Учебник по биологии Ярыгин ч.1. Учебник по биологии Ярыгин ч. Биология под редакцией академика рамн профессора В. Н. Ярыгина в двух книгах
 Скачать 7.38 Mb.
|
|
9.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ВРОЖДЕННЫХ ПОРОКОВ РАЗВИТИЯ Врожденными пороками развития называют такие структурные нарушения, которые возникают до рождения (в пренатальном онтогенезе, выявляются сразу или через некоторое время после рождения и вызывают нарушение функции органа. Последнее отличает врожденные пороки развития органов от аномалий при которых нарушение функции обычно не наблюдается. Врожденные пороки развития являются причиной приблизительно 20% смертей в неонатальном периоде, а также занимают значительное место в практике акушерства и гинекологии, медицинской генетике детской хирургии и ортопедии, патологической анатомии. В связи с этим знания по вопросам профилактики, этиологии, патогенеза, лечения и прогнозирования врожденных пороков развития имеют большое значение. Знакомство с закономерностями и механизмами нормального морфогенеза в процессе эмбрионального развития позволяет понять, какого рода нарушения могут привести к возникновению пороков. Кроме того, пороки развития представляют собой как бы природные эксперименты, обнаруживающие скрытые от глаз процессы. Таким образом, сами эти пороки представляют собой материал для научных поисков и обобщений. Примером могут служить такие врожденные пороки развития, которые напоминают некоторые черты строения, свойственные другим видам взрослых позвоночных животных или их зародышам. Они позволяют осознать теснейшую эволюционно-биологическую связь человека с животными и использовать ее для иллюстрации закономерностей макроэволюции, а также для формирования естественноисторического взгляда на возникновение и развитие человека. Существует несколько различных критериев, на основе которых классифицируют врожденные пороки развития. Основные из них следующие причина, стадия, на которой проявляется воздействие, последовательность их возникновения в организме, распространенность и локализация. Мы дополнительно обращаем внимание на филогенетическую значимость и нарушения основных клеточных механизмов, приводящие к пороку развития. В зависимости от причины все врожденные пороки развития делят на наследственные, экзогенные (средовые) и мультифакториальные. Наследственными называют пороки, вызванные изменением генов или хромосом в гаметах родителей, в результате чего зигота с самого возникновения несет генную, хромосомную или геномную мутацию. Генетические факторы начинают проявляться в процессе онтогенеза последовательно, путем нарушения биохимических, субклеточных, клеточных, тканевых, органных и организменных 447 процессов. Время проявления нарушений в онтогенезе может зависеть от времени вступления в активное состояние соответствующего мутированного гена, группы генов или хромосом. Последствия генетических нарушений зависят также от масштаба и времени проявления нарушений. Экзогенными называют пороки, возникшие под влиянием тератогенных факторов (лекарственные препараты, пищевые добавки, вирусы, промышленные яды, алкоголь, табачный дыми др, те. факторов внешней среды, которые, действуя вовремя эмбриогенеза, нарушают развитие тканей и органов. Историческими вехами являются работы Ц. Стоккарта вначале в, впервые показавшего тератогенное действие алкоголя, и работы офтальмолога Н. Грегга, открывшего тератогенное действие вируса краснухи (1941). Очень страшное событие имело место в 1959—1961 гг., когда после применения беременными талидомида в ряде стран Запада родились несколько десятков тысяч детей с тяжелыми врожденными пороками. Поскольку средовые экзогенные факторы в конечном итоге оказывают влияние на биохимические, субклеточные и клеточные процессы, механизмы возникновения врожденных пороков развития при их действии такие же, как при генетических причинах. В результате фенотипическое проявление экзогенных и генетических пороков бывает весьма сходным, что обозначается термином фенокопия. Для выявления истинных причин возникновения пороков в каждом конкретном случае следует привлекать множество различных подходов и критериев. Мультифакториальными называют пороки, которые развиваются под влиянием как экзогенных, таки генетических факторов. Вероятно, скорее всего бывает так, что экзогенные факторы нарушают наследственный аппарат в клетках развивающегося организма, а это приводит по цепочке ген — фермент — признак к фенокопиям. Кроме того, к этой группе относят все пороки развития, в отношении которых четко не выявлены генетические или средовые причины. Установление причины врожденных пороков имеет большое прогностическое значение для носителя этих пороков и профилактическое — в отношении последующего потомства. В настоящее время медицинские генетики и патологоанатомы существенно продвинулись в области так называемого синдромологического анализа. Синдромологический анализ — это обобщенный анализ фенотипа больных с целью выявления устойчивых сочетаний признаков. Овладение им помогает в установлении причины возникновения пороков и основных патогенетических механизмов. В зависимости от стадии, на которой проявляются генетические или экзогенные воздействия, все нарушения, происходящие в пренатальном онтогенезе, подразделяют на гаметопатии, бластопатии, эмбриопатии и фетопатии. Если нарушения развития на стадии зиготы (гаметопатия) или бластулы (бластопатия) очень грубые, то дальнейшее развитие, видимо, не идет и зародыш погибает. Эмбриопатии нарушения, возникшие в период от 15 сут до 8 нед эмбрионального развития) как раз составляют основу врожденных пороков, о чем уже говорилось выше. Фетопатии (нарушения, возникшие после 10 нед эмбрионального развития) 448 представляют собой такие патологические состояния, для которых, как правило, характерны не грубые морфологические нарушения, а отклонения общего типа в виде снижения массы, задержки интеллектуального развития, различных функциональных нарушений. Очевидно, что наибольшее клиническое значение имеют эмбриопатии и фетопатии. В зависимости от последовательности возникновения различают первичные и вторичные врожденные пороки. Первичные пороки обусловлены непосредственным действием тератогенного фактора, вторичные — являются осложнением первичных и всегда патогенетически сними связаны. Выделение первичных пороков из комплекса нарушений, обнаруженных у пациента, имеет большое значение для медико-генетического прогноза, поскольку риск определяется по основному пороку. По распространенности в организме первичные пороки подразделяют на изолированные или одиночные, системные те. в пределах одной системы, и множественные те. в органах двух систем и более. Комплекс пороков, вызванный одной ошибкой морфогенеза, называют аномаладом. В основу классификации врожденных пороков, принятой Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ, положен анатомо-физиологический принцип по месту локализации. По клеточным механизмам, которые преимущественно нарушены притом или ином врожденном пороке развития, можно выделить пороки, возникшие в результате нарушения размножения клеток, миграции клеток или органов, сортировки клеток, дифференцировки, а также гибели клеток. Нарушение перечисленных клеточных механизмов может привести к слишком малым или, наоборот, слишком большим размерам органов или их частей, к недостаточному или, напротив, очень сильному рассасыванию тканей в органах, к изменению положения отдельных клеток, тканей или органов относительно других органов и тканей, к нарушениям дифференцировки, так называемым дисплазиям. По филогенетической значимости можно все врожденные пороки развития разделить на филогенетически обусловленные и несвязанные с предшествующим филогенезом, те. нефилогенетические. Филогенетически обусловленными называют такие пороки, которые по виду напоминают органы животных из типа Хордовые и подтипа Позвоночные. Если они напоминают органы предковых групп или их зародышей, то такие пороки называют анцестральными (предковыми) или атавистическими. Примерами могут служить несращение дужек позвонков, шейные и поясничные ребра, несращение твердого нёба, персистирование висцеральных дуги др. Если пороки напоминают органы родственных современных или древних, но боковых ветвей животных, то их называют аллогенными. Филогенетически обусловленные пороки показывают генетическую связь человека с другими позвоночными, а также помогают понять механизмы возникновения пороков входе эмбрионального развития. Нефилогенетическими являются такие врожденные пороки, которые не имеют аналогов у нормальных предковых или современных позвоночных животных. К таким порокам можно отнести, например, двойниковые уродства и эмбриональные 449 опухоли, которые появляются в результате нарушения эмбриогенеза, не отражая филогенетических закономерностей. 9.3. ЗНАЧЕНИЕ НАРУШЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ ОНТОГЕНЕЗА В ФОРМИРОВАНИИ ПОРОКОВ РАЗВИТИЯ При изложении клеточных механизмов в гл. 8 приводились примеры иллюстрирующие, как нарушение этих механизмов может приводить к формированию врожденных пороков развития. В данной главе описаны лишь некоторые пороки развития тех органов, морфогенез которых был рассмотрен в гл. 7. Их следует рассматривать как отдельные примеры подкрепляющие обоснованность изучения онтофилогенетических предпосылок формирования врожденных пороков развития. Различные варианты расщелины позвоночника как бы соответствуют очень древнему примитивному строению его у низших позвоночных Скрытая расщелина позвоночника (spina bifida это дефект в виде аплазии спинных дужек и остистых отростков (рис. 9.2, А).Дужки позвонков при нормальном развитии образуются из мигрирующих клеток склеротомов под индуцирующим влиянием со стороны хорды, спинного мозга и спинномозговых узлов. При описываемом пороке происходит остановка их развития, что, вероятно, может быть связано с нарушением необходимых индуцирующих воздействий. Скрытые формы расщелины первого крестцового позвонка встречаются среди людей с частотой около 10%, а первого шейного—с частотой около 3%. Как правило, спинной мозги спинномозговые нервы не изменены и не имеется никаких серьезных нарушений. Кожа над дефектом также не изменена, но иногда порок можно заподозрить по небольшой ямочке или пучку волос над ним. Чаще всего дефект выявляется как рентгенологическая находка. О возможной наследственной природе порока свидетельствуют такие данные скрытые формы расщелины дужек позвонков встречаются у 14,3% матерей, у 6,1 % отцов и у 26,8% сибсов пробандов с различными формами несращения нервной трубки и позвонков. Более грубым пороком являются кистозная расщелина позвоночника (spina bifida cystia) и полный рахисхиз. Кистозная расщелина характеризуется наличием грыжевого мешка (рис. 9.2, В, Га полный рахисхиз — дефектом мозговых оболочек, мягких покровов и лежащим открыто в виде пластинки или желоба спинным мозгом (рис. 9.2, Б В последнем случае нервные валики не соединяются в трубку либо из-за ослабления индуцирующего влияния подлежащей хорды, либо из- за действия тератогенных факторов на нейроэпителиальные клетки. 450 Рис. 9.2. Различные варианты расщелины позвоночника. А — скрытая расщелина Б—полный рахисхиз; В, Г кистозная расщелина кожа, пучок волос, твердая мозговая оболочка, 4— субарахноидальное пространство, спинной мозг, тело позвонка, открытая нервная пластинка, спинной чувствительный узел Пороки развития звукопроводящей системы среднего уха могут быть причиной врожденного нарушения слуха наряду с нарушениями других отделов слухового анализатора. Врожденная фиксация стремечка приводит к врожденной проводниковой глухоте при нормальном развитии уха в остальном. Дефекты молоточка и наковальни часто сочетаются с синдромом первой дуги. Механизмами возникновения подобных пороков развития могут быть нарушения рассасывания гибели) молодой соединительной ткани в барабанной полости и остановка развития всей области первой висцеральной дуги. Большинство видов врожденной глухоты обусловлены генетически и носят наследственный характер. 451 Атрезия наружного слухового прохода возникает из-за ослабления процесса канализации (рассасывания пробки наружного слухового прохода) в области первого жаберного кармана. Этот врожденный порок также часто сочетается с синдромом (аномаладом) первой дуги. Пороки развития пищеварительной системы выражаются в недоразвитии (гипогенезия) или полном отсутствии развития (агенезия) участков кишечной трубки или ее производных, в отсутствии естественного отверстия, сужении канала, персистировании эмбриональных структур, незавершенном повороте и гетерогонии различных тканей в стенку желудочно-кишечного тракта. Атрезии и стенозы встречаются с частотой примерно 0,8 на 1000 новорожденных. Существует несколько гипотез, объясняющих механизм их возникновения. По одной из них, это персистирование физиологической атрезии, заключающееся во временной закупорке просвета кишечной трубки на й неделе развития в связи с нарушением реканализации. Подругой это сосудистая недостаточность. В эксперименте на собаках путем перевязки у плодов верхней брыжеечной артерии удалось получить некоторые формы атрезии и стеноз. Есть гипотеза внутриутробного воспалительного процесса. Этиология этих пороков гетерогенна. Среди изолированных пороков, по-видимому, большинство мультифакториальны, а среди тех, что являются компонентами множественных врожденных пороков, значительная часть — результат хромосомных и генных мутаций. Одним из распространенных врожденных пороков средней кишки является незаращение проксимального отрезка внутрибрюшной части желточного протока и выпячивание стенки подвздошной кишки длиной от 1 до 15 см на расстоянии 10— 25 см у детей и 40—80 см у взрослых от подвздошно-слепокишечной заслонки. Этот порок получил название дивертикула Меккеля (по имени исследователя. Он обнаруживается примерно у 2% населения (из них в 80% случаев у мужчин. В половине случаев он диагностируется случайно, а в остальных случаях — в связи с воспалительными процессами, непроходимостью и кровотечениями кишечника. В 10% случаев дивертикул Меккеля сочетается с другими врожденными пороками. Некоторые варианты пороков эмбриональных структур желточного протока показаны на рис. 9.3. Из многочисленных вариантов врожденных пороков прямой кишки и анального отверстия отметим персистирование клоаки (рис. 9.4), возникающее в результате нарушения разделения клоаки на мочеполовой синус и прямую кишку. Этот порок представляет собой недоразвитие мочеполовой перегородки и отражает эволюционно более древнее состояние органа. Врожденные пороки сердечно-сосудистой системы насчитывают десятки разновидностей. Частота встречаемости б на 1000 новорожденных. Пороки сердечно-сосудистой системы бывают изолированными ив сочетании с пороками других систем, те. множественными пороками. Изолированные пороки чаще мультифакториальные, но известны также доминантные и рецессивные формы. Среди пороков, входящих в группу множественных, поражение сердечно 452 сосудистой системы часто сопровождается хромосомными и генными синдромами. Пороки сердечно-сосудистой системы в основном представляют собой либо недоразвитие каких-либо структур в эмбриогенезе, либо персистирование этих эмбриональных структур, в то время как они должны видоизменяться и принять дефинитивный вид. Иногда встречаются грубые нарушения топографии сердца и сосудов. Цитологическими механизмами, как ив случаях других пороков развития, служат, видимо, нарушения индукционных взаимодействий, размножения, миграции, адгезии или избирательной гибели клеток, значение которых в нормальном морфогенезе сердца и артерий было показано в разд. 7.6.2. Рис. 9.3. Различные варианты остатков желточного протока. А—дивертикул Меккеля; Б—пупочно-подвздошный свищ (персистирование желточного протока В—фиброзный шнур, соединяющий подвздошную кишку с пупком подвздошная кишка, дивертикул Меккеля, 3—пупочно-подвздошный свищ, 4— фиброзный шнур Рис. 9.4. Персистирование клоаки мочевой пузырь, матка, прямая кишка, клоака 453 Примеры некоторых врожденных пороков сердца и крупных артерий иллюстрируют вышеизложенные положения. Эктопия сердца — расположение сердца вне грудной полости. Различают шейную, абдоминальную и экстрастернальную эктопию. Шейную эктопию объясняют задержкой перемещения сердца с места формирования его зачатка в шейной области в переднее средостение. Этот порок приводит к гибели сразу после рождения. Он отражает онтофилогенетическую зависимость. Рис. 9.5. Фронтальный срез сердца с тетрадой Фалло: стеноз легочного ствола. транспозиция аорты, дефект межжелудочковой перегородки, гипертрофия правого желудочка стрелками показано направление движения крови Правосторонняя дуга аорты развивается из эмбриональной правой дуги при редукции левой, или двойные дуги аорты, представленные двумя стволами, из которых один впереди трахеи, а другой позади пищевода. При изолированных пороках такого типа клинические проявления зависят от степени сдавления пищевода и трахеи. Оба связаны с нарушениями дифференцировки эмбриональных артериальных дуг. Открытый артериальный (боталлов) проток (персистирование артериального протока) встречается с частотой около 1 на 1000 новорожденных. Тетрада Фалло — стеноз легочного ствола, высокий дефект межжелудочковой перегородки, правосмещение устья аорты и приобретенная гипертрофия правого желудочка. Порок возникает в результате праводеленности артериального конуса и неслияния всех компонентов, образующих межжелудочковую перегородку. Частота — 0,7 на 1000 новорожденных, прогноз неблагоприятный (рис. 9.5). 454 РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА Айала Ф, Кайгер Дж Современная генетика. М, 1987. Т. 1—3. Брода Э Эволюция биоэнергетических процессов. М, 1978. Гаврилов Л. А, Гаврилова НС Биология продолжительности жизни. М, 1986. Газарян КГ, Белоусов Л. В Биология индивидуального развития животных М 1983 Грин Н, Стаут У, Тейлор Д Биология. М, 1990. Т. 1—3. Гулберт С Биология развития. М, 1995. Т. 1-—3. Зотин АИ, Зотина Р. С Феноменологическая теория развития, роста и старения организма, М, 1993. Иванова-Казас ОМ Бесполое размножение животных. Л, 1977. Карлсон Б Основы эмбриологии по Пэпену. М, 1983. Т. 1, 2. Кемп П, Армс К Введение в биологию. М, 1988. Лиознер Л. Д, Бабаева А. Г, Маркелова ИВ Регенерационные процессыи их изучение в СССР. М, 1990. Льют Б Гены. М, 1987. Лэмб М Биология старения. М, 1980. Михайлов АТ Эмбриональные индукторы. М, 1988. Молекулярная биология клетки / Б. Албертс, Д. Брей, Дж. Льюис и др. М, 1994. Наследственные синдромы и медико-генетическое консультирование / СИ Козлова, Е. Семенова, НС. Демикова, О. Е. Блинникова. Л, 1987. Тератология человека. Руководство для врачей / Под ред. Г. И. Лазюка М 1991 Токин Б. Д Общая эмбриология. М, 1987. Фогель Ф, Мотульски А Генетика человека. М, 1990. Т. 1—3. Фролькис В. В Старение и увеличение продолжительности жизни. Л, 1988. Яблоков А. В, Юсуфов А. Г Эволюционное учение. М, 1989. 455 ОГЛАВЛЕНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ .......................................................................................................... ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. РАЗДЕЛ I. ЖИЗНЬ КАК ОСОБОЕ ПРИРОДНОЕ ЯВЛЕНИЕ ....................... ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЖИЗНИ ........................................... 8 1.1. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ БИОЛОГИИ .................................................................. 8 1.2. СТРАТЕГИЯ ЖИЗНИ. ПРИСПОСОБЛЕНИЕ, ПРОГРЕСС, ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ................... 12 1.3. СВОЙСТВА ЖИЗНИ ...................................................................................... 18 1.4. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ. 21 1.5. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЭУКАРИОТИЧЕСКОЙ КЛЕТКИ ............................ 24 1.6. ВОЗНИКНОВЕНИЕ МНОГОКЛЕТОЧНОСТИ ........................................... 27 1.7. ИЕРАРХИЧЕСКАЯ СИСТЕМА. УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИЗНИ ... 29 1.8. ПРОЯВЛЕНИЕ ГЛАВНЫХ СВОЙСТВ ЖИЗНИ НА РАЗНЫХ УРОВНЯХ ЕЕ ОРГАНИЗАЦИИ ..................................................................................................... 33 1.9. ОСОБЕННОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ У ЛЮДЕЙ. БИОСОЦИАЛЬНАЯ ПРИРОДА ЧЕЛОВЕКА ............................... 35 РАЗДЕЛ II. КЛЕТОЧНЫЙ И МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИЗНИ — ОСНОВА ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОРГАНИЗМОВ ........................................................................................................ ГЛАВА 2. КЛЕТКА — ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ЕДИНИЦА ЖИВОГО ............... 37 2.1. КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ .................................................................................. 37 2.2. ТИПЫ КЛЕТОЧНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ....................................................... 38 2.3. СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ЭУКАРИОТИЧЕСКОЙ КЛЕТКИ ......................................................................... 39 2.3.1. Принцип компартментации. Биологическая мембрана ......................... 40 2.3.2. Строение типичной клетки многоклеточного организма ..................... 42 2.3.3. Поток информации .................................................................................... 49 2.3.4. Внутриклеточный поток энергии ............................................................. 50 2.3.5. Внутриклеточный поток веществ ............................................................ 52 2.3.6. Другие внутриклеточные механизмы общего значения. 53 2.3.7. Клетка как целостная структура. Коллоидная система протоплазмы . 53 2.4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ СУЩЕСТВОВАНИЯ КЛЕТКИ ВО ВРЕМЕНИ ... 54 2.4.1. Жизненный цикл клетки ........................................................................... 54 2.4.2. Изменения клетки в митотическом цикле .............................................. 56 ГЛАВА 3 ............. . СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА ..................................................................... 61 3.1. НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ И ИЗМЕНЧИВОСТЬ — ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ЖИВОГО .......................................................................................... 61 456 3.2. ИСТОРИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ОБ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИАЛЬНОГО СУБСТРАТА НАСЛЕДСТВЕННОСТИ И ИЗМЕНЧИВОСТИ .................................................................................................................................. 62 3.3. ОБЩИЕ СВОЙСТВА ГЕНЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА И УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКОГО АППАРАТА .......................................... 65 3.4. ГЕННЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКОГО АППАРАТА ............................................................................................................ 65 3.4.1. Химическая организация гена .................................................................. 66 3.4.1.1. Структура ДНК. Модель Дж. Уотсона и Ф. Крика .......................... 67 3.4.1.2. Способ записи генетической информации в молекуле ДНК. Биологический код и его свойства .................................................................. 69 3.4.2 Свойства ДНК как вещества наследственности и изменчивости .......... 72 3.4.2.1. Самовоспроизведение наследственного материала. Репликация ДНК ............................................................................................... 72 3.4.2.2. Механизмы сохранения нуклеогидной последовательности ДНК. Химическая стабильность. Репликация. Репарация ...................................... 79 3.4.2.3. Изменения нуклеотидных последовательностей ДНК. Генные мутации ................................................................................................ 87 3.4.2.4. Элементарные единицы изменчивости .... генетического материала. Мутон. Рекон. .................................................................................................... 93 3.4.2.5. Функциональная классификация генных мутаций .......................... 94 3.4.2.6. Механизмы, снижающие неблагоприятный эффект генных мутаций 94 3.4.3. Использование генетической информации в процессах жизнедеятельности. 96 3.4.3.1. Роль РНК в реализации наследственной информации .................... 96 3.4.3.2. Особенности организации и экспрессии генетической информации у про- и эукариот ................................................................................................ 107 3.4.3.3. Ген — функциональная единица наследственного материала. Взаимосвязь между геном и признаком ....................................................... 118 3.4.4. Функциональная характеристика гена .................................................. 121 3.4.5. Биологическое значение генного уровня организации наследственного материала ............................................................................................................ 122 3.5. ХРОМОСОМНЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА ....................................................................................................... 122 3.5.1. Некоторые положения хромосомной теории наследственности ........ 123 3.5.2. Физико-химическая организация хромосом эукариотической клетки .................................................................................................................. 124 3.5.2.1. Химический состав хромосом .......................................................... 124 3.5.2.2. Структурная организация хроматина .............................................. 125 3.5.2.3. Морфология хромосом ...................................................................... 131 3.5.2.4. Особенности пространственной организации генетического материала в прокариотической клетке ............................................................................... 133 3.5.3. Проявление основных свойств материала наследственности 457 и изменчивости на хромосомном уровне его организации ........................... 133 3.5.3.1. Самовоспроизведение хромосом в митотическом цикле клеток . 134 3.5.3.2. Распределение материала материнских хромосом между дочерними клетками в митозе ........................................................................................... 136 3.5.3.3. Изменения структурной организации хромосом. Хромосомные мутации ........................................................................................................................... 137 3.5.4. Значение хромосомной организации в функционировании и наследовании генетического аппарата ......................................................... 143 3.5.5. Биологическое значение хромосомного уровня организации наследственного материала .............................................................................. 146 3.6. ГЕНОМНЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ НАСЛЕДСТВЕННОГО МАТЕРИАЛА ....................................................................................................... 146 3.6.1. Геном. Генотип. Кариотип ...................................................................... 146 3.6.2. Проявление свойств наследственного материала на геномном уровне его организации ........................................................................................................ 148 3.6.2.1. Самовоспроизведение и поддержание постоянства кариотипа в ряду поколений клеток ............................................................................................ 148 3.6.2.2. Механизмы поддержания постоянства кариотипа в ряду поколений организмов ................................................................................... 150 3.6.2.3. Рекомбинация наследственного материала в генотипе. Комбинативная изменчивость ................................................................................................... 153 3.6.2.4. Изменения геномной организации ........ наследственного материала. Геномные мутации .......................................................................................... 157 3.6.3. Особенности организации наследственного материала у про- и эукариот ........................................................................................................... 159 3.6.4. Эволюция генома ..................................................................................... 161 3.6.4.1. Геном предполагаемого общего предка про- и эукариот .............. 161 3.6.4.2. Эволюция прокариотического генома ............................................. 162 3.6.4.3. Эволюция эукариотического генома ............................................... 163 3.6.4.4. Подвижные генетические элементы ................................................ 165 3.6.4.5. Роль горизонтального переноса генетического материала в эволюции генома .......................................................................................... 166 3.6.5. Характеристика генотипа как сбалансированной по дозам системы взаимодействующих генов ............................................................................... 167 3.6.5.1. Значение сохранения дозового баланса генов в генотипе для формирования нормального фенотипа .................................................. 167 3.6.5.2. Взаимодействия между генами в генотипе ..................................... 170 3.6.6. Регуляция экспрессии генов на геномном уровне организации наследственного материала .............................................................................. 178 3.6.6.1. Общие принципы генетического контроля экспрессии генов ...... 180 3.6.6.2. Роль негенетических факторов в регуляции генной активности . 180 3.6.6.3. Регуляция экспрессии генов у прокариот ....................................... 181 3.6.6.4. Регуляция экспрессии генов у эукариот .......................................... 182 458 3.6.7. Биологическое значение геномного уровня организации наследственного материала ............................................................................................................ 186 ГЛАВА 4. КЛЕТОЧНЫЕ ................. И МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СВОЙСТВ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ И ИЗМЕНЧИВОСТИ У ЧЕЛОВЕКА ................................................................ 188 4.1. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ И ИЗМЕНЧИВОСТИ У ЧЕЛОВЕКА ................................................................. 189 4.2. КЛЕТОЧНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ И ИЗМЕНЧИВОСТИ У ЧЕЛОВЕКА ..................................................................... 192 4.2.1. Соматические мутации ........................................................................... 193 4.2.2. Генеративные мутации ............................................................................ 196 РАЗДЕЛ III. ОНТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО ................................................................................................................................... ГЛАВА 5. РАЗМНОЖЕНИЕ ............................................................................... 208 5.1. СПОСОБЫ И ФОРМЫ РАЗМНОЖЕНИЯ ................................................. 208 5.2. ПОЛОВОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ ...................................................................... 210 5.2.1. Чередование поколений с бесполыми половым размножением ....... 213 5.3. ПОЛОВЫЕ КЛЕТКИ .................................................................................... 214 5.3.1. Гаметогенез .............................................................................................. 216 5.3.2. Мейоз ........................................................................................................ 218 5.4. ЧЕРЕДОВАНИЕ ГАПЛОИДНОЙ И ДИПЛОИДНОЙ ФАЗ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА .................................................................................................................. 225 5.5. ПУТИ ПРИОБРЕТЕНИЯ ОРГАНИЗМАМИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ................................................................................................... 226 ГЛАВА 6 ................................ . ОНТОГЕНЕЗ КАК ПРОЦЕСС РЕАЛИЗАЦИИ НАСЛЕДСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ .......................................................... 228 6.1. ФЕНОТИП ОРГАНИЗМА. РОЛЬ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ И СРЕДЫ В ФОРМИРОВАНИИ ФЕНОТИПА ................................................................... 228 6.1.1. Модификационная изменчивость .......................................................... 229 6.1.2. Роль наследственных и средовых факторов ...... в определении половой принадлежности организма .............................................................................. 231 6.1.2.1. Доказательства генетического определения признаков пола ....... 231 6.1.2.2. Доказательства роли факторов среды в развитии признаков пола ................................................................................................ 235 6.2. РЕАЛИЗАЦИЯ НАСЛЕДСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ В ИНДИВИДУАЛЬНОМ РАЗВИТИИ. МУЛЬТИГЕННЫЕ СЕМЕЙСТВА. 237 6.3. ТИПЫ И ВАРИАНТЫ НАСЛЕДОВАНИЯ ПРИЗНАКОВ ....................... 241 6.3.1. Закономерности наследования признаков, контролируемых ядерными генами ............................................................................................... 241 6.3.1.1. Моногенное наследование признаков. Аутосомное и сцепленное с полом наследование ..................................................................................... 241 459 6.3.1.2. Одновременное наследование нескольких признаков. Независимое и сцепленное наследование. 247 6.3.1.3. Наследование признаков, ............. обусловленных взаимодействием неаллельных генов .......................................................................................... 254 6.3.2. Закономерности наследования внеядерных генов. Цитоплазматическое наследование ................................................................. 259 6.4. РОЛЬ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ И СРЕДЫ ............... В ФОРМИРОВАНИИ НОРМАЛЬНОГО И ПАТОЛОГИЧЕСКИ ИЗМЕНЕННОГО ........ ФЕНОТИПА ЧЕЛОВЕКА ........................................................................................................... 261 6.4.1. Наследственные болезни человека ........................................................ 262 6.4.1.1. Хромосомные болезни ...................................................................... 262 6.4.1.2. Генные (или менделевские) болезни ............................................... 265 6.4.1.3. Мультифакториальные заболевания, или болезни с наследственным предрасположением. 268 6.4.1.4. Болезни с нетрадиционным типом наследования .......................... 270 6.4.2. Особенности человека как объекта генетических исследований ....... 275 6.4.3. Методы изучения генетики человека .................................................... 276 6.4.3.1. Генеалогический метод ..................................................................... 276 6.4.3.2. Близнецовый метод. 283 6.4.3.3. Популяционно-статистический метод ............................................. 284 6.4.3.4. Методы дерматоглифики и пальмоскопии ..................................... 285 6.4.3.5. Методы генетики соматических клеток .......................................... 286 6.4.3.6. Цитогенетичвский метод .................................................................. 287 6.4.3.7. Биохимический метод ....................................................................... 289 6.4.3.8. Методы изучения ДНК в генетических исследованиях ................ 290 6.4.4. Пренатальная диагностика наследственных заболеваний .................. 292 6.4.5. Медико-генетическое консультирование ............................................. 293 ГЛАВА 7. ПЕРИОДИЗАЦИЯ ОНТОГЕНЕЗА ................................................ 296 7.1. ЭТАПЫ. ПЕРИОДЫ И СТАДИИ ОНТОГЕНЕЗА .................................... 296 7.2. ВИДОИЗМЕНЕНИЯ ПЕРИОДОВ ОНТОГЕНЕЗА, ИМЕЮЩИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ И ЭВОЛЮЦИОННОЕ ЗНАЧЕНИЕ ............................... 298 7.3. МОРФОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ И ЭВОЛЮЦИОННЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЯИЦ ХОРДОВЫХ .......................................................................................................... 300 7.4. ОПЛОДОТВОРЕНИЕ И ПАРТЕНОГЕНЕЗ ............................................... 304 7.5. ЭМБРИОНАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ ................................................................ 306 7.5.1. Дробление ................................................................................................. 306 7.5.2. Гаструляция .............................................................................................. 311 7.5.3. Образование органов и тканей ............................................................... 319 7.5.4. Провизорные органы зародышей позвоночных ................................... 322 7.6. ЭМБРИОНАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ МЛЕКОПИТАЮЩИХ И ЧЕЛОВЕКА ....................................................................................................... 327 7.6.1. Периодизация и раннее эмбриональное развитие ................................ 328 7.6.2. Примеры органогенезов человека, отражающих эволюцию вида ..... 339 460 ГЛАВА 8 ........ . ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИНДИВИДУАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ ОРГАНИЗМОВ ...................................................................................................... 353 8.1. ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ ........................................................................ 353 В БИОЛОГИИ ИНДИВИДУАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ ...................................... 353 8.2. МЕХАНИЗМЫ ОНТОГЕНЕЗА ................................................................... 354 8.2.1. Деление клеток ......................................................................................... 354 8.2.2. Миграция клеток ...................................................................................... 356 8.2.3. Сортировка клеток ................................................................................... 359 8.2.4. Гибель клеток ........................................................................................... 361 8.2.5. Дифференцировка клеток ....................................................................... 365 8.2.6. Эмбриональная индукция ....................................................................... 376 8.2.7. Генетический контроль развития ........................................................... 383 8.3. ЦЕЛОСТНОСТЬ ОНТОГЕНЕЗА ................................................................. 388 8.3.1. Детерминация ........................................................................................... 388 8.3.2. Эмбриональная регуляция ...................................................................... 390 8.3.3. Морфогенез .............................................................................................. 394 8.3.4. Рост ............................................................................................................ 398 8.3.5. Интегрированность онтогенеза .............................................................. 403 8.4. РЕГЕНЕРАЦИЯ ............................................................................................. 403 8.5. СТАРОСТЬ И СТАРЕНИЕ. СМЕРТЬ КАК БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЯВЛЕНИЕ ................................................................................................................................ 414 8.5.1. Изменение органов и систем органов в процессе старения ................ 415 8.5.2. Проявление старения на молекулярном, ..... субклеточном и клеточном уровнях ................................................................................................................ 420 8.6. ЗАВИСИМОСТЬ ПРОЯВЛЕНИЯ СТАРЕНИЯ ОТ ГЕНОТИПА, УСЛОВИЙ И ОБРАЗА ЖИЗНИ .................................................................................................. 423 8.6.1. Генетика старения ................................................................................... 423 8.6.2. Влияние на процесс старения условий жизни ...................................... 427 8.6.3. Влияние на процесс старения образа жизни ......................................... 434 8.6.4. Влияние на процесс старения эндоэкологической ситуации .............. 436 8.7. ГИПОТЕЗЫ, ОБЪЯСНЯЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ СТАРЕНИЯ ............... 437 8.8. ВВЕДЕНИЕ В БИОЛОГИЮ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЖИЗНИ ЛЮДЕЙ .................................................................................................. 439 8.8.1. Статистический метод изучения закономерностей продолжительности жизни ............................................................................... 440 8.8.2. Вклад социальной и биологической компонент в общую смертность в историческом времени ив разных популяциях ........................................... 441 ГЛАВА 9. РОЛЬ НАРУШЕНИЙ МЕХАНИЗМОВ ОНТОГЕНЕЗА В ПАТОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА ............................................................................. 444 9.1. КРИТИЧЕСКИЕ ПЕРИОДЫ В ОНТОГЕНЕЗЕ ЧЕЛОВЕКА ................... 444 9.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ВРОЖДЕННЫХ ПОРОКОВ РАЗВИТИЯ ............. 446 9.3. ЗНАЧЕНИЕ НАРУШЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ ОНТОГЕНЕЗА В ФОРМИРОВАНИИ ПОРОКОВ РАЗВИТИЯ ................................................ 449 461 РЕКОМЕНДУЕМАЯЛИТЕРАТУРА .................................................................... Учебное издание Ярыгин Владимир Никитич, Васильева Вероника Игоревна, Волков Игорь Николаевич, Синельщикова Валерия Васильевна БИОЛОГИЯ В 2 книгах Книга 1 Редактор Т.С. Костям Художник К.Э. Семенков. Художественный редактор Ю.Э. Иванова. Технические редакторы Н.В. Быкова, Л.А. Овчинникова. Корректор Е.И. Борисова. Компьютерная верстка ГА. Шестакова. Лицензия ИД № 06236 от 09.11.01. Изд. № ХЕ. Подп. в печать 05.11.02. Формат 60x88 1 / 16 . Бум. газетн. Гарнитура «Таймс». Печать офсетная. Объем 26,46 усл. печ. л. 26,46 усл. кр.-отт., 30,72 уч.-изд. л. Тираж 8000 экз. Заказ №258. ФГУП Издательство Высшая школа, 127994, Москва, ГСП, Неглинная ул, 29/14. Тел (095) 200-04-56 E-mail: info@v-shkola.ru http://www.v-shkola.ru Отдел реализации (095) 200-07-69, 200-59-39, факс (095) 200-03-01. E-mail: sales@v-shkola.ru 462 Отдел «Книга-почтой»: (095) 200-33-36. E-mail:bookpost@v-shkola.ru Отпечатано в ОАО Оригинал. 101990, Москва, Центр, Хохловский пер, 7-9, стр. 1-7. |