1 жизненный цикл клетки. Жизненный цикл клетки: фазы, периоды. Жизненный цикл вируса в клетке хозяина. Интерфаза, её периоды, их характеристика
Жизненный цикл – это время существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки до собственногоделения или естественной гибели.
У клеток сложного организма (например, человека) жизненный цикл клетки может быть различным. Высокоспециализированные клетки (эритроциты, нервные клетки, клетки поперечно-полосатой мускулатуры) не размножаются. Их жизненный цикл состоит из рождения, выполнения предназначенных функций, гибели (гетерокаталитической интерфазы).
Важнейшим компонентом клеточного цикла является митотический (пролиферативный) цикл. Он представляет собой комплекс взаимосвязанных и согласованных явлений во время деления клетки, а также до и после него. Митотический цикл – это совокупность процессов, происходящих в клетке от одного деления до следующего и заканчивающихся образованием двух клеток следующей генерации. Кроме этого, в понятие жизненного цикла входят также период выполнения клеткой своих функций и периоды покоя.
Митоз – это основной тип деления соматических эукариотических клеток. Процесс деления включает в себя несколько последовательных фаз и представляет собой цикл. Его продолжительность различна и составляет у большинства клеток от 10 до 50 ч.
Обеспечивает преемственность генетического материала в ряду клеток дочерних генераций; приводит к образованию клеток, равноценных как по объему, так и по содержанию генетической информации.
Основные стадии митоза.
1. Редупликация (самоудвоение) генетической информации материнской клетки и равномерное распределение ее между дочерними клетками.
2. Митотический цикл состоит из четырех последовательных периодов:
1) пресинтетическая (G1). Идет сразу после деления клетки. Синтеза ДНК еще не происходит. Клетка активно растет в размерах, запасает вещества, необходимые для деления. Происходит деление митохондрий и хлоропластов. Восстанавливаются черты организации интерфазной клетки после предшествующего деления;
2) синтетическая (S). Происходит удвоение генетического материала путем репликации ДНК. В итоге образуются две идентичные двойные спирали ДНК, каждая из которых состоит из одной новой и старой цепи ДНК. Количество наследственного материала удваивается. Кроме этого, продолжается синтез РНК и белков;
3) постсинтетическая (G2). ДНК уже не синтезируется, но происходит исправление недочетов, допущенных при синтезе ее в S период (репарация). Также накапливаются энергия и питательные вещества, продолжается синтез РНК и белков (преимущественно ядерных).
S и G2 непосредственно связаны с митозом, поэтому их иногда выделяют в отдельный период – препрофазу.
После этого наступает собственно митоз, который состоит из четырех фаз.
-
Понятие , значение и фазы . Жизненный цикл – это время существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки до собственногоделения или естественной гибели. -
Жизненный цикл клетки . Понятие , значение и фазы .
Следующий вопрос ». Мейоз, стадии и значение . Мейоз – это вид деления клеток -
Жизненный цикл клетки . Понятие , значение и фазы . Жизненный цикл – это время существования клетки от момента ее образования путем деления матери. Половое размножение. -
Жизненный цикл клетки . Понятие , значение и фазы . Жизненный цикл – это время существования клетки от момента ее образования путем деления материнской... подробнее ». -
Понятие , стадии .
Мейоз, стадии и значение . Мейоз – это вид деления клеток , при котором происходит уменьшение числа хромосом вдвое и переход
В тело-фазе II происходит деление клеток , в котором из двух гаплоидных клеток образуется 4 дочерние гаплоидные клетки . -
жизненный цикл семьи – это некая последовательность смены событий и стадий , которые проходит любая семья.
Каждая фаза жизненного цикла семьи ставит перед ее участниками определенные задачи. -
Мейоз, стадии и значение . Мейоз – это вид деления клеток , при котором происходит уменьшение числа хромосом вдвое и перех.
Понятие об онтогенезе. Стадии . Этапы эмбрионального развития. -
« Предыдущий вопрос. Гаметогенез. Понятие , стадии .
1. Первый этап эмбрионального развития – дробление. При этом из зиготы путем митотического деления образуются сначала 2 клетки , затем 4, 8 и т. д. Образующиеся клетки называются бластомерами, а зародыш на этой... -
Возбуждение уголовного дела – начальная стадия производства по любому уголовному делу. В современном российском уголовном процессе она выделена в обязательную и самостоятельную стадию , имеющую свои специфические задачи. -
Типичный жизненный цикл товара состоит из нескольких стадий : разработка и внедрение; рост; зрелость; насыщен�.
Сущность и значение товарной политики. Сущность и каналы товародвижения.
Найдено похожих страниц:10
Жизненный цикл клетки - это весь период существования клетки (от деления до деления или от деления до смерти). Клеточный цикл состоит из митотического периода (М) и интерфазы (межмитотического периода). (Рис. 2-12). Интерфаза в свою очередь состоит из пресинтетического (G1), синтетического (S) и постсинтетического (G2) периодов. В пресинтетическом (постмитотическом, G1) периоде дочерняя клетка достигает размеров и структуры материнской, для чего в ней происходит биосинтез РНК и белков цитоплазмы и ядра. Кроме того, в ней синтезируются РНК и белки, необходимые для синтеза ДНК в следующем периоде. В синтетическом (S) периоде происходит удвоение (редупликация) ДНК и, соответственно, удваивается число хромосом (их количество становится тетраплоидным, 4n). В постсинтетическом (премитотическом, G2) периоде клетка готовится к митозу, в ней происходит синтез РНК и белков (тубулинов) веретена деления, накопление энергии, необходимой для митоза. Вышеописанный жизненный цикл характерен для популяции клеток, которые непрерывно делятся.
Рис. 2-12. Схема клеточного цикла. (По Э. Г. Улумбекову).
Кроме того, в организме есть клетки, которые временно или постоянно находятся вне митотического цикла (в G0 периоде). Этот период характеризуется как состояние репродуктивного покоя. Такие клетки можно разделить на три группы: 1) клетки, которые после деления длительно не меняют своих морфологических свойств и сохраняют способность к делению; это стволовые, камбиальные клетки (в эпителии, красном костном мозге); 2) клетки, которые после деления растут, дифференцируются, выполняют в органах специфические функции, но в случае необходимости (при повреждении данного органа) восстанавливают свою способность к размножению (клетки печени); 3) высокоспециализированные клетки, которые растут, дифференцируются, выполняют свои специфические функции и в таком состоянии существуют до смерти, никогда не делясь и постоянно находясь в G0 периоде (высоко специализированные клетки сердца и мозга). Продолжительность жизни этих клеток приближается к продолжительности жизни целого организма.
После появления, в результате деления молодые клетки растут и дифференцируются. Рост клетки означает увеличение размеров её цитоплазмы и ядра, увеличение числа органоидов. Дифференцировка подразумевает морфофункциональную специализацию клетки, т. е. увеличение числа определённых органелл общего назначения, или появление органоидов специального назначения, необходимых для выполнения клеткой специльных функций.
От нескольких дней до многих лет клетка выполняет свою определённую функцию в организме, а затем постепенно стареет и погибает .
Старение клеток связано с изнашиванием структур клеток в результате длительной, интенсивной работы, прежде всего, в связи с изменениями состояния генома и, как следствие, в связи со снижением интенсивности репликации ДНК, приводящем к угнетению биосинтеза белка. При этом популяция клеток может постепенно уменьшаться (нервные клетки, кардиомиоциты), или частично (клетки печени, почек, желез) или полностью (покровные эпителии) обновляться. При этом процесс обновления может идти очень быстро: полное обновление эпидермиса кожи происходит за 3-4 недели, а эпителия желудка и кишечника – за 3-5 дней. Длительность существования этих обновляющихся популяций равна продолжительности жизни организма.
При старении увеличивается объём клетки, нарушаются межклеточные контакты, уменьшается текучесть её мембран и интенсивность транспортных и обменных процессов. В результате повреждения рецепторов цитолеммы уменьшается возбудимость и реактивность клетки, дезорганизуется цитоскелет. Ядро клетки становится неровным, расширяется перинуклеарное пространство, увеличивается доля гетерохроматина. Митохондрии просветляются, в них уменьшается количество крист, наблюдается расширение цистерн эндоплазматической сети, уменьшение числа рибосом, происходит редукция комплекса Гольджи. Увеличивается число всех видов лизосом, включая остаточные тельца в которых накапливаются трудно перевариваемые вещества (например, пигмент старения липофусцин), уменьшается стабильность лизосомальных мембран, возрастает аутофагия. В результате клетка постепенно разрушается и ее остатки фагоцитируются макрофагами.
Смерть клетки. Различают две формы гибели клеток – некроз и апоптоз .
Некроз вызывается главным образом различными внешними факторами (химическими или физическими), которые нарушают проницаемость мембран и клеточную энергетику. В результате нарушается ионный состав клетки, происходит набухание мембранных органоидов, прекращается синтез АТФ, нуклеиновых кислот, белков, происходит деградация ДНК, активация лизосомных ферментов, что в итоге приводит к растворению, "самоперевариванию" клетки – лизису. Этот процесс преобладает при старении клетки (рис. 2-13А).
Апоптоз начинается с активации в ядре генов, ответственных за самоуничтожение клетки (генов запрограммированной гибели клетки ). Программа такого самоуничтожения может включаться при воздействии на клетку сигнальных молекул или наоборот, прекращении действия регулирующего сигнала. Апоптоз широко распространён в эмбриогенезе, в процессе которого в организме образуется гораздо больше клеток, чем нужно для взрослого организма. Примером запрограммированной гибели клеток во взрослом организме является атрофия молочной железы после окончания лактации, гибель клеток жёлтого тела в конце менструального цикла. Процесс апоптоза значительно отличается от некроза. В начале апоптоза синтез РНК и белка не снижается, в цитоплазме клетки возрастает содержание ионов кальция, активируются эндонуклеазы, под действием которых происходит расщепление ДНК на нуклеосомные фрагменты. При этом хроматин конденсируется, образуя грубые скопления по периферии ядра. Затем ядра начинают фрагментироваться, распадаться на «микроядра», каждое из которых покрыто ядерной оболочкой. При этом цитоплазма также начинает фрагментироваться и от клетки отшнуровываются крупные фрагменты, часто содержащие «микроядра» – апоптические тельца (рис 2-13Б). При этом клетка как бы рассыпается на фрагменты, а апоптические тельца поглощаются фагоцитами или некротизируются и постепенно растворяются.
Его варианты. Основное содержание и значение периодов жизненного цикла клетки.
Закономерные изменения структурно-функциональных характеристик клетки во времени составляют содержание ее жизненного цикла (клеточного цикла). Клеточный цикл - это период существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки до собственного деления или смерти.
Обязательным компонентом клеточного цикла является митотический (пролиферативный) цикл - комплекс взаимосвязанных и детерминированных хронологически событий, происходящих в процессе подготовки клетки к делению и на протяжении самого деления, Кроме того, в жизненный цикл включается период выполнения клеткой многоклеточного организма специальных функций, а также периоды покоя. В периоды покоя ближайшая судьба клетки неопределенна: она может либо начать подготовку к митозу, либо стать на путь специализации.
Жизнь клетки от момента её возникновения в результате деления материнской клетки
до ее собственного деления или смерти называется жизненным (или
клеточным ) циклом.
Обязательным компонентом клеточного цикла является митотический цик л,
включающий подготовку к делению и само деление. В жизненном цикле есть также
периоды покоя , когда клетка только исполняет свой функций и избирает свою
дальнейшую судьбу (погибнуть либо возвратится в митотический цикл. Подготовка
клетки к делению, или интерфаза , составляет значительную часть
митотического цикла. Она состоит из трех подпериодов: постмитотический ,
или пресинтетический - G1, синтетический – S и
постсинтетический , или премитотический – G2.
Период G1 – самый вариабельный по продолжительности. Во время его в клетке
активизируются процессы биологического синтеза, в первую очередь структурных
и функциональных белков. Клетка растет и готовится к следующему периоду.
Период S – главный в митотическом цикле. В делящихся клетках млекопитающих он
длится около 6 – 10 ч. В это время клетка продолжает синтезировать РНК,
белки, но самое важное осуществляет синтез ДНК. Редупликация ДНК происходит
асинхронно. Но к концу S – периода вся ядерная ДНК удваивается, каждая
хромосома становится двунитчатой, то есть состоит из двух хроматид –
идентичных молекул ДНК.
Период G2 относительно короток, в клетках млекопитатающих он составляет около
2 – 5 ч. В это время количество центриолей, митохондрей и пластид
удваивается, идут активные метаболические процессы, накапливаются белки и
энергия для предстоящего деления. Клетка приступает к делению.
Описано три способа деления эукариотических клеток: амитоз (прямое
деление), митоз (непрямое деление) и мейоз (редукционное
деление).
Амитоз – относительно редкий и малоизученный способ деления клетки. Описан он
для стареющих и патологически измененных клеток. При амитозе интерфазное ядро
делится путем перетяжки, равномерное распределение наследственного материала
не обеспечивается. Нередко ядро делится без последующего разделения
цитоплазмы и образуются двухъядерные клетки. Клетка, претерпевшая амитоз, в
дальнейшим не способна вступать в нормальный митотический цикл. Поэтому
амитоз встречается, как правило, в клетках и тканях, обреченных на гибель,
например, в клетках зародышевых оболочек млекопитающих, в клетках опухолей.
Митоз (от греч. mitos - нить), кариокинез, непрямое деление клетки, наиболее
распространённый способ воспроизведения (репродукции) клеток, обеспечивающий
тождественное распределение генетического материала между дочерними клетками
и преемственность хромосом в ряду клеточных поколений. Биологическое значение
М. определяется сочетанием в нём удвоения хромосом путём продольного
расщепления их и равномерного распределения между дочерними клетками. Началу
М. предшествует период подготовки, включающий накопление энергии, синтез
дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и репродукцию центриолей. Источником
энергии служат богатые энергией, или так называемые макроэргические
соединения. М. не сопровождается усилением дыхания, т. к. окислительные
процессы происходят в интерфазе (наполнение "энергетического резервуара").
Периодическое наполнение и опустошение энергетического резервуара - основа
энергетики М.
Стадии митоза . Единый процесс М. обычно подразделяют на 4 стадии:
профазу , метафазу , анафазу и телофазу . Препрофаза -
синтетическая стадия М., соответствующая концу интерфазы (S - G2 периоды),
включает удвоение ДНК и синтез материала митотического аппарата.
В профазе происходят реорганизация ядра с конденсацией и спирализацией
хромосом, разрушение ядерной оболочки и формирование митотического аппарата
путём синтеза белков и "сборки" их в ориентированную систему веретена деления
Метафаза заключается в движении хромосом к экваториальной плоскости (
метакинез , или прометафаза ), формировании экваториальной пластинки
("материнской звезды") и в разъединении хроматид, или сестринских хромосом.
Анафаза - стадия расхождения хромосом к полюсам. Анафазное движение
связано с удлинением центральных нитей веретена, раздвигающего митотические
полюсы, и с укорочением хромосомальных микротрубочек митотического аппарата.
Удлинение центральных нитей веретена происходит либо за счёт поляризации
"запасных" макромолекул, достраивающих микротрубочки веретена, либо за счёт
дегидратации этой структуры. Укорочение хромосомальных микротрубочек
обеспечивается свойствами сократительных белков митотического аппарата,
способных к сокращению без утолщения.
Телофаза заключается в реконструкции дочерних ядер из хромосом,
собравшихся у полюсов, разделении клеточного тела (цитотомия ,
цитокинез ) и окончательном разрушении митотического аппарата с образованием
промежуточного тельца. Реконструкция дочерних ядер связана с деспирализацией
хромосом, восстановлением ядрышка и ядерной оболочки. Цитотомия осуществляется
путём образования клеточной пластинки (в растительной клетке) или путём
образования борозды деления (в животной клетке). Механизм цитотомии связывают
либо с сокращением желатинизированного кольца цитоплазмы, опоясывающего экватор
(гипотеза "сократимого кольца"), либо с расширением поверхности клетки
вследствие распрямления петлеобразных белковых цепей (гипотеза "расширения
мембран").
Продолжительность митоза зависит от размеров клеток, их плоидности, числа
ядер, а также от условий окружающей среды, в частности от температуры. В
животных клетках М. длится 30-60 мин, в растительных - 2-3 часа. Более
длительны стадии М., связанные с процессами синтеза (препрофаза, профаза,
телофаза); самодвижение хромосом (метакинез, анафаза) осуществляется быстро.
Мейоз (от греч. meiosis - уменьшение), редукционное деление, деления
созревания, способ деления клеток, в результате которого происходит
уменьшение (редукция) числа хромосом в два раза и одна диплоидная клетка
делении даёт начало 4 гаплоидным (содержащим по одному набору хромосом).
Восстановление диплоидного числа хромосом происходит в результате
оплодотворения. М. - обязательное звено полового процесса и условие
формирования половых клеток (гамет). Биологическое значение М. заключается в
поддержании постоянства кариотипа в ряду поколений организмов данного вида и
обеспечении возможности рекомбинации хромосом и генов при половом процессе.
М. - один из ключевых механизмов наследственности и наследственной
изменчивости. Поведение хромосом при М. обеспечивает выполнение основных
законов наследственности.
Первая фаза М. - профаза I , наиболее сложная и длительная (у человека
22,5, у лилии 8-10 суток), подразделяется на 5 стадий. Лептотена -
стадия тонких нитей, когда хромосомы слабо спирализованы и наиболее длинны,
видны утолщения - хромомеры. Зиготена - стадия начала попарного, бок о
бок соединения (синапсиса , конъюгации ) гомологичных хромосом;
при этом гомологичные хромомеры взаимно притягиваются и выстраиваются строго
друг против друга. Пахитена - стадия толстых нитей; гомологичные
хромосомы стабильно соединены в пары - биваленты, число которых равно
гаплоидному числу хромосом; под электронным микроскопом видна сложная
ультраструктура в месте контакта двух гомологичных хромосом внутри бивалента:
т. н. синаптонемальный комплекс, который начинает формироваться ещё в зиготене;
в каждой хромосоме бивалента обнаруживаются 2 хроматиды; т. о., бивалент
(тетрада, по старой терминологии) состоит из 4 гомологичных хроматид; на этой
стадии происходит кроссинговер, осуществляющийся на молекулярном уровне;
цитологические последствия его обнаруживаются на следующей стадии.
Диплотена - стадия раздвоившихся нитей; гомологичные хромосомы начинают
отталкиваться друг от друга, но оказываются связанными, обычно в 2-3 точках на
бивалент, где видны хиазмы (перекресты хроматид) - цитологическое проявление
кроссинговера. Диакинез - стадия отталкивания гомологичных хромосом,
которые по-прежнему соединены в биваленты хиазмами, перемещающимися на концы
хромосом (терминализация); хромосомы максимально коротки и толсты (за счёт
спирализации) и образуют характерные фигуры: кресты, кольца и др. Следующая
фаза М. - метафаза I , во время которой хиазмы ещё сохраняются;
биваленты выстраиваются в средней части веретена деления клетки, ориентируясь
центромерами гомологичных хромосом к противоположным полюсам веретена. В
анафазе I гомологичные хромосомы с помощью нитей веретена расходятся к
полюсам; при этом каждая хромосома пары может отойти к любому из двух полюсов,
независимо от расхождения хромосом др. пар. Поэтому число возможных сочетаний
при расхождении хромосом равно 2n, где n - число пар хромосом. В отличие от
анафазы митоза, центромеры хромосом не расщепляются и продолжают скреплять 2
хроматиды в хромосоме, отходящей к полюсу. В телофазе I у каждого полюса начинается деспирализация хромосом и формирование дочерних ядер и
интеркинез , и начинается второе деление М. Профаза II , метафаза
II , анафаза II и телофаза II проходят быстро; при этом в
конце метафазы II расщепляются центромеры, и в анафазе II расходятся к полюсам
хроматиды каждой хромосомы.
2). Половые генетические аномалии. Роль генотипических факторов в формировании патологических изменений фенотипа человека.
Роль генотипа в развитии признаков пола.
Отталкиваясь от определения, что пол - совокупность генетически
детерминированных признаков особи, определяющих её роль в процессе
оплодотворения, нужно сказать, что развитие половой принадлежности организмов
и их половых признаков зависит от сочетания или количества половых хромосом.
Начало изучению генотипического определения пола было положено открытием
американскими цитологами у насекомых различия в форме, а иногда и в числе
хромосом у особей разного пола (Маккланг, 1906, Уилсон, 1906) и классическими
опытами немецкого генетика Корренса по скрещиванию однодомного и двудомного
видов брионии.
Человек в отношении определения пола относится к типу XX-XY. При гаметогенезе
наблюдается типичное менделевское расщепление по половым хромосомам. Каждая
яйцеклетка содержит одну Х-хромосому, а другая половина
Одну Y-хромосому. Пол потомка зависит от того, какой спермий оплодотворит
яйцеклетку. Пол с генотипом ХХ называют гомогаметным, так как у него
образуются одинаковые гаметы, содержащие только Х-хромосомы, а пол с
генотипом XY - гетерогаметным, так как половина гамет содержит Х-хромосому, а
половина Y-хромосому. У человека генотипический пол данного индивидуума
определяют, изучая неделящиеся клетки. Одна Х-хромосома всегда оказывается в
активном состоянии и имеет обычный вид. Другая, если она имеется, бывает в
покоящемся состоянии в виде плотного темно-окрашенного тельца, называемого
тельцем Барра (факультативный гетерохроматин). Число телец Барра всегда на
единицу меньше числа наличных Х-хромосом, т.е. в мужском организме их нет
вовсе, у женщин (ХХ) - одно. У человека Y-хромосома является генетически16
инертной, так как в ней очень мало генов. Однако влияние Y-хромосомы на
детерминацию пола у человека очень сильное. Хромосомная структура мужчины
44A+XY и женщины 44A+XX такая же, как и у дрозофилы, однако у человека особь
кариотипом 44A+XD оказалась женщиной, а особь 44A+XXY мужчиной. В обоих
случаях они проявляли дефекты развития, но все же пол определялся наличием или
отсутствием Y-хромосомы. Люди генотипа XXX2A представляют собой
бесплодную женщину, с генотипом XXXY2A - бесплодных умственно отстающих
мужчин. Такие генотипы возникают в результате нерасхождения половых
хромосом, что приводит к нарушению развития (например, синдром
Клайнфельтера (XXY)). Нерасхождение хромосом изучаются как в мейозе, так и в
митозе. Нерасхождение может быть следствием физического сцепления Х-
хромосом, в таком случае нерасхождение имеет место в 100% случаев.
Несмотря на то, что женщины имеют две Х-хромосомы, а мужчины - только
одну, экспрессия генов Х-хромосомы происходит на одном и том же уровне у обоих
полов. Это объясняется тем, что у женщин в каждой клетке полностью
инактивирована одна Х-хромосома (тельце Барра), о чем уже было сказано выше. Х-
хромосома инактивируется на ранней стадии эмбрионального развития , 17
соответствующей времени имплантации, при этом в разных клетках отцовская и
материнская Х-хромосомы выключаются случайно. Состояние инактивации данной
Х-хромосомы наследуется в ряду клеточных делений. Таким образом, женские
особи, гетерозиготные по генам половых хромосом, представляют собой мозаики
(например, черепаховые кошки).
Таким образом, пол человека представляет собой менделирующий признак,
наследуемый по принципу обратного (анализирующего) скрещивания.
Гетерозиготой оказывается гетерогаметный пол (XY), который скрещивается с
рецессивной гомозиготой, представленной гомогаметным полом (XX). В результате
в природе обнаруживается наследственная дифференцировка организмов на
мужской и женский пол и устойчивое сокращение во всех поколениях
количественного равенства полов.
Значение средовых и генотипических факторов в формировании
патологически измененного фенотипа человека
Как известно, фенотип -
совокупность всех признаков и свойств организма, сформировавшихся в процессе
его индивидуального развития. Фенотип складывается в результате взаимодействия
наследственных свойств организма, то есть генотипа, и условий среды обитания.
В ядрах клеток содержится полученный от родителей набор хромосом, несущих
совокупность генов, которые характерны для данного вида вообще и для данного
организма в частности. Эти гены несут информацию о белках, которые могут
синтезироваться в этом организме, а также о механизмах, определяющих их синтез
и его регуляцию; в процессе развития осуществляется
последовательное включение генов и синтез тех белков, которые они кодируют19
(экспрессия генов). В результате происходит развитие всех признаков и свойств
организма, которые и составляют его фенотип.
Таким образом, фенотип - это продукт реализации той генетической программы,
которая содержится в генотипе, однако генотип не однозначно
определяет фенотип - в большей или меньшей степени он зависит и от внешних
условий.
Говоря о роли вышеупомянутых факторов в формировании патологически
измененного фенотипа особи того или иного пола, стоит отметить хромосомные
патологии.
Хромосомные болезни - наследственные заболевания, обусловленные
изменением числа или структуры хромосом. Частота хромосомных болезней среди
новорождённых детей около 1%. Многие изменения хромосом несовместимы с
жизнью и являются частой причиной спонтанных абортов и мертворождений. При
спонтанных абортах обнаружено около 20% эмбрионов с аномальными
кариотипами (хромосомными наборами).
Фенотипические проявления хромосомных мутаций зависят от следующих
главных факторов:1) особенности вовлеченной в аномалию хромосомы
(специфический набор генов); 2) тип аномалии (трисомия, моносомия, полная,
частичная); 3) размер недостающего генетического материала при частичной
моносомии или избыточного генетического материала при частичной трисомии;
4) степень мозаичности организма по аберрантным клеткам;
содержится только одна хромосома X, в остальных случаях наблюдаются различные
типы структурных перестроек хромосомы X.
У новорожденных и детей грудного возраста отмечаются признаки дисплазии:
короткая шея с избытком кожи и крыловидными складками, лимфатический отек
стоп, голеней, кистей рук и предплечий, вальгусная деформация стоп (деформация
большого пальца стопы), множественные пигментные пятна, низкорослость. В
подростковом возрасте выявляются отставание в росте (рост взрослых 135-145 см) и
в развитии вторичных половых признаков. Для взрослых характерно низкое
расположение ушных раковин, недоразвитие первичных и вторичных половых
признаков, дисгенезия гонад, сопровождающаяся первичной аменореей. У 20%
больных имеются пороки сердца (коарктация аорты, стеноз аорты, пороки развития
митрального клапана), у 40% - пороки почек (удвоение мочевыводящих путей,
подковообразная почка). У больных, имеющих клеточную линию с Y-хромосомой,
может развиться гонадобластома (опухоль, возникающая в дисгенетических гонадах
у пациенток с мужским псевдогермафродитизмом), часто наблюдается
аутоиммунный тиреоидит. Недоразвитие яичников приводит к бесплодию. Для
подтверждения диагноза наряду с исследованием клеток периферической крови
проводятся биопсия кожи и исследование фибробластов. Больные с синдромом
Шерешевского - Тернера низкого роста, имеют своеобразную “щитовидную”
грудную клетку и широко расставленные соски (90%). У них очень часто
наблюдаются вальгусная деформация локтей, короткая IV пястная кость,
остеопороз, множество родимых пятен на коже. Лицо больных очень напоминает
лицо “сфинкса” из-за уменьшенного подбородка, широкой переносицы и
гипертелоризма, эпиканта (вертикальная складка кожи полулунной формы,
прикрывающая внутренний угол глазной щели), птоза (опущение верхнего века). В23
50 % случаев больные умственно отсталые. Они пассивны, астеничны (повышенной
утомляемости и истощаемости, сниженном пороге чувствительности, крайней
неустойчивости настроения, нарушении сна), склонны к психогенным реакциям и
реактивным психозам. Кроме того, часто отмечается нарушение слуха (около 40%).
У 58 % больных с кариотипом Х0 наблюдаются отиты и почти у 35 % есть дефект
слуха, что объясняется аномальным расположением слуховой трубы из-за
неправильного формирования каудального отдела наружного слухового прохода.
При патологоанатомическом исследовании вместо гонад у таких больных
находят недифференцированный тяж, не содержащий фолликулов и секреторных
клеток. В 60 % случаев встречаются аномалии мочевой системы, чаще
подковообразная почка, удвоение почек и мочевыводящих путей; реже описывают
врожденные аномалии сердца (20 % случаев). У спонтанных и индуцированных
абортусов с кариотипом Х0 находят лимфангиомы шеи, подковообразную почку,
однорогую матку, патологические изменения в гонадах, иногда отсутствует
пупочная артерия.
В некоторых случаях генетическое исследование позволяет выявить синдром
Нуннан, который имеет схожие фенотипические проявления, однако этиологически
не связан с синдромом Шерешевского-Тернера. В отличие от последнего при
синдроме Нуннан заболеванию подвержены как мальчики, так и девочки, а в
клинической картине доминирует задержка умственного развития, характерен
Тернер-фенотип при нормальном мужском или женском кариотипе. У большинства
больных синдромом Нуннан имеется нормальное половое развитие и сохранена
фертильность. В большинстве случаев заболевание не сказывается на
продолжительности жизни пациентов.
Предварительный диагноз синдрома Шерешевского - Тернера основан на
характерной клинической картине и исследовании полового хроматина,
окончательный - на результатах цитогенетического анализа. Дифференциальную
диагностику проводят с синдромом Боневи - Ульриха - аутосомно-доминантной
болезнью, при которой у некоторых больных сохраняется генеративная функция,
наблюдается передача патологического гена или генов из поколения в поколение и
отсутствует характерная цитогенетическая картина (Х0).24
Лечение в основном симптоматическое и обычно направлено на коррекцию
вторичных половых признаков.
Синдром XXY хромосом (синдром Клайнфельтера)
Синдром Клайнфельтера встречается у 1 из 500 мальчиков. Больные с
классическим вариантом синдрома имеют кариотип 47,XXY . Возможны и другие
кариотипы, а у 10% больных выявляется мозаицизм 46,XY/47,XXY, встречаются и
более редкие кариотипы: 48,XXXY; 49,XXXX; 48,XXYY; 49,XXXYY . Синдром
обычно проявляется в подростковом возрасте как задержка полового развития.
Половой член и яички уменьшены, телосложение евнухоидное , имеются
гинекомастия (увеличение молочных желез у мужчин) и умеренная задержка
психического развития. Больные предрасположены к сахарному диабету,
заболеваниям щитовидной железы и раку молочной железы. Наличие в кариотипе
не менее двух Х-хромосом и одной Y-хромосомы - самая распространенная причина
первичного гипогонадизма у мужчин.
Примерно у 10% больных с синдромом Клайнфельтера наблюдается мозаицизм
46,XY/47,XXY. Поскольку в формировании фенотипа участвует клон клеток с
нормальным кариотипом, больные с мозаицизмом 46,XY/47,XXY могут иметь
нормально развитые половые железы и быть фертильными. Добавочная Х-
хромосома в 60% случаев наследуется от матери, особенно при поздней
беременности. Риск наследования отцовской Х-хромосомы не зависит от возраста
Для синдрома Клайнфельтера характерен фенотипический полиморфизм.
Наиболее частые признаки: высокорослость, непропорционально длинные ноги,
евнухоидное телосложение, маленькие яички (длинная ось менее 2 см).
Производные вольфова протока формируются нормально. В детском возрасте
нарушения развития яичек незаметны и могут не выявляться даже при биопсии. Эти
нарушения обнаруживают в пубертатном периоде и позднее. В типичных случаях
при биопсии яичка у взрослых находят гиалиноз извитых семенных канальцев
(белковая дистрофия, приводящая к утолщению коллагеновых волокон),
гиперплазию клеток Лейдига (клетки, рассеянные между извитыми семенными25
канальцами яичек), уменьшение численности или отсутствие клеток Сертоли
(соматические клетки, расположенные в извитых канальцах семенников);
сперматогенез отсутствует. Больные, как правило, бесплодны (даже если есть
признаки сперматогенеза). Формирование вторичных половых признаков обычно
нарушено: оволосение лица и подмышечных впадин скудное или отсутствует;
наблюдается гинекомастия; отложение жира и рост волос на лобке по женскому
типу. Как правило, психическое развитие задерживается, но у взрослых нарушения
интеллекта незначительны. Нередко встречаются нарушения поведения,
эпилептическая активность на электроэнцефалограмме, эпилептические припадки.
Сопутствующие заболевания: рак молочной железы, сахарный диабет, болезни
щитовидной желез, хронические обструктивные заболевания легких.
Способы лечения бесплодия при синдроме Клайнфельтера пока не разработаны.
Заместительную терапию тестостероном обычно начинают с 11-14 лет; при
дефиците андрогенов она существенно ускоряет формирование вторичных половых
признаков. У взрослых больных на фоне лечения тестостероном повышается
половое влечение. При гинекомастии может потребоваться хирургическое
вмешательство. Психотерапия способствует социальной адаптации больных с
синдромом Клайнфельтера и больных с другими аномалиями половых хромосом.
Общий вывод о роли факторов генотипа и среды в развитии патологически
измененного фенотипа человека
Таким образом, значение средовых и генотипических факторов в формировании
патологически измененного фенотипа человека очень велико, так как фенотип есть
реализация генотипа в ходе индивидуального развития и в определенных условиях
среды обитания, факторы которой часто оказывают определяющее значение на
проявление и развитие того или иного признака и свойства. Поэтому организмы,
имеющие одинаковые генотипы, могут заметно отличаться друг от друга по
фенотипу.
Следствием генетических нарушений могут возникать врожденные заболевания и
аномалии развития. Врожденные болезни могут быть результатом генетических26
нарушений и следствием вредных воздействий на плод, развивающийся из
нормальных половых клеток, без генетических мутаций.
В то же время существуют патологии, обусловленные только воздействием
факторов среды. Но и при этих болезнях причины, течение и исход их будет
определяться генотипом. Следовательно, формирование патологического фенотипа
детерминировано наследственной информацией при условии влияния окружающей
среды.
3). Класс Цестоды. Морфология, жизненный цикл, патогенность лентеца широкого. Диагностика и профилактика дифиллоботриоза.
Тип: Плоские черви (Plathelminthes)
Класс: Ленточные черви (Cestoidea)
Подкласс: Cestoda
Отряд: цепни (Cyclophyllidea)
Вид: Заболевание:
Taenia solium Тениоз, цистицеркоз
(свиной или вооруженный)
Taeniarhyncus saginatus Тениаринхоз
(бычий или невооруженный)
Hymenolepis nama (карликовый) Гименолепидоз
Echinococcus granulosus (эхинококк) Эхинококкоз
Alveococcus multilocularis (альвеококк) Альвеококкоз
Отряд: лентецы (Pseudophyllidea)
Виды финн:
а)цистицерк-пузырчатое образование, размером с горошину, заполнено жидкостью и содержит ввернутый внутрь сколекс с органами фиксации (свиной и бычий цепни);
б)цистицеркоид- содержит сколекс, ввернутый внутрь двухстенного пузырька с длинным хвостовидным предатком (карликовый цепень);
в)ценур- пузырчатая финна со многими сколексами (мозговой цепень)
г)эхинококк- имеет сложное строение, полость пузыря заполнена жидкостью, стенка его образована двумя слоями: наружным-хитиноподобным и внутренним- паренхиматозным (герминативным). От внутренней оболочки отшнуровываются дочерние и внучатые пузыри, внутри которых в выводковых камерах образуются головки; число их сильно варьирует, иногда достигая 100. В результате отпочковывания новых камер размер пузыря эхинококка непрерывно возрастает (эхинококк);
д)альвеококк- плотное мелкопузырсатое образование, жидкости не имеет, обладает экзогенным ростом. На разрезе имеет ячеистое строение (альвеококк);
е)плероцеркоид- имеет червеобразную форму, длиной 6мм, на переднем конце тела находятся две продольные присасывательные ботрии(лентец широкий).
В организме человека паразитируют представители нескольких десятков видов цестод. Болезни, вызываемые цестодами, называют цестодозами. По особенностям биологии ленточных червей разделяют на группы: 1)гельминты, жизненный цикл которых связан с водной средой (гельминты этой экологической группы имеют активно плавающую личиночную стадию- корацидий и два промежуточных хозяина, обитающих в водной среде. Например- возбудители дифиллоботриозов); 2)гельминты, цикл развития которых не связан с водной средой (более специализированные паразиты, личинки их ни на какой из стадий развития не способны к самостоятельному перемещению). Матка в зрелых члениках не имеет связи с окружающей средой, поэтому яйца выводятся во внешнюю среду не по одиночке, а внутри зрелых члеников). Вторая группа подразделяется на гельминтов: а)использующих человека как окончательного хозяина: б)обитающих в человеке как в промежуточном хозяине; в)проходящих в человеке весь жизненный цикл.
Понятие жизненного цикла клетки
У значительного большинства клеток существует определённый жизненный цикл.
Определение 1
Жизненный цикл – это период жизни клетки от её появления до окончания деления или гибели.
Этот цикл характеризуется большим количеством процессов, происходящих в клетке: рост, развитие, дифференциация, функционирование и т.п.
Клеточный цикл состоит из длительного периода интерфазы , а также коротких периодов митоза и цитокинеза .
Интерфаза – это период жизни клеток, в течение которого не происходит их деление.
Замечание 1
В этот период жизненного цикла клетки поддерживают свой гомеостаз и выполняют определённые функции.
Исследование различных групп клеток отдельного организма свидетельствует, что большинство из них находятся в интерфазе. Лишь небольшая часть клеток – около 1% - может быть задействована на это время в митозе.
Клеточный цикл, который оканчивается делением, свойствен для большинства разновидностей клеток многоклеточного организма и для всех одноклеточны
Все разновидности клеток имеют разную длительность как всего цикла, так и отдельных его периодов, даже в различных тканях одного и того же организма.
Пример 2
У человека длительность клеточного цикла для клеток эпителия кожи составляет 10-20 суток, для лейкоцитов – 4-5 суток, для клеток костного мозга – 8-12 часов.
Длительность жизни клетки запрограммирована генетически и наследуется.
На определённом этапе жизнедеятельности в клетках образуются специальные белковые молекулы, определённая концентрация которых сигнализирует о необходимости деления или гибели.
Интерфаза. Периоды интерфазы
Определение 2
Интерфаза – это период жизненного цикла клетки, во время которого она живёт, функционирует и готовится к делению.
Началом интерфазы и всего клеточного цикла можно считать момент окончания предыдущего цитокинеза.
Первый период интерфазы – пресинтетический , или $G_1$. На протяжении этого периода генетическая информация, закодированная в ДНК, находится в состоянии максимального функционирования – ДНК руководит синтезом РНК и белков. В этот период, который является наиболее длительным, клетки растут, дифференцируются и выполняют свои функции. В ядрах таких клеток содержится диплоидный набор хромосом, каждая из которых состоит из одной молекулы ДНК. Генетическая формула клетки в этот период – $2n2c$, где $n$ – гаплоидный набор хромосом, $c$ – количество копий ДНК.
Во время следующего, синтетического , периода ($S$) синтезируется и удваивается ДНК. В результате каждая хромосома уже состоит из двух хроматид, из двух дочерних молекул ДНК, соединённых в участке центромеры. Количество генов увеличивается вдвое. Удваивается и количество белков хроматина. Генетическая формула в этот период – $2n4c$.
Репликация ДНК является очень важным моментом во время подготовки клетки к делению. Только репликация лежит в основе как бесполого, так и полового размножения, а, значит, и непрерывности жизни.
Момент начала фазы $S$ называется точкой рестрикции . Синтез ДНК запускается с появлением специальных сигнальных молекул белков-активаторов $S$-фазы. В конце $S$- фазы, после полной репликации ДНК, белок-активатор разрушается, и клетка может переходить к следующему периоду. Клетки, не имеющие «разрешения» на деление, не способны пройти точку рестрикции. Такие клетки на определённый период времени останавливаются в состоянии «покоя» - в $G_0$-фазе, поддерживая метаболизм и выполняя свои функции.
Нейроны и мышечные клетки могут функционировать на протяжении всей жизни организма.
В постсинтетическом периоде $G_2$ клетки готовятся к митозу. Происходит постепенное разрушение цитоскелета, начинается конденсация и спирализация хроматина. Усиливается синтез АТФ, белков, РНК, липидов и углеводов. Формируются новые органеллы клетки. Размеры клетки значительно увеличиваются. Синтезируются специальные белки-регуляторы, которые способствуют переходу клетки из фазы $G_2$ к делению. Период $G_2$ переходит в профазу митоза. Это тот момент клеточного цикла, когда впервые в световой микроскоп можно увидеть хромосомы, сформировавшиеся из хроматина.
Жизненный цикл клеток многоклеточного организма контролируется окружающими клетками и гуморальными факторами организма. Существенную роль в регуляции играют также специальные белки, которые образуются клеткой под влиянием собственной генетической программы.
К числу важнейших изменений в клетке, которые происходят в интерфазе и готовят клетку к делению, относятся спирализация и сокращение половинок хромосом (хроматид), удвоение уентриолей, синтез белков будущего ахроматинового веретена, синтез высокоэнергетических соединений (в основном, АТФ). Клетка завершает свой рост и готова вступить в профазу следующего митоза.
Цитокинез
Следующий после митоза этап клеточного цикла - цитокинез – деление цитоплазмы.
По экватору материнской клетки животных организмов образуется перетяжка. Эта структура образуется ещё в телофазе митоза. Перетяжка деления формируется из микрофилламентов цитоскелета, которые образуют сократительное кольцо. Оно постепенно уменьшается, и перетяжка всё более углубляется по всему периметру. Через некоторое время материнская клетка делится на две дочерние. В образовании перетяжки и её углублении, а также в полном делении дочерних клеток активное участие берёт цитоскелет. После цитокинеза обе доерние клетки содержат все компоненты материнской клетки.
Замечание 2
Если после митоза не происходит цитокинез, то образуются многоядерные клетки.
Большинству клеток свойственен жизненный цикл.
Жизненный цикл – существование клетки от деления до следующего деления или гибели клетки. У одноклеточных организмов жизненный цикл совпадает с жизнью особи.
Жизненный цикл состоит из двух стадий - интерфаза и митоз.
В тканевых клетках он совпадает с митотическим циклом и состоит из четырех периодов: три периода (интерфаза) и собственно митоз:
Три первых периода составляют интерфазу:
1. Пресинтетический период (постмиотический) G 1:
· активный рост и функционирование клеток (синтез мРНК, белков, увеличивается количество рибосом и митохондрий);
· подготовка к синтезу ДНК.
2. Синтетический период (S):
· происходит репликация (редупликация) ДНК;
· удвоение материала хромосом;
· продолжается синтез мРНК и белков,
3. Постсинтетический период (премиотический) G 2:
· подготовка клеток к делению.
4. Митоз – редуплицированные хромосомы расходятся в дочерние клетки.
Рис. 5. Жизненный цикл клетки .
Продолжительность цикла и его периодов составляет 10-50 часов, в зависимости от типа клеток, их возраста и т.д. Наиболее вариабельны по времени периоды G 1 и G 2. .
Митоз
Митоз – непрямое деление, основной способ деления эукариотических клеток.
Биологический смысл:
· строго одинаковое распределение хромосом между дочерними клетками, что обеспечивает образование генетически равноценных клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений;
· митотическое деление лежит в основе всех форм размножения у одно- и многоклеточных организмов;
· митотическое деление лежит в основе роста организмов.
Удвоение хромосом происходит в интерфазе. В митоз хромосомы вступают уже удвоенные.
Фазы митоза:
1. Профаза:
· конденсация (спирализация) парных хромосом (в результате они становятся видимыми). Каждая хромосома состоит из двух хроматид;
· начинается формирование веретена деления.
2. Прометафаза:
· разрушение ядерной оболочки;
· начинается движение хромосом, их центромеры вступают в контакт с микротрубочками веретена деления, полюса продолжают расходиться друг от друга;
· к концу фазы образуется веретено деления.
3. Метафаза:
· образуется метафазная пластинка, хромосомы располагаются на экваторе в одной плоскости.
4. Анафаза:
· соединение в районе центромеры разрушается и хромосомы делятся, хроматиды (половинки хромосом) расходятся к полюсам клетки с помощью нитей веретена деления.
5. Телофаза:
· разрушение веретена деления;
· образование ядерных оболочек вокруг двух групп хромосом
· деконденсация хромосом;
· образование дочерних ядер.
В результате образуется две дочерние клетки, идентичные материнской клетке.
Мейоз
Мейоз – способ деления клеток, в результате которого происходит редукция (уменьшение) числа хромосом в два раза и переход клеток из диплоидного состояния в гаплоидное. Происходит после репликации ДНК. Восстановление плоидности происходит в результате полового процесса.
Биологический смысл:
· обеспечивает случайную, независимую рекомбинацию генов, происходит за счет кроссинговера – обмен участками гомологичных хромосом;
· поддержание постоянства кариотипа в ряду поколений;
· является важнейшим механизмом наследственности и изменчивости.
Мейоз не идентичен гаметогенезу. Гаметогенез - образование специализированных гамет из недифференцированных стволовых клеток.
В некоторых группах живых организмов (сосудистые растения, грибы) мейоз предшествует гаметогенезу, и, как правило, отделен от него значительным промежутком времени. У других групп организмов мейоз сопряжен с гаметогенезом, но полной идентичности этих процессов нет, так как сперматозоиды созревают по завершении мейоза, а ооциты до его завершения.
В зависимости от места в жизненном цикле организма, выделяют три основных типа мейоза:
1. Зиготный (многие грибы и водоросли). Происходит в зиготе, сразу после оплодотворения и приводит к образованию гаплоидного мицелия или таллома, а затем спор и гамет.
2. Гаметный (все многоклеточные животные и ряд низших растений). Происходит в половых органах и приводит к образованию гамет.
3. Споровый (высшие растения). Происходит перед цветением и приводит к образованию гаплоидного гаметофита, в котором позднее образуются гаметы.
Фазы мейоза.
Мейоз состоит из двух последовательных делений.
Деление первое:
1. Профаза 1 – сложная и растянутая во времени. Выделяют пять стадий:
· Лептотена – конденсация хромосом;
· Зиготена – коньюгация гомологичных хромосом с образованием структур, называемых бивалентами;
· Пахитена – кроссинговер (обмен участками гомологичных хромосом);
· Диплотена – частичная деконденсация хромосом, могут идти процессы транскрипции и трансляции;
· Диакинез – максимальная конденсация хромосом, прекращение процессов синтеза, разрушение ядерной оболочки, хромосомы соединены между собой.
2. Метафаза 1 – образование метафазной пластинки.
3. Анафаза 1 – биваленты делятся и хромосомы расходятся к полюсам (расходятся целые хромосомы, а не хроматиды, как в митозе).
4. Телофаза 1 – деспирализация хромосом и появление ядерной оболочки.
Второе деление следует за первым, S-фаза отсутствует, происходит без синтеза ДНК, и поэтому при втором делении количество ДНК уменьшается вдвое. Образуются клетки с гаплоидным набором хромосом.
1. Профаза 2 – конденсация хромосом, разрушение ядерной оболочки, образование веретена деления.
2. Метефаза 2 – образование метафазной пластинки. Хромосомы состоят из двух хроматид.
3. Анафаза 2 – хромосомы делятся и расходятся к полюсам.
4. Телофаза 2 – деспирализация хромосом, появление ядерной оболочки.
В результате из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидных.
Два деления мейоза сопровождаются редукцией числа хромосом. При этом в одних бивалентах при первом делении расходятся гомологичные хромосомы, а в других – хроматиды. При втором делении, наоборот – в первых бивалентах расходятся хроматиды, а во вторых гомологичные хромосомы, поэтому неверно называть одно деление редукционным, а второе эквационным.
Вопросы для самоконтроля:
1. Какие способы деления клетки вы знаете?
2. Что такое хромосомный набор?
3. Из каких стадий состоит жизненный цикл клетки? Какие события происходят на каждой стадии?
4. Что такое митоз? В чем состоит биологический смысл митоза?
5. Какие типы мейоза вы знаете?
6. Что такое мейоз? В чем заключается биологический смысл мейоза?
