Жизненный цикл клетки отражает все закономерные структурно-функциональные изменения, происходящие с клеткой во времени. Жизненный цикл – это время существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки до собственного деления или естественной гибели.
У клеток сложного организма (например, человека) жизненный цикл клетки может быть различным. Высокоспециализированные клетки (эритроциты, нервные клетки, клетки поперечнополосатой мускулатуры) не размножаются. Их жизненный цикл состоит из рождения, выполнения предназначенных функций, гибели (гетерокаталитической интерфазы).
Важнейшим компонентом клеточного цикла является митоти-ческий (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. В это время дальнейшая клеточная судьба неопределенна: клетка может начать делиться (вступает в митоз) либо начать готовиться к выполнению специфических функций.
Митоз – это основной тип деления соматических эукариоти-ческих 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. При этом у клеток тела человека продолжительность самого митоза составляет 1–1,5 ч, в2-периода интерфазы – 2–3 ч, S-периода интерфазы – 6-10 ч.
2. Биологическое значение жизненного цикла
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. Это сопровождается изменениями структуры и морфологии хромосом, в которых сосредоточено более 90 % информации эукариотической клетки.
2. Митотический цикл состоит из четырех последовательных периодов: пресинтетического (или постмитотического) G1, синтетического S, постсинтетического (или премитотического) G2 и собственно митоза. Они составляют автокаталитическую интерфазу (подготовительный период).
Фазы клеточного цикла:
1) пресинтетическая (G1). Идет сразу после деления клетки. Синтеза ДНК еще не происходит. Клетка активно растет в размерах, запасает вещества, необходимые для деления: белки (гистоны, структурные белки, ферменты), РНК, молекулы АТФ. Происходит деление митохондрий и хлоропластов (т. е. структур, способных к ауторепродукции). Восстанавливаются черты организации интерфазной клетки после предшествующего деления;
2) синтетическая (S). Происходит удвоение генетического материала путем репликации ДНК. Она происходит полуконсервативным способом, когда двойная спираль молекулы ДНК расходится на две цепи и на каждой из них синтезируется комплементарная цепочка.
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. Также репликации подвергается небольшая часть митохонд-риальной ДНК (основная же ее часть реплицируется в G2 период);
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.
3. Митоз. Характеристика основных этапов
Деление клетки включает в себя два этапа – деление ядра (митоз, или кариокинез) и деление цитоплазмы (цитокинез).
Митоз состоит из четырех последовательных фаз – профазы, метафазы, анафазы и телофазы. Ему предшествует период, называемый интерфазой (см. характеристику митотического цикла).
Фазы митоза:
1) профаза. Центриоли клеточного центра делятся и расходятся к противоположным полюсам клетки. Из микротрубочек образуется веретено деления, которое соединяет центрио-ли разных полюсов. В начале профазы в клетке еще видны ядро и ядрышки, к концу этой фазы ядерная оболочка разделяется на отдельные фрагменты (происходит демонтаж ядерной мембраны), ядрышки распадаются. Начинается конденсация хромосом: они скручиваются, утолщаются, становятся видимыми в световой микроскоп. В цитоплазме уменьшается количество структур шероховатой ЭПС, резко сокращается число полисом;
2) метафаза. Заканчивается образование веретена деления.
Конденсированные хромосомы выстраиваются по экватору клетки, образуя метафазную пластинку. Микротрубочки веретена деления прикрепляются к центромерам, или кинетохо-рам (первичным перетяжкам), каждой хромосомы. После этого каждая хромосома продольно расщепляется на две хроматиды (дочерние хромосомы) которые оказываются связанными только в участке центромеры;
3) анафаза. Между дочерними хромосомами разрушается связь, и они начинают перемещаться к противоположным полюсам клетки со скоростью 0,2–5 мкм/мин. В конце анафазы на каждом полюсе оказывается по диплоидному набору хромосом. Хромосомы начинают деконденсироваться и раскручиваться, становятся тоньше и длиннее; 4) телофаза. Хромосомы полностью деспирализуются, восстанавливается структура ядрышек и интерфазного ядра, монтируется ядерная мембрана. Разрушается веретено деления. Происходит цитокинез (деление цитоплазмы). В животных клетках этот процесс начинается с образования в экваториальной плоскости перетяжки, которая все более углубляется и в конце концов полностью делит материнскую клетку на две дочерние.
При задержке цитокинеза образуются многоядерные клетки. Это наблюдается при размножении простейших путем шизогонии. У многоклеточных организмов так образуются синцитии – ткани, в которых отсутствуют границы между клетками (поперечно-полосатая мышечная ткань у человека).
Продолжительность каждой фазы зависит от типа ткани, физиологического состояния организма, воздействия внешних факторов (света, температуры, химических веществ) и пр.
4. Нетипичные формы митоза
К нетипичным формам митоза относятся амитоз, эндомитоз, политения.
1. Амитоз – это прямое деление ядра. При этом сохраняется морфология ядра, видны ядрышко и ядерная мембрана. Хромосомы не видны, и их равномерного распределения не происходит. Ядро делится на две относительно равные части без образования митотического аппарата (системы микротрубочек, центриолей, структурированных хромосом). Если при этом деление заканчивается, возникает двухъядерная клетка. Но иногда перешнуровывается и цитоплазма.
Такой вид деления существует в некоторых дифференцированных тканях (в клетках скелетной мускулатуры, кожи, соединительной ткани), а также в патологически измененных тканях. Амитоз никогда не встречается в клетках, которые нуждаются в сохранении полноценной генетической информации, – оплодотворенных яйцеклетках, клетках нормально развивающегося эмбриона. Этот способ деления не может считаться полноценным способом размножения эукариотических клеток.
2. Эндомитоз. При этом типе деления после репликации ДНК не происходит разделения хромосом на две дочерние хроматиды. Это приводит к увеличению числа хромосом в клетке иногда в десятки раз по сравнению с диплоидным набором. Так возникают полиплоидные клетки. В норме этот процесс имеет место в интенсивно функционирующих тканях, например, в печени, где полиплоидные клетки встречаются очень часто. Однако с генетической точки зрения эндомитоз представляет собой геномную соматическую мутацию.
3. Политения. Происходит кратное увеличение содержания ДНК (хромонем) в хромосомах без увеличения содержания самих хромосом. При этом количество хромонем может достигать 1000 и более, хромосомы при этом приобретают гигантские размеры. При политении выпадают все фазы митотического цикла, кроме репродукции первичных нитей ДНК. Такой тип деления наблюдается в некоторых высокоспециализированных тканях (печеночных клетках, клетках слюнных желез двукрылых насекомых). По-литенные хромосомы дрозофил используются для построения цитологических карт генов в хромосомах.
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.
Жизненный цикл клетки - это период существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки до собственного деления или смерти.
Им свойственен клеточный цикл, состоящий из периодически повторяющихся стадий: так называемой интерфазы – этапа подготовки к делению и непосредственно процесса деления – митоза.
Важным компонентом клеточного цикла является митотический (пролиферативный ) цикл -комплекс взаимосвязанных и согласованных во времени событий, происходящих в процессе подготовки клетки к делению и на протяжении самого деления. Кроме того, в жизненный цикл включается период выполнения клеткой многоклеточного организма специфических функций, а также периоды покоя. В периоды покоя ближайшая судьба клетки не определена: она может либо начать подготовку к митозу, либо приступить к специализации в определенном функциональном направлении (рис. 2.10).
Продолжительность митотического цикла для большинства клеток составляет от 10 до 50 ч. Длительность цикла регулируется путем изменения продолжительности всех его периодов. У млекопитающих время митоза составляет 1-1,5 ч, 02-периода интерфазы -2-5 ч, S-периода интерфазы - 6-10 ч.
На стадии подготовки к делению происходит удвоение генетического материала (редупликация ДНК ). Масса клетки во время интерфазы увеличивается до тех пор, пока она примерно вдвое не превысит начальную. Отметим, что сам процесс деления намного короче этапа подготовки к нему: митоз занимает примерно 1/10 часть клеточного цикла.
Цикличность (периодическое повторение) стадий интерфазы и митоза можно проиллюстрировать на примере фибробластов – одного из видов клеток соединительной ткани. Так, нормальные фибробласты эмбриона человека размножаются приблизительно 50 раз. Каков генетически запрограммированный предел возможных делений клетки – это одна из неразгаданных тайн биологии.
Жизненный цикл клеток базального слоя эпидермиса в обычных условиях составляет 28-60 дней. При повреждении кожи (конкретнее – при повреждении мембран и разрушении клеток эпидермиса под воздействием внешних факторов) выделяются особые биологически активные вещества . Они значительно ускоряют процессы деления (это явление называется регенерацией ), именно поэтому ранки и ссадины так быстро заживают. Максимальной регенеративной способностью обладает эпителий роговицы: одновременно в стадии митоза находятся 5-6 тысяч клеток, продолжительность жизни каждой из которых 4-8 недель.
Хотя все клетки появляются путем деления предшествующей (материнской) клетки (“Всякая клетка от клетки”), не все они продолжают делиться. Клетки, достигшие некоторой стадии развития при дифференцировке, могут терять способность к делению.
Дифференцировка – возникновение различий в процессе развития первоначально одинаковых клеток, приводящее к их специализации. Процесс дифференцировки заключается в последовательном считывании и использовании наследственной информации, что обеспечивает синтез различных белков (в первую очередь ферментов), характерных для данного вида клеток. Другими словами, различия между клетками определяются набором белков, синтезируемых в клетках определенного вида.
При дифференцировке набор хромосом в клетке не меняется, изменяется лишь соотношение активных и неактивных генов, кодирующих различные белки.
Жизненный цикл клетки – это период существования клетки от момента её образования путём деления материнской клетки до её смерти. Важнейшим компонентом является митотический цикл.
Интерфаза – подготовка к делению клетки.
Митоз – деление клетки.
22. Интерфаза, её периоды, их характеристика.
Интерфаза - подготовка к делению клетки.
Пресинтетический (G1) – идёт рост образовавшейся клетки, синтез различных РНК и белков. Синтез ДНК не происходит. (12-24 часа). 2n2c (хромосом и ДНК).
Синтетический (S) – синтез ДНК и редупликация хромосом. Синтез РНК и белка. (10 часов).
Постсинтетический (G2) – синтез ДНК останавливается. Происходит синтез РНК, белков и накопление энергии. Ядро увеличивается в размере. Происходит его деление. (3-4 часа).
23. Способы деления клеток и клеточных структур: амитоз, митоз, мейоз, эндомитоз, политения. Определение понятий.
Способы деления клеток:
Амитоз – прямое, простое деление клетки (неполноценное).
Митоз – сложное, непрямое, полноценное деление клетки.
Мейоз – сложное, непрямое, редукционное деление специализированных клеток репродуктивных органов.
Способы деления клеточных структур:
Эндомитоз – увеличение числа хромосом кратное их набору.
Политения – образование многонитчатых хромосом за счёт многократной репликации хромосом.
24. Митоз, его фазы, их характеристика. Факторы, влияющие на интенсивность митоза. Биологическое значение митоза.
Митоз – сложное, непрямое, полноценное деление клетки.
Профаза – хромосомы спирализуются, укорачиваются, приобретают вид нитей и ядро напоминает клубок нитей. Ядрышко начинает разрушаться. Ядерная оболочка частично лизируется. В цитоплазме уменьшается количество структур шероховатой ЭПС. Резко уменьшается число полисом. Центриоли клеточного центра расходятся к полюсам. Между ними микротрубочки образуют веретено деления, увеличивается вязкость цитоплазмы, её тургорт и поверхностное натяжение внутренней мембраны.
Прометафаза – исчезает ядерная оболочка и ядрышко. Хромосомы в виде толстых нитей располагаются по экватору.
Метафаза – заканчивается образование веретена деления. Хроматиновые нити прикрепляются одним концом к центриолям, а другим к центромерам хромосом. Хроматиды начинают отталкиваться друг от друга. Хромосомы подразделяются на две хроматиды. Остаются сцепленными в центре. Хромосомы выстраиваются по экватору, образуя материнскую звезду.
Анафаза – рвётся связь по центромере, сохраняются нити ахроматинового веретена и растягивают хроматиды к центриолям.
Телофаза – происходят процессы обратные процессам профазы. Хромосомы десрирализуются, удлиняются, становятся тонкими. Формируется ядрышко, образуется ядерная мембрана, разрушается веретено деления, происходит цитокинез. Из материнской клетки образуются две дочерние.
Размножение как свойство живого. Способы размножения организмов, их характеристика.
Размножение – свойство живых организмов воспроизводить себе подобных. Оно обеспечивает непрерывность и преемственность.
Бесполое:
Одной клеткой (моноцитогенное).
Группой клеток (полицитогенной).
Участвуют две родительские особи.
Формы бесполого размножения у одноклеточных и многоклеточных организмов.
Делящиеся и неделящиеся клетки. Митоз. Дифференцировка и специализация клеток. Этапы жизненного цикла специализированной клетки. Некроз и апоптоз. Регуляция численности клеток в организме.
До сих пор много тайн клетки остаются неразгаданными. Загадочным во многом остается и запрограммированный генетически алгоритм ее жизни, названный жизненным циклом клетки (клеточным циклом) . Жизненный цикл клетки (рисунок 1.3.14) начинается с момента ее образования после деления родительской клетки и заканчивается либо новым делением, либо превращением в специализированную клетку.
Рисунок 1.3.14. Жизненный цикл клетки:
1 - интерфаза; 2 - митоз; 3 - дифференцировка; 4 - функционирование специализированной клетки
Большинство клеток продолжает делиться. Им свойственен клеточный цикл, состоящий из периодически повторяющихся стадий: так называемой интерфазы (1) - этапа подготовки к делению и непосредственно процесса деления - митоза (2). К этапам дифференцировки (3) и функционирования специализированной клетки (4) мы вернемся чуть позже.
На стадии подготовки к делению происходит удвоение генетического материала (редупликация ДНК ). Масса клетки во время интерфазы увеличивается до тех пор, пока она примерно вдвое не превысит начальную. Отметим, что сам процесс деления намного короче этапа подготовки к нему: митоз занимает примерно 1/10 часть клеточного цикла.
Цикличность (периодическое повторение) стадий интерфазы и митоза можно проиллюстрировать на примере фибробластов - одного из видов клеток соединительной ткани (рисунок 1.3.15). Так, нормальные фибробласты эмбриона человека размножаются приблизительно 50 раз. Каков генетически запрограммированный предел возможных делений клетки - это одна из неразгаданных тайн биологии.
Рисунок 1.3.15. Цикличность стадий интерфазы и митоза:
1 - интерфаза, стадия подготовки к митозу; 2 - митоз (деление клетки)
Жизненный цикл клеток базального слоя эпидермиса в обычных условиях составляет 28-60 дней. При повреждении кожи (конкретнее - при повреждении мембран и разрушении клеток эпидермиса под воздействием внешних факторов) выделяются особые биологически активные вещества . Они значительно ускоряют процессы деления (это явление называется регенерацией ), именно поэтому ранки и ссадины так быстро заживают. Максимальной регенеративной способностью обладает эпителий роговицы: одновременно в стадии митоза находятся 5-6 тысяч клеток, продолжительность жизни каждой из которых 4-8 недель.
Хотя все клетки появляются путем деления предшествующей (материнской) клетки (“Всякая клетка от клетки”), не все они продолжают делиться. Клетки, достигшие некоторой стадии развития при дифференцировке, могут терять способность к делению.
- Кратковременная адаптивная активация (реже блокирование), зависящая, в частности, от концентрации вещества, включающегося в обмен веществ (исходного вещества или продукта метаболизма). Этот механизм выработался эволюционно как приспособительная реакция и особенно ярко проявляется у животных (например, быстрый синтез пигментов у хамелеона в зависимости от условий).
- Длительное (в течение всей жизни клетки и/или многих генераций клеток!) блокирование или активация гена, возникающее в ходе клеточной дифференцировки. Например, в ДНК любой клетки желудка есть ген, отвечающий за синтез белков, из которых состоит ноготь. Но он необратимо блокирован гистонами и другими белками (этот участок ДНК плотно упакован), что никогда не позволит считывать с него информацию. Поэтому в желудке не растут ногти; а гены, ответственные за синтез гемоглобина, функционируют только у молодых форм эритроцитов, но не действуют в зрелых эритроцитах или других клетках.
Рисунок 1.3.17. Интенсивность метаболизма на различных этапах жизни клетки:
1 - рождение; 2 - созревание и дифференцировка; 3 - активное функционирование; 4 - угасание (старение); 5 - запрограммированная клеточная гибель
Рассмотрим подробнее наиболее характерные процессы, происходящие на каждом из этапов клеточного цикла.
Рождение . Отправным моментом жизни любой клетки (кроме половой, для которой характерен мейоз) считают деление материнской клетки с образованием двух идентичных дочерних - митоз (от греческого mitos - нить). Во время митоза основная задача материнской клетки - поровну передать равноценный в количественном и качественном отношении генетический материал дочерним клеткам.
Митоз часто называют “танцем хромосом”. Каждая следующая фигура в этом танце не случайна, здесь нет ни одного лишнего или бессмысленного “па” - это еще один четкий, выверенный природой алгоритм. В. Дудинцев в романе “Белые одежды” так описывает процесс деления клетки: “Хромосомы шевелились, как клубок серых червей, потом вдруг выстроились в строгий вертикальный порядок. Вдруг удвоились - теперь это были пары. Тут же какая-то сила потащила эти пары врозь, хромосомы подчинились, обмякли, и что-то повлекло их к двум разным полюсам.”
Деление клетки на две идентичные (митоз) характеризуется сменой нескольких морфологически и физиологически различающихся стадий (рисунок 1.3.18). На первой стадии митоза хроматин плотно упаковывается (этот процесс называется суперспирализацией хроматина) с образованием хромосом (1). Каждая хромосома состоит из двух идентичных половинок (хроматид) - будущих дочерних хромосом. Затем при сокращении так называемого веретена деления (2), представляющего собой комплекс микротрубочек и микрофибрилл, дочерние хромосомы расходятся, буквально подтягиваются нитями веретена деления к противоположным полюсам клетки. После окончательного расхождения дочерние хромосомы вновь раскручиваются, превращаясь в длинные и тонкие нити хроматина (3). Веретено деления исчезает, хроматин в дочерних клетках окружается ядерной оболочкой, и между дочерними клетками образуется поперечная перетяжка (4) из клеточных мембран.
Рисунок 1.3.18. Последовательность стадий митоза (схема):
1 - хромосомы; 2 - веретено деления; 3 - хроматин; 4 - поперечная перетяжка
Рисунок 1.3.19. Увеличение численности клеток на этапе эмбриогенеза
Зигота, образовавшаяся после слияния яйцеклетки и сперматозоида, делится с образованием двух дочерних клеток. Затем, в результате последовательных делений, образуются четыре, восемь, шестнадцать клеток и так далее. Параллельно с увеличением численности на этапе эмбриогенеза происходит дифференцировка клеток - так образуются ткани (смотри ).
Во взрослом организме общая численность клеток стабильна, она остается практически неизменной на протяжении многих лет (рисунок 1.3.20).
Рисунок 1.3.20. Поддержание постоянства общей численности клеток во взрослом организме
Это происходит за счет уравновешивания процессов возникновения новых клеток (митоза) и гибели клеток, естественной (апоптоза) или случайной (некроза). При смещении равновесия, например, гибели большого количества клеток в результате травмы или другого негативного воздействия, включаются механизмы регенерации (увеличение интенсивности деления клеток для замещения погибших), о которых уже было сказано. Таким образом, общая численность клеток поддерживается практически на постоянном уровне.
Литература
- Анатомия и физиология человека: учебник для 9 кл. шк. с углубл. изучением биологии / М.Р. Сапин, З.Г. Брыксина - М.: Просвещение, 1998. - 256 с., ил.
- Билич Г., Катинас Г. С., Назарова Л.В. Цитология: Учебник. - 2-е изд., испр. и доп.. - СПб: Деан, 1999. - 112 с.
- Большой толковый медицинский словарь (Oxford) / Пер. с англ.: в 2-х томах / Под ред. Г.Л. Билича; М.: Вече АСТ, 1999. - Т. 1, 2.
- Краткая медицинская энциклопедия / Гл. ред. Б.В. Петровский: в 3-х томах - 2-е изд. - М.: Советская энциклопедия, 1989. - Т. 1, 2, 3.
- Робертис Э, Новинский В., Саэс Ф. Биология клетки: Учебник / Пер. с англ. А.В. Михеевой и др.; Под. ред. С.Я. Залкинда. - М.: Мир, 1973. - 488 с.
- Физиология человека: Учебник для студентов мед. вузов / Под ред. В.М. Смирнова. - М.: Медицина, 2001. - 608 с., ил.
- Фрайфелдер Д. Физическая биохимия. Применение физико-химических методов в биологии и молекулярной биологии / Пер. с англ. Е.С. Громовой, С.В. Яроцкого; Под ред. З.А. Шабаровой. - М.: Мир, 1980. - 582 с., ил.
- Эллиот В., Эллиот Д. Биохимия и молекулярная биология / Пер. с англ.; Под ред. А.И. Арчакова и др. - М.: Изд-во НИИ биомед. химии РАМН, 1999. - 372 с., ил.
- Энциклопедический словарь медицинских терминов / Гл. ред. Б.В. Петровский: в 3-х томах. - М.: Советская энциклопедия, 1982, Т. 1, 2, 3.
- Энциклопедия для детей. Происхождение и природа человека. Как работает тело. Искусство быть здоровым / Гл. ред. Володин В.А. - М.: Аванта+, 2001. - 464 с., ил. Т. 18. Ч. 1.
Loading...