

Биологическое значение оплодотворения состоит в том, что при слиянии муж и жен половых клеток образуется новый организм, несущий признаки отца и матери, в результате этого происходит колоссальное увеличение наследственного разнообразия организмов.

33.

Характеристика и значение основных этапов эмбрионального развития. Зависимость типов дробления зиготы от строения яйцеклетки. Способы гаструляции. Первичный ( нейрула) и вторичный органогенезы.

Эмбриональный период начинается с момента образования зиготы. После, зигота вступает в стадию дробления.

Дробление – митотическое дробление зиготы, при котором бластомеры не увеличиваются в размерах. В результате образуется бластула (многоклеточный организм) с бластодермой и бластоцелью.

Типы дробления:

Дробление может быть:

Полным – глобалистическим (ланцетники, амфибии, млекопитающие) – зигота полностью делится на бластомеры. По расположению бластомеров полное длится на

Радиальным – бластомеры расположены друг над другом.

Спиральным – вышележащие бластомеры смешаны относительно нижележащих.

Билатеральным - расположены по закону билатеральной симметрии.

Хаотическое.

Частичным – меробластическим (рептилии, птицы) - дробится лишь часть зиготы. Частичное в свое очередь может быть:

Дискоидальным – на бластомеры делится лишь часть цитоплазмы у анимального полюса.

Поверхностным – дробится только поверхностный слой цитоплазмы.

Может быть:

Равномерным – бластомеры одинаковых размеров.

Неравномерным – бластомеры разных размеров.

Может быть:

Синхронным

Асинхронным

Тип дробления определяется строением яйцеклетки.

При алицетальном (лишены белка или незначительное кол-во равномерно расположено по цитоплазме, ядро в центре) и изолицетальном (незначительное кол – во равномерно расположено большинство около вегетативного полюса, ядро смещено к анимальному полюсу) – дробление полное неравномерное или частичное поверхностное.

При центролецитальном типе ( значительное кол – во желтка равномерно расположено в цитоплазме, но поверхностный слой цитоплазмы преимущественно свободен) – дробление частичное поверхностное.

Гаструляция – процесс образования двухслойного зародыша. Он характеризуется перемещением клеток зародыша. Сущность заключается в образовании двухслойного зародыша.

Способы гаструляции:

Инвагинация – впячивание участка бластодермы внутрь целым пластом (ланцетник).

Эпиболия – обрастание мелкими клетками анимального полюса (амфибии).

Деламинация – расслоение клеток бластодермы на 2 слоя, лежащих друг над другом (рептилии, птицы).

Иммиграция – перемещение групп или отдельных клеток, не объединенных в пласт (высшие позвоночные).

Смешанный – первая фаза деламинации, вторая иммиграции.

Первичный органогенез – нейруляция. В процессе нейруляции образуется мезодерма.

1 способ: Энтероцельный – с двух сторон от первичной кишки образуются выпячивания – карманы. Они полностью отшнуровываются и превращаются в мезодерму ( у хордовых).

2 способ: Телобластический – вблизи бластопора с двух сторон от первичной кишки образуется по одной крупной клетке – телобласту. В результате размножения телобластов и образуется мезодерма ( у беспозвоночных).

Образование осевых органов у зародышев хордовых.

Эктодерма на спинной стороне зародыша прогибается, образуя продольный желоб, края которого смыкаются. Образовавшаяся нервная трубка погружается в эктодерму.

Спинная часть энтодермы, расположенная под нервным зачатком, постепенно обособляется и образуется хорда.

Из эктодермы и энтодермы образуется кишечная трубка.

34.

Понятие провизорных органов хордовых. Особенности развития этих органов в группе Anamnia и Amniota. Типы плацент. Нарушение процессов развития и редукция зародышевых оболочек у человека.

Провизорные органы – временные органы необходимые для жизнедеятельности зародыша. Время их формирования зависит от яйцеклетке и условий среды.

Наличие или отсутствие провизорных органов лежит в основе деления позвоночных на группы : Anamnia и Amniota.

К группе анамниев относятся эволюционно более древние животные, которые развиваются в водной среде и не нуждаются в доп.водных и других оболочках зародыша (Круглоротые, рыбы, земноводные).

К группе амниот относятся первичноназемные позвоночные, эмбриональное развитие которых протекает в наземных условиях. (Пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие).

Провизорные органы.

Амнион – мешок. Заполненный амниотической жидкостью, которая создает водную среду и защищает зародышей от высыхания и повреждения.

Хорион – наружная зародышевая оболочка, прилегающая к скорлупе или материнским тканям. Служит для обмена с окружающей средой, участвует в дыхании, питании и выделении.

Желточный мешок – участвует в питании и является кроветворным органом.

Аллантоис – вырост задней кишки участвует в газообмене, является вместилищем для мочевины и мочевой кислоты. У млекопитающих он вместе с хорионом образует плаценту.

Типы плацент.

Эпителиохориональная – (полуплацента) имеет наиболее простую структуру. При ее образовании на поверхности хориона появляются ворсинки в форме небольших бугорков. Они погружаются в соответствующие углубления слизистой оболочки матки, не нарушая ее (хорион контактирует с эпителием маточных желез) (свиньи, лошади)

Десмохориальная характеризуется установлением наиболее тесной связи хориона зародыша со стенкой матки. В месте соприкосновения с ворсинками хориона эпителий разрушается. Разветвленные пластинки погружаются в соединительную ткань (хорион контактирует с соед.тканью).

Эндотельнохориональная – разрушается не только эпителий, но и соед.ткань. Ворсинки соприкасаются с сосудами и отделены от материнской крови только эндотелиальной стенкой. (хищники)

Гемохориальная – происходят глубокие изменения в матке. Ворсинки омываются кровьюи всасывают из нее питательные вещества.

По внешнему виду:

Диффузная – ворсинки расположены равномерно по всей поверхности хориона.

Котиледонная – ворсинки собраны в группы в виде кустиков.

Поясная – ворсинки обр пояс, опоясывающий водный пузырь.

Дисковидная – ворсинки расположены в пределах дисковидной области на поверхности хориона.

35.

Постэмбриональный период онтогенеза, его периодизация у человека. Основные процессы: рост, формирование дефинитивных структур, половое созревание, репродукция. Роль эндокринной регуляции в постнатальном периоде. Биологические и социальные аспекты старения.

Постэмбриональный период начинается с момента выхода организма из яйцевых оболочек, до момента смерти.

Постнатальный период может быть прямым и непрямым.

При прямом развитии новорожденный организм похож на взрослый и отличается только размерами и неполным развитием органов. Прямое развитие характерно для человека и др млекопитающих, птицам, пресмыкающимся и некоторым насекомым.

Непрямое развитие протекает с метаморфозом.

С неполным превращением организм проходит 3 стадии: яйцо, личинка, имаго.

С полным 4 стадии: яйцо, личинка, куколка, имаго.

Периоды постэмбрионального развития человека.

Новорожденный – от момента рождения до 4 недель. Характерно не пропорциональное строение, кости черепа и тазы не сращены. Позвоночник без изгибов.

Грудной – от 4 недель до 12 месяцев – ребенок овладевает движениями появляются молочные зубы.

Ясельный до 3 лет. Изменяются пропорции тела, развивается мозг.

Дошкольный до 7 лет. Смена зубов.

Школьный до 17 лет, пропорции как у взрослых.

Юношеский 16 – 20 лет девушки, 17-21 юноши. Завершаются процессы роста и формирования организма.

Зрелый с 21 года.

Пожилой 55 – 60 лет.

Старческий – 75 лет.

Рост – процесс, проявляющийся в прогрессивном увеличении массы и размеров организма.

Клеточное деление, их кол – во возрастает в геометрической прогрессии.

ДЕФИНИТИВНЫЕ СТРУКТУРЫ – система органов и тканей, которые окончательное развитие и функции, свойственное взрослому организму приобретают спустя тот или иной промежуток времени после рождения. Например, половая система организма достигает своего полного развития при воздействии на нее эндокринной системы.

Половое созревание (также пубертатный период или пубертат) — процесс изменений в организме подростка, вследствие которых он становится взрослым и способным к продолжению рода. Половые железы вырабатывают различные гормоны, стимулирующие рост и развитие мозга, костей, мышц, кожи и репродуктивных органов.

Репродукция — присущее всем живым организмам свойство воспроизведения себе подобных, обеспечивающее непрерывность и преемственность жизни.

Роль эндокринной регуляции в постнатальном периоде велика.

Э.Ж. вырабатывают гормоны, которые влияют на рост организма, на половое созревание. Особенно важны гормоны, вырабатываемые гипофизом, щитовидной железой и половыми железами.

В основном половые гормоны вырабатываются половыми железами — мужскими (яички) и женскими (яичники), являющимися главными элементами репродуктивной системы человека. В этом проявляется эндокринная функция данных желез — гормоны выделяются в кровяное русло.

Вопросы влияния э.ж. на рост и развитие организма рассматривал Заводской.

Старение – это стадия индивидуального развития, по достижению которой в организме наблюдаются закономерные изменения в физическом и психологическом состоянии, внешнем виде. Этот процесс захватывает все уровни структурной организации, в результате чего происходит снижение жизнедеятельности.

Механизм старения:

В основе старения лежит накопление ошибок и повреждений, случайно возникающих в процессе жизнедеятельности индивида на разных уровнях его организации.

Согласно программным гипотезам старение детерминировано генетически, то есть информация о начале и содержании его представлена в геноме клеток. Эти гипотезы основаны на допущении. Что в организме функционируют своеобразные часы. В основе этих часов могут лежать запрограммированное число делений в клоне клеток.

36.

Современные представления о сущности онтогенетических преобразованиях. Характеристика клеточных процессов в онтогенезе: пролиферация, миграция, клеточные сгущения, избирательная сортировка клеток. Врожденные пороки развития, как следствие нарушения данных процессов.

Пролиферация клеток — разрастание ткани организма путём новообразования и размножения клеток (образования новых клеток). Механизм пролиферации отличается от других механизмов изменения объема клетки.

Дифференцировка клеток — процесс реализации генетически обусловленной программы формирования специализированного фенотипа клеток, отражающего их способность к тем или иным профильным функциям. Иными словами, фенотип клеток есть результат координированной экспрессии (т. е. согласованной функциональной активности) определённого набора генов. Клетки-родоначальницы определённых линий или клонов называют стволовыми клетками.

Клеточная адгезия — не просто соединение клеток между собой, а такое их соединение, которое приводит к формированию определённых правильных типов гистологических структур, специфичных для данных типов клеток.

Дифференцировка – биохимическая, функциональная и морфологическая специализация клеток; изменение развивающейся структуры, при котором относительно однородные образования превращаются во все более различные.

Дифференцировка — это процесс, в результате которого клетка становится специализированной, т.е. приобретает химические, морфологические и функциональные особенности. Примером может служить Дифференцировка клеток эпидермиса кожи человека, при которой в клетках, перемещающихся из базального в шиповатый и затем последовательно в другие, более поверхностные слои, происходит накопление кератогиалина, превращающегося в клетках блестящего слоя в элеидин, а затем в роговом слое — в кератин. При этом изменяются форма клеток, строение клеточных мембран и набор органоидов. На самом деле дифференцируется не одна клетка, а группа сходных клеток. Фибробласты синтезируют коллаген, миобласты — миозин, клетки эпителия пищеварительного тракта — пепсин и трипсин. 338

В более широком смысле под дифференцировкой понимают постепенное (на протяжении нескольких клеточных циклов) возникновение все больших различий и направлений специализации между клетками, происшедшими из более или менее однородных клеток одного исходного зачатка. Этот процесс непременно сопровождают морфогенетические преобразования, т.е. возникновение и дальнейшее развитие зачатков определенных органов в дефинитивные органы. Первые химические и морфогенетические различия между клетками, обусловливаемые самим ходом эмбриогенеза, обнаруживаются в период гаструляции.

Зародышевые листки и их производные являются примером ранней дифференцировки, приводящей к ограничению потенций клеток зародыша.

Процесс, в результате которого отдельные ткани в ходе дифференцировки приобретают характерный для них вид, называют гистогенезом. Дифференцировка клеток, гистогенез и органогенез совершаются в совокупности, причем в определенных участках зародыша и в определенное время. Это очень важно, потому что указывает на координированность и интегрированность эмбрионального развития.

В настоящее время общепризнанной является точка зрения, ведущая начало от Т. Моргана, который, опираясь на хромосомную теорию наследственности, предположил, что дифференцировка клеток в процессе онтогенеза является результатом последовательных реципрокных (взаимных) влияний цитоплазмы и меняющихся продуктов активности ядерных генов. Таким образом, впервые прозвучала идея о дифферециальной экспрессии генов как основном механизме цитодифференцировки. В настоящее время собрано много доказательств того, что в большинстве случаев соматические клетки организмов несут полный диплоидный набор хромосом, а генетические потенции ядер соматических клеток могут сохраняться, т.е. гены не утрачивают потенциальной функциональной активности.

Сохранение полного хромосомного набора развивающегося организма обеспечивается прежде всего механизмом митоза (возможные случаи соматических мутаций, возникающих, как исключение, во внимание не принимаем).

Пролиферация – деление клеток играет важнейшую роль в процессах роста и развития, в процессах регенерации и онкогенеза.

• Благодаря пролиферации организм из одноклеточного (зигота) превращается в многоклеточный, обеспечиваются рост и морфогенез организма, процессы обновления тканей и регенерации, но и опухолевого роста.

• Скорость деления клеток зависит от стадии онтогенеза. Деление клеток регулируется тканево-специфическими факторами - стимуляторами (гормоны) и ингибиторами (кейлоны).

• Совокупность клеток, являющихся потомками одной клетки называют клоном.

• Число клеточных циклов в процессе онтогенеза генетически предопределено.

• Нарушение процессов пролиферации может привести к недоразвитию или чрезмерному развитию отдельных органов и частей организма - уродствам.

Миграция клеток, начиная со стадии гаструлы, продолжается на протяжении всего морфогенеза.

• Клетки мигрируют одиночно или группами (мезенхимные), пластами (эпителий).

• Движения клеток в период гаструляции у лягушки

• Примеры миграции

• Миграция мезенхимных клеток нервных валиков, которые при смыкании нервной трубки выходят из них и мигрируют в разных направлениях:

• в эктодерму, образуя пигментные клетки кожи - меланоциты;

• двигаясь в центральном направлении, образуют нейроны спинальных ганглиев, ганглиев симпатической и парасимпатической нервной системы, клетки шванновских оболочек нервов, мозговой слой надпочечников;

• мигрируя в сторону лица, они превращаются в хрящевые, мышечные, соединительнотканные клетки, образуя висцеральный скелет, мышцы кожи, языка, нижней челюсти, входят в состав аденогипофиза, паращитовидных желез и мякоти зуба.

• Другим примером миграции клеток является миграция первичных половых клеток из желточной энтодермы в зачатки половых желез.

• Способы клеточной миграции:

Миграция клеток подвержена генетическому контролю и осуществляется благодаря:

• дистантным взаимодействиям;

• контактным взаимодействиям между соседними клетками.

Дистантные взаимодействия по типу:

• хемотаксиса (сперматозоиды в сторону яйцеклетки, лимфобласты из костного мозга в эмбриональный тимус);

• контактное ориентирование клеток со структурированным субстратом (фибробласты двигаются вдоль соединительнотканных волокон).

Контактные взаимодействия между соседними клетками:

• контактное ингибирование движения (мезенхимные клетки, например, лейкоциты, способны к амебоидным движениям; ламеллоподии одного фибробласта с мембраной другого).

• Нарушение процессов миграции клеток приводит к врожденным порокам развития - недоразвитию органа (гипоплазии) или гетеротопии, т.е. развитию органа или ткани в другом месте (гетеротопия почки, семенников).

Сортировка клеток начинается в процессе гаструляции (образуются зародышевые листки).

Условия сортировки:

• степень подвижности клеток,

• особенности их мембран.

• Клетки будущей эктодермы слипаются друг с другом и образуют сплошной слой над мезодермой и энтодермой.

• Клетки мезодермы имеют свойство впячиваться в любой, находящийся поблизости комок клеток.

• Клетки энтодермы относительно неподвижны.

• Агрегацию клеток зародышевого листка объясняют способностью к избирательному слипанию (адгезии) клеток одного типа между собой на основе их антигенных свойств или различий в поверхностном заряде их мембран.

• Нарушение процессов сортировки и избирательного слипания клеток может быть причиной злокачественных опухолей.

• Дифференцировкой называется процесс развития специализи-рованных клеточных типов из одного оплодотворенного яйца.

• Детерминация - это определение пути дифференцировки той или иной клетки.

Детерминация клетки может быть:

• генетически запрограммирована,

• может определяться воздействием соседних клеток,

• гормонов или различных внешних факторов, а также подвергаться их влиянию.

Детерминация может быть:

• окончательная (стабильная),

• изменяться в ходе эмбриогенеза (лабильная детерминация).

37.

Клеточная дифференцировка – биохимические, морфологические, функциональные изменения развивающейся структуры, при которых однородные образования превращаются во все более различные. В результате дифференцировки образуется специализированная морфологическая структура, выполняющая определенную функцию. Уровни дифференцировки:

-       оотипическая – возникновение различий в строении разных зон яйцеклетки;

-       бластомерная – появление различий у бластомеров

-       зачатковая – появление зародышевых листков и зачатков органов, различных по строению;

-       гистогенетическая – появление в одном зародышевом листке зачатков разных тканей.

Дифференцировка происходит не одномоментно, а в течение определенного периода времени и является следствием происходящей детерминации.

В результате ГВ в зараженной клетке могут образовываться частицы вирусов, геном которых отличается от генома родительских частиц, что вызвали инфекционный процесс. Основным ГВ есть рекомбинация – обмен генетической информацией между вирусами. Существует два типа рекомбинации в зависимости от генома вирусов: в случае, если вирус имеет одну НК, такой тип рекомбинации характерен для большинства вирусов. В этом случае геном рекомбинанта представляет собой единую полинуклеиновую цепь, последовательность нуклеотидов в которой на разных участках идентична нуклеиновой последовательности в соответствующих участках геномов разных родителей. когда вирусы имеют несколько различных полинуклеиновых цепей, это могут быть фрагменты НК с идентичной закодированной в ней инфекцией. При этом типе рекомбинации вирусная частица – рекомбинант может получать часть фрагментов полинуклеиновых цепей от одного, а часть от другого.  

НЕГЕНЕТИЧЕСКИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ (НГВ) При НГВ вирусное потомство не отличается по наследственным свойствам от родительских видов. Если ГВ только между близко родственными видами, но НГВ – между вирусами, которые не имеют родственных взаимоотношений. При НГВ происходит стимуляция или угнетение развития одного вируса другим. Различают три механизма НГВ: Механизм комплементации сводится к тому ,что один вирус-помощник направляет в клетке синтез вирус-специфического белка, который принимает участие в репродукции вируса-партнера. Причем вирус-помощник может снабжать своего партнера структурными и неструктурными белками. Механизм усиления осуществляется в результате воздействия одного из вирусов на образование клеточных продуктов (угнетает синтез интерферона, который тормозит развитие вирусной инфекции). Интерференция (угнетение) репродукции вирусов может быть обусловлена интенсификацией образования интерферона одним вирусом, что нарушает развитие другого вируса. Этот механизм может быть связан с конкуренцией за клеточные рецепторы или конкуренцией за какие-либо клеточные продукты.

Клонирование животных( опыт гердона)

Целью клонирования является получение потомства, генетически идентичного той особи, ядро которой было взято для клонирования. Как известно, ядро клетки содержит информацию (ДНК), определяющую основные характеристики растения или животного. Помимо этого, ДНК, содержащаяся в митохондриях клетки, является совершенно самостоятельной и не зависит от хромосомной ДНК.

В случае с овцой Долли клетки были взяты из тканей вымени и выращены в среде с 0,5 % сыворотки. Эта среда остановила рост клеток на стадии готовности, в результате чего активизировались все гены и клетки стали полностью задействованы. Под воздействием электрических импульсов эти клетки смешали с неоплодотворенными яйцеклетками, из которых предварительно были удалены ядра. После того как в особой среде клетки достигли необходимой стадии развития, эмбрионы вживили в матку другой овцы.

После того как из вымени взрослой овцы были взяты клетки, в результате их смешивания с яйцеклетками было получено 277 соединенных клеток, 29 из которых развивались до стадии бластоцита. Полученные 29 зародышей вживили в матки 13 овец. В результате родился только один живой ягненок — Долли. Неудивительно, что, если в качестве исходного материала для клонирования используются клетки взрослого животного, процент положительных результатов является достаточно низким.

Это долгий и сложный процесс, требующий выращивания донорских клеток в нескольких средах. Кроме того, в данном случае необходимо особым образом вырастить измененную яйцеклетку-реципиент и дождаться окончания необходимого срока беременности. Более удачные результаты достигаются в тех случаях, когда в качестве донорских берутся зародышевые клетки или клетки плода. Однако до тех пор, пока животное не достигнет зрелости, невозможно точно определить, какая особь наиболее подходит для донорских целей.

38.

Пролиферация клеток, запрограммированная клеточная гибель, адгезия клеток, замыкание закладок как механизмы морфогенетических преобразований в онтогенезе. Врождённые пороки развития как следствия нарушения данных процессов. Примеры

Пролиферация- увеличение числа клеток путем митоза, которое приводит к росту и обновлению ткани.

Апоптоз — явление программируемой клеточной смерти, сопровождаемой набором характерных цитологических признаков (маркеров апоптоза) и молекулярных процессов, имеющих различия у одноклеточных и многоклеточных организмов.

Апоптоз — форма гибели клетки, проявляющаяся в уменьшении ее размера, конденсации и фрагментациихроматина, уплотнении наружной и цитоплазматической мембран без выхода содержимого клетки в окружающую среду. Несмотря на то, что обычно более принципиальным является аспект программированности и активный характер гибели, чем сопутствующие ей морфологические изменения, чаще используется термин «апоптоз», вероятно, из-за его краткости.

При изложении клеточных механизмов в гл. 8 приводились примеры иллюстрирующие, как нарушение этих механизмов может приводить к формированию врожденных пороков развития. В данной главе описаны лишь некоторые пороки развития тех органов, морфогенез которых был рассмотрен в гл. 7. Их следует рассматривать как отдельные примеры подкрепляющие обоснованность изучения онтофилогенетических предпосылок формирования врожденных пороков развития.

Различные варианты расщелины позвоночника как бы соответствуют очень древнему примитивному строению его у низших позвоночных Скрытая расщелина позвоночника (spina bifida occulta)—это дефект в виде аплазии спинных дужек и остистых отростков (рис. 9.2, А). Дужки позвонков при нормальном развитии образуются из мигрирующих клеток склеротомов под индуцирующим влиянием со стороны хорды, спинного мозга и спинномозговых узлов. При описываемом пороке происходит остановка их развития, что, вероятно, может быть связано с нарушением необходимых индуцирующих воздействий.

Скрытые формы расщелины первого крестцового позвонка встречаются среди людей с частотой около 10%, а первого шейного—с частотой около 3%. Как правило, спинной мозг и спинномозговые нервы не изменены и не имеется никаких серьезных нарушений. Кожа над дефектом также не изменена, но иногда порок можно заподозрить по небольшой ямочке или пучку волос над ним. Чаще всего дефект выявляется как рентгенологическая находка. О возможной наследственной природе порока свидетельствуют такие данные: скрытые формы расщелины дужек позвонков встречаются у 14,3% матерей, у 6,1 % отцов и у 26,8% сибсов пробандов с различными формами несращения нервной трубки и позвонков.

Более грубым пороком являются кистозная расщелина позвоночника (spina bifida cystia) и полный рахисхиз. Кистозная расщелина характеризуется наличием грыжевого мешка, а полный рахисхиз — дефектом мозговых оболочек, мягких покровов и лежащим открыто в виде пластинки или желоба спинным мозгом (рис. 9.2, Б). В последнем случае нервные валики не соединяются в трубку либо из-за ослабления индуцирующего влияния подлежащей хорды, либо из-за действия тератогенных факторов на нейроэпителиальные клетки.

Пороки развития звукопроводящей системы среднего уха могут быть причиной врожденного нарушения слуха наряду с нарушениями других отделов слухового анализатора. Врожденная фиксация стремечка приводит к врожденной проводниковой глухоте при нормальном развитии уха в остальном. Дефекты молоточка и наковальни часто сочетаются с синдромом первой дуги. Механизмами возникновения подобных пороков развития могут быть нарушения рассасывания (гибели) молодой соединительной ткани в барабанной полости и остановка развития всей области первой висцеральной дуги. Большинство видов врожденной глухоты обусловлены генетически и носят наследственный характер.

Атрезия наружного слухового прохода возникает из-за ослабления процесса канализации (рассасывания пробки наружного слухового прохода) в области первого жаберного кармана. Этот врожденный порок также часто сочетается с синдромом (аномаладом) первой дуги.

Пороки развития пищеварительной системы выражаются в недоразвитии (гипогенезия) или полном отсутствии развития (агенезия) участков кишечной трубки или ее производных, в отсутствии естественного отверстия, сужении канала, персистировании эмбриональных структур, незавершенном повороте и гетерогонии различных тканей в стенку желудочно-кишечного тракта.

Атрезии и стенозы встречаются с частотой примерно 0,8 на 1000 новорожденных. Существует несколько гипотез, объясняющих механизм их возникновения. По одной из них, это персистирование физиологической атрезии, заключающееся во временной закупорке просвета кишечной трубки на 6-й неделе развития в связи с нарушением реканализации. По другой — это сосудистая недостаточность. В эксперименте на собаках путем перевязки у плодов верхней брыжеечной артерии удалось получить некоторые формы атрезии и стеноз. Есть гипотеза внутриутробного воспалительного процесса. Этиология этих пороков гетерогенна. Среди изолированных пороков, по-видимому, большинство мультифакториальны, а среди тех, что являются компонентами множественных врожденных пороков, значительная часть — результат хромосомных и генных мутаций.

39.

Регуляция развития человека и животных на разных этапах онтогенеза. Генетическая регуляция развития (генетическая детерминированность развития, дифференциальная активность генов, влияние ооплазматической сегрегации, Т-локус; гомеозисные и дизруптивные мутации

Весь процесс развития организма регулируется генетической программой. В большинстве случаев геном всех клеток остается одинаковым. Это означает, что при развитии "нужные гены работают в нужное время и в нужном месте"

Генетическая детерминированность - Рост и развитие зависят от генома человека, однако взаимодействие совокупности генов друг с другом и с различными факторами внешней среды может в той или иной мере влиять на фенотип.

Экспериментально доказано, что гены работают не всегда, есть определенная закономерность в очередности работы генов, неработающие гены сохраняются в клетке в течение всей ее жизни и, при определенных условиях, снова могут начать работать. Это явление называется дифференциальной активностью генов.

Ооплазматическая сегрегация обусловлена положением ооцита в материнском организме. Яйцо дрозофилы созревает в особой камере - фолликуле. Из одного оогония в результате четырех делений, характеризующихся высокой степенью упорядоченности, формируются 16 клеток, которые остаются связанными друг с другом кольцевыми каналами. Ооцитом становится та клетка, которая занимает задний конец яйцевой камеры. Остальные 15 превращаются в огромные питающие клетки. Именно в них активны так называемые гены с материнским эффектом, т.е. функционирующие в организме матери еше до оплодотворения яйца: bicoid, exuperantia, swallow, nanos u pumilio. Их взаимоотношения подробно разбирались в гл. 5. При экспериментальном изучении транспорта мРНК-транскрипта гена bicoid, показано наличие для нее четко выраженного анимально-вегетативного фадиента: мРНК гена bicoid накапливается тем концом ооцита, который должен стать передним полюсом эмбриона. Все пять вышеперечисленных генов составляют систему, обеспечивающую формирование передне-заднего фадиента. Продукты этих генов принято называть морфогенами. Помимо них, важную роль в формировании плана строения будущего организма дрозофилы играет ген hunchback, активно функционирующий не только в материнском геноме, но и у зиготы. Мутанты, гомозигот ные по hunchback, детальны и схожи с мутантами bicoid по утрате передних структур. Продукт гена hunchback блокирует развитие хвостового конца, чему в ходе нормального развития противостоит продукт гена nanas, локализующийся у заднего полюса яйца. Кроме того, в ооците существует система, контролирующая формирование дорсо-вентрального градиента. Она включает функционирующие в фолликулярных клетках гены torpedo, pipe, nudel, windbeutel, в результате чего происходит обмен не идентифицированными сигналами между фолликулярными клетками и вентральной областью ооцита. После оплодотворения экспрессируются шесть генов, из которых snake и easier, кодирующие сериновые протеазы, активируют ген spatzle. Но ведущая роль в детерминации дорсо-вентральной полярности принадлежит гену toll, активность которого, опосредованная генами pelle и cactus, обеспечивает формирование градиентного распределения белкового продукта гена dorsal, действующего как фактор транскрипции. Наконец, третья система, состоящая из генов torso, tailless и huckebein осуществляет общий контроль над формированием градиентов при развитии несегментированных головного и хвостового конца. Причем в детерминации их анатомических границ особое значение имеет белок гена torso, расположенный на обоих полюсах яйца. Таким образом, еще до формирования зиготы продукты материнских мРНК распределяются вдоль будущей оси эмбриона дрозофилы неравномерно, создавая определенные фадиенты разных морфогенов. Что касается ооцитов млекопитающих, то столь жестко фиксированная гетерогенность, по-видимому, им не свойственна. Так, согласно отдельным экспериментальным данным, в ооцитах мыши эмбриональные оси устанавливаются только с момента развития зиготы. Однако делать какие-либо заключения можно будет только после обнаружения продуктов генов, гомологичных описанным удрозофилы.

Т-локус - У мышей также известен целый ряд рецессивных мутаций сложного локуса Т 17-й хромосомы, затрагивающих раннее развитие. Локус Т представлен множеством (117) аллелей, обозначаемых знаком t с дополнительными индексами: t1, t2, t3 и т.д. Около 30% t-генов в гомозиготном состоянии вызывает гибель зародышей, часть аллелей являются полулетальными. Весь этот ряд рецессивных аллелей t распадается на восемь групп, которые могут быть комплементарны друг другу и в гетерозиготном состоянии не приводить к гибели зародыша.

Известны также и пять доминантных мутаций Т-локуса. Каждая из восьми групп обусловливает разного рода дефекты. Один из аллелей останавливает превращение морулы в бластоцисту, состоящую из трофобласта и эмбриобласта. Такие морулы гибнут. Другая мутация приводит к тому, что развившийся трофобласт не вступает в контакт со стенкой матки и зародыш тоже гибнет. Третьи мутантные зародыши не образуют внезародышевой эктодермы, у четвертых — гибнут клетки зародышевой эктодермы, у пятых — клетки зародышевой эктодермы не способны мигрировать в области первичной полоски и образовывать мезодерму, у шестых — уже образовавшиеся структуры нервной системы дегенерируют и т.д. Первичное нарушение, лежащее в основе всех этих эффектов, всего лишь одного локуса пока не выяснено. Однако очевидно, что локус Т играет первостепенную роль в морфогенезе эктодермы мышиного зародыша и организма в целом

Гомеозисные гены — гены, определяющие процессы роста и дифференцировки в организме. Гомеозисные гены кодируют транскрипционные факторы, контролирующие программы формирования органов и тканей.

Мутации в гомеозисных генах могут вызвать превращение одной части тела в другую. Гомеозисными мутантами называются такие организмы, у которых на месте органа развивается орган другого типа. Например, у дрозофилы при мутации antennapedia формируется конечность на месте антенны.

 дизруптивные (нарушение нормального развития, отсутствие или аномальное строение органа);

40

Роль эндокринной регуляции на разных этапах онтогенеза. Для каждого этапа онтогенеза характерно определенное соотношение активности желез внутренней секреции. В эмбриогенезе определяющую роль играют гормоны плаценты и эндокринные железы организма матери. Они контролируют закладка органов, их рост и развитие в течение того времени, пока формируются железы внутренней секреции плода. Первыми созревают клетки поджелудочной железы, продуцирующие инсулин, и кора надпочечников, которая производит кортикостероиды.

Гормоны этих желез эмбриона начинают регулировать углеводный и минеральный обмен веществ, а также закладки половых желез. В это время формируется тимус, начинается работа иммунной системы плода. Несколько позже начинает функционировать гипофиз и щитовидная железа. Гормон роста регулирует темпы роста всех органов, а гормоны щитовидной железы — энергетический обмен. Недостаток этих гормонов в эмбриогенезе приводит к тяжелым нарушениям физического и психического развития плода. Действие половых гормонов проявляется уже на 10-12 неделе развития эмбриона. В это время закладываются основные признаки, характерные для женского и мужского организмов.

Важно помнить следующее: гормон взаимодействует только с клетками, имеющими рецептор к нему. Таким образом, он может оказывать действие лишь на определенные органы. Кроме того, в разных клетках-мишенях гормоны воздействуют на различные группы генов, и поэтому они могут оказывать разнонаправленное воздействие. Так, сложные морфогенезы в онтогенезе амфибий, обеспечивающие превращение головастика в лягушку, происходят под действием гормонов щитовидной железы, главным образом, тироксина. Его влияние приводит к исчезновению хвоста и жаберных щелей, перестройке черепа, позвоночника и всего пищеварительного тракта, формированию конечностей, изменению строения кожи, в которой появляются многоклеточные слизистые железы. Другими словами, под действием гормона на данном этапе развития меняется вся организация особи.

Нервная регуляция начинается с закладки отделов ЦНС и продолжается в течение жизни особи.

Взаимодействие между центрами ЦНС и иннервируемыми органами устанавливается на ранних этапах эмбриогенеза, причем эти структуры взаимно стимулируют развитие друг на друга. Отходящие от центров ЦНС периферические нервы подрастают к зачаткам органов и стимулируют их развитие. Отсутствие периферических нервов или их повреждение (например лекарственными препаратами, токсинами токсоплазмы и др.) вызывает нарушение формирования иннервируемых ими структур.

В постнатальном периоде сохраняется взаимосвязь между нервной системой и иннервируемыми органами. Родовые травмы головного мозга и периферических нервов приводят не только к параличам, но и к атрофии мышц и отставанию роста соответствующих конечностей или односторонней гипотрофии структур лица.

41

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

 

Важную роль в эмбриогенезе играют контактные и дистантные взаимодействия.

Контактные взаимодействия –контакт как минимум 2-х бластомеров, является условием для нормального развития зародыша.Обуславливают дальнейшую судьбу бластомеров, определяя направление перемещения клеточных слоёв, миграцию, подавление деления и т.д. (Сосед определяет судьбу рядом лежащих бластомеров).

Дистантные взаимодействия: в процессах эмбриональной индукции. Взаимодействие частей зародыша, при котором 1 участок определяет судьбу другого, побуждая его к делению. Явление эмбриональной индукции – опыты Грегора Шпемана на амфибиях (1924 г.).

Со стадии гаструляции если в эксперименте у зародыша амфибии взять дорзальную губу бластопора и пересадить её другому зародышу амфибии, но не на спинную, а на вентральную (брюшную) сторону, то развивается 2-я нервная трубка (на брюшной стороне). Вывод: Дорзальная губа бластопора гаструлы у амфибии в норме индуцирует закладку нервной трубки (в норме на спинной/дорзальной стороне).

Для осуществления эмбриональной индукции необходимо:

1) наличие индуктора

2) наличие индуцируемой структуры, отвечающей на действие индуктора

3) наличие состояние компетентности (способности воспринимать этот стимул)

 Виды эмбриональной индукции:

1) первичная: обнаруживается первой, при закладке нервной трубки

2) вторичная: проявляется на более поздней стадии, чем гаструляция. При закладке всех структур зародыша.

3) последующая: при закладке глазного яблока, почек. Каждая новая структура последовательно играет роль индуктора.

4) взаимная: при закладке конечностей.

Г. Шпеман и его сотрудница Х. Мангольд открыли у зародышей амфибий «организатор». Контрольный эксперимент был проведен Хильдой Мангольд в 1921 году. Она вырезала кусочек ткани из дорсальной губы бластопора гаструлы гребенчатого тритона со слабопигментированным зародышем, и пересадила ее в вентральную область другой гаструлы близкого вида, тритона обыкновенного, зародыш которого характеризуется обильной пигментацией. Эта естественная разница в пигментации позволила различить в химерном зародыше ткани донора и реципиента. Клетки дорсальной губы при нормальном развитии образуют хорду и мезодермальные сомиты (миотомы). После пересадки у гаструлы-реципиента из тканей трансплантата развивалась вторая хорда и миотомы. Над ними из эктодермы реципиента возникала новая дополнительная нервная трубка. В итоге это привело к образованию осевого комплекса органов второго головастика на том же зародыше.

42

Механизмы, обеспечивающие эмбриогенез:

Дифференциальная активность генов – в течение эмбрионального развития различные блоки генов имеют строго определенный порядок репрессии и дерепрессии.

Детерминация – выбор конкретного пути развития, приобретение клетками способности развиваться в определенном направлении и одновременно ограничение их будущих возможностей развития. В начале эмбриогенеза бластомеры тотипотентны (могут дать начало целому организму) и их развитие зависит от внешних индукторов и соседних клеток. На более поздних стадиях клетки становятся более детерминированными (их развитие предопределено) и они развиваются по намеченному плану.

Дифференцировка – биохимическая, функциональная и морфологическая специализация клеток; изменение развивающейся структуры, при котором относительно однородные образования превращаются во все более различные.

Морфогенез - формообразование, возникновение новых форм и структур, как в онтогенезе, так и в филогенезе организмов. У животных в ходе индивидуального развития возникают субклеточные, клеточные и многоклеточные структуры. В классической эмбриологии под морфогенезом обычно понимают возникновение многоклеточных структур. Они образуются благодаря размножению, изменениям формы и перемещени

ям клеток развивающегося организма. Морфогенез определён генетически, но осуществляется благодаря эпигенетическим взаимозависимостям клеток и их комплексов. Формообразование путём клеточного размножения характерно для постэмбрионального развития животных. Примеры морфогенеза в эмбриональных тканях животных: образование трубчатых зачатков (формирование кишечника, нервной трубки), подразделение их (развитие мозговых пузырей), образование клеточных сгущений при вычленении сомитов. В морфогенезе решающее значение имеют контактные, в меньшей степени — дистантные взаимодействия клеток, обусловливающие морфогенетические корреляции и контролируемые влияния со стороны более широкого клеточного окружения (целого зачатка или зародыша). Это обеспечивает характерное для морфогенеза сочетание точности с высокими способностями к регуляции искусственных, или естественных нарушений. Нерегулируемые искажения морфогенеза приводят к аномалиям развития. В процессе эволюции при наследуемых изменениях генома видоизменяются сложившиеся в организме морфогенетические корреляции. Особи с изменённой структурой подвергаются действию естественного отбора и при благоприятных условиях могут сохраниться, дав начало потомкам с повой структурой.

43

Критические периоды эмбриогенеза человека – зародыш наиболее чувствителен к действию факторов внешней среды, т.к. изменяются условия его существования (включаются новые блоки генов):

Имплантация (6-7 сутки после оплодотворения)

Плацентация (14-15 сутки после оплодотворения)

Роды (38-40 неделя после оплодотворения).

Действие неблагоприятных факторов среды в эти периоды развития приводит к порокам развития данных систем.

Тератогенез – развитие уродств под действием тератогенных факторов (алкоголь, наркотики, лекарства, бактерии, вирусы, паразиты, излучение).

Пороки развития – отклонения в строении органа или целого организма, приводящие к функциональным расстройствам:

Аплазия (гипоплазия) – отсутствие (недоразвитие) органа

Гипо- (гипер) трофия – уменьшение (увеличение) массы органа

Гетеротопия – нетипичная локализация группы клеток или органа

Гетероплазия – нарушение дифференцировки тканей

Стеноз (атрезия) – сужение (отсутствие канала полового органа).

44

Врожденные аномалии и пороки развития. Пороки развития представляют собой стойкие морфологические изменения органа или организма в целом, выходящие за пределы вариаций нормы и возникающие внутриутробно в результате нарушения развития зародыша либо плода.

ПРИЧИНЫ:

1) эндогенные (внутренние) факторы: а) изменения наследственных структур (мутации); б) "перезревание" половых клеток; в) эндокринные заболевания; г) влияние возраста родителей;

2) экзогенные (внешние) факторы: а) физические - радиационные, механические воздействия; б) химические - лекарственные препараты, химические вещества, применяемые в промышленности и в быту, гипоксия, неполноценное питание, нарушения метаболизма; в) биологические - вирусные заболевания, протозойные инвазии, изоиммунизация.

Одной из главных причин пороков развития являются мутации. В организме они происходят постоянно (спонтанные мутации) под воздействием естественного фона радиации и процессов тканевого метаболизма. При дополнительном воздействии на организм ионизирующего излучения или химических мутагенов происходят индуцированные мутации. Мутации могут быть генными, хромосомными и геномными.

Хромосомные мутации - это изменения хромосом в виде транслокации, делеции, дупликации и инверсии.

Геномные мутации - изменение числа хромосом или хромосомных наборов.

МЕХАНИЗМЫ РАЗВИТИЯ ЗАБОЛЕВАНИЯ

Формирование пороков происходит преимущественно в период эмбрионального морфогенеза (3-10-я неделя беременности) в результате нарушения процессов размножения, миграции, дифференциации и гибели клеток. Эти процессы происходят на внутриклеточном, экстраклеточном, тканевом, межтканевом, органном и межорганном уровнях. Нарушением размножения клеток объясняют гипоплазию и аплазию органов. Нарушение их миграции лежит в основе гетеротопий. Задержка дифференциации клеток обусловливает незрелость или персистирование эмбриональных структур, а ее полная остановка - аплазию органа или его части. Нарушение физиологической гибели клеток, как и нарушение механизмов адгезии ("склеивание" и срастание эмбриональных структур), лежат в основе многих дизрафий (например, спинномозговых грыж).

КЛАССИФИКАЦИЯ

Выделяют несколько групп пороков. В зависимости от времени воздействия вредных факторов и объекта поражения выделяют следующие формы пороков развития.

1. Гаметопатии - патологические изменения в половых клетках, произошедшие до оплодотворения и приводящие к спонтанному прерыванию беременности, врожденным порокам развития, наследственным заболеваниям.

2. Бластопатии - это повреждения зиготы в первые 2 недели после оплодотворения вызывающие гибель зародыша.

3. Эмбриопатии - поражения зародыша 15-й день после оплодотворения до 75-й день проявляющиеся пороками развития отдельных органов и систем, прерыванием беременности. Большинство врожденных пороков образуется именно в этот период.

4. Фетопатии - общее название болезней плода, возникающих под воздействием неблагоприятных факторов с 11-й недели внутриутробной жизни до начала родов.

45

.Гомеостаз - способность организма поддерживать относительное постоянство внутренней среды (крови, лимфы, межклеточной жидкости ).

Свойства:

Нестабильность системы: тестирует, каким образом ей лучше приспособиться.

Стремление к равновесию: вся внутренняя, структурная и функциональная организация систем способствует сохранению баланса.

Непредсказуемость: результирующий эффект от определённого действия зачастую может отличаться от того, который ожидался.

Клеточный уровень: установление гомеостаза клеточной среды обеспечивается мембранными системами, с которыми связаны биоэнергические процессы и регулирование транспорта веществ в клетку и из нее.

Генетический уровень: считывание генетической информации должно происходить без ошибок, это и обеспечивает нормальный гомеостаз (генный контроль тринадцати факторов свертывание крови, генный контроль гистосовместимости тканей и органов, позволяющий возможность трансплантации).

Системный уровень: обеспечивается взаимодействием важнейших регуляторных систем: нервной, эндокринной и иммунной.

Роль эндокринной: гормоны оказывают влияние на обменные процессы, обеспечивающие гомеостаз. Для сохранения гомеостаза необходимо уравновешение функциональной активности железы с концентрацией гормона, находящегося в циркулирующей крови.

Роль нервной: быстрое наступление ответной реакции, регуляция работы эндокринной системы, которая, в свою очередь, влияет на гомеостаз.

46.

Совокупность процессов, направленных на восстановление разрушаемых биологических структур называется регенерацией. Такой процесс характерен для всех уровней: обновление белков, составных частей органелл клетки, целых органелл и самих клеток.

Физиологическая регенерация - это естественный процесс восстановления элементов организма в течении жизни. Например, восстановление эритроцитов и лейкоцитов, смена эпителия кожи, волос, замена молочных зубов на постоянные. На эти процессы влияют внешние и внутренние факторы.

способы регенерации:

1) Эпиморфоз - или полная регенерация - восстановление раненой поверхности, достраивание части до целого (хвост у ящерицы, конечности у тритона).

2) Морфоллаксис - перестройка оставшейся части органа до целого, только меньших размеров. Для этого способа характерно не дополнение до целого, а перестройка нового из остатков старого (конечности у таракана).

3) Эндоморфоз - восстановление за счет клеточной внутриклеточной перестройки ткани и органа. Благодаря увеличению числа клеток и их размеров масса органа приближается к исходному.

Механизмы регуляции регенерации:

гуморальные факторы – вещества выбрасываются в кровь и сдерживают пролиферацию, повышают синтез ДНК и снижают митотическую активность;

гормональные факторы:

соматотропный гормон гипофиза стимулирует пролиферацию и активную регенерацию;

гормоны щитовидной железы стимулируют процесс регенерации;

иммунные факторы – лимфоциты выполняют информационную роль, Т-лимфоциты стимулируют эффект заживления, а В-лимфоциты угнетают;

нервные механизмы регуляции прежде всего связаны с трофической функцией нервной системы;

47.

Репаративная регенерация- восстановление структур после травмы или действия других повреждающих факторов. При регенерации происходят такие процессы, как детерминация, дифференцировка, рост интеграция.

Репаративная регенерация подразделяется на типичную (гомоморфоз) и атипичную (гетероморфоз). В первом случае регенерирует орган, который был удален или разрушен, во втором - на месте удаленного органа развивается другой.

Способы репаративной регенерации:

1.Заживление эпителиальных ран (у млекопитающих; когда поверхность раны заживает с образованием корки).

2.Эпиморфоз - отрастание нового органа от ампутационной поверхности. Гипоморфоз – регенерация с частичным замещением ампутированной структуры (у взрослой шпорцевой лягушки возникает шиповидная структура вместо конечности ). Гетероморфоз – появление иной структуры на месте утраченной. (у членистоногих на месте антенны могут развиться конечность или глаз)

3. Морфаллаксис - регенерация путем перестройки регенерирующего участка. (восстановление целой планарии из 1/20 ее части.)

4.Регенерационная гипертрофия. Заключается в увеличении размеров остатка органа без восстановления исходной формы. (регенерация печени млекопитающих)

5.Компенсаторная гипертрофия - изменения в одном из органов при нарушении в другом, относящемся к той же системе органов. (усиленная работа в одной из почек при удалении другой или увеличение лимфоузлов при удалении селезенки)

Регенерация у млекопитающих отличается своеобразием. Для регенерации некоторых наружных органов нужны особые условия. Язык, ухо, например, не регенерируют при краевом повреждении. Если же нанести сквозной дефект через всю толщу органа, восстановление идет хорошо. В некоторых случаях наблюдали регенерацию сосков даже при ампутации их по основанию. Регенерация внутренних органов может идти очень активно. Из небольшого фрагмента яичника восстанавливается целый орган

48.

Генофонд популяции - это совокупность всех генов и генотипов всех особей популяции.

Генетическая гетерогенность – наличие в популяции разных аллелей генов.

Генетическое единство обуславливается достаточным уровнем панмиксии.(свободного скрещивания особей в популяции)

Динамическое равновесие - состояние относительного равновесия экологических систем, находящихся под действием внешних и внутренних сил (в том числе техногенного или антропогенного происхождения).

Генетическая структура популяции - соотношение частот аллелей ( А и а ) и генотипов (АА, Аа , аа )в генофонде популяции

Частота аллеля - фактическая доля аллеля в общем числе аллелей данного признака.

Ожидаемые частоты аллелей и генотипов можно определить по закону Харди — Вайнберга ( в пределах генофонда популяции частота аллелей А ( р ) и а ( q ) , а также соотношение генотипов АА , Аа , аа остаётся неизменным из поколения в поколение )

( p + q ) 2 = p2+ 2pq + q2 = 1

р - частота доминантного аллеля (А)

q - частота рецессивного аллеля (а)

р2 - частота доминантных гомозиготных генотипов (АА)

2рq - частота гетерозиготных генотипов (Аа)

q2 - частота рецессивных гомозиготных генотипов (аа)

Сумма частот всех аллелей одного гена равна - 1

АА + 2Аа + аа = 1

49.

Элементарные факторы эволюции — факторы, изменяющие частоту аллелей и генотипов в популяции (генетическую структуру популяции).

Мутации — элементарный эволюционный материал, а процесс возникновения мутаций, мутационный процесс, — постоянно действующий элементарный эволюционный фактор, увеличивающий генетическую гетерогенность популяции вследствие сохранения рецессивных мутаций в гетерозиготах. Рецессивные мутации в гетерозиготном состоянии составляют скрытый резерв изменчивости, который может быть использован естественным отбором при изменении условий существования.

Популяционные волны - периодические или апериодические колебания численности особей популяции характерны для всех без исключения живых организмов. Причины - различные абиотические и биотические факторы среды. Действие популяционных волн, или волн жизни, предполагает неизбирательное, случайное уничтожение особей. Эволюционное значение состоит в том, что при резком сокращении численности особей популяции среди случайно оставшихся в живых немногочисленных индивидов могут быть редкие генотипы. В дальнейшем восстановление численности будет идти за счет этих особей, что приведет к изменению частот генов, а значит, генофонда популяции, пережившей катастрофическое сокращение численности.

Причинами популяционных волн могут быть:

периодические изменения экологических факторов среды (сезонные колебания температуры, влажности и т.д.);

непериодические изменения (природные катастрофы);

заселение видом новых территорий (сопровождается резкой вспышкой численности).

Дрейф генов или генетико-автоматические процессы — явление ненаправленного изменения частот аллельных вариантов генов в популяции, обусловленное случайными статистическими причинами. Один из механизмов дрейфа генов: в процессе размножения в популяции образуется большое число половых клеток — гамет. Большая часть этих гамет не формирует зигот. Тогда новое поколение в популяции формируется из выборки гамет, которым удалось образовать зиготы. При этом возможно смещение частот аллелей относительно предыдущего поколения.

Под генетическим полиморфизмом понимается состояние длительного разнообразия генотипов, когда частота даже наиболее редко встречающихся генотипов в популяциях превышают 1%. Генетический полиморфизм поддерживается за счет мутаций и рекомбинаций генетического материала.

Формы: адаптационный и балансированный.

Адаптационный (приспособительный) возникает, если в различных, но закономерно изменяющихся условиях жизни отбор благоприятствует разным генотипам. Пример: у виноградной улитки часть особей популяции, обитающая на песчаных почвах, имеет белый вход в раковину, а другая часть – красный цвет, они обитают на глинистой почве.

У двухточечной божьей коровки есть красные и черные особи. Красные хорошо переносят зиму, а черные хорошо размножаются летом.

Балансированный – гетерозиготный – отбор благоприятствует сохранению гетерозиготных особей. Имеет большой биологический смысл – обеспечивает выживаемость особей в изменяющихся условиях окружающей среды, создает резерв наследственной изменчивости.

50.

Популяция человека - группа людей, занимающих одну территорию и свободно вступающих в брак. Изоляционные барьеры, препятствующие заключению брачных союзов, нередко носят выраженный социальный характер (например, различия в вероисповедании). Благодаря этому в формировании популяций людей главную роль играет не общность территории, а социальные факторы.

Демографические показатели человеческой популяции:

· размер популяции

· плотность населения

· рождаемость и смертность

· возрастная и половая структура

· род занятий

· экономическое состояние

Генетическая структура популяций определяется системой браков и частотами генов.

Мутации служат основным источником генетической изменчивости, но их частота крайне низка. Мутирование — процесс чрезвычайно медленный, поэтому если мутирование происходило бы само по себе, а не в контексте действия других популяционных факторов (например, дрейфа генов или миграции), то эволюция протекала бы невообразимо медленно.

Миграцией называется процесс перемещения особей из одной популяции в другую и последующее скрещивание представителей этих двух популяций. Миграция обеспечивает «поток генов», т.е. изменение генетического состава популяции, обусловленное поступлением новых генов. Миграция не влияет на частоту аллелей у вида в целом, однако в локальных популяциях поток генов может существенно изменить относительные частоты аллелей при условии, что у «старожилов» и «мигрантов» исходные частоты аллелей различны.

51.

Специфика действия естественного отбора и изоляции в генетических популяциях. Демы. Изоляты. Дрейф генов. Особенности генофондов изолятов.

Изоляция — это нарушение панмиксии и потока генов. Изоляция имеет несколько видов, которые являются основополагающими факторами видообразования.

Географическая изоляция — это пространственная, территориальная, климатическая изоляция, возникающая вследствие прекращения миграции и панмиксии географическими преградами. Биологическая изоляция — это биологические барьеры межпопуляционному скрещиванию. Географическая изоляция обуславливается различными областями проживания организмов, а биологическая изоляция обуславливает прекращение панмиксии и потока генов между двумя видами вследствие биологических и морфофизиологических особенностей.

Изоляция, независимо от ее видов, имеет ряд важных значений:

1. Она нарушает панмиксию;

2. Усиливает в изолятах инбридинг;

3. Закрепляет генотипическую дифференцировку;

4. Ведет к формированию нескольких популяций из одной исходной.

Естественный отбор — процесс, приводящий к выживанию и преимущественному размножению более приспособленных к данным условиям среды особей, обладающих полезными наследственными признаками. Для сферы действия естественного отбора существует одно ограничение: естественный отбор не может изменить организацию какого-либо вида без пользы для него самого и лишь на пользу другому виду. Чаще всего отбор направлен на создание взаимоприспособлений видов друг к другу. Однако отбор часто ведет к созданию признаков и свойств, невыгодных для отдельной особи и полезных для популяции и вида в целом. Генетической основой естественного отбора является наследственная изменчивость, а причиной — влияние условий окружающей среды. Результатом длительного действия отбора является преобразование популяционного генофонда, замена одних количественно преобладающих генотипов другими.

Дем, или генетическая популяция — относительно небольшая внутривидовая группировка сходных особей, живущих на ограниченной территории и скрещивающихся между собой. Число входящих в состав дема особей может колебаться во времени, но обычно оно составляет до нескольких десятков особей. В природе демы, как и виды, могут оставаться неизменными на протяжении многих поколений.

Изоляты - небольшие, генетически изолированные популяции разных видов организмов, в т. ч. людей, внутри которых происходит ассортативное (выборочное) скрещивание.

Дрейф генов — явление ненаправленного изменения частот аллельных вариантов генов в популяции, обусловленное случайными статистическими причинами. Один из механизмов дрейфа генов заключается в следующем. В процессе размножения в популяции образуется большое число половых клеток — гамет. Большая часть этих гамет не формирует зигот. Тогда новое поколение в популяции формируется из выборки гамет, которым удалось образовать зиготы. При этом возможно смещение частот аллелей относительно предыдущего поколения.

Особенности генофондов малочисленных популяций: малый прирост – чем меньше выборка, тем больше отсев; малый приток генов из других популяций – уменьшает генетическое разнообразие; высокая степень близкородственных браков – увеличивает число больных гомозигот; дрейф генов – приводит к сглаживанию изменчивости внутри группы и появлению случайных, не связанных с отбором различий между изолятами.

52.

Генетический полиморфизм – основа внутри- и межпопуляционной изменчивости человека. Значение полиморфизма в предрасположении к заболеваниям, к реакциям на аллергены, лекарственные препараты, пищевые продуты. Значение генетического разнообразия в будущем человека.

Генетический полиморфизм - сосуществование в пределах популяции двух или нескольких различных наследственных форм, находящихся в динамическом равновесии в течение нескольких и даже многих поколений.

Масштабы полиморфизма ДНК таковы, что между последовательностями ДНК двух людей, если только они не однояйцевые близнецы, существуют миллионы различий. Эти различия подразделяют на четыре большие категории:

- фенотипически не выраженные (например, полиморфные участки ДНК, используемые для идентификации личности молекулярно-генетическими методами);

- вызывающие фенотипические различия (например, в цвете волос или росте), но не предрасположенность к заболеванию;

- играющие некоторую роль в патогенезе заболевания;

- играющие основную роль в развитии заболевания.

53.

Соотношение онто – и филогенеза. Биогенетический закон Ф. Мюллера и Э. Геккеля. Рекапитуляции и их генетическая основа. Ценогенезы и филэмбриогенезы. Гетеротопии, гетерохронии и их роль в филогенезе.

Онтогенез - индивидуальное развитие организма, а филогенез - историческое развитие группы организмов. Понятия онтогенеза и филогенеза неразрывно связаны между собой: с точки зрения эволюционной теории, историческое развитие живой природы представляет собой чреду онтогенезов. Онтогенез – повторение филогенеза. Сопоставляя онтогенез ракообразных с морфологией их вымерших предков, Ф. Мюллер, сделал выводы о том, что ныне живущие ракообразные в своем развитии повторяют путь, пройденный их предками. На основе этих наблюдений, а также изучения развития хордовых Э. Геккель (1866) сформулировал основной биогенетический закон, в соответствии с которым онтогенез представляет собой краткое и быстрое повторение филогенеза.

Биогенетический закон Геккеля-Мюллера: каждое живое существо в своем индивидуальном развитии (онтогенез) повторяет, в известной степени, формы, пройденные его предками или его видом (филогенез).

Повторение структур, характерных для предков, в эмбриогенезе потомков названо рекапитуляциями. Рекапитулируют не только морфологические признаки — хорда, закладки жаберных щелей и жаберных дуг у всех хордовых, но и особенности биохимической организации и физиологии. Генетическая основа рекапитуляции заключена в единстве механизмов генетического контроля развития, сохраняющемся на базе общих генов регуляции онтогенеза, которые достаются родственным группам организмов от общих предков.

Ценогенезы — приспособления, возникающие у зародышей или личинок и адаптирующие их к особенностям среды обитания. У взрослых организмов ценогенезы не сохраняются. Пример-плацента. Ценогенезы, проявляясь только на ранних стадиях онтогенеза, не изменяют типа организации взрослого организма, но обеспечивают более высокую вероятность выживания потомства.

Филэмбриогенезы - отклонения от онтогенеза, характерного для предков, проявляющиеся в эмбриогенезе, но имеющие адаптивное значение у взрослых форм. Так, закладки волосяного покрова появляются у млекопитающих на очень ранних стадиях эмбрионального развития, но сам волосяной покров имеет значение только у взрослых организмов.

Гетерохронии — и места их развития — гетеротопии. Как первые, так и вторые приводят к изменению взаимосоответствия развивающихся структур и проходят жесткий контроль естественного отбора. Сохраняются лишь те гетерохронии и гетеротопии, которые оказываются полезными. Гетеротопии приводят к формированию новых пространственных и функциональных связей между органами, обеспечивая в дальнейшем их совместную эволюцию.

54.

Общие закономерности эволюции органов и систем. Основные принципы эволюционного преобразования органов и функций: дифференциация и интеграция; модусы преобразования органов и функций. Примеры.

Органом называют исторически сложившуюся специализированную систему тканей, характеризующуюся отграниченностью, постоянством формы, локализации, внутренней конструкции путей кровообращения и иннервации, развитием в онтогенезе и специфическими функциями. Строение органов часто очень сложно. Большинство из них полифункционалъно, т.е. выполняет одновременно несколько функций. В то же время в реализации какой-либо сложной функции могут участвовать различные органы. Группу сходных по происхождению органов, объединяющихся для выполнения сложной функции, называют системой (кровенос­ная, выделительная и др.). Если одну и ту же функцию выполняет группа органов разного происхождения, ее называют аппаратом. Примером служит дыха­тельный аппарат, состоящий как из органов собственно дыхания, так и из элементов скелета и мышечной системы, обеспечивающих дыхательные движения. Органы зрелого организма называют дефинитивными; органы, развивающиеся и функционирующие только в зародышевом или личиночном развитии, — провизорными. 1. Усиление главной функции происходит очень часто в ходе эволюции отдельных органов. При этом оно достигается двумя путями: либо посредством изменения строения органа, либо увеличением числа компонентов внутри одного органа. Ослабление главной функции — столь же обычный эволюционный процесс, как и ее усиление. При переходе китообразных к водному образу жизни у их предков ослаблялась терм регуляционная функция волосяного покрова (у современных китообразных волосяной покров практически исчез).

2. Полимеризация органов. При полимеризации происходит увеличение числа однородных органов или структур. Этот принцип осуществляется, например, при вторичном возникновении многочисленных хвостовых позвонков у длиннохвостых млекопитающих, что приводит к усилению подвижности хвоста. Олигомеризация органов и концентрация функций — уменьшение числа многочисленных однородных органов, органоидов, структур, связанное, как правило, с интенсификацией функции. Широко наблюдается в эволюции.

3. Уменьшение числа функций наблюдается в процессе эволюции главным образом при специализации какого-либо органа или структуры. Конечности предков китообразных несли, по-видимому, много функций (опора на субстрат, рытье, защита от врагов и многие другие). С превращением ноги в ласт большинство прежних функций исчезло. Увеличение числа функций можно продемонстрировать на примере возникновения способности запасать воду тканями стеблей или листьев у ряда ксерофитных форм растений.

4. Разделение функций и органов можно проиллюстрировать распадением единого непарного плавника, характерного для далеких предков всех рыб.

5. Смена функций. Смена главной функции — один из наиболее общих способов эволюции органов. У ряда насекомых яйцеклад превращается в жало; главная функция, первично связанная с размножением, замещается функцией защиты.

6. Активация функци наиболее часто реализуется на начальных этапах эволюции органов в том случае, когда мало¬активный орган начинает активно выполнять функции, существенно при этом преобразуясь. Так, крайне малоподвижные парные плавники хрящевых рыб становятся активными органами движения уже у костистых.

7. Интенсификация функций. Благодаря этому орган обычно увеличивается в размерах, претерпевает внутреннюю дифференцировку, гистологическое строение его усложняется. Иногда в процессе интенсификации функций наблюдается тканевая субституция органа — замещение одной ткани другой, более соответствующей выполнению данной функции. Примером является замена хорды сначала хрящевым, а затем и костным позвоночником.

55.

Соотносительные преобразования органов. Онтогенетические корреляции и филогенетические координации, их виды. Взаимосвязь координаций и корреляций в развитии. Значение нарушений этих взаимосвязей в возникновении сочетанных врожденных пороков развития.

Устойчивые взаимозависимости органов и систем, проявляющиеся в филогенезе, называют координациями.

1. Биологические координации наблюдаются между структурами, непосредственно не связанными ни по функциям, ни по месту положения. Основным связующим звеном между ними являются адаптации к определенным условиям обитания. Так, у большинства эндопаразитов сильно развиты половая система и органы прикрепления к телу хозяина, но при этом недоразвиты органы чувств и опорно-двигательный аппарат.

2. Динамические координации выражаются во взаимном соответствии структур, связанных функционально. Тесные динамические координации имеются, например, между органами кровеносной и дыхательной систем. Так, животные, дышащие легкими, имеют трех или четырехкамерное сердце и два круга кровообращения. Степень развитости нервных центров всегда соответствует интенсивности функционирования иннервируемых органов. Например, строение органа обоняния и обонятельные доли мозга у млекопитающих высоко развиты, в то время как у птиц примитивное строение периферической части обонятельного анализатора соответствует малым размерам обонятельных долей мозга. Это связано с тем, что в ориентации млекопитающих обоняние играет первостепенную роль, а для птиц оно не имеет большого значения.

3. Топографические координации проявляются между структурами, связанными друг с другом пространственно. Так, для каждого типа животного царства характерен своеобразный общий план строения, выражающийся в определенном взаимном расположении основных органов и систем. Например, у всех представителей типа Хордовые на спинной стороне тела развивается нервная трубка, под ней лежат хорда, пищеварительная трубка и брюшной кровеносный сосуд, а по бокам тела - производные мезодермы.

Все типы координаций характеризуются высокой степенью устойчивости.

Ведущие филогенетические координации - биологические, поскольку именно их в первую очередь контролирует естественный отбор.

56.

Филогенез покровов тела и опорно-двигательной системы хордовых животных. Онтофилогенетические пороки. Примеры.

Кожные покровы хордовых имеют эктодермальное и мезодермальное просхождение.

Функции: защитная, выделительная, обменная, дыхательная, терморегуляторная, орган осязания.

Направление эволюции покровов: разделение покрова на эпидермис и дерму, дифференцировка эпидермиса на дермы на слои, дифференцировка производных кожи.

Пороки: отсутствие потовых желез, чрезмерное развитие ротового слоя (ихтиоз), многососковость, извыточная обволошенность лица и тела.

У ланцетника: эпидермис однослойный, цилиндрический, имеет железистые клетки выделяющие слизь. Дерма тонкий слой неоформленной соединительной ткани.

Рыбы: эпидермис многослойный, его нижний слой ростковый. Дерма плотная, имеет волокна, сосуды и нервы. Производные кожи- плакоидная и костная чешуя.

Земноводные: кожа тонкая гладкая, богато кровоснабженна, без чешуй, содержит большое количество многоклеточных слизистых желез.

У млекопитающих: хорошо развиты эпидермис и дерма, появлается подкожно-жировая клетчатка. Эпидермис состоит из 5 слоёв. Кожные железы-потовые, сальные, млечные, пахучие.

Скелет позвоночных имеет мезодермальное происхождение и состоит из 3 отделов: