1 Онтогенез как процесс реализации наследственной информации в определенных условия среды
 Скачать 9.72 Mb.
|
|
6) периоды дробления. имплантации, формированиевнезародышевых частей. провизорных органов и их функции. Различают 5 периодов развития З. животных и человека. Первый период одноклеточного З., или зиготы, продолжается с момента оплодотворения до начала дробления яйца (до одних сут). В цитоплазме зиготы перемещаются различные органеллы (митохондрии и др.) и включения, определяется плоскость билатеральной симметрии. Второй период — период дробления длится с момента разделения зиготы на две дочерние клетки до формирования однослойного многоклеточного З., или бластулы. Процесс дробления протекает во время продвижения З. по маточной трубе и продолжается в матке. Клетки, составляющие З. в этот период, называются бластомерами. Они округлой формы, сравнительно крупные, малодифференцированные, обладают значительной потенциальной способностью к развитию (рис., а). Период дробления заканчивается превращением З. из одноклеточного в многоклеточный (морулу) — округлый комплекс из 8—12 клеток. После попадания морулы в матку процесс дробления значительно ускоряется, зигота полностью разделяется на бластомеры, дающие начало клеткам и тканям З. и провизорным (временным, внезародышевым) органам. Бластула (у человека дискобластула) образуется к концу периода дробления — к 6-м суткам внутриутробного развития. В ходе дробления в конце 1-й недели З. дифференцируется на эмбриобласт (внутреннюю клеточную массу) и трофобласт (наружную клеточную массу; рис., б). Трофобласт обеспечивает питание З., его имплантацию, выполняет другие функции. Центральные более крупные и темные бластомеры образуют эмбриобласт, из которого развивается тело З. Зародышевый диск, или щиток, распластан над полостью, содержащей белковую жидкость. Стенки полости, к которой прикреплен зародышевый щиток, образованы клетками трофобласта. В начале 2-й недели З. погружается в толщу слизистой оболочки матки (имплантируется), из нее в З. поступают питательные вещества, образующиеся под воздействием протеолитических ферментов, вырабатываемых трофобластом. Трофобласт, зародышевый щиток и полость с жидкостью образуют зародышевый пузырь, или бластоцисту. Третий период — период гаструляции. Однослойный З. (бластула) превращается в двуслойный — гаструлу, состоящую из двух зародышевых листков: наружного — первичной эктодермы, или эпибласта, и внутреннего — первичной энтодермы, или гипобласта (рис., в). В 1-й фазе гаструляции у высших позвоночных и человека формируется двуслойный зародышевый диск в результате расщепления его на наружный и внутренний листки. На 2-й неделе образуются последовательно амниотический (эктодермальный) и желточный (энтодермальный) пузыри (рис., г). Во 2-й фазе гаструляции появляется третий зародышевый листок — средний, или мезодерма, таким образом З. становится трехслойным. Клетки будущей мезодермы первоначально скапливаются в заднем отделе наружного слоя бластодиска в виде утолщенного тяжа — первичной полоски и первичного узелка (узелок Гензена), затем погружаются в промежуток между эктодермой и энтодермой. Первичная полоска появляется на 15-е сутки. У человека и человекообразных обезьян задолго до этого образуется внезародышевая мезенхима. Периферический слой ее клеток, прилежащий к трофобласту, формирует соединительнотканную основу хориона — наружной ворсинчатой оболочки плода, в ворсинки трофобласта врастают сосуды (рис., д). Благодаря контакту хориона со слизистой оболочкой матки обеспечивается обмен веществ между организмом матери и плода. Четвертый период характеризуется обособлением основных зачатков органов и тканей. Из эктодермы обособляются нервная трубка и кожная эктодерма. Из нервной трубки размашется нервная система, из кожной эктодермы — эпителий (эпидермис) кожи. Из мезодермы дорсально обособляются сегментированные участки (сомиты), вентрально — боковые пластинки (спланхнотомы), а в промежуточной части — сегментарные ножки (нефротомы). Боковые пластинки у З. позвоночных, оставаясь несегментированными, расщепляются на наружный (париетальный) и внутренний (висцеральный) листки с щелевидной вторичной полостью (целомом). У высших позвоночных целом туловища (эндоцелом) продолжается в так называемый внезародышевый целом (экзоцелом), находящийся между париетальным и висцеральным листками провизорных органов. Сомиты делятся на дорсолатеральный участок — дерматом, средний — миотом и медиовентральный — склеротом. Дерматомы и склеротомы, разрыхляясь. образуют зачаток соединительной ткани и скелета — мезенхиму, состоящую из отростчатых и частично амебовидно-подвижных клеток и межклеточной жидкости. Дерматомная мезенхима дает начало соединительнотканной основе кожи, склеротомная — хрящевой и костной ткани. Часть клеток мезенхимы, образующая впоследствии соединительную и неисчерченную (гладкую) мышечную ткани, кровь и сосуды, выселяется из спланхнотомов. Из миотомов формируются скелетные мышцы, из нефротомов — эпителиальные канальцы почек, из спланхнотомов развиваются целомический эпителий, миокард, корковое вещество надпочечников, эпителии половых желез (яичников, яичек). В этот период еще отсутствует тканевая дифференцировка (за исключением провизорных органов). Зачатки органов состоят из малодифференцированных (эмбриональных) клеток. Затем З. обособляется от желточного мешка и других внезародышевых образований. Центральные (зародышевые) части энтодермы и висцеральной мезодермы прогибаются в форме желобка, который замыкается в кишечную трубку, соединенную с желточным мешком посредством желточного протока (рис., е). Передний и задний концы кишечной трубки вначале замкнуты, на 4—6-й неделе формируется ротовое и клоакальное отверстия. По бокам головы З. образуется 4—5 парных углублений (зачатки жаберных щелей), навстречу им из передней кишки растут выпячивания — жаберные карманы, из которых у человека развиваются среднее ухо, вилочковая и околощитовидные железы, а из вентрального выпячивания передней (глоточной) кишки — щитовидная железа, Пятый период — органогенез и гистогенез. Из клеточного материала эмбриональных зачатков формируются органы и дифференцируются ткани. К концу 8-й недели у человека завершается зародышевый период, все основные закладки органов и тканей сформированы. С 9-й недели начинается плодный период внутриутробной жизни, в который дифференцировка тканей заканчивается. Провизорные органы (рис., ж) существуют и функционируют только в период внутриутробного развития. Они играют важную роль в развитии З. Желточный мешок у З. человека, функционируя на ранних стадиях развития, участвует в питании З. и выполняет кроветворную функцию. Кровеносные сосуды аллантоиса — пальцевидного выроста задней кишки тесно связаны с хорионом. Амнион (водная оболочка), образуя вокруг З. замкнутый мешок, заполненный жидкостью (околоплодными водами), защищает З. от вредных воздействий и создает благоприятные условия для его развития. Обмен веществ у З. значительно интенсивнее, чем в дифференцированном организме. Высока чувствительность З. к разнообразным повреждающим воздействиям, особенно в так называемые критические периоды развития, когда происходят ответственные процессы морфогенеза — в периоды имплантации и формирования плаценты. Они приходятся на конец 1-й и начало 2-й недели и на 3—6-ю недели. Однако каждый эмбриональный зачаток и развивающийся из него орган вследствие асинхронности дифференцировки имеют свои критические периоды чувствительности, когда действие различных факторов избирательно нарушает органогенез 7) Развитие зародыша. эмбриона. плода  8) Взаимодействие развивающегося организма с материнским. На самых ранних стадиях своего развития зародыш питается за счет окружающих его остатков клеток или за счет жидкости маточной трубы. Первые кровеносные сосуды, которые образуются в зародыше, предназначены для подачи питательных веществ из желточного мешка. У человека этот источник питания играет незначительную роль. Начиная со 2-й недели развития, кровеносные сосуды плода, проникая в хориальные ворсины, приходят в тесное соприкосновение с материнской кровью. С этого момента, благодаря специально обеспечивающему это соприкосновение раз витию плаценты, весь рост плода происходит за счет питательных веществ материнской крови. У вполне сформированного плода кровь приносится от плода к плаценте пупочными артериями и возвращается обратно по пупочной вене. Между материнским и зародышевым кругом кровообращения нет прямого сообщения. Плацента служит для плода органом дыхания, питания и выделения. Так, пупочная артерия приносит к плаценте темную венозную кровь, которая в этом органе отдает СО2 и поглощает О2, в силу чего кровь пупочной вены имеет артериальный цвет. Однако потребность плода в кислороде невелика. Плод защищен от всякой потери тепла, движения его вялы и большую часть времени вовсе отсутствуют, поэтому окислительные процессы в организме плода обеспечивают лишь построение развивающихся тканей. Зато плод нуждается в обильной доставке питательных веществ, которые он получает при помощи плацентарного кровообращения из материнской крови в той форме, которая наиболее приспособлена к потребностям плода. Плацента обладает селективной проницаемостью, но только в отношении пищевых веществ и гормонов, которые являются физиологическими и в нормальных условиях переходят от матери к плоду и обратно. В плаценте существуют механизмы активного и пассивного транспорта. Барьерная функция плаценты достаточно относительна, так как при нарушении структуры и функции плаценты к плоду начинают проникать не только пищевые, но и вредные химические вещества, а также вирусы, бактерии и паразиты. Изменения в деятельности органов и систем беременной направлены на достижение двух целей: во-первых, обеспечение адекватного роста плода, увеличения матки и оптимальной динамики всех других необходимых для поддержания беременности изменений в половой сфере и, во-вторых, обеспечение организма плода необходимыми питательными веществами и кислородом в нужном объеме. Плодоматеринские отношения. Взаимодействие организма матери и организма плода обеспечивается нейрогуморальными факторами. При этом в обоих организмах различают рецепторные (воспринимающие информацию), регуляторные (осуществляющие ее переработку) и исполнительные механизмы. Рецепторные механизмы организма матери расположены в матке в виде чувствительных нервных окончаний, которые первыми воспринимают информацию о состоянии развивающегося плода. В эндометрии находятся хемо-, механо- и терморецепторы, а в кровеносных сосудах — барорецепторы. Рецепторные нервные окончания свободного типа особенно многочисленны в стенках маточной вены и децидуальной оболочке в области прикрепления плаценты. Раздражение рецепторов матки вызывает изменения интенсивности дыхания, уровня кровяного давления в организме матери, направленные на обеспечение нормальных условий для развивающегося плода. Регуляторные механизмы организма матери включают отделы ЦНС (височная доля мозга, гипоталамус, мезенцефальный отдел ретикулярной формации), а также эндокринную систему. Важную регуляторную функцию выполняют гормоны — половые, тироксин, кортикостероиды, инсулин и др. Так, во время беременности происходит усиление активности коркового вещества надпочечников матери, в результате повышается выработка кортикостероидов, которые участвуют в регуляции метаболизма плода. В плаценте вырабатывается хорионический гонадотропин, стимулирующий образование адренокортикотропного гормона гипофиза. Регуляторные нейроэндокринные аппараты матери обеспечивают сохранение беременности, а также необходимый уровень функционирования сердца, сосудов кроветворных органов, печени и оптимальный уровень обмена веществ, газов в зависимости от потребности плода. Рецепторные механизмы плода воспринимают сигналы об изменениях в организме матери или собственного гомеостаза. Они обнаружены в стенках пупочных артерий и вен, в устьях печеночных вен, в коже и кишечнике плода. Раздражение этих рецепторов приводит к изменению частоты сердцебиения плода, скорости кровотока в его сосудах, влияет на содержание глюкозы в крови и т. д. Регуляторные нейрогуморальные механизмы организма плода формируются в процессе его развития. Первые двигательные реакции у плода появляются на 18—20-й неделе развития, что свидетельствует о созревании нервных центров. Дыхательные движения плода появляются в конце 11-й недели эмбриогенеза. Начало функционирования центральной эндокринной железы гипофиза отмечается на 13-й неделе развития. Синтез кортикостероидов в надпочечниках плода начинается с 8-й недели развития и увеличивается с его ростом. У плода усилен синтез инсулина, который необходим для обеспечения его роста, связанного с углеводным и энергетическим обменом. У новорожденных, родившихся от матерей, страдающих сахарным диабетом, наблюдаются увеличение массы тела и повышение продукции инсулина в островках поджелудочной железы. Как уже указывалось, в обеспечении связей в системе мать — плод особо важную роль играет плацента, которая способна не только аккумулировать, но и синтезировать вещества, необходимые для развития плода. Плацента выполняет эндокринные функции, вырабатывая ряд гормонов: прогестерон, эстроген, хорионический гонадотропин, плацентарный лактоген и др. Через плаценту между матерью и плодом осуществляются гуморальные и нервные связи. Существуют также экстраплацентарные гуморальные связи через плодные оболочки и амниотическую жидкость. Гуморальный канал связи — самый обширный и информативный. Через него происходит поступление О2 и СО2, белков, углеводов, витаминов, электролитов, гормонов и антител Важным компонентом гуморальных связей являются иммунологические связи, обеспечивающие поддержание иммунного гомеостаза в системе мать — плод. Несмотря на то что организм матери генетически чужероден по составу белков организму плода, иммунологического конфликта обычно не происходит. Это обеспечивается рядом механизмов, среди которых существенное значение имеют следующие: 1) синтезируемые синцитиотрофобластом белки, тормозящие иммунный ответ материнского организма; 2) хориональный гонадотропин и плацентарный лактоген, угнетающие деятельность материнских лимфоцитов; 3) иммуномаскирующее действие гликопротеинов перицеллюлярного фибриноида плаценты, заряженного так же, как и лимфо циты омывающей крови (отрицательно); 4) протеолитические свойства трофобласта, способствующие инактивации чужеродных белков. В иммунной защите принимают участие и амниотические воды, содержащие антитела, которые блокируют антигены А и В, свойственные крови беременной, и не допускают попадания их в кровь плода в случае иммунологически несовместимой беременности. 9) Взаимодействия ядра и цитоплазмы. Избирательная активность генов в развитии. Регуляция на уровне траскрипции и ттрансляции. ЯДЕРНО-ЦИТОПЛАЗМАТИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ, процессы взаимодействия ядра и цитоплазмы, обеспечивающие морфолого-функциональное единство клетки. Под действием входящих из цитоплазмы в ядро регуляторов активности генов (обычно белков) происходит активация или же инактивация транскрипции тех или иных ядерных генов. В ядро поступают также предшественники и ферменты, необходимые для репликации ДНК, синтеза РНК, а также белки, входящие в состав хроматина, ядрышек и других структур ядра. Механизмы избирательной активности генов Согласно полностью подтвердившейся гипотезе «один ген - один фермент», сформулированной в 1941 году (Дж. Бидл и Э. Татум за это открытие в 1958 году были удостоены Нобелевской премии), каждый ген контролирует синтез одного фермента. Однако принцип экономии (а все экономно работающие механизмы получают селективное преимущество в эволюции) требует, чтобы в клетке синтезировались только те ферменты, которые необходимы в данных обстоятельствах. Такой организм не будет расходовать вещество и энергию на ненужные синтезы, имея потенциальный резерв генов, которые в случае нужды он может снова использовать. Поэтому гены, кодирующие синтез ненужных на данной стадии развития ферментов, инактивированы (избирательно блокированы). В ходе эволюции сформировался ряд специальных механизмов избирательной активации генов. Один из них осуществляется с участием белков с низким молекулярным весом (2000-10000), входящих в состав хромосом - гистонов. Соединяясь с определёнными генами в цепи ДНК, гистоны препятствуют преждевременному считыванию информации, которая понадобится позже. Возможно, что и другие (негистоновые) белки, в т.ч. такие, синтез которых определяется генами-регуляторами, участвуют в инактивации генов, входящих в состав оперона (транскриптона). Современными исследованиями показано, что структурные перестройки ДНК (инсерции) влияют на активацию генов. Инсерция (врезание молекулы ДНК или её фрагмента в ген) приводит к инактивации гена. Общепризнанным является тот факт, что разные участки цитоплазмы зиготы (яйцеклетки), различающиеся молекулярной и субклеточной структурой и отходящие в различные бластомеры, влияют на активацию и инактивацию генов ядер этих бластомеров. Следовательно, различия участков цитоплазмы ранних бластомеров, как следствие явления ооплазмати-ческой сегрегации, могут обеспечивать активацию-инактивацию различных однотипных клеточных ядер. Наблюдение над политенными (гигантскими, состоящими из нескольких сот и даже тысяч хромонем) хромосомами секреторных клеток слюнных желез насекомых показало наличие расширений или вздутий - пуф. Как оказалось, в области пуф хромонемы деспирализованы. Участки, в которых появляются пуфы, меняются в ходе онтогенеза в зависимости от стадии развития. По общему признанию, деспирализованные участки являются активными, служащими матрицей для биосинтеза иРНК. Поэтому изменение морфо-функционального состояния ДНК путём спирализации-деспирализации ДНК обоснованно рассматривается в качестве одного из основных механизмов избирательной активации генов. На избирательную активность генов влияют перемещения (морфогенетические движения) клеток, их пространственное расположение. Они обеспечиваются способностью клеток к активному движению и адгезивности (избирательному образованию контактов друг с другом, в котором важную роль играет гликокаликс). Соседние клетки оказывают физические, химические и др. влияния на мигрировавшие и вступившие с ними в контакт клетки, избирательно активируя-инактивируя гены их ядер. Морфогенетические движения клеток являются одним из механизмов избирательной активации генов. На дифференциальную активность генов оказывают влияние гормоны, которые выделяются специализированными клетками и целенаправленно действуют на другие клетки и ткани. У млекопитающих, известно более 40 гормонов. Различают 3 группы гормонов: а) пептидные и белковые (инсулин, соматотропин, пролактин, лютеинизирующий и др.); б) производные аминокислот (адреналин, норадреналин, тироксин); в) стероидные (андрогены и эстрогены). Под контролем гормонов протекают все основные процессы клеточного метаболизма (начиная с зиготы), включая транскрипцию генома, регуляцию активности генов. Регуляция генетической активности имеет важное значение в приспособлении организмов к изменяющимся условиям среды. К сожалению, несмотря на достижения молекулярной биологии и генетики, многие вопросы дифференциальной активности генов в онтогенезе далеки от разрешения и остаются без ответов. Осложнеиния при раковый заболеваниях как правило сопровождаются кахексией и органной недостаточностью.Но если обнаружены метастазы в печени то возможно развитие печеночной недостаточности и смерти от интоксикации. Регуляция биосинтеза белка - принципиальный атрибут любой живой клетки. Регуляция необходима для поддержания баланса разнообразных белков в клетке или организме, для изменения этого баланса в меняющихся условиях окружающей или внутриорганизменной среды, для обеспечения смены белков в процессах клеточной дифференцировки и развития организма, для адекватного ответа на специфические внешние сигналы или неблагоприятные воздействия. Синтез белков в клетке регулируется на трех уровнях: 1) путем изменения активности генов, то есть через тотальную или избирательную модуляцию продукции мРНК на матрице ДНК (уровень транскрипции); 2) путем изменения активности мРНК в ее трансляции рибосомами (уровень трансляции); 3) путем деградации мРНК посредством ее тотального или избирательного расщепления рибонуклеазами. В статье рассмотрена проблема регуляции биосинтеза белка на уровне трансляции. Живые клетки используют несколько различных способов или путей такой регуляции, но практически во всех случаях она осуществляется через регуляцию инициации трансляции (механизмы инициации трансляции см. [2]). Это означает, что регуляторные механизмы трансляции направлены на то, чтобы разрешить или не разрешить инициацию трансляции данной мРНК, и если разрешить, то с какой эффективностью (скоростью инициации). Существуют три основных способа, как регулировать трансляцию. Первый способ - позитивная регуляция на основе сродства мРНК к инициирующей рибосоме и факторам инициации (дискриминация мРНК). Второй способ - негативная регуляция с помощью белков-репрессоров, которые, связываясь с мРНК, блокируют инициацию (трансляционная репрессия). Этими двумя способами регулируются индивидуальные мРНК, то есть трансляция каждой мРНК может специфически контролироваться независимо от других мРНК клетки. Третий способ - тотальная регуляция трансляции всей совокупности мРНК клетки посредством модификации факторов инициации. При наличии общих черт регуляции на уровне трансляции у прокариотических (бактерии) и эукариотических (животные, растения, грибы и простейшие) организмов эти два надцарства живых существ обладают также только им свойственными путями или способами регуляции, обусловленными спецификой их мРНК и их аппарата инициации трансляции. Так, тотальная регуляция за счет модификации факторов инициации характерна, по-видимому, только для эукариот. Другие особенности регуляции трансляции у прокариотических и эукариотических организмов будут указаны в дальнейшем изложении. ДИСКРИМИНАЦИЯ мРНК Скорость или частота инициации трансляции рибосомами может сильно различаться для разных мРНК. У прокариотических организмов это определяется тем, что инициирующие или рибосомосвязывающие участки разных мРНК (см. [2]) имеют разное сродство к рибосомам и, таким образом, с разной эффективностью связывают рибосомные частицы. На основании разницы в эффективности инициации можно говорить о <сильных> и <слабых> мРНК. На сильных мРНК инициация происходит часто, на них нанизывается много рибосом (образуются плотные полирибосомы) и соответственно продуцируется много молекул белка (рис. 1). Редкая инициация трансляции на слабых мРНК дает в результате редкую посадку рибосом на эти мРНК и, следовательно, низкую белковую продукцию. Похожая ситуация наблюдается и в эукариотических клетках, но там дискриминация мРНК обусловлена скорее разным сродством факторов инициации, а не самих рибосом к разным 5'-проксимальным инициаторным структурам мРНК. Так как факторы инициации в любом случае локализуются на инициирующих малых рибосомных субчастицах, то они и определяют разную эффективность посадки рибосом на разные мРНК и, таким образом, дискриминируют их на сильные и слабые. Различная сила мРНК в значительной мере определяет соотношение продукции различных белков в клетке. Так, структурные белки мембран, рибосомные белки, факторы элонгации, белки оболочки вирусов и другие белки, требуемые в большом количестве, кодируются сильными мРНК, а многие специализированные ферменты и регуляторные белки - слабыми мРНК. Как правило, если белок имеет четвертичную структуру, построенную из разных субъединиц в различном соотношении, то сила мРНК или ее отдельных участков (цистронов), кодирующих эти субъединицы, координирована с пропорцией субъединиц в структуре. Например, мембранный комплекс протонной АТФазы бактерий построен из трех типов субъединиц: a, b и c - в соотношении 1 : 2 : 10 (a1b2c10), и соответственно субъединица c кодируется очень сильным цистроном мРНК, субъединица a - слабым, а субъединица b - цистроном промежуточной силы. Таким образом, дискриминацию мРНК можно рассматривать как механизм конститутивного контроля надлежащего фиксированного соотношения продуктов белкового синтеза. ТРАНСЛЯЦИОННОЕ СОПРЯЖЕНИЕ У ПРОКАРИОТ В статье [2] отмечалось, что у прокариот одна длинная полинуклеотидная цепь мРНК может содержать несколько кодирующих последовательностей (цистронов) для различных белков и такие мРНК называются полицистронными. Пользуясь механизмом внутренней инициации, во многих случаях рибосомы могут инициировать трансляцию последовательных цистронов независимо друг от друга (рис. 2, а), и интенсивность инициации и, следовательно, продуктивность цистронов будут определяться их собственной силой (см. выше). В других случаях, однако, инициация трансляции внутренних цистронов зависит от трансляции предшествующего (5'-проксимального) цистрона: часто инициация трансляции внутреннего цистрона оказывается невозможной без трансляции предшествующего (рис. 2, б и в). Это и есть трансляционное сопряжение. Различают два типа трансляционного сопряжения. Первый тип - когда рибосомы, транслирующие предшествующий цистрон, расплетают вторичную и / или третичную структуру мРНК, в которой участвует инициаторный участок последующего цистрона. В результате этот инициирующий участок освобождается и становится доступным для инициации свободными рибосомами (рис. 2, б ). Другой тип трансляционного сопряжения - реинициация: сам по себе внутренний цистрон вообще недоступен для свободных инициирующих рибосомных частиц и его инициация может быть осуществлена только частицами, терминировавшими на предыдущем цистроне (см. [3]) и еще не успевшими соскочить с мРНК (рис. 2, в). ТРАНСЛЯЦИОННАЯ РЕПРЕССИЯ Типичный механизм трансляционной репрессии состоит в том, что специальный белок, называемый репрессором, специфически связывается с участком мРНК, перекрывающимся, как правило, с участком связывания рибосомной частицы при инициации трансляции. Таким образом, связываемый белок-репрессор мешает связываться инициирующей рибосомной частице и тем самым либо уменьшает скорость инициации, либо полностью блокирует ее. Часто в месте связывания белка-репрессора имеется не очень стабильная двуспиральная структура - шпилька, которая легко расплетается инициирующей рибосомой. Белок-репрессор стабилизирует шпильку, превращая ее в плохо преодолимый барьер для инициирующей рибосомы (рис. 3). В научной литературе описано много случаев, когда репрессором является сам белок, кодируемый данной мРНК. Другими словами, мРНК репрессируется своим же продуктом. В результате получается регуляция по типу обратной связи: производство избыточного количества белка на данной мРНК приводит к связыванию этого белка с инициаторным участком своей мРНК и таким образом к репрессии собственного синтеза. Пример регуляции трансляции по типу обратной связи - репрессия синтеза фермента треонил-тРНК-синтетазы бактерии избыточным количеством этого фермента, связывающегося с инициаторным участком своей мРНК (подробнее см. [1]). В других случаях репрессором является специальный белок, и его способность связываться с определенными мРНК зависит от присутствия того или иного низкомолекулярного компонента - эффектора. Яркий пример такого рода приведен в статье Л.П. Овчинникова [1]. Там описано, как в животных клетках белок-репрессор блокирует инициацию синтеза белка ферритина, а железо в качестве эффектора лишает репрессор его мРНК-связывающих свойств и дерепрессирует ферритиновую мРНК, тем самым разрешая ее трансляцию. В целом механизмы трансляционной репрессии обеспечивают пути модуляции скоростей инициации трансляции в широких пределах либо в зависимости от внешних сигналов (эффекторов), либо по типу обратной связи. Трансляционная репрессия используется для тонкой регуляции белкового синтеза как прокариотическими, так и эукариотическими организмами. МАСКИРОВАНИЕ мРНК У ЭУКАРИОТ Кроме типичной трансляционной репрессии эукариоты выработали интересный механизм маскирования мРНК, когда соответствующая мРНК становится недоступной не только для инициации трансляции, но и фактически выведена из всех других процессов ее возможных превращений или изменений - деградации нуклеазами, ферментативной модификации ее 3'-конца путем полиаденилирования. Маскирование, как и типичная трансляционная репрессия, тоже осуществляется белками и зависит от внешних сигналов (эффекторов). Маскирование и демаскирование мРНК являются особенно характерными для процессов гаметогенеза (оогенеза и сперматогенеза), раннего эмбрионального развития, клеточной дифференцировки, гормонального включения или выключения функций. Например, в оогенезе происходит запасание некоторых материнских мРНК в маскированной форме, и часть этих мРНК демаскируется в ответ на оплодотворение яйцеклетки, обеспечивая белковый синтез на самых ранних стадиях эмбриогенеза: дробления, бластулы и ранней гаструлы. Наиболее интересным моментом в маскировании мРНК является то, что маскирующий белок связывается не с 5'-проксимальным участком инициации трансляции на мРНК, а с нетранслируемым хвостом мРНК - с 3'-проксимальной некодирующей областью, так называемой 3'-UTR (3'-UnTranslated Region) или 3'-НТО (см. [1], рис. 5). В пределах 3'-НТО имеется специальная посадочная площадка для маскирующего белка - сегмент маскирования. Связывание маскирующего белка с сегментом маскирования 3'-НТО приводит не только к блокаде событий, развивающихся при 3'-конце мРНК, таких, как 3'-экзонуклеазная деградация и полиаденилирование, но и к репрессии - блокаде - инициации трансляции при 5'-конце мРНК (рис. 4). Каким же образом воздействие на хвост мРНК может закрыть ей рот? Существуют два, необязательно взаимоисключающих объяснения этого явления. Первое состоит в допущении, что 5'- и 3'-проксимальные нетранслируемые области (5'-UTR и 3'-UTR) эукариотических мРНК пространственно сближены, образуя своего рода циклическую структуру, как показано на рис. 4. Тогда маскирующий белок, сидящий в 3'-НТО, может прямо или через сегмент маскирования блокировать участок инициации трансляции мРНК. Другое объяснение предполагает, что связывание маскирующего белка с 3'-НТО приводит к глобальной структурной перестройке всей молекулы мРНК, делающей ее компактной и недоступной для взаимодействий с другими макромолекулами, включая рибосомные частицы, нуклеазы, ферменты полиаденилирования и деаденилирования. Действительно, маскирование требует не только посадки маскирующего белка на 3'-НТО, но и присутствия большого количества менее специфического РНК-связывающего белка на всей мРНК, с которым мРНК образует рибонуклеопротеидные комплексы, в свое время названные информосомами. Можно полагать, что маскирование мРНК есть компактизация информосом. ТОТАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ТРАНСЛЯЦИИ У ЭУКАРИОТ Наиболее обычный путь тотальной регуляции белкового синтеза у эукариот, во всяком случае у животных и грибов, - это активация специальной фосфокиназы, которая фосфорилирует фактор инициации eIF2 (cм. [2]), что приводит к подавлению инициации трансляции всех мРНК клетки. Сигналами для активации фосфокиназы в клетке являются тепловой шок и другие виды стрессовых воздействий, недостаток ростовых факторов, аминокислотное голодание, недостаток железа, вирусные инфекции. Сильное подавление синтеза белка в этих условиях есть следствие именно активации фосфокиназы и катализируемого ею фосфорилирования eIF2. Степень подавления белкового синтеза может варьировать в зависимости от уровня стресса. 10) Этапы развития многоклеточного организма. необходимы для условия развития. пролиферация,детерминация,дифференцировка клеток, морфогенез, апоптоз У многоклеточных животных в составе онтогенеза принято различать фазы эмбрионального (под покровом яйцевых оболочек) и постэмбрионального (за пределами яйца) развития, а у живородящих животных пренатальный (до рождения) и постнатальный (после рождения) онтогенез. Пролиферация — разрастание ткани организма путём размножения клеток делением. детерминация — это процесс определения дальнейшего пути развития клеток. В эмбриологии — возникновение качественного своеобразия частей организма на ранних стадиях его развития и определяющее путь дальнейшего развития частей зародыша Дифференцировка клеток — процесс реализации генетически обусловленной программы формирования специализированного фенотипа клеток, отражающего их способность к тем или иным профильным функциям. Иными словами, фенотип клеток есть результат координированной экспрессии (то есть согласованной функциональной активности) определённого набора генов. В процессе дифференцировки менее специализированная клетка становится более специализированной. Например, моноцит развивается в макрофаг, промиобласт развивается в миобласт. Дифференцировка клеток происходит не только в эмбриональном развитии, но и во взрослом организме (при кроветворении, сперматогенезе, регенерации поврежденных тканей). Морфогене́з — возникновение и развитие органов, систем и частей тела организмов как в индивидуальном (онтогенез), так и в историческом, или эволюционном, развитии (филогенез).Процесс морфогенеза контролирует организованное пространственное распределение клеток во время эмбрионального развития организма. Морфогенез может проходить также и в зрелом организме, в клеточных культурах или опухолях. Морфогенез также описывает развитие неклеточных форм жизни, у которых нет эмбриональной стадии в их жизненном цикле. Морфогенез описывает эволюцию структур тела в пределах таксономической группы. Апопто́з (др.-греч. ἀπόπτωσις — опадание листьев) — программируемая клеточная смерть, регулируемый процесс самоликвидации на клеточном уровне, в результате которого клетка фрагментируется на отдельные апоптотические тельца, ограниченные плазматической мембраной. Фрагменты погибшей клетки обычно очень быстро (в среднем за 90 минут[1]) фагоцитируются (захватываются и перевариваются) макрофагами либо соседними клетками, минуя развитие воспалительной реакции. 11) Взаимодействие между частями развивающегося организма.Эмбриональная индукция.Опыт шпемана. Эмбриональная индукция — это взаимодействие частей развивающегося зародыша, при котором один участок зародыша влияет на судьбу другого участка. Явление эмбриональной индукции с начала XX в. изучает экспериментальная эмбриология. Классическими считают опыты немецкого ученого Г. Шпемана и его сотрудников (1924) на зародышах амфибий. Для того чтобы иметь возможность проследить за судьбой клеток определенного участка зародыша, Шпеман использовал два вида тритонов: тритона гребенчатого, яйца которого лишены пигмента и потому имеют белый цвет, и тритона полосатого, яйца которого благодаря пигменту имеют желто-серый цвет. Один из опытов заключается в следующем: кусочек зародыша из области дорсальной губы бластопора на стадии гаструлы тритона гребенчатого пересаживают на боковую или вентральную сторону гаструлы тритона полосатого (рис. 8.8). В месте пересадки происходит развитие нервной трубки, хорды и других органов. Развитие может достичь довольно продвинутых стадий с образованием дополнительного зародыша на боковой или вентральной стороне зародыша реципиента. Дополнительный зародыш содержит в основном клетки зародыша реципиента, но светлые клетки зародыша-донора тоже обнаруживаются в составе различных органов. Из этого и подобных опытов следует несколько выводов. Во-первых, участок, взятый из спинной губы бластопора, способен направлять или даже переключать развитие того материала, который находится вокруг него, на определенный путь развития. Он как бы организует, или индуцирует, развитие зародыша как в обычном, так и в нетипичном месте. Во-вторых, боковая и брюшная стороны гаструлы обладают более широкими потенциями к развитию, нежели их презумптивное (предполагаемое) проспективное направление, так как вместо обычной поверхности тела в условиях эксперимента там образуется целый зародыш. В-третьих, достаточно точное строение новообразованных органов в месте пересадки указывает на эмбриональную регуляцию. Это означает, что фактор целостности организма приводит к достижению хорошего конечного результата из нетипичных клеток в нетипичном месте, как бы управляя процессом, регулируя его в целях достижения этого результата. Способность эмбрионального материала реагировать на различного рода влияния изменением своей презумптивной судьбы получила название компетенции.  |