Источников возбудителей чумы, крысиного тифа), с применением инсектицидных препаратов. Систематика – альбом

Билет №9

Организация наследственного материала в клетке.

А) Уровни организации генома эукариот

В отличие от прокариот основная часть генома эукариот находится в специальном клеточном компартменте (органелле), получившем название ядра, а значительно меньшая часть - в митохондриях, хлоропластах и других пластидах. информационной макромолекулой генома эукариот является ДНК, которая неравномерно распределена по нескольким хромосомам в виде комплексов с многочисленными белками. ДНК-белковые комплексы эукариот получили название хроматина . На протяжении клеточного цикла хроматин претерпевает высокоупорядоченные структурные преобразования в виде последовательных конденсаций-деконденсаций. В соматических клетках при максимальной конденсации в метафазе митоза эти преобразования сопровождаются формированием метафазных хромосом . Морфология и число метафазных хромосом являются уникальными характеристиками вида.

Совокупность внешних признаков хромосомного набора эукариот получила название кариотипа . Эти признаки используются в систематике.

Геном эукариот составляют уникальные и повторяющиеся последовательности нуклеотидов. Содержание уникальных последовательностей в геноме, определенное на основании кинетики реассоциации фрагментированной ДНК, варьирует у разных организмов, и их доля составляет 15-98% от всей ДНК. Несмотря на то, что во фракцию уникальных последовательностей попадают многие структурные гены, большая часть уникальных последовательностей является некодирующей и обычно не заключает в себе генетической информации в общепринятом значении этого термина: не кодирует функционально значимые полипептидные цепи или РНК. Примером таких уникальных последовательностей являются интроны, общий размер которых, как правило, на порядок и более превышает суммарный размер экзонов содержащих их генов.

Эволюционное возникновение мозаичной (интрон-экзонной) структуры генов эукариот, так же как и консервативный характер наследования размеров и взаимного расположения интронов в генах, не находит исчерпывающего объяснения из-за кажущегося отсутствия фактора давления естественного отбора на последовательности нуклеотидов без четких биологических функций.

Химический состав хромосом

Изучение химической организации хромосом эукариотических клеток показало, что они состоят в основном из ДНК и белков, которые образуют нуклеопротеиновый комплекс—хроматин.

ДНК является материальным носителем свойств наследственности и изменчивости и заключает в себе биологическую информацию — программу развития клетки, организма, записанную с помощью особого кода. Количество ДНК в ядрах клеток организма данного вида постоянно и пропорционально их плоидности. В диплоидных соматических клетках организма ее вдвое больше, чем в гаметах. Увеличение числа хромосомных наборов в полипловдных клетках сопровождается пропорциональным увеличением количества ДНК в них.

Белки составляют значительную часть вещества хромосом. На их долю приходится около 65% массы этих структур. Все хромосомные белки разделяются на две группы: гистоны и негистоновые белки.

Гистоны представлены пятью фракциями: HI, Н2А, Н2В, НЗ, Н4. Являясь положительно заряженными основными белками, они достаточно прочно соединяются с молекулами ДНК, чем препятствуют считыванию заключенной в ней биологической информации. В этом состоит их регуляторная роль. Кроме того, эти белки выполняют структурную функцию, обеспечивая пространственную организацию ДНК в хромосомах.

Число фракций негистоновых белков превышает 100. Среди них ферменты синтеза и процессинга РНК, редупликации и репарации ДНК. Кислые белки хромосом выполняют также структурную и регуляторную роль. Помимо ДНК и белков в составе хромосом обнаруживаются также РНК, липиды, полисахариды, ионы металлов.

РНК хромосом представлена отчасти продуктами транскрипции, еще не покинувшими место синтеза. Некоторым фракциям свойственна регуляторная функция.

Регуляторная роль компонентов хромосом заключается в «запрещении» или «разрешении» списывания информации с молекулы ДНК.

Структура хромосомы

Каждая хромосома состоит из ДНК и белка, связанных вместе. ДНК плотно скручена на белковом стержне. НДНК типичной человеческой клетки должна уместиться в ядре диаметром 0,005 мм. Но если ее полностью развернуть, то длина составит почти два метра. В точке на конце предложения может уместиться 200 человеческих клеток, или 400 м ДНК. о несмотря на такую плотность упаковки, генетический материал в клетке сжимается еще в 5 —10 раз, когда клетка начинает делиться. В это время хромосомы легко увидеть в микроскоп, если их окрасить.

у разных видов количество хромосомных пар различно. Количество хромосом в любой клетке называется кариотип. У человека 23 пары хромосом. Первые 22 пары называются аутосомы. Они нумеруются в соответствии с длиной, начиная с самой длинной, от 1 до 22. Пара 23 — это половые хромосомы, Х- и Y-хромосомы.

Центромера, жизненно важная для связи хромосомных пар до клеточного деления, делит хромосомы на два плеча различной длины. Ее расположение варьируется у различных хромосом. Если центромера располагается около центра, то плечи хромосомы примерно равной длины. Такая хромосома называется метацентрической. Если центромера слегка смещена от центра, то одно плечо длиннее другого, а хромосома называется субметацентрической. Если центромера сильно смещена от центра, то различие между плечами велико, а хромосома называется акроцентрической. В этом случае короткое плечо — это p-плечо, а длинное — q-плечо. Наконец, если центромера находится у самого конца хромосомы, то хромосома называется телоцентрической.

Также на концах хромосом расположены так называемые теломеры. Теломеры, открытые нобелевским лауреатом Германом Мюллером (Hermann Muller) в 1930-е годы, состоят из тысяч повторяющихся кусочков ДНК, соединенных вместе. Они помогают клетке отличать концы хромосом от разрывов, требующих репарации (восстановления). С каждым делением клетки теломеры становятся все короче, и кажется, что они играют роль в запрограммированной смерти клетки. Одной из отличительных черт раковых клеток является способность активировать фермент теломеразу, который не дает теломерам укорачиваться, что делает клетки практически бессмертными.

В) УРОВНИ УПАКОВКИ НАСЛЕДСТВЕННОГО МАТЕРИАЛА У ЭУКАРИОТ

В основе наследования лежат процессы удвоения, распределения и объединения генетического материала, которыми во многом и обусловливаются закономерности наследования.

Функционально неделимой элементарной единицей наследственности является ген. Представление о гене как материальной частице, лежащей в хромосоме, способной к саморегуляции и являющейся минимальной единицей рекомбинации, мутирования и генетической функции, сложилось к концу 20-х годов XX века. Согласно современным представлениям, ген - это участок молекулы ДНК, кодирующий первичную структуру полипептида (белка) одного вида, или же транспортной, или рибосомальной РНК.

В 1902 году независимо друг от друга два исследователя (Уильям Сеттон в США и Теодор Бовери в Германии) предположили, что гены расположены в хромосомах. Это предположение, положившее начало хромосомной теории наследственности, основывалось на параллелизме (сходстве) в поведении генов и хромосом в процессе развития гамет и оплодотворения яйцеклетки. Хромосомы (термин «хромосома» предложил В. Вальдей-ер в 1888 году) представляют собой структуры клеточного ядра, которым свойственны способность к самовоспроизведению и сохранению индивидуальных черт строения (структурной и функциональной индивидуальности) в ряду поколений. Размещение генов в хромосомах влияет на соотносительное наследование информации о признаках. Хромосомная организация наследственного материала обеспечивает перераспределение наследственного материала (задатков) родителей в потомках при половом размножении.

Г) эу- и гетерохроматин

Эухроматин, активный хроматин — участки хроматина, сохраняющие деспирализованное состояние элементарных дезоксирибонуклеопротеидных нитей (ДНП) в покоящемся ядре, т. е. в интерфазе (в отличие от других участков, сохраняющих спирализованное состояние — гетерохроматина).

Эухроматин отличается от гетерохроматина также способностью к интенсивному синтезу рибонуклеиновой кислоты (РНК) и большим содержанием негистоновых белков. В нём, помимо ДНП, имеются рибонуклеопротеидные частицы (РНП-гранулы) диаметром 200—500, которые служат для завершения созревания РНК и переноса ее в цитоплазму. Эухроматин содержит большинство структурных генов организма

Гетерохроматин — участки хроматина, находящиеся в течение клеточного цикла в конденсированном (компактном) состоянии. Особенностью гетерохроматиновой ДНК является крайне низкая транскрибируемость.

Хроматин является нуклеопротеидом — комплексом ДНК с гистонами. Конденсация хроматина в гетерохроматин сопровождается как модификацией гистонов, так и усложнением состава нуклеопротеидного комплекса за счёт участия в нём белков гетерохроматина HP1 (Heterochromatin Protein 1).

Гистоны гетерохроматинового комплекса характеризуются низкой степенью ацетилированности по лизиновым остаткам, что увеличивает их основные свойства и, соответственно, связывание с кислыми фосфатными группами ДНК, что способствует компактификации комплекса. Другой особенностью, ведущей к образованию гетерохроматина, является метилирование 9-го лизинового остатка гистона H3 метилтрансферазой Suv39h; такое метилирование ведёт к образованию высокоаффинного сайта связывания гистона H3 и белка гетерохроматина HP1. У дрозофил метилтрансфераза Suv39h функционально ассоциирована с гистондеацетилазой таким образом, что ацетилированное и метилированное состояние 9-го лизинового остатка гистона H3 являются взаимоисключающими, то есть обеспечивается единый механизм деацетилирования и метилирования гистона H3, ведущий к усилению связывания с гистоном как ДНК, так и белка гетерохроматина HP1.

Д) Морфологические особенности метафазной хромосомы

Метафазная хромосома состоит из двух соединенных центромерой сестринских хроматид, каждая из которых содержит одну молекулу ДНП, уложенную в виде суперспирали. При спирализа-ции участки эу- и гетерохроматина укладываются закономерным образом, так что на протяжении хроматид образуются чередующиеся поперечные полосы. Их выявляют при помощи специальных окрасок. Поверхность хромосом покрыта различными молекулами, главным образом, рибонуклеопротеинами (РНП). В соматических клетках имеются по две копии каждой хромосомы, их называют гомологичными. Они одинаковы по длине, форме, строению, расположению полос, несут одни и те же гены, которые локализованы одинаково. Гомологичные хромосомы могут различаться аллелями генов, содержащихся в них. Ген - это участок молекулы ДНК, на котором синтезируется активная молекула РНК. Гены, входящие в состав хромосом человека, могут содержать до двух млн пар нуклеотидов.

Деспирализованные активные участки хромосом не видны под микроскопом. Лишь слабая гомогенная базофилия нуклеоплазмы указывает на присутствие ДНК; их можно выявить также гистохимическими методами. Такие участки относят к эухроматину. Неактивные сильно спирализованные комплексы ДНК и высокомолекулярных белков выделяются при окрасках в виде глыбок гетерохроматина. Хромосомы фиксированы на внутренней поверхности кариотеки к ядерной ламине.

Хромосомы в функционирующей клетке обеспечивают синтез РНК, необходимых для последующего синтеза белков. При этом осуществляется считывание генетической информации - ее транскрипция. Не вся хромосома принимает в ней непосредственное участие.

Разные участки хромосом обеспечивают синтез различных РНК. Особенно выделяются участки, синтезирующие рибосомные РНК (рРНК); ими обладают не все хромосомы. Эти участки называют ядрышковыми организаторами. Ядрышковые организаторы образуют петли. Верхушки петель разных хромосом тяготеют друг к другу и встречаются вместе. Таким образом формируется структура ядра, именуемая ядрышком (рис. 20). В нем различают три компонента: слабоокрашенный компонент соответствует петлям хромосом, фибриллярный - транскрибированной рРНК и глобулярный - предшественникам рибосом.

Вместе с тем хромосомы являются и хранителями наследственных свойств организма. Именно последовательность нуклеоти-дов в цепях ДНК определяет генетический код.

Востановительные процессы в организме

А) Регенерация, её виды и значение

Регенера́ция — свойство всех живых организмов со временем восстанавливать поврежденные ткани, а иногда и целые потерянные органы. Регенерацией также называется восстановление целого организма из его искусственно отделенного фрагмента (например, восстановление гидры из небольшого фрагмента тела или диссоциированных клеток).

Регенерация, происходящая в случае повреждения или утраты какого-нибудь органа или части организма, называется репаративной. Регенерацию в процессе нормальной жизнедеятельности организма, обычно не связанную с повреждениями или утратой, называют физиологической.

Б) ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РЕГЕНЕРАЦИЯ

Физиологическая регенерация свойственна всем организмам. Процесс жизнедеятельности обязательно включает два момента: утрату (де­струкцию) и восстановление морфологических структур на клеточном, тканевом, органном уровнях.

У членистоногих физиологическая регенерация связана с ростом. На­пример, у ракообразных и личинок насекомых сбрасывается хитинизиро­ванный покров, становящийся тесным и тем самым препятствующий увеличению тела. Бурная смена покровов, также называемая линькой, наблюдается у змей, когда животное одномоментно освобождается от старого ороговевшего кожного эпителия, у птиц и млекопитающих при сезонной смене перьев и шерсти, У млекопитающих и человека система­тически слущивается кожный эпителий, целиком обновляющийся прак­тически в течение нескольких дней, а клетки слизистых оболочек кишечника заменяются почти ежесуточно.

Судьба клеток, погибших в процессе жизнедеятельности, неодинакова. Клетки наружных покровов после гибели слущиваются и попадают во внешнюю среду. Клетки внутренних органов претерпевают дальнейшие изменения и могут играть важную роль в процессе жизнедеятельности. Так, клетки слизистой оболочки кишечника богаты ферментами и после слущивания, входя в состав кишечного сока, принимают участие в пище­варении,

Погибшие клетки заменяются новыми, образующимися в результате деления. На течение физиологической регенерации влияют внешние и внутренние факторы. Так, понижение атмосферного давления вызывает увеличение количества эритроцитов, поэтому у людей, постоянно живу­щих в горах, содержание эритроцитов в крови больше, чем у живущих в долинах; такие же изменения происходят у путешественников при подъеме в горы. На число эритроцитов оказывают влияние физическая нагрузка, прием пищи, световые ванны.

О влиянии внутренних факторов на физиологическую регенерацию можно судить по следующим примерам. Денервация конечностей изме­няет функцию костного мозга, что сказывается на снижении числа эри­троцитов. Денсрвация желудка и кишечника ведет к замедлению и на­рушению физиологической регенерации в слизистой этих органов.

Б. М. Завадовский, скармливая птицам препараты щитовидной же­лезы, вызывал преждевременную бурную линьку. Циклическое обновле­ние слизистой оболочки матки находится в связи с женскими половыми гормонами и т. д. Следовательно, воздействие желез внутренней секре­ции на физиологическую регенерацию несомненно. С другой стороны, деятельность желез обусловлена функцией нервной системы и факто­рами внешней среды, например полноценным питанием, светом, микро­элементами, поступающими с пищей, и т. д.

В) РЕПАРАТИВНАЯ РЕГЕНЕРАЦИЯ

Одним из первых исследователей репаративной регенерации был швей­царский натуралист XVIII века А. Трамблс (1710-1784), обнаружив­ший это явление у пресноводного полипа гидры. Репаративная регенера­ция широко распространена, но способность к ней выражена неодина­ково у различных животных. У одних организмов регенерационные спо­собности настолько велики, что из части тела или даже из отдельных клеток развивается целый организм (т. е. имеет место соматический эмбриогенез). У других регенерационные потенции несколько ниже, но восстанавливаются наружные органы. У третьих регенерируют внутрен­ние органы. Наконец, регенерационные способности могут сводиться лишь к рубцеванию ран.

Хорошо выражена репаративная регенерация у некоторых кишечно­полостных и ресничных червей, в связи с чем гидры и планарии стали классическими объектами для изучения этого явления. Ракообразные восстанавливают утраченные конечности, антенны, глаза. Хвостатые амфибии и личинки бесхвостых восстанавливают конечности, хвост и не­которые другие органы. У млекопитающих и человека регенерация раз­личных тканей выражена в неодинаковой степени. Эпителиальная ткань в покровах кожи, слизистых оболочек, серозных покровов обладает вы­сокой способностью к репаративной регенерации. Хорошими регенера­ционными свойствами обладает соединительная, мышечная и костная ткань. Хрящевая ткань регенерирует слабо.

Восстановление органа происходит только тогда, когда сохраняется хотя бы остаток этого органа и не потеряны коррелятивные связи со всем организмом. Конечности аксолотля и тритона способны к регенера­ции при ампутации на любом уровне. Но если удален и пояс конечно­стей, регенерации не происходит. Ампутированная мышца у птиц и гры­зунов способна к восстановлению, если осталась хотя бы небольшая культя.

Для регенерации наружных органов необходима открытая раненая поверхность. В опытах на хвостатых амфибиях, когда рану закрывали кожным лоскутом, отрастания ампутированных органов не происходило. Было принятым считать, что способность к регенерации падает по мере эволюции животных, в связи с повышением организации, а также уменьшается с возрастом организма. Действительно, нельзя отрицать, что очень часто у низкоорганизованных животных способность к реге­нерации выражена сильнее, чем у стоящих на более высоких ступенях эволюции. Точно так же у молодых особей нередко утраченные органы восстанавливаются энергичнее и полнее, чем у старых. Однако эти пра­вила имеют очень много исключений. Среди близких в систематическом отношении форм есть как обладающие хорошо выраженной способ­ностью к регенерации, так и не способные к ней. Например, из кишечно­полостных гидры обладают большой регенерационной потенцией, а у ме­дуз она почти полиостью отсутствует. Хорошо регенерируют много- и малощетинковые кольчатые черви, а пиявки - нет. Взрослые лягушки плохо регенерируют, а у тритонов восстанавливаются не только ноги, но и глаза и многие другие органы.

У низших хордовых - асцидий - регенерационные способности взрос­лых особей несравненно выше, чем личинок.

Как показал советский исследователь А, Н. Студитский, интенсивность регенерационного процесса у наиболее высокоорганизованных живот­ных- птиц и млекопитающих- может быть даже больше, чем у земно­водных. Следовательно, в процессе эволюции регенерационные способно­сти не снижаются, а принимают различные формы.

Параллельно утрате способности к бесполому размножению теряется и способность к соматическому эмбриогенезу, но сохраняется регенера­ция отдельных органов.

Есть все основания считать, что способность к регенерации носит приспособительный характер. Она лучше выражена в тех органах, которые чаще подвергаются утрате, и у тех животных, которые в природных усло­виях теряют органы.

Нередко способность к регенерации появлялась параллельно аутотомин (самокалечению). Животное из типа иглокожих - голотурия - при преследовании ее врагом выбрасывает кишечник и другие внутренние органы, а через несколько дней потерянные органы восстанавливаются. У ящерицы строение позвонков в хвосте таково, что они переламы­ваются в тех случаях, когда хвост оказывается сильно сжат зубами и когтями хищника. Как известно, у ящерицы потерянный хвост отрастает. Регенерация у млекопитающих, приводящая чаще всего к заживле­нию ран, также имеет приспособительное значение. Быстрое закрытие раны кровяным сгустком, а затем рубцом из соединительной ткани пре­пятствует проникновению в организм болезнетворных микроорганизмов, к которым млекопитающие очень чувствительны.

Формы и способы репаративной регенерации

Различают регенерацию типичную, или гомоморфоз, и атипичную, или гетероморфоз. При гомоморфозе восстанавливается такой же орган, как и утраченный. При гетероморфозе восстановленные органы отличаются от типичных.

В ряде случаев при гетероморфозе вместо прежнего органа развивает­ся совершенно иной. Например, у рака иногда на месте удаленного глаза вырастает видоизмененная антенна {рис. 88). При гетероморфозе отме­чено развитие атавистических органов. Так, на регенерирующем хвосте ящерицы появляются чешуи более древнего типа.

Иногда восстанавливается большее число органов, чем их бывает В норме: у планарин может образоваться несколько головных концов, у ам­фибии - лишние конечности и т. д.

Изучение гетероморфозов важно для выяснения факторов, влияющих на регенерацию, что необходимо для управления процессом восстановле­ния утраченных органов.

Восстановление утраченных органов осуществляется путем эпимор­фоза, морфаллаксиса и эндоморфоза.

Эпиморфоз - отрастание утраченного органа от раневой поверхности. Процесс регенерации при этом начинается с рассасывания тканей, при­легающих к ране, и интенсивного размножения клеток, из которых обра­зуется регенерационный зачаток. Дальнейшее размножение клеток при­водит к увеличению зачатка, а дифференцировка клеток - к формиро­ванию органа. К эпиморфозу примыкает рубцевание, при котором про­исходит закрытие раны, но без восстановления утраченного органа.

Морфаллаксис влечет за собой перегруппировку оставшейся части ор­ганизма. Эта форма регенерации нередко связана с дальнейшим значи­тельным разрушением оставшейся части и завершается формированием из этого материала целого организма или органа. Величина новой особи или восстановленного органа оказывается сначала меньше исходной, равной лишь взятому фрагменту, но в дальнейшем увеличивается.

Обычно эпиморфоз и морфаллаксис сопутствуют друг другу, но в од­них случаях преобладает первая форма, а в других - вторая. Так, при отрастании хвоста у ящерицы или ноги у тритона имеет место преиму­щественно эпиморфоз, а при регенерации планарий, гидры, ноги тара­кана преобладает морфаллаксис.

Атипичная, неполная регенерация, характерная для большинства внут­ренних органов млекопитающих, получила название эндоморфоза, или регенерационной гипертрофии.

При эндоморфозе восстанавливается не форма, а масса органа. Этот способ регенерации характерен для органов с относительно однородной структурой, у которых форма не имеет существенного значения для нормального функционирования. Регенерация по типу эндоморфоза на­чинается с заживления раны, а затем происходит увеличение оставшейся

части органа за счет размножения клеток и их гипертрофии. Отрастания от раневой поверхности не происходит, поэтому восстановившийся в своих размерах орган сохраняет форму культи. Так протекает, напри­мер, регенерация печени

Лейшмании

А) Систематика

Царство: Протисты

Надтип: Excavata

Тип: Эвгленовые

Класс: Кинетопластиды

Отряд: Трипаносоматиды

Род: Лейшмании

Б) Морфология

Лейшмании существуют в двух морфологических формах — промастиготы (с длинным передним жгутиком, веретенообразные, удлинённые, подвижные) в насекомом-хозяине и на искусственных питательных средах, и амастиготы (с коротким жгутиком, круглые или овальные, неподвижные, расположенные внутриклеточно) в организме позвоночных.

Жизненный цикл

Лейшмании, являются облигатными паразитами. Жизненный цикл лейшманий включает двух хозяев: млекопитающее и насекомое (москит).

Москиты заражаются лейшманиями, когда пьют кровь заражённого млекопитающего. Кровью питаются только самки москитов. Лейшмании вместе с проглатываемой кровью проникают в пищеварительный канал москита. В задней части средней кишки вокруг проглоченной крови у москита (как и у некоторых других кровососущих насекомых, например, комаров) образуется так называемая перитрофическая матрица.

Промастиготы лейшманий размножаются в пищеварительном канале самок москитов. Приблизительно через неделю инфекция распространяется до верхних отделов пищеварительного канала и паразиты блокируют просвет канала своими телами и секретируемым им гелем. Когда самка кусает потенциального хозяина, она выделяет в кожу свою слюну. Самка с блокированным пищеварительным каналом не может глотать, и у неё возникают спастические движения, в результате которых она отрыгивает промастиготы в ранку на коже хозяина.

В среднем во время укуса инфицированным москитом в кожу попадает 102 — 103 промастигот.

Первыми на место повреждения прибывают полиморфоядерные нейтрофилы, которые фагоциритуют паразитов. Внутри нейтрофилов лейшмании не размножаются и не превращаются в амастиготы. Затем, когда нейтрофилы переходят в фазу апоптоза, они уничтожаются макрофагами, и лейшмании проникают в макрофаги, не вызывая иммунного ответа. Макрофаги являются основными клетками-хозяевами лейшманий в организме млекопитающих. Внутри макрофагов лейшмании трансформируются во внутриклеточную морфологическую форму — амастиготы.

Внутри макрофага лейшмании заключены в так называемые "паразитифорные вакуоли", которые образуются от слияния первичной фагосомы c лизосомами и эндосомами. В них промастиготы транформируются в амастиготы. При этом происходят изменения в морфологии — продолговатые промастиготы с длинным жгутиком превращаются в овальные амастиготы с коротким жгутиком, в метаболизме, чтобы приспособиться к кислой среде, и в биохимическом составе мембраны. Трансформация занимает от двух до пяти дней. Амастиготы способны выживать в кислой среде этих вакуолей и питаться их содержимым. Внутри вакуоли амастиготы медленно размножаются, и каждый цикл размножения занимает около 24 часов.

При кожном лейшманиозе инфильтрат образуется в коже и содержит преимущественно макрофаги, а также лимфоидные клетки и немного плазматических клеток. При висцеральном лейшманиозе очаги инфекции образуются в органах ретикуло-эндотелиальной системы

Билет № 10

Организация наследственного материала в клетке

А) Кариоти́п — совокупность признаков (число, размеры, форма и т. д.) полного набора хромосом, присущая клеткам данного биологического вида (видовой кариотип), данного организма (индивидуальный кариотип) или линии (клона) клеток. Кариотипом иногда также называют и визуальное представление полного хромосомного набора (кариограммы)

У человека нормальный кариотип состоит из 46 хромосом

в) Геном человека — геном биологического вида Homo sapiens. В большинстве нормальных клеток человека содержится полный набор составляющих геном 46 хромосом: 44 из них не зависят от пола (аутосомные хромосомы), а две — X-хромосома и Y-хромосома — определяют пол (XY — у мужчин или ХХ — у женщин). Хромосомы в общей сложности содержат приблизительно 3 миллиарда пар оснований нуклеотидов ДНК, образующих 20000—25000 генов. В ходе выполнения проекта «Геном человека» содержимое хромосом находящихся в стадии интерфаза в клеточном ядре (вещество эухроматин), было выписано в виде последовательности символов. В настоящее время эта последовательность активно используется по всему миру в биомедицине. В ходе исследований выяснилось, что человеческий геном содержит значительно меньшее число генов, нежели ожидалось в начале проекта. Только для 1,5 % всего материала удалось выяснить функцию, остальная часть составляет так называемую мусорную ДНК. В эти 1,5 % входят гены, которые кодируют РНК и белки, а также их регуляторные последовательности, интроны и, возможно, псевдогены).

Во всех молекулах ДНК одной клетки человека содержится 3,2 млрд пар нуклеотидов, что соответствует 800 мегабайтам информации.

Биологические ритмы

А) Биологи́ческие ри́тмы — (биоритмы) периодически повторяющиеся изменения характера и интенсивности биологических процессов и явлений. Они свойственны живой материи на всех уровнях ее организации — от молекулярных и субклеточных до биосферы. Являются фундаментальным процессом в живой природе. Одни биологические ритмы относительно самостоятельны (например, частота сокращений сердца, дыхания), другие связаны с приспособлением организмов к геофизическим циклам — суточным (например, колебания интенсивности деления клеток, обмена веществ, двигательной активности животных), приливным (например, открывание и закрывание раковин у морских моллюсков, связанные с уровнем морских приливов), годичным (изменение численности и активности животных, роста и развития растений и др.)

Хронобиология (от др.-греч. χρόνος — «время») — область науки, которая исследует периодические (циклические) феномены, протекающие у живых организмов во времени, и их адаптацию к солнечным и лунным ритмам[1]. Эти циклы именуют биологические ритмы (БР).

Хронобиологические исследования включают, но не ограничиваются ими, работы в области сравнительной анатомии, физиологии, генетики, молекулярной биологии и биологии поведения организмов[1]. Другие аспекты включают исследование развития, воспроизведения, экологии и эволюции видов. (См. также: «супрахиазматическое ядро», мелатонин, светотерапия и др.).

Б)Классификация биоритмов

Классификация ритмов базируется на строгих определениях, которые зависят от выбранных критериев.

Классификация биоритмов по Ю. Ашоффу (1984 г.) подразделяется:

по их собственным характеристикам, таких как период;

по их биологической системе, например популяция;

по роду процесса, порождающего ритм;

по функции, которую выполняет ритм.

Диапазон периодов биоритмов широкий: от миллисекунд до нескольких лет. Их можно наблюдать, в отдельных клетках, в целых организмах или популяциях. Для большинства ритмов, которые можно наблюдать в ЦНС или системах кровообращения и дыхания, характерна большая индивидуальная изменчивость.

Другие эндогенные ритмы, например овариальный цикл, проявляют малую индивидуальную, но значительную межвидовую изменчивость. У других ритмов, о которых упоминалось выше, периоды остаются неизменными в естественных условиях, то есть они синхронизированы с такими циклами внешней среды, как приливы, день и ночь, фазы Луны и время года. С ними связаны приливные, суточные, лунные и сезонные ритмы биологических систем. Каждый из указанных ритмов может поддерживаться в изоляции от соответствующего внешнего цикла. В этих условиях ритм протекает «свободно», со своим собственным, естественным периодом.

Наиболее распространена классификация биоритмов по Ф. Халбергу (1964), по частотам колебаний, то есть по величине, обратной длине периодов ритмов:

Зона ритмов Область ритмов Длина периодов

Высокочастотная Ультрадианная менее 0,5 ч

0,5 — 20 ч

Среднечастотная Циркадная 20 — 28 ч

Инфрадианная 28 ч — 3 сут

Низкочастотная Циркасептанная 7 + 3 сут

Циркадисептанная 14 + 3 сут

Циркавигинтанная 20 + 3 сут

Циркатригинтанная 30 + 7 сут

Цирканнуальная 1 год + 2 мес

В) Г) Суточные и сезонные биологические ритмы

Суточные и сезонные биологические ритмы

Чередование фаз половых циклов, развивающихся под действием секреции двух различных гормонов пола - эстрогенов и прогестерона, оказывает влияние на весь, организм женских особей, порождая в нем синхронные смене фаз половых циклов колебания жизненных процессов на всех уровнях организации и во всех системах. На волнообразность жизненных функций : у женщин впервые обратили внимание в конце XIX в. В 1880 г. известный русский врач Д. О. Отт, а за ним и С. С. Жихарев показали, что у половозрелых женщин периодически изменяются температура тела, кровяное давление, жизненная емкость легких, мышечная сила, высота коленных рефлексов. Повышение интенсивности и напряжение отмечались в предменструальном периоде И круто снижались в дни менструаций. Авторы назвали это явление «менструальной волной». По сути дела, это еще не означало открытия экстрагенитального ритма, поскольку исследования ограничивались конечным периодом цикла и совсем не касались его основных фаз.

С тех пор интерес к этому вопросу то возникает, то снова угасает. Но, к сожалению, почти во всех исследованиях женщин внимание специалистов не выходит за, пределы предменструального, менструального и постменструального периодов цикла, т. е. относятся к заключительной деструктивной части цикла. Только в единичных наблюдениях авторы прослеживали волнообразные колебания жизненных функций на протяжении всего полового цикла, но и в этих случаях допускалась ошибка,, искажавшая результаты, ибо большинство авторов менструальную фазу у женщин относили к началу цикла, а не к его концу. При описании тех или иных изменений жизнедеятельности у самок животных в связи с эстральным циклом началом цикла считали эструс, т. е, его середину!

Д) БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ. Многие биологические процессы в природе протекают ритмично, т.е. разные состояния организма чередуются с достаточно четкой периодичностью. Примеры быстрых ритмов – сокращения сердца или дыхательные движения с периодом всего в несколько секунд. У других жизненно важных ритмов, например чередования бодрствования и сна, период составляет около суток. Если биологические ритмы синхронизированы с наступлением приливов и отливов (каждые 12,4 часа) или только одной из этих фаз (каждые 24,8 часа), их называют приливными. У лунных биологических ритмов период соответствует продолжительности лунного месяца, а у годичных – года. Сердечные сокращения и другие формы быстрой ритмичной активности, не коррелирующей с естественными изменениями в окружающей среде, обычно изучаются физиологией и в этой статье рассмотрены не будут.

Биологические ритмы интересны тем, что во многих случаях сохраняются даже при постоянстве условий среды. Такие ритмы называют эндогенными, т.е. «идущими изнутри»: хотя обычно они и коррелируют с ритмичными изменениями внешних условий, например чередованием дня и ночи, их нельзя считать прямой реакцией на эти изменения. Эндогенные биологические ритмы обнаружены у всех организмов, кроме бактерий. Внутренний механизм, поддерживающий эндогенный ритм, т.е. позволяющий организму не только чувствовать течение времени, но и измерять его промежутки, называется биологическими часами.

Работа биологических часов сейчас хорошо изучена, однако внутренние процессы, лежащие в ее основе, остаются загадкой. В 1950-х годах советский химик Б.Белоусов доказал, что даже в однородной смеси некоторые химические реакции могут периодически ускоряться и замедляться. Аналогичным образом, спиртовое брожение в дрожжевых клетках то активируется, то подавляется с периодичностью ок. 30 секунд. Каким-то образом эти клетки взаимодействуют друг с другом, так что их ритмы синхронизируются и вся дрожжевая суспензия дважды в минуту «пульсирует».

Считается, что такова природа всех биологических часов: химические реакции в каждой клетке организма протекают ритмично, клетки «подстраиваются» друг под друга, т.е. синхронизируют свою работу, и в результате пульсируют одновременно. Эти синхронизированные действия можно сравнить с периодическими колебаниями часового маятника.

Хрономедицина — это область медицины, в которой используется представление о биологических ритмах, которые изучаются в рамках хронобиологии. Биологические ритмы — это ритмические проявления временной структуры организма, поэтому хрономедицина не исчерпывается одними только биологическими ритмами, а пытается рассмотреть всю «временную структуру организма» в целом.

Хрономедицина (как и сама хронобиология) — это молодая область междисциплинарных исследований, которая находится в процессе становления. В хрономедицине находят свое применение методы математической обработки временных рядов, которые используются для анализа ритмических проявлений физиологических процессов организма.

Таким образом хрономедицина оказывается на стыке наук: медицины (диагностика и лечение заболеваний), хронобиологии (разработка теоретических представлений) и математики (разработка методов математического анализа ритмических проявлений).

ТРИХОМОНАДА

Разделяется на кишечную и влагалищную. Кишечная обитает в кишечнике, размножаясь в кишечнике человека, трихомонада может вызывать недолгие поносы. В половых органах человека обитает влагалищная трихомонада Trichomonas vaginalis (кл. Жгутиковые) — возбудитель трихомоноза. Длина этого паразита 14—30 мкм. Форма тела грушевидная. На переднем конце находятся четыре жгутика. До середины клетки доходит также небольшая ундулирующая мембрана. По середине тела тянется аксостилъ, выступающий из клетки на ее заднем конце. Характерна форма ядра, овального, заостренного с двух концов и напоминающего косточку сливы. В пищеварительных вакуолях располагаются лейкоциты, эритроциты и бактерии, которыми этот паразит питается. Цист не образует. Эта трихомонада обитает у женщин во влагалище и в шейке матки, а у мужчин — в мочеиспускатель­ном канале, мочевом пузыре и в предстательной железе. Зараженность женщин достигает 20—40%, мужчин — 15%. Серьезных повреждений хозяину | эта трихомонада не наносит, но, тесно контакти­руя с эпителием мочеполовой системы, она вызы­вает возникновение мелких воспалительных оча­гов под эпителиальным слоем и слущивание по­верхностных клеток слизистой оболочки. Через нарушенную эпителиальную выстилку в просвет органа поступают лейкоциты. У мужчин заболе­вание обычно завершается спонтанным выздоровлением примерно через 1 мес. У женщин трихо­моноз может протекать несколько лет. Лабораторная диагностика — обнаружение живых подвижных трихомонад в мазке из выделений мочеполовых путей. Профилактика—соблюдение правил личной гигиены при половых контактах.

Трихомонада - это одноклеточный простейший микроорганизм, способный существовать не только внутри организма человека, но и вне него. Трихомонада быстро погибает при температуре свыше 40º и в дезинфицирующих растворах и питается, поглощая клетки, в том числе бактерий (например, гонококков), которые могут долго сохранять свою жизнеспособность внутри трихомонад. Поэтому такое сочетание инфекций тяжело поддается лечению.