1. Биология наука о жизни, об общих закономерностях существования и развития живых существ. Место и задачи предмета в системе медицинского образования. Биология
 Скачать 0.58 Mb.
|
|
15. Комбинативная изменчивость: механизмы возникновения, фенотипические проявления и зна-чение в обеспечении генетического разнообразия популяций. Комбинативная изменчивость является важнейшим источником всего колоссального наследственного разнообразия, характерного для живых организмов. Комбинативная изменчивость объясняет, почему у детей обнаруживаются новые сочетания признаков родственников по материнской и отцовской линиям, причём в таких конкретных вариантах, которые не были свойственны ни отцу, ни матери. Благодаря комбинативной изменчивости создаётся разнообразие генотипов в потомстве, что имеет большое значение для эволюционного процесса в связи с тем, что: 1) увеличивается разнообразие материала для эволюционного процесса без снижения жизнеспособности особей; 2) расширяются возможности приспособления организмов к изменяющимся условиям среды и тем самым обеспечивается выживание группы организмов (популяции, вида) в целом. Генотипические последствия комбинативной изменчивости: •перемешивание генов и образование новых групп сцепления •разные комбинации генов Фенотипические последствия: •появление новых признаков, не характерных для родителей •различные вариации проявления признаков Комбинативной называют изменчивость, обусловленную сочетанием генов, полученных от обоих родителей в процессе оплодотворения. Она обусловлена независимым расхождением хромосом а анафазе 1 мейоза, рекомбинацией генов при кроссинговере и случайностью встречи гамет при оплодотворении. Всё генотипическое и фенотипическое многообразие особей любой систематической группы является результатом комбинативной изменчивости, поскольку только в этом процессе возникают уникальные сочетания генов и устанавливаются новые взаимодействия между ними, что в конечном итоге и определяет появление новых признаков и свойств организмов. Для закрепления ценных признаком и их удачных комбинаций в селекции широко применяют близкородственное скрещивание. 16. Общие закономерности мутагенеза. Мутагенные факторы среды. Классификации мутаций в зависимости от типа клеток, их биологические последствия. Мутагенез – это процесс возникновения наследственных изменений — мутаций, появляющихся естественно (спонтанно) или вызываемых различными физическими или химическими факторами — мутагенами. Мутации – это качественные изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организма. Организм, во всех клетках которого обнаруживается мутация, называется мутантом. Если мутации возникают в половых клетках, их называют генеративными мутациями, а если в других клетках организма - соматическими мутациями. Соматические мутации могут передаваться потомству при вегетативном размножении. Генеративные мутации - унаследованные мутации, они возникают в половых клетках, но не влияют на признаки данного организма, а проявляются только в следующем поколении. В основе мутагенеза лежат изменения в молекулах нуклеиновых кислот, хранящих и передающих наследственную информацию. Эти изменения выражаются в виде генных мутаций или хромосомных перестроек. Кроме того, возможны нарушения митотического аппарата клеточного деления, что ведет к геномным мутациям типа полиплоидии или анеуплоидии. Мутации возникают не мгновенно. Вначале под воздействием мутагенов возникает предмутационное состояние клетки. Различные репарационные системы стремятся устранить это состояние, и тогда мутация не реализуется. Основу репарационных систем составляют различные ферменты, закодированные в генотипе клетки (организма). Например, ферментные системы репарации вырезают поврежденный участок ДНК, если повреждена только одна нить (эту операцию выполняют ферменты эндонуклеазы), затем вновь достраивается участок ДНК, комплементарный по отношению к сохранившейся нити (эту операцию выполняют ДНК-полимеразы), затем восстановленный участок сшивается с концами нити, оставшимися после вырезания поврежденного участка (эту операцию выполняют лигазы). Однако при большом числе повреждений ДНК они могут стать необратимыми. Это связано с тем, что: во-первых, репарационные системы могут просто не успевать исправлять повреждения, а во-вторых, могут повреждаться сами ферменты систем репарации, необратимые повреждения ДНК приводят к появлению мутаций. Мутагенез — это внесение изменений в нуклеотидную последовательность ДНК. Различают естественный (спонтанный) и искусственный (индуцированный) мутагенез. Мутации – это качественные изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организма. Мутации имеют следующие свойства: они возникают внезапно, скачкообразно; наследственны, т.е. передаются из поколения в поколение; ненаправлены - может мутировать любой локус хромосом; одни и те же мутации могут возникать повторно; мутации могут быть полезными и вредными, доминантными и рецессивными, соматическими и генеративными. Физические мутагены: ионизирующее излучение;радиоактивный распад;ультрафиолетовое излучение;чрезмерно высокая или низкая температура. Химические мутагены:окислители и восстановители (нитраты, нитриты, активные формы кислорода);алкилирующие агенты;пестициды; пищевые добавки;продукты переработки нефти;органические растворители;лекарственные препараты. Биологические мутагены: специфические последовательности ДНК — транспозоны;некоторые вирусы;продукты обмена веществ;антигены некоторых микроорганизмов. Если мутации возникают в половых клетках, их называют генеративными мутациями, а если в других клетках организма - соматическими мутациями. Соматические мутации могут передаваться потомству при вегетативном размножении. Генеративные мутации - унаследованные мутации, они возникают в половых клетках, но не влияют на признаки данного организма, а проявляются только в следующем поколении. Мутации, как правило, наследуются; но не всегда. Не наследуются в случаях: 1) смерти до полового созревания 2) стерильности (синдром Клайнфельтера). Существует несколько классификаций мутаций. I. Мутации по типу клеток, в которых они произошли (по локализации). 1. Генеративные мутации - мутации, возникающие в половых клетках. Они наследуются у животных, растений и человека при половом размножении. 2. Соматические мутации – возникают в клетках тела (соматических клетках). Эти мутации изменяют только часть тела, органа, ткани. Соматические мутации не наследуются при половом размножении, но могут переда-ваться потомкам при вегетативном размножении (у растений чаще). II. По уровню организации наследственного материала. Различают мутации: 1. Генные; 2. Хромосомные 3. Геномные. Классификация мутаций по причине их вызывающей: 1.Спонтанные - причина мутаций не известна. 2.Индуцированные – причиной мутации являются действия специальных, направленных факторов среды (мутагенов). Мутагенные факторы (мутагены) – факторы среды, вызывающие мутации в клетках. Му-тагенез – процесс возникновения мутаций. Канцерогенез – поцесс возникновения злокачественных опухолей. Классификация мутагенов: 1. Физические – ионизирующие излучения, космические и ультрафиолетовые лучи, ультразвук, температура. 2. Химические – газовый состав среды, соли тяжелых металлов, гетероциклические соединения и др. 3. Биологические: а)внутренние – некоторые биологически активные вещества б)внешние – вирусы, токсины микроорганизмов и грибов. 17. Классификация и механизмы возникновения генных мутаций. Фенотипические проявления генных мутаций у человека. Генные (точковые) мутации – это изменения тонкой структуры гена: выпадение, вставка, удвоение или перестановка пары нуклеотидов в молекуле ДНК. Изменения последовательности нуклеотидов в гене являются причиной изменения последовательности аминокислот в молекуле белка, кодируемой данным геном. Нарушения в структуре белка – фер-мента изменяют его свойства, что может быть причиной нарушения биохимических процессов в клетке. Следствием генных мутаций являются генные или ещё их называют молекулярные болезни Генные болезни – это большая группа заболеваний, возникающих в результате повреждения ДНК на уровне гена. мутантный аллель > измененный первичный продукт > цепь биохимических процессов в клетке > органы > организм К генным болезням у человека относятся многочисленные болезни обмена веществ. Они могут быть связаны с нарушением обмена углеводов, липидов, стероидов, пуринов и пиримидинов, билирубина, металлов и др. Пока еще нет единой классификации наследственных болезней обмена веществ. Болезни аминокислотного обмена: Самая многочисленная группа наследственных болезней обмена веществ. Почти все они наследуются по аутосомно-рецессивному типу. Причина заболеваний — недостаточность того или иного фермента, ответственного за синтез аминокислот. К ним относится: фенилкетонурия - нарушение превращения фенилаланина в тирозин из-за резкого снижения активности фенилаланингидроксилазы; алкаптонурия - нарушение обмена тирозина вследствие пониженной активности фермента гомогентизиназы и накоплением в тканях организма гомотентизиновой кислоты; глазо-кожный альбинизм - обусловлен отсутствием синтеза фермента тирозиназы. Нарушения обмена углеводов: галактоземия - отсутствие фермента галактозо-1-фосфат-уридилтрансферазы и накопление в крови галактозы; гликогеновая болезнь - нарушение синтеза и разложения гликогена. Болезни, связанные с нарушением липидного обмена;болезнь Ниманна-Пика - снижение активности фермента сфингомиелиназы, дегенерация нервных клеток и нарушение деятельности нервной системы; болезнь Гоше - накопление цереброзидов в клетках нервной и ретикуло-эндотелиальной системы, обусловленное дефицитом фермента глюкоцереброзидазы. Болезни нарушения обмена соединительной ткани: синдром Марфана («паучьи пальцы», арахнодактилия) - поражение соединительной ткани вследствие мутации в гене, ответственном за синтез фибриллина; мукополисахаридозы - группа заболеваний соединительной ткани, связанных с нарушеним обмена кислых гликозаминогликанов. Болезни, связанные с нарушением обмена в эритроцитах: гемолитические анемии - снижение уровня гемоглобина и укорочением срока жизни эритроцитов; наследственный микросфероцитоз - врождённая недостаточность липидов оболочки эритроцитов. Наследственные болезни обмена металлов: болезнь Коновалова-Вильсона и др. Синдромы нарушения всасывания в пищеварительном тракте: муковисцидоз; непереносимость лактозы и др. МУТАЦИИ, внезапные наследуемые изменения генетического материала, вызывающие изменения каких-либо признаков и свойств организма. Большую часть всех мутаций составляют генные мутации. Изменение строения гена приводит к изменению строения (и активности) кодируемого данным геном белка (фермента), что, в свою очередь, приводит к изменению какого-либо признака Генные мутации заключаются в нарушении строения одного гена (участка ДНК) в результате выпадения, вставки или изменения химического строения пары нуклеотидов. Хромосомные мутации (хромосомные перестройки, или аберрации) связаны с изменениями структуры хромосом при утрате отдельных участков, их удвоении, перемещении, перевороте на 180° и т.д. 18. Классификация и механизмы возникновения хромосомных и геномных мутаций. Фенотипиче-ские проявления геномных мутаций у человека. При хромосомных мутациях происходят крупные перестройки структуры отдельных хромосом. В этом случае наблюдаются потеря (делеция) или удвоение части (дупликация) генетического материала одной или нескольких хромосом, изменение ориентации сегментов хромосом в отдельных хромосомах (инверсия), а также перенос части генетического материала с одной хромосомы на другую (транслокация) Во всех этих случаях происходят разрывы в хромосомах и воссоединение образовавшихся частей в новом порядке. Перестройки могут возникать как в пределах одной хромосомы, так и между гомологичными и негомологичными хромосомами. Геномные мутации - это мутации, которые приводят к добавлению либо утрате одной, нескольких или полного гаплоидного набора хромосомв результате ошибок в митозе и мейозе. Разные виды геномных мутаций называют гетероплоидией и полиплоидией (некратное изменение числа хромосом и кратное изменение числа хромосом) Хромосомные мутации (хромосомные аберрации) – изменение макроструктуры хромосом. Их условно делят на: I. Межхромосомные: - транслокация – перенос целой хромосомы или ее части на негомологическую хромосому. II. Внутрихромосомные: - инверсия – поворот участка хромосомы на 180 градусов. - делеция – потеря (утрата, исчезновение) участка хромосомы; - дефишенси - концевая делеция – потеря участка на конце одного из плечей хромосомы; - дупликация – удвоение участка хромосомы. Как правило, большинство таких мутаций приводят к смерти или снижению жизнедеятельности организма, т.е. болезни. Геномные мутации – изменение числа хромосом в геноме клетки. Виды геномных мутаций: 1. Полиплоидия – увеличение числа хромосом, кратное гаплоидному. У полиплоидных организмов может быть набор хромосом: 3n, 4n, 5n и др. У растений полиплоидия приводит к повышению урожайности, т.е. полезна. У животных и человека при полиплоидии возникают заболевания или наступает смерть. Автоплоидия – увеличение числа хромосом одного генома. Аллоплоидия – увеличение числа хромосом за счёт слияния различных геномов. Например, геном редьки + ге-ном капусты (по 18 хромосом) получается гибрид с 36 хромосомами. 2. Гетероплодия – изменение числа хромосом на набор некратный гаплоидному. Причина гетероплодии – нарушение расхождения хромосом в анафазе I мейоза. У гетероплодных организмов набор хромосом может быть: 2n+1; 2n-1, 2n+2, и др. Виды гетероплоидии: * трисомия – организмы имеют три гомологичные хромосомы; * моносомия – в генотипе присутствует только одна гомологичная хромосома; * нулесомия – нет хромосом какой-либо пары. Следствием гетероплодии, как правило, является снижение плодовитости, аномалии в строении и развитии, уродства. 3. Гаплоидия – в геноме имеется гаплоидный набор (n) хромосом. Следствием гаплодии у животных является, как правило гибель, а у растений образуются более мелкие цветки и плоды. Болезни, связанные с нарушением числа половых хромосом: 1)синдром Шерешевского-Тернера — отсутствие одной Х-хромосомы у женщин (45 ХО) вследствие нарушения расхождения половых хромосом; к признакам относится низкорослость, половой инфантилизм и бесплодие, различные соматические нарушения. Прогноз для жизни при синдроме Тернера благоприятный, исключение составляют больные с тяжёлыми врождёнными пороками сердца и крупных сосудов и почечной гипертензией. Лечение женскими половыми гормонами делает больных способными к семейной жизни, однако абсолютное большинство из них остаются бесплодными. 2)полисомия по Х-хромосоме — включает трисомию (кариотии 47, XXX), тетрасомию (48, ХХХХ), пентасомию (49, ХХХХХ), отмечается незначительное снижение интеллекта, повышенная вероятность развития психозов и шизофрении с неблагоприятным типом течения; 3)синдром Клайнфельтера — полисомия по X- и Y-хромосомам у мальчиков (47, XXY; 47, XYY, 48, XXYY и др.), признаки: евнухоидный тип сложения, гинекомастия, слабый рост волос на лице, в подмышечных впадинах и на лобке, половой инфантилизм, бесплодие; умственное развитие отстает, однако иногда интеллект нормальный. 19. Естественные биологические антимутационные механизмы. Антимутационные механизмы обеспечивают обнаружение, устранение или подавление активности онкогенов. Реализуются антимутационные механизмы при участии онкосупрессоров и систем репарации ДНК. При недостаточности антимутационных механизмов и активации онкогенов нормальная клетка приобретает опухолевый генотип и характерные для него фенотипические признаки. Это служит сигналом для включения антицеллюлярных механизмов противоопухолевой защиты. Антимутагенез – это, воздействие на клетку и организм, которое блокирует или уменьшает вероятность возникновения мутаций. Устойчивость генетического материала обеспечивают антимутационные механизмы 1. Естественные барьеры: диплоидный набор хромосом (парность хромосом), двойная спираль ДНК, избыточность (вырожденность) генетического кода, повтор некоторых генов. 2. Репарация структуры ДНК — это внутриклеточный процесс восстановления поврежденной молекулы ДНК. Повреждениями могут быть разрывы нитей ДНК, сшивание (соединение) нитей ДНК. Репарация может происходить: а) до удвоения молекулы ДНК (дорепликативная); б) в процессе удвоения молекулы ( репликативная) и в) после удвоения молекулы ДНК (пострепликативная) * Две цепи ДНК (запасная цепь) * Вырожденность генетического кода (запасные триплеты) * Наличие повторяющихся генов (запасные гены) * Диплоидность (запасной набор хромосом) * Системы репарации (следит на уровне ДНК) * Иммунная система (следит на уровне организма) 3. Биология развития 1. Онтогенез. Факторы, влияющие на индивидуальное развитие организмов. Типы онтогенеза. Периодизация онтогенеза человека. 1. Онтогенез – это процесс индивидуального развитие организма от момента образования зиготы и до смерти организма, во время которого идет полная поэтапная реализация наследственной информации, и ее взаимодействие с факторами окружающей среды. Типы онтогенеза: 1. Непрямое развитие – развитие с метаморфозом. * Полный метаморфоз (личинка → куколка → особь) * Неполный метаморфоз (личинка → особь) 1. Прямое развитие: * Неличиночное развитие (яйцекладущие – рептилии, земноводные, птицы) – из яйцевых оболочек развивается особь по строению такая же, как и взрослый организм. * Внутриутробное развитие – формирование плода в метке женской особи (живородящие рептилии и млекопитающие). Периоды онтогенеза 1. Пренатальный – период внутриутробного развития * Начальный период (консенсус): оплодотворение – до 3 суток и имплантация зиготы в эндометрий матки – ч/з 6-7 суток после оплодотворения. * Зародышевый (эмбриональный период) – 8-9 недель * Плодный период – от 9 недели – до начала схваток 1. Постэмбриональный: * Интранатальный – от схваток – первого вздоха * Новорожденности – от первого вдоха, до 28 дней * Грудной возраст – 28 дней – 12 месяцев * Период молочных зубов: – Преддошкольный (ясельный) – 1-3 года – Дошкольный – 3-7 лет – Младший школьный – 7-12 лет – Старший школьный (подростковый или пубертатный период) – 12-14 – 16-18 лет 1. Период половой зрелости – 16-18 – 40-45 лет 2. Предменопаузы и менопауза – 40-45 – 50-55 лет 3. Постменопауза 4. Климактерический период Формирование и наследование признаков у животных обусловлены определенными генами. Многие признаки, характеризующие животное в целом (рост, масса тела, продуктивность, конституция и экстерьер), формируются в результате сложного взаимодействия многих генов. При этом важны также породные особенности отца и матери, затрагивающие внутреннее строение организма. Факторы внешней среды - Внешняя среда способствует или препятствует развитию наслед¬ственно обусловленной способности животных проявлять ту или иную продуктивность. Под ее влиянием характер развития призна¬ков у животных, особенно хозяйственно полезных (вес, плодови¬тость и продуктивность), может меняться, то есть условия внешней среды, в которых протекает развитие животных, оказывают очень сильное влияние на реализацию наследственных возможностей организма. Физиологическое состояние родителей- На процесс формирования организма потомка большое влияние оказывает также и физиологическое состояние родителей. Так как продуктивность родителей, их воспроизводительные способности, продолжительность срока полезного использования и хорошее состояние здоровья зависят от того, в каким состоянии находятся центральная и вегетативная нервная система, сердечная деятельность, кровь и кроветворные органы, а также органы дыхания и пищеварения, внутренней секреции, размножения и молочная железа . А это, в свою очередь, непосредственно обуславливает индивидуальное развитие потомства как в эмбриональном так и в постэмбриональном периоде. Онтогенез — индивидуальное развитие организма от оплодотворения (при половом размножении) или от момента отделения от материнской особи (при бесполом размножении) до смерти. В ходе реализации наследственной информации в процессе онтогенеза у организма формируются видовые и индивидуальные морфологические физиологические и биохимические свойства – фенотип. Важнейшим событием онтогенеза является возможность осуществления полового размножения. Онтогенез можно разделить на три периода: дорепродуктивный, репродуктивный и пострепродуктивный. В дорепродуктивном периоде особь не способна к размножению. В этом периоде происходят наиболее выраженные структурные и функциональные преобразования, реализуется основная часть наследственной информации, организм обладает высокой чувствительностью ко всевозможным воздействиям. В репродуктивном периоде особь осуществляет функцию полового размножения, отличается наиболее стабильным функционированием органов и систем, а также относительной устойчивостью к воздействиям. Пострепродуктивный период связан со старением организма и характеризуется ослаблением или полным прекращением участия в размножении. Дорепродуктивный период подразделяется на 4 периода: эмбриональный, личиночный, метаморфоз и ювенильный. Эмбриональный, или зародышевый, период онтогенеза начинается с момента оплодотворения и продолжается до выхода зародыша из яйцевых оболочек. Эмбриональный период отличается выраженностью процессов преобразования зиготы в организм, способный к более или менее самостоятельному существованию. Личиночный период в типичном варианте наблюдается в развитии тех позвоночных, зародыши которых выходят из яйцевых оболочек и начинают вести самостоятельный образ жизни, не достигнув зрелых черт организации. Метаморфоз состоит в превращении личинки в ювенильную форму. В процессе метаморфоза происходят такие важные морфо-генетические преобразования, как частичное разрушение, перестройка и новообразование органов. Ювенильный период начинается с момента завершения метаморфоза и заканчивается половым созреванием и началом размножения. Факторы влияющие на онтогенез: В ходе реализации наследственной информации в процессе онтогенеза у организма формируются фенотип. Ведущая роль в формировании фенотипа принадлежит наследственной информации, заключенной в генотипе организма. Факторы внешней по отношению к генотипу среды могут способствовать или препятствовать фенотипическому проявлению генетической информации, усиливать или ослаблять степень такого проявления Онтогенез в зависимости от характера развития организмов типируют на прямой и непрямой, в связи с чем различают прямое и непрямое развитие. Прямое развитие организмов в природе встречается в виде неличиночного и внутриутробного развития, тогда как непрямое развитие наблюдается в форме личиночного развития. Выделяют 3 типа онтогенеза животных: 1) личиночный - после раннего выхода из лицевых оболочек организм некоторое время живёт в форме личинки, существенно отличающейся от взрослой формы; в конце личиночной стадии у ряда групп происходит метаморфоз; 2) яйцекладный - зародыш длительное время развивается внутри яйца, личиночная стадия отсутствует; 3) внутриутробный - оплодотворённые яйца задерживаются в яйцеводах матери, иногда при этом возникает связь тканей зародыша и материнского организма с помощью плаценты В их онтогенезе выделяют следующие основные периоды (этапы): 1)проэмбриональный, включающий гаметогенез и оплодотворение; 2)эмбриональный - до выхода организма из лицевых и зародышевых оболочек; 3)постэмбриональный - до достижения половой зрелости; взрослое состояние, включая последующее старение организма. 2. Проэмбриональный период онтогенеза. Общая характеристика стадий и их биологическое зна-чение. Возможные нарушения проэмбрионального периода онтогенеза человека. Проэмбриональный период развития связан с образованием гамет (гаметогенез). Гаметогенез заканчивается образованием половых клеток (сперматозоидов и яйцеклеток) с гаплоидным набором хромосом. Процессы, характеризующие овогенез, приводят не только к редукции числа хромосом в ядрах, но и к формированию сложных структур в цитоплазме. Речь идет прежде всего о накоплении в яйцеклетках желтка. В зависимости от количества желтка и характера его распределения различают три основных типа яиц: изолецитальные, телолецитальные и центролецитальные 1 -Изолецитальные яйца желтка содержат немного и он распределен равномерно по всей клетке. Такие яйца встречаются у иглокожих, низших хордовых, млекопитающих. 2 - Телолецитальные яйца, характерные для моллюсков, земноводных, рептилий, птиц, содержат большое количество желтка, сосредоточенного на одном из полюсов - вегетативном. Противоположный полюс, содержащий цитоплазму без желтка и ядра, называется анимальным. 3 - В центролецитальных яйцах желток находится в центре клетки, а цитоплазма расположена на периферии; таковы яйца насекомых. Различное строение яиц связано с приспособлением к условиям развития и закрепилось в процессе эволюции. B проэмбриональномпериоде развития яйцеклетки, помимо накопления желтка, приобретают также ряд структур. I. Проэмбриональный период. Значение гаметогенеза для дальнейшего развития потомков: - образование гаплоидных клеток (обеспечивает постоянство числа хромосом) - возникновение новых комбинаций наследственного материала - генеративные мутации (причина возникновений наследственных болезней) Значимые события осеменения и оплодотворения: 1. Количество сперматозоидов. В эякуляте содержится около 3х108 сперматозоидов (в 1 мл – 60-120 млн) и они сохраняют способность к оплодотворению в течение 2-х суток. 2. Капацитация – активация сперматозоидов во время их продвижения по женским половым путям. 3. Преодоление сперматозоидом оболочек яйцеклетки и связывание со специфическим рецептором (рецепторы видоспецифичны!). 4. Акросомная реакция – ферменты акросомы (гиалуронидаза, протеазы и др.) разрушают прозрачную оболочку 5. Мембраны яйцеклетки и сперматозоида соприкасаются, головка сперматозоида погружается в цитоплазму яйцеклетки. Далее следуют стадии внутреннего оплодотворения. 6. Кортикальная реакция – изменения прозрачной оболочки делают ее непроницаемой для других сперматозоидов. Прозрачная оболочка защищает концептус (зародыш в стадии морулы) при прохождении по маточной трубе. |