1 курс / Биология / План-конспект лекции №13

Пространственно-

временная орга-

зация- свойство

всех биосистем

Временная организация биосистем- это временное согласование состояния организма и требований среды, механизм, обеспечива-ющий информационные взаимодействия между физическим временем окружающей среды и биологическим временем биосистем.

Хронобиология.

Основоположник

К.В. Гуфеланд

1797г.

-наука, изучающая роль фактора времени в организации и

фнкционировании биосистем.

Две главные характеристики временной организации

биосистем: фазовость и цикличность.

Фазовость- последовательные, необратимые процессы и

явления (периоды онтогенеза, стадии митоза, смена сезонов, этапы биосинтеза, экологическая сукцессия).

Цикличность- ритмичность- относительная повторяемость процессов в живой и неживой природе (смена дня и ночи, приливы- отливы, лунные циклы, более 1000 ритмических процессов у человека).

Биоритмология

-часть хронобиологии, изучающая механизмы и законно-

мерности биологических ритмов.

Структура и характеристики

ритмов

- период, мезор, амплитуда,акрофазы, частота, фазовая структура: инверсный, одно-, дву-, многофазовый, пилообразный и т. д.).

Классификация

биоритмов

1.Экологические- совпадают по длительности с естественным ритмом окружающей среды, с изменением освещенности, влажности, температуры, атмосферного давления, геомагнитной напряженности. Их продолжительность от нескольких часов до многих лет.

Физиологические- от долей секунды до нескольких минут ( ритмы биотоков в головном мозге, в сердечной мыщце, изменения артериального давления: систолическое-диастолическое.

У человека известны более 500 суточных ритмов-

циркадианных-с периодом 20-28 часов. Они сформировались как адаптации фукциональной активности разных структур на суточную периодичность освещенности ( синтез ДНК, температура тела, синтез мелатонина, активность головного мозга, пульс, частота дыхания и т.д.)

Синхронизаторы

ритмов

Структуры ритмов формируются под влиянием внешних

и внутренних факторов- синхронизаторов ритмов.

Экзогенные синхронизаторы: смена освещенности, температура, приливы-отливы, лунные циклы, активность Солнца, атмосферное давление, социальные факторы: режимы труда- отдыха, приема пищи.

Эндогенные синхронизаторы возникают в результате

функции нервной и эндокринной систем, обеспечивающие иерархичность системы внутренних биоритмов.

Генетический

контроль

биоритмов

В ядрах гипоталамуса расположен главный водитель

ритма –пейсмекер-осциллятор ритма. Ядра активируются сигналами, поступающими от сетчатки глаза в эпифиз, а затем с помощью мелатонина в гипоталамус. Здесь периодически активируются часовые гены. Белки-продукты этих генов блокируют экспрессию генов, при снижении концентрации белков экспрессия генов возобновляется. Сигналы периодических изменений метаболизма передаются в гипофиз, что вызывает циклический синтез его гормонов, из гипофиза- к железам внутренней секреции, далее - к рабочим органам.

Хронофизиология

Изучает ритмы физиологических показателей тканей, органов, организмов на протяжении определенного времени (например, суток) в норме у разных людей.Четкая согласованность всех биоритмов и их синхрониизация с внешними датчиками- показатель здоровья.

Хрономедицина

Использует знания хронобиологии в диагностике, лечении и профилактике болезней человека. Изменения структуры биоритмов выявляются раньше морфологических.

Хронопатология

Исследует нарушения в работе внутренних органов при десинхронозах, которые возникают при рассогласованности внутренних ритмов с внешними синхронизаторами

Хронотерапия

Учитывает проведение тяжелых обследований, хрургических вмешательств, операций, физиотерапртических процедур с особенностями ритма чувствительности тканей и органов.

Хронодиагностика

Разрабатывает суточные и сезонные хронограммы физиологических показателей человека, их вариации

в норме и патологии.

Хронофармакология

Исследует индивидуальные ритмы чувствительности

органов, тканей к лекарственному препарату.

Временная органи-зация на клеточном

уровне

Жизненный( клеточный) цикл- закономерные изменения структурно-фуцкциональных характеристик клетки во времени. Это период существования клетки от её появления до следующего деления или гибели.

Виды клеточных циклов:

- митотический,

- необратимая (терминальная ) дифференцировка,

- остановка в G₀- периоде,

- митотический+ дифференцировка+ новый митотический цикл.

Митотический

цикл

Включает репродуктивную и разделительную фазы.

Репродуктивная- подготовка клетки к делению- перио-

lы G₁+S+G₂

В синтетическом периоде проходит репликация ДНК,удваивается клеточный центр, синтезируются гистоны.Разделительная фаза-митоз характеризуется точным распределением наследственного материала между дочерними клетками.

Теломерная ДНК

С теломерной ДНК, расположенной на концах всех хромосом связана проблема её укорачивания после каждого цикла синтеза ДНК, и снижение её защитной роли. В каждом цикле синтеза, рост дочерней цепи ДНК возможен только после праймера (РНК-затравки), которую осуществляет фермент праймаза,фиксирую-щийся на материнской цепи перед затравкой.

Участок ДНК, равный затравке ( 8-12 нуклеотидов) остается без репликации. (А.М. Оловников 1971г.). В первую очередь укорачивается теломерная ДНК, а затем- основная ДНК хромо-сомы. Это ограничивает число клеточных делений (до 70-90 после рождения)- лимит Хейфлика. Исключение составляют эмбиональ-

ные, стволовые и опухолевые клетки, в которых присутствует фермент теломераза, восстанавливающая теломерную ДНК.

Митотическая-

пролиферативная

активность тканей

-способность ткани к митотическому делению клеток,

выражается через митотический коэффициент,

показывающий число делящихся клеток на 1000.

Виды тканей с разным МК:

-растущие

-обновляющиеся

а) быстрообновляющиеся

б) медленнообновляющиеся

-стабильные (убывающие)

Митотическая

активность тканей

имеет суточный

ритм

Суточный ритм имеют синтез ДНК, митотическая активность тканей, с одним пиком подъема в ранне- утренние часы.

Регуляция митоти-

ческого цикла

Генный контроль- взаимодействие двух групп генов:

протоонкогенов и онкосупрессоров.

Продукты протоонкогенов-циклины и циклинзависимые киназы, обеспечивающие похождение клеткой периодов клеточного цикла. Экспрессия этих генов активируется ростовыми факторами (митогенными сигналами): соматомединами-(ИФР-1,ИФР-2), ТФР,ЭФР,ФРН, инсулином, тироксином, пролактином).

Продукты онкосупрессоров блокируют прохождение клеткой митотического цикла, активируют механизмы апоптоза. Наиболее важный онкосупрессор- белок Р₅₃ –охранитель клеточного генома.

Митогены онкосупрессоров: стероидные гормоны, интерферон, интерлейкины 4, 10, кейлоныи др.

Вариант клеточного

цикла с терминальной

дифференцировкой

Цитодифференцировка- специализация клетки к вы-

полнению предназначенной функции. Генетический

механизм-избирательная активность генов.В дифференциро-ванных клетках экспрессируется 8-10% генов. Этот период заканчивается апоптозом- генетически запрограммированной гибелью клетки. Он запускается внешними и внутренними факторами, осуществляется каскадом ферментов цитоплазмы и митохондрий, конечным звеном в котором являются

каспазы, расщепляющие белки.

Популяция клеток

в периоде G₀

Недифференцированные клетки во всех органов, под-

держивающих постоянство ДНК, численность клеток,

способность к дифференцировке при необходимости.

Нарушение про-

странственно-временной органи-

зации при онко-

трасформации

Изменяюся показатели ритма: структура ( инверсная

структура ритма), несколько вершин подъема, частота.

Нарушается клеточный цикл: отсутствует дифферен-

цировка, аномальный митоз, утрачивается контактное

торможение, связь с межклеточным веществом.