Чебышев Н.В. Гринева Г.Г. Биология 2000

-131-

млекопитающих приводит к заживлению ран, что препятствует проникновению болезнетворных микробов в организм.

При повышении физиологической нагрузки иногда происходит увеличение органов и тканей. Возникает гипертрофия органов, например, гипертрофия желудочков сердца, или при удалении одной почки, вторая почка может увеличиться в размерах.

Процессы, происходящие при регенерации, регулируются нервной системой и гуморально. Знание процессов регенерации необходимо в хирургической практике.

4.2.1.4.5. ПЕРИОД СТАРОСТИ

Период старости - старение - представляет собой закономерную стадию

индивидуального развития, свойственную всем живым организмам.

Наука о старости - геронтология (греч. geron - старец, logos -наука) выясняет основные биологические и социальные закономерности старения и дает рекомендации о продлении жизни.

Гериатрия (греч. Iatros - врач) - учение о нормализации физиологических

процессов в старости и лечении заболеваний, появляющихся преимущественно в старческом возрасте.

Изменения, возникающие при старении, происходят на всех функциональноструктурных уровнях - молекулярном, субклеточном, клеточном, тканевом, органном, организменном.

Старость наступает в пострепродуктивном периоде онтогенеза и характеризуется внешними и внутренними признаками.

Вмолодом организме активно идут обменные процессы, рост органов, синтез РНК, ДНК, АТФ, белков.

Встарости уменьшается интенсивность синтетических процессов, синтез АТФ

падает, уменьшается содержание воды в цитоплазме, изменяются свойства цитоплазмы, происходит снижение активности ферментов. Органы перестают расти

иподвергаются обратному развитию. Снижаются функциональные способности всех систем. Снижается невосприимчивость к инфекционным болезням, падает

способность к регенерации. Изменяется походка, осанка, появляется седина,

облысение, кожа теряет эластичность, заметны морщины, снижается работоспособность, слабеет память.

Различают физиологическую (биологическую) и преждевременную старость. Физиологическая старость связана с календарным возрастом. Различают

хронологический и биологический (физиологический) возраст. По современной классификации людей, достигших 60-76 лет, называют пожилыми, 75-89 - старыми, а свыше 90 лет - долгожителями.

Точное определение биологического возраста сложно, потому что отдельные

признаки старости появляются в разном хронологическом возрасте и

характеризуются различной скоростью нарастания. Суммарный результат

-132-

многочисленных частных проявлений старения на уровне целостного организма связан со снижением жизнеспособности особи в связи с возрастом, уменьшением эффективности адаптационных механизмов.

Скорость нарастания и выраженность изменений в процессе старения находятся под генетическим контролем. Максимальная продолжительность жизни - видовой признак. Условия жизни влияют на процесс старения. Преждевременное

старение связано с влиянием социальных факторов и болезнями.

Средняя продолжительность жизни человека - непостоянная величина и зависит не столько от биологических факторов, сколько от социальных.

Средняя продолжительность жизни населения Земли обусловлена многими факторами: инфекционными болезнями, детской смертностью, войнами, экономическими катастрофами и др.

У людей, как правило, жизнь обрывается преждевременно в результате болезней, несчастных случаев и других причин.

Естественная продолжительность человеческой жизни может достигать 120150 лет. В увеличении продолжительности жизни большая роль принадлежит профилактической медицине.

4.2.1.4.5.1. ТЕОРИИ СТАРЕНИЯ

Для выяснения причин наступления физиологической старости создано много

теорий. Одна из них - эндокринная теория.

В конце прошлого века французский физиолог Ш.Броун - Секар (1818-1894) развил учение о том, что в процессе старения важную роль играют половые железы. Он пришел к выводу на основании опытов, показывавших, что жизненный тонус стареющих организмов повышается после инъекции вытяжек из семенников.

Сторонники эндокринной теории в 20-х годах XX века проводили операции по "омоложению". С.А.Воронцов пересаживал семенники от молодых животных старым, человеку он пересаживал семенники обезьяны. Эти операции временно стимулировали жизнедеятельность организма, и создавалось впечатление омоложения, однако старческие признаки появлялись вновь. Старость - процесс необратимый, а половые гормоны, стимулируя жизнедеятельность постаревшего организма, нарушали его физиологические функции, заставляли выполнять непосильную нагрузку, что ухудшало условия существования организма и ускоряло

наступление смерти.

Согласно микробиологической теории И.И.Мечникова старость можно

классифицировать на физиологическую и патологическую. И.И.Мечников сделал вывод, что старость у людей обычно наступает преждевременно, т.е. является патологической.

Он считал, что в организме под влиянием интоксикации прежде всего страдают нервные клетки. Главным источником интоксикации он считал толстый

кишечник, в котором развиваются гнилостные процессы. Для прекращения

-133-

гнилостных процессов в кишечнике он рекомендовал употреблять в пищу кислое молоко, которое создавало бы неблагоприятную среду для гнилостных бактерий и они заменялись бы полезной для организма бактериальной флорой кишечника.

Теория старения И.И.Мечникова не рассматривала сущности явления старения, а выясняла лишь причины.

В 30-е годы широкое распространение получила теория о роли ЦНС

И.П.Павлова. И.П.Павлов также выяснял причины старения и уделял большое внимание роли центральной нервной системы в этом процессе. Нервные потрясения и продолжительное нервное перенапряжение вызывают преждевременное старение. Состояние нервной системы имеет значение в профилактике преждевременной старости.

Он создал учение об охранительном торможении - нормальном физиологическом механизме. Это учение имеет непосредственное отношение к проблеме старения и долголетия.

Современные представления о механизмах старения связаны с накоплением мутационных генов, приводящих к синтезу дефектных белков. Изменения на молекулярном уровне приводят к функциональным нарушениям на более высоком уровне.

Согласно программным гипотезам, старение определено генетически. Эти гипотезы основываются на том, что в организме функционируют своеобразные "часы", в соответствии с которыми осуществляются возрастные изменения, механизм которых не ясен.

Хотя единой теории старения еще не создано, причина старения связана с возрастными изменениями в течение всей жизни на всех уровнях организации.

Биологический смысл старения в том, что оно делает неизбежной смерть. Без

смерти не было бы смены поколений - одной из главных предпосылок эволюционного процесса.

Смерть - завершающий этап онтогенеза. У человека различают смерть клиническую и биологическую.

Клиническая смерть выражается в потере сознания, прекращении сердцебиения, дыхания. Но большинство клеток и органов остаются еще живыми. Клиническая смерть обратима, если она длится не более 6-7 минут. После этого

начинаются необратимые процессы в коре головного мозга.

Биологическая смерть характеризуется тем, что она необратима и связана с

прекращением самообновления, гибелью клеток. Первой погибает кора головного мозга, затем эпителий кишечника, легких, печени, клетки сердечной мышцы и т.д. Биологическая смерть - длительный процесс. Возможно изъятие органов для поддержания их жизнедеятельности вне организма.

-134-

4.3.3. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ГЕНЕТИКИ

Наследственные свойства организма передаются в процессе размножения. При половом размножении это происходит через половые клетки (яйцеклетки

и сперматозоиды), при бесполом - через соматические клетки. Материальными носителями генетической информации являются гены.

Ген - единица наследственности, определяющая развитие какого-либо признака организма. Гены находятся в определенных хромосомах и занимают определенное место.

Ген имеет ряд свойств:

•дискретность действия, т.е. развитие различных признаков контролируется разными генами, находящимися в различных локусах хромосом;

•стабильность (постоянство) - передача наследственной информации в неизменяющемся виде, при отсутствии мутаций;

•лабильность (неустойчивость) генов, связана с их способностью к мутациям;

•специфичность - каждый ген обусловливает развитие определенного признака или признаков;

•плейотропия - один ген может отвечать за несколько признаков;

•экспрессивность - степень выраженности признака;

•пенетрантность - частота проявления гена среди его носителей. Ген представляет собой участок молекулы ДНК, на котором закодирована информация о синтезе определенного белка.

Ген (участок молекулы ДНК) -> и-РНК -> синтез белка (фермента) ->

-> биохимическая реакция -> признак

Ï

условия среды

Признак - любая особенность, которая передается от родителей детям. Признаки организма формируются под действием генов. Это происходит в

результате ряда биохимических реакций, протекающих в определенных условиях среды, обусловливающих характер обмена веществ и развитие определенных

признаков.

Между большинством наблюдаемых признаков развивающегося

человеческого организма и отдельными генами имеется сложная связь. Один ген, определяющий какой-то этап развития ткани или органа может влиять не на один, а на несколько признаков, проявляя плейотропное действие. Большинство признаков зависит от функции многих генов, т.е. наследуются полигенно.

Изменения, происходящие в одном гене, могут повлиять на данный признак. Совокупность всех признаков организма называют генотипом.

Система взаимодействующих генов образует генотип особи. На реализацию генотипа оказывают влияние условия внешней среды.

Диапазон изменений, в пределах которого один и тот же генотип способен

-135-

дать различные фенотипы под влиянием условий среды, называют нормой реакции. Признаки могут иметь узкую норму реакции (окраска глаз, группы крови). Они определены наследственными факторами, генотипом и не изменяются в течение

жизни независимо от условий среды.

Признаки организма, имеющие широкую норму реакции, называют количественными (масса тела, пигментация кожи). Эти признаки могут изменяться в

широких пределах, определенных генотипом. Большое влияние на проявление признаков оказывают также условия внешней среды.

Есть признаки:

•морфологические (цвет глаз, волос, форма носа и др.);

•физиологические (группы крови);

•биохимические (ферментные системы организма).

Признаки, наследуемые потомками, могут быть и патологическими. Среди патологических признаков есть морфологические, физиологические и биохимические. Проявление различных патологий у потомков зависит от типа наследования и от условий среды, в которых реализуется генетическая информация. К патологиям можно отнести аномалии развития, например, полидактилию (многопалость), ахондроплазию (низкий рост, укорочение верхних и нижних конечностей) и др. Если аномалии развития наследуются по законам генетики, то их проявление прослеживается в определенных семьях на протяжении ряда поколений. Но иногда сходные аномалии могут возникнуть в результате действия вредных факторов среды на плод в критические периоды развития того

или иного органа. Такие копии наследственных пороков называют фенокопиями. Фенокопии не наследуются. Например, катаракта может быть генетически обусловлена или возникнуть вследствие нарушения эмбрионального развития

(фенокопия).

Некоторые наследственные заболевания обнаруживаются при рождении ребенка. Например, гемофилия (кровоточивость), врожденная глухота, наследственные энзимопатии и др.

Существует большая группа наследственных заболеваний, признаки которых проявляются не при рождении ребенка, а в более зрелом возрасте. Например, атеросклероз, сахарный диабет, гипертоническая болезнь, ишемическая болезнь

сердца, подагра и др. Возникновение этих заболеваний связано с наследственным предрасположением к ним. Предрасположение проявляется в изменении нормы

реакции организма на действие факторов внешней среды. Например, у людей с наследственным предрасположением к диабету изменена норма реакции на сахар и крахмал. Эти вещества вызывают тяжелые нарушения углеводного обмена.

На проявление этих признаков оказывают большое влияние факторы внешней

среды.

Закономерности наследования признаков установил Грегор Мендель (1865). Свои опыты по скрещиванию он проводил на горохе. Горох - самоопыляемое

-136-

растение. В эксперименте были использованы чистые линии гороха, не дающие расщепления по изучаемым признакам, имеющие максимально однородную наследственность.

Скрещивание двух организмов называют гибридизацией. Потомство от скрещивания двух особей с различной наследственностью называют гибридным, а отдельную особь - гибридом (от лат. hibrida - помесь).

Каждая соматическая клетка организма имеет диплоидный набор хромосом (2n) (рис. 136). Все хромосомы парны. Гены, влияющие на различное проявление одного и того же признака (желтые и зеленые семена) и расположенные в одинаковых локусах парных (гомологичных) хромосом, называют аллельными. Аллельные гены отвечают за развитие альтернативных (взаимоисключающих) признаков (желтый и зеленый цвет горошин).

Рис. 136. В хромосомах находятся гены (участки ДНК, которые содержат информацию для создания специфического белка, необходимого для передачи наследственных признаков).

1. П а р а г о м о л о г и ч н ы х х р о м о с о м - это хромосомы, имеющие одинаковую длину, центромеры которых расположены в одинаковых позициях и которые переносят одни и те же гены. Одна из них отцовская, а другая материнская.

2. Л о к у с - местоположение конкретного гена в хромосоме. Оно постоянно, может меняться только в случае мутации типа (транслокации или инверсии).

3. А л л е л и (а л л е л о м о р ф ы) - альтернативные формы одного и того же гена. Хромосома может содержать только один аллель какого-либо гена. Некоторые гены могут иметь множественные аллели, например, гены, которые определяют группу крови человека. 4. Г о м о з и г о т н о е с о с т о я н и е означает, что одни и те же аллели присутствуют в

обеих хромосомах. Для многих генов один аллель является доминантным (проявляет большую экспрессивность), а другой рецессивным. Принято доминантные аллели обозначать прописными буквами (например, D), а рецессивные -строчными буквами (например, r). На рисунке представлены DD - гомозиготное доминантное состояние и rr - гомозиготное рецессивное состояние.

5. Г е т е р о з и г о т н о е с о с т о я н и е - существование двух альтернативных аллелей одного и того же гена в двух хромосомах гомологичной пары. Когда один из аллелей доминирует над другим, только доминантная форма будет выражена в фенотипе (совокупность признаков индивидуума). Два генотипа НН и Нh будут давать один и тот же фенотип.

-138-

4.3.4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАСЛЕДОВАНИЯ

4.3.4.1.ПЕРВЫЙ И ВТОРОЙ ЗАКОНЫ МЕНДЕЛЯ

Всвоих опытах по скрещиванию Мендель применял гибридологический метод. Используя этот метод, он изучал наследование по отдельным признакам, а не по всему комплексу, проводил точный количественный учет наследования каждого признака в ряду поколений, изучал характер потомства каждого гибрида в отдельности.

Первый закон Менделя - закон единообразия гибридов первого поколения. При скрещивании гомозиготных особей, отличающихся по одной паре

альтернативных (взаимоисключающих) признаков, все потомство в первом поколении единообразно как по фенотипу, так и по генотипу.

Мендель проводил моногибридное скрещивание чистых линий гороха, отличающихся по одной паре альтернативных признаков, например, по цвету горошин (желтые и зеленые).

Вкачестве материнского растения использовали горох с желтыми семенами (доминантный признак), а отцовского - горох с зелеными семенами (рецессивный признак).

Врезультате мейоза каждое растение давало один сорт гамет. При мейозе из каждой гомологичной пары хромосом в гаметы отходило по одной хромосоме с одним из аллельных генов (А или а).

Врезультате оплодотворения парность гомологичных хромосом

восстановилась и образовались гибриды. Все растения имели семена только желтого цвета (по фенотипу) и были гетерозиготными по генотипу.

Гибрид 1-го поколения Аа имел один ген - А от одного родителя, а второй ген - а от другого родителя и проявлял доминантный признак, скрывая рецессивный.

По генотипу весь горох гетерозиготен.

Первое поколение единообразно и проявило признак одного из родителей. Для записи скрещиваний применяют специальную таблицу, предложенную

английским генетиком Пеннетом и называемую решеткой Пеннета. По горизонтали выписывают гаметы отцовской особи, по вертикали - материнской. В местах пересечений - вероятные генотипы потомков. В таблице число клеток зависит от числа типов гамет, образуемых скрещиваемыми особями.

-140-

признака, 2 - хромосомы, несущие ген рецессивного признака.

За каждый признак отвечает два аллельных гена. При образовании гибридов (гетерозиготных особей) аллельные гены не смешиваются, а остаются в неизменном виде. Гибриды - Аа - в результате мейоза образуют два типа гамет. В каждую гамету идет одна из пары гомологичных хромосом с доминантным аллельным геном А или с рецессивным аллельным геном а. Гаметы чисты от другого аллельного гена.

При оплодотворении мужские и женские гаметы, несущие доминантные и рецессивные аллели, свободно комбинируются. При этом восстанавливается гомологичность хромосом и аллельность генов. В результате взаимодействия генов

и оплодотворения проявился рецессивный признак (зеленый цвет горошин), ген которого в гибридном организме не выявлял своего действия.

Признаки, наследование которых происходит согласно закономерностям, установленым Менделем, называются менделирующими. Простые менделирующие

признаки дискретны и контролируются моногенно - т.е. одним геном. У человека большое количество признаков наследуется по законам Менделя (табл. 7, 8).

Таблица 7

Доминантные и рецессивные признаки человека