УЧЕБНИКгенетика. Генетика изучает процессы преемственности жизни на молекулярном, клеточном, организменном и популяционном уровнях
 Скачать 6.93 Mb.
|
|
ГЛАВА 5 КЛЕТОЧНЫЙ ЦИКЛ Клеточный цикл — период жизнедеятельности клетки от конца одного до конца следующего деления — состоит из деления клетки и интерфазы. Интерфаза (период жизнедеятельности клетки между делениями) имеет 3 стадии: G, — пресинтетическая, когда клетка увеличивается в размерах, специализируется и дифференцируется (2n2C); S — синтетическая, редупликация ДНК (2n4C); G2 — постсинтетическая, когда клетка готовится к делению (2п4С), С — количество молекул ДНК.  Интерфаза обычно занимает не менее 90% всего времени клеточного цикла. Клеточный цикл может быть изображен в виде круга (рис. 5.1), на котором отмечены отдельные фазы цикла. Клеточные циклы имеют разную продолжительность у одного и того же организма в зависимости от тканевой принадлежности. Например, у человека продолжительность клеточного цикла составляет: для лейкоцитов 3-5 суток, эпителия кожи — 20-25 суток, эпителия роговицы глаза — 2-3 суток, клеток костного мозга 8-12 ч, а нервные клетки живут, как правило, столько, сколько и человек, не завершая клеточный цикл (G,). 5.1. Пресинтетическая фаза Процессы, протекающие в этой фазе, зависят от дальнейшей судьбы клетки. Если это бластная клетка — она готовится к делению, и в этот период происходит накопление продуктов, необходимых для репликации хромосом, для удвоения цен-триолей и построения митотического аппарата. В этих клетках существует специальная система, контролирующая клеточный цикл в фазе Gr Эта система задерживает переход в фазу синтеза ДНК до тех пор, пока в клетке не будет достаточного запаса компонентов для завершения всех последовательных биосинтезов, необходимых в фазах S, G2 и деления клетки. Считают, что работа такой системы связана с триггерными белками (р21, р 16 ир27), которые ингибируют начало S-фазы. Высокая специализация клетки «обрекает» ее На дальнейшее совершенствование для организма — сохранить высокоспециализированные клетки (например, нервные), такие клетки не завершают свой клеточный цикл. Каждая клетка организма имеет свою генетическую «программу жизни», которая включает выполнение специфических функций, и имеет определенную продолжительность жизни (например, лимфоциты живут от 3 дней до трех месяцев, эритроциты — 120 дней, а сегментно-ядерные нейтрофилы — 8 часов). Одна из современных гипотез предполагает, что на определенном этапе жизнедеятельности в клетках вырабатываются специфические белки семейства — ВАХ, определенная концентрация которых приводит к гибели клетки. В последние годы ведущая роль в регуляции клеточного цикла отводится белкам семейства циклинов, обуславливающих различия в длительности клеточного цикла в основном за счет изменения продолжительности фазы G, (рис. 5.2). Некоторые клетки делятся очень медленно, оставаясь в этой стадии месяцы и годы.  5.2. Синтетическая фаза Поскольку каждая хромосома человека состоит из одной молекулы ДНК (в среднем содержащей около 150 млн нуклеотидов), то для полной репликации такой молекулы с помощью одной репликационной вилки — репликона — потребовалось бы 0,2 х 150 х 106 = 3 х 106 с, т.е. около 800 часов. Реально фаза S продолжается 8-10 часов. Показано, что репликация ДНК в фазе S у человека начинается сразу во многих точках генома, и каждая хромосома имеет несколько репликонов (от 20 до 80). На протяжении фазы S активизация новых репликонов происходит до полного завершения репликации всей ДНК- Скорость репликации не меняется, и работа репликационной вилки прекращается при встрече с соседней вилкой репликации. 5.3. Постсинтетическая фаза Фаза G2 обеспечивает подготовку клеток к делению. Показано, что деление клетки не наступает, если блокируется синтез белков в G2. Существует гипотеза о том, что незадолго до конца фазы G2 активизируется киназа, что способствует переходу клеток из G2 к делению. В этот период происходит активное накопление энергии и ферментов, необходимых для реализации последующего деления, увеличение числа митохондрий, накопление АТФ, активизация биосинтеза для обеспечения репликации центриолей и начала образования веретена деления. Далее клетки вступают в период деления. Ниже приведены возможные типы деления клеток, каждое из которых заканчивается распределением органоидов и цитоплазмы (цитокинез). 5.4. Типы делений клеток В основе передачи наследственной информации лежит деление клеток, являющееся частью жизни клеток. Амитоз — при этом способе деления клетка «перешнуровывается» нацело вместе с ядром. В результате из одной клетки образуются две дочерние, не идентичные друг другу, клетки (т.к. распределение наследственного материала и цитоплазмы неравномерно). У человека амитоз встречается в норме в клетках печени, эпителиальной ткани серозных оболочек, а также при необходимости быстрого восстановления тканей (после операций, травм и т.д.). Митоз — деление клеток, в результате которого из одной исходной материнской клетки получаются две дочерние, идентичные друг другу. Идентичность получается в результате механизма равномерного распределения наследственного материала между клетками за счет прохождения клетками ряда фаз (рис. 5.3). Профаза — хромосомы спирализуются, ядрышко и ядерная оболочка распадаются, кариоплазма и цитоплазма смешиваются, образуя миксоплазму, вязкость миксоплазмы уменьшается, хромосомы перемещаются в экваториальную плоскость. Это самая продолжительная фаза митоза. Затем клетка вступает во вторую стадию митоза — метафазу. Хромосомы выстраиваются в одной плоскости по экватору, их центромеры расположены строго в экваториальной плоскости. Число фигур равно диплоидному набору, каждая фигура представлена парой сестринских (идентичных) хроматид, образованных в процессе репликации ДНК (в S — период интерфазы). По продолжительности это самая короткая фаза митоза, так как она длится то мгновение, когда центромеры удвоенных хромосом располагаются строго по линии экватора. Уже в следующий момент начинается следующая фаза. Центромера начинает делиться, сестринские хроматиды расходятся к противоположным полюсам — эта стадия называется анафаза. Далее хромосомы концентрируются вокруг соответствующих клеточных центров и деспирализуются. Начинают формироваться ядрышко и ядерные оболочки, образуется мембрана между сестринскими клетками, органоиды распределяются между новыми клетками. Эта последняя стадия митоза называется — телофаза.  Митоз лежит в основе процессов роста, приводящих к образованию из зиготы взрослого организма. Фактически, это «биологическая штамповка» клеточного материала. В некоторых случаях образуются новые ядра, но цитокинез не происходит. Такая разновидность митоза называется митозом с задержкой цитокинеза, что приводит к образованию многоядерных клеток, выполняющих специфические функции (например, клетки печени человека). Значение митоза: точная передача наследственной информации; увеличение числа клеток, т.е. один из главных механизмов роста организма; способ регенерации клеток. Мейоз — способ деления, возникновение которого связано с появлением полового размножения (созревание гамет), поэтому его называют делением созревания. Мейоз состоит из двух последовательных делений ядра, каждое из которых состоит из про-, мета-, ана- и телофазы с индексами I или II (рис. 5.4). Между 1-м и 2-м делением мейоза бывает стадия интеркинеза (ДНК не удваивается). Важным моментом является профаза I мейоза. Лептотена — стадия «букета», начало конденсации хроматина, образование хромомер (2n, 4C, где п — число фигур деления, а С — количество молекул ДНК). Зиготена — продолжение конденсации хроматина, начало конъюгации гомологичных хромосом (синапсис) и образование бивалентов (тетрад) и синаптонемального комплекса. да гомологичные хромосомы конъюгируют между собой. Мейоз иногда называют редукционным делением, или делением созревания, т.к. формирование гамет связано с этим типом деления клетки. 5.5. Задание 1. Укажите разновидности митоза, которые могут встречаться в клетках человека, и дайте им характеристику. 2. Перечислите известные вам типы деления клеток у человека, дайте им характеристику. 3. Могут ли соматические клетки в норме у человека иметь 45, 46, 47 хромосом? Ответ обоснуйте. 4. Правомочно ли называть интерфазу «паузой» между двумя мейотическими делениями? 5. Сколько хроматид отойдет к полюсам в ана-фазе-2 в мейозе у человека? 6. Если в культуре ткани человека произошла элиминация одной хромосомы, то сколько хромосом будет в дочерних клетках после митоза (рассмотрите возможность элиминации в разных фазах митоза). 7. Сколько бивалентов образуется в клетках человека и сколько хроматид в профазе-1 и про-фазе-2 мейоза? 8. Могут ли в клетках человека 24 хромосомы быть отцовскими? 9. Сколько хроматид отойдет к полюсам в клетках человека в анафазе-1 и анафазе-2 мейоза? 10. Если во время митоза у человека не разошлась одна пара хромосом? две пары? Сколько хромосом будет в дочерних клетках? 11. Какое количество хромосом и молекул ДНК содержится в клетке в G1 и G2 периодах? Выберите правильный ответ: 2n 2C; 2п С; 4n 4C; 2n 4C; n 4C. 12. В каком из периодов клеточного цикла и фаз митоза хромосома состоит из одной хроматиды? 13. Какое количество хромосом и молекул ДНК содержится в телофазе митоза? Выберите правильный ответ: 2n 2C; 2п С; 4n 4C; 2n 4C; n 4C. 5.6. Лабораторная работа Определение уровня митотической активности клеток Для оценки пролиферативной активности (интенсивность деления клеток) ткани необходимо определить митотический индекс. Митотический индекс чаще всего определяется соотношением числа клеток, находящихся в митозе, к общему числу учтенных клеток исследуемой ткани. Кроме того, производится подсчет клеток, находящихся на разных стадиях фаз митоза, что позволяет определить относительную длительность различных фаз митоза к проценту от общего количества клеток, вступивших в митоз. Подсчет клеток на разных фазах митотического цикла проводят в нескольких полях зрения, при этом препарат необходимо передвигать последовательно через одно поле в сторону и затем снизу вверх и т.д., чтобы избежать просмотра одного и того же поля дважды. Данные по подсчету клеток по полям зрения заносятся в таблицу (табл. 5.1.) по каждой стадии митоза, а затем суммируются. В связи с тем, что взятие биологического материала (биопсии) различных тканей человека практически не реально, предлагаем провести данную лабораторную работу по исследованию пролиферативной активности на примере корневой меристемы проростков однолетних растений (лук, пшеница, подсолнечник и т.д.) Семена растений предварительно замачивают в воде на 12 ч, затем проращивают на смоченной фильтровальной бумаге в чашках Петри в течение 24 ч. Кончики проросших корешков фиксируют в ацетаталкогольном растворе (3 части спирта: 1 часть уксусной кислоты) от 2 до 24 ч и окрашивают ацетоорсеином. Затем готовят временные давленные препараты. Митотический (%) = (П + М + А + Т) х 100 х100 общее число клеток Определение относительной длительности фаз митоза: П х 100 М х 100 Таблица 5.1 Определение митотического индекса в меристеме корешка
Глава 6 РАЗВИТИЕ ЗАРОДЫША ЧЕЛОВЕКА 6.1. Гаметогенез Материальной основой преемственности поколений является процесс оплодотворения, состоящий в слиянии гамет (яйцеклетки и сперматозоида), приводящий к образованию зиготы, из которой развивается новый организм. Процесс формирования гамет у двуполых организмов называется гаметогенезом. В зависимости от того, какие формируются гаметы, он будет называться оогенезом (развитие женских гамет) или сперматогенезом (развитие мужских гамет). Кратко проследим эти процессы. 6.1.1. Сперматогенез Сперматогенез происходит в извитых семенных канальцах семенников. Развитие сперматозоидов начинается в период пренатального развития при закладке генеративных тканей, затем возобновляется в период наступления половозрелости и продолжается до старости. Сперматогенез складывается из четырех периодов: размножения, роста, созревания и формирования (рис. 6.1). Период размножения соответствует ряду следующих друг за другом митозов, приводящих к увеличению количества клеток, называемых спер-' матогониями. Некоторые сперматогонии вступают в период роста и называются сперматоцитами 1-го порядка.  Период роста соответствует периоду интерфазы клеточного цикла, в которой происходит удвоение наследственного материала спермацитов 1-го порядка (2п4С), и затем они вступают в профазу I мейотического деления. Во время профазы-1 происходит конъюгация гомологичных хромосом и об- мен между гомологичными хроматидами (кроссин-говер). Кроссинговер имеет важное генетическое значение, так как приводит к возникновению генетических различий между индивидуумами. Период созревания протекает в два этапа, что соответствует I мейотическому (редукционному) и II мейотическому (эквационному) делениям. При этом из одного сперматоцита 1-го порядка сначала получаются два сперматоцита 2-го порядка (1п2С), затем 4 сперматиды. (lnlC). Сперматиды отличаются друг от друга набором хромосом: они все содержат по 22 аутосомы, но половина клеток содержит Х-хромосому, а другая половина — Y. Аутосомы отличаются между собой и от родительских различным сочетанием аллелей, поскольку произошел обмен во время кроссинговера. Период формирования характерен только для сперматогенеза. Количество клеток и число хромосом в них на данной фазе не меняется, т.к. в этот период из 4 сперматид формируются 4 сперматозоида, в которых происходит морфологическая реорганизация клеточных структур, формируется хвост, у человека эта фаза продолжается 14 дней. Мужские половые клетки не развиваются одиночно, они растут в клонах и объединены между собой цитоплазматическими мостиками. Цитоплазматические мостики имеются между сперматогониями, сперматоцитами и сперматидами. В конце фазы формирования сперматозоиды освобождаются от цитоплазматических мостиков. У человека максимум дневной продуктивности сперматозоидов 10s, продолжительность существования сперматозоида до 2,5 ч во влагалище и до 48 ч в шейке матки. 6.1.2. Оогенез Развитие женских половых клеток происходит в яичниках. Оогенез протекает в три периода: размножения, роста и созревания (рис. 6.2).  Период размножения наступает у оогоний еще у зародыша и прекращается к моменту рождения девочки. Период роста при оогенезе более протяженвлиный, т.к. кроме подготовки к мейозу осуществляется накопление запаса питательных веществ, которые необходимы будут в дальнейшем для первых дроблений зиготы. Оогоний, вступившие в период роста, превращаются в ооциты 1-го порядка. Ооциты окружают фолликулярные клетки яичника. Ооцит вместе с фолликулярными клетками называют фолликулом. Накопление питательных веществ протекает в две фазы: фазе малого роста и фазе большого роста. В фазе малого роста происходит образование большого количества разных типов РНК. Быстрое накопление РНК происходит за счет специального механизма — амплификации генов (множественное копирование отдельных участков ДНК, кодирующих рибосомную РНК). Быстрое увеличение мРНК идет за счет образования хромосом типа «ламповых щеток» (рис. 6.3). В результате образуется более тысячи дополнительных ядрышек, которые являются необходимой структурой для синтеза рРНК, из которой впоследствии формируются рибосомы, необходимые для синтеза белка. В период малого роста в ооците происходят мейотические преобразования хромосом, характерные для осуществления профазы 1-го деления.  В результате образуется более тысячи дополнительных ядрышек, которые являются необходимой структурой для синтеза рРНК, из которой впоследствии формируются рибосомы, необходимые для синтеза белка. В период малого роста в ооците происходят мейотические преобразования хромосом, характерные для осуществления профазы 1 деления. В период большого роста в цитоплазме происходит накапливание питательных веществ. Фолликулярные клетки яичника образуют несколько слоев вокруг ооцита 1-го порядка, что способствует переносу питательных веществ, синтезированных в других местах, в цитоплазму ооцита. Завершив период роста, ооцит 1-го порядка вступает в период созревания (рис. 6.4).  Период созревания. В этот период осуществляется мейотическое деление клеток, так же как и в период созревания мужских половых клеток. При первом редукционном делении из ооцита 1-го по- рядка образуется один ооцит 2-го порядка (1п2С) и одно полярное тельце (1п2С). При втором экваци-онном делении из ооцита 2-го порядка образуются созревшая яйцеклетка (lnlC), сохранившая практически все накопленные вещества в цитоплазме, и второе полярное тельце маленьких размеров (lnlC). В это же время происходит деление первого полярного тельца, дающего начало двум вторым полярным тельцам (In 1С). В результате при оогенезе получается 4 клетки, из которых только одна станет в дальнейшем яйцеклеткой, остальные 3 (полярные тельца) редуцируются. Биологическая значимость этого этапа оогенеза — сохранить все накопленные вещества цитоплазмы около одного гаплоидного ядра для обеспечения нормального питания и развития оплодотворенной яйцеклетки. У женщин на стадии 2-й метафазы образуется блок, который снимается во время оплодотворения, и фаза созревания заканчивается только после проникновения сперматозоида в яйцеклетку. У женщин процесс оогенеза — это циклический процесс, повторяющийся примерно через каждые 28 дней (начиная с периода роста и заканчивая период только после оплодотворения). Этот цикл называется менструальным. В событиях, проходящих во время этого цикла, принимают участие яичники и матка, при этом цикл регулируется гормонами яичников (эстроген и прогестерон), секреция которых, в свою очередь, регулируется гипофизарыыми гормонами гонадотропина (рис. 6.5). Различают три гона-дотропных гормона, продуцируемых гипофизом: О фолликулостимулирующий (ФСГ) — вызывает рост овариальных фолликулов; О л'ютеинизирующий (ЛГ)' — сам по себе не влияет на увеличение яйцеклетки, но вместе с ФСГ вызывает образование фолликула, овуляцию и образование желтого тела; лютеотропный (ЛТГ) — ответствен за секрецию молока и поддержание желтого тела в функционирующем состоянии.  Связь между гормонами гипофиза и яичника показана на схеме (рис. 6.6). Гормон гипофиза ФСГ, действуя вместе с небольшими дозами ЛГ, вызывает рост фолликула и образование эстрогена в яичнике. Эстроген действует на гипофиз, стимулируя секрецию ЛГ и ЛТГ и понижая секрецию ФСГ. При этом происходят овуляция и образование желтых тел. Желтые тела продуцируют прогестерон при участии гипофизарного гормона ЛТГ.  Когда желтые тела начинают дегенерировать, количество гормонов яичника уменьшается, в результате чего вновь усиливается действие ФСГ в гипофизе, и овариальный цикл повторяется. Во время беременности желтое тело сохраняется и продуцирует гормон прогестерон, который тормозит рост фолликулов и овуляцию, затем регуляторные функции переходят от гормонов яичника к плацентарным гормонам. 6.2. Оплодотворение Оплодотворение — совокупность процессов, приводящих к слиянию мужских и женских гамет (сингамия), объединению их ядер (кариогамия) и образованию зиготы, из которой в дальнейшем будет развиваться организм. Значение оплодотворения: восстановление диплоидной генетической структуры в результате объединения отцовских и материнских генов, которое приводит к различному сочетанию родительских задатков и разнообразию особей; активация яйцеклетки, так как развитие яйцеклетки у млекопитающих останавливается на стадии метафазы второго деления, продолжение развития яйцеклетки наблюдается только после оплодотворения. Оплодотворение состоит из 3-х последовательных этапов: первый этап характеризуется сближением сперматозоида и яйцеклетки до их контакта. Второй этап начинается с прикрепления сперматозоида к поверхности яйцеклетки и осуществления контактных взаимодействий между ними. Третий период начинается после проникновения сперматозоида в яйцеклетку и завершается объединением их ядер. Дистантное взаимодействие между спермием и яйцом — узнавание на расстоянии, разрыхление оболочки яйцеклетки при изменении рН среды в присутствии большого числа сперматозоидов. Эти процессы обеспечиваются рядом факторов, среди которых особое место принадлежит га-монам (вещества, выделяемые половыми клетками, способствуют встрече сперматозоида с яйцеклеткой и их соединению). При контакте сперматозоида с оболочкой яйца происходит акросом- ная реакция. Она сводится к очень быстрым (занимающим не более 10-20 с) изменениям в акро-сомном аппарате головки сперматозоида, приводящим к высвобождению специальных ферментов, в частности, гиалуронидазы, которая разрушает слой фолликулярных клеток и позволяет сперматозоиду достичь поверхности яйца. Слияние гамет и предотвращение полиспермии (цитогамия). Сперматозоид приближается к поверхности яйцеклетки и сливается с ее плазматической мембраной боковой поверхностью головки, образуя цитоплазматический мостик, по которому в цитоплазму переходят ядро и центриоль сперматозоида. Сперматозоид проникает в цитоплазму яйцеклетки, изменяется агрегатное состояние яйцеклетки, уплотняется оболочка, яйцеклетка становится непроницаемой для других сперматозоидов. У человека проникновение сперматозоида в яйцеклетку является сигналом для начала второго мейотического деления, которое приводит к образованию гаплоидного ядра яйцеклетки и трех полярных телец. Слияние генетического материала. Высококон-денсированное ядро сперматозоида начинает набухать, хроматин разрыхляется, и ядро превращается в структуру, названную мужским пронук-леусом. Такие же изменения происходят в женском ядре, которые приводят к образованию женского пронуклеуса. В процессе формирования про-нуклеуса происходит синтез ДНК. (1п2С), и про-нуклеусы перемещаются к центру яйцеклетки (рис. 6.7). Затем ядерные оболочки пронуклеусов разрушаются, и пронуклеусы сливаются (кариогамия). При объединении пронуклеусов образуется зигота с диплоидным числом хромосом (2п4С).  В результате оплодотворения в зиготе получается набор парных хромосом: половина хромосом отцовского, половина — материнского происхождения. В зиготе заложены новые комбинации генов и признаков. Восстановление диплоидности набора — сигнал к запуску первого митоза. 6.3. Особенности раннего онтогенеза Зигота начинает делиться митотически. Далее проходят все этапы пренатального развития: дробление — серия митотических делений, в результате которых огромный объем цитоплазмы разделяется на различные клетки (бластомеры), у человека процесс заканчивается образованием бластоцисты; гаструляция — интегрированный процесс перераспределения клеток бластулы. Во время гаструлы клетки занимают новое положение и приобретают новых соседей. В этот период устанавливается план строения тела животного, состоящего из эктодермы (наружный слой) и энтодермы (внутренний слой), между экто- и энтодермой об- разуется третий слой — мезодерма — стадия трех зародышевых листков. Из каждого зародышевого листка формируются различные ткани и органы (табл. 6.1); О нейруляция — процесс формирования нервной трубки, которая затем даст начало головному и спинному мозгу. На 6-9-й день после оплодотворения развивающаяся зигота (бластоцист) погружается в стенку матки — имплантация (рис. 6.8).  Наружные клетки бластоциста образуют трофобласт, а из внутренней массы будет развиваться сам зародыш. В трофобласте развиваются многочисленные выросты — ворсинки, в которые врастают клетки внезародышевой мезодермы, образуя там кровеносные сосуды. Трофобласт с ворсинками называют хорионом. Хорион играет важную роль в питании развивающегося зародыша и удалении конечных продуктов обмена. На ранних стадиях обмен веществами между зародышем и матерью проходит через ворсинки хориона, затем развивается особый орган — плацента, который более эффективно осуществляет обмен между зародышем и материнским организмом (рис. 6.9).  В конце 3-й недели у зародыша начинают закладываться органы: начинает формироваться нервная, пищеварительная, кровеносная и др. системы. На пятой неделе образуются зачатки рук и ног. Между 6-й и 8-й намечаются черты лица. К 8-й неделе заканчивается закладка органов. Зародыш имеет длину 4 см и весит 5 граммов. Таблица 6.1 Зародышевые листки и закладка органов
В конце 2-го месяца дифференцированы голова и туловище, на 3-м — конечности, на 5-м прослушивается сердцебиение, плод начинает двигаться, в конце 6-го созревают внутренние органы, на 8-м плод жизнеспособен, но еще нуждается в условиях внутриутробного развития (табл. 6.2). Таблица 6.2 Основные морфогенетические процессы развития человека
Перинатальный период начинается с 28 недели беременности, включая роды (натальный период), и заканчивается через 7 дней. После чего начинается постнатальный период, включающий всебя всю жизнь человека от рождения до-смер-ти послеродовой (новорожденный, первый месяц после рождения: грудной до 12 месяцев), ясельный (1—з года), дошкольный (3-7 лет), школьный (детский, подростковый и юношеский), молодость, зрелость, пожилой возраст, старость. 6.4. Дополнение. Тератология Процесс индивидуального развития организма, начинающийся с момента оплодотворения, Имеет ряд критических периодов. Критическими периодами называют определенные этапы в онтогенезе, когда организм является наиболее уязвимым И различным факторам, воздействующим на организм. Группу факторов, которая приводит к развитию грубых аномалий, называют тератогенами, а науку, изучающую эти аномалии, тератологией; Тератогены, действующие в период эмбрионального, или зародышевого развития (с момента оплодотворения яйцеклетки до завершения основных процессов органогенеза, т.е. до конца второго — начала третьего месяца внутриутробной жизни), приводят к грубым аномалиям развития. Гибель зародышей в этот период развития достигает 70%, из каждых 10 зачатий 7 заканчиваются гибелью. Большинство зародышей гибнет в первые дни своего существования. В качестве основной причины выделяют патологии первых дроблений зиготы. Вторым периодом внутриутробного развития является плодный, или фетальный период (с конца второго — начала третьего месяца — вплоть до родов). Аномалии развития, возникающие в этот период, приводят к нарушению становления систем и органов. Плод, как правило, не погибает, но у него развиваются пороки развития, которые приводят к появлению уродств. Важное значение для здоровья ребенка имеет период беременности, охватывающий последние дни и часы пребывания в утробе матери. На ранних стадиях эмбриогенеза выделяют, так называемые, критические периоды, во время которых развивающийся орган особо чувствителен к различным экстремальным факторам (табл. 6.3). Если женщина заболеет краснухой между 3-9-й неделями беременности, то риск поражения плода такими заболеваниями, как порок сердца (6-7-я недели беременности), катаракта (3-5-я недели) и глухота (8-9-я недели) особенно высок. До и после этого срока краснуха не вызывает пороков развития плода. Сходное действие предполагается у вирусов гриппа, оспы, паратита. Тератогенным действием обладает ионизирующее облучение, между 2-й и 8-й неделями эмбриогенеза его влияние особенно сильно. Если в это время зародыш получил дозу больше 25 рад, рекомендуется прерывать беременность. Случайное возникновение пороков развития может быть вызвано воздействием химических, в том числе медикаментозных факторов на плод. В 1923 г. Стоккард (цит. по Балахонову А.В., 1990) выдвинул три основных положения тератологии: один и тот же тератоген при воздействии на разных стадиях развития может вызвать различные аномалии; одна и та же аномалия может быть следствием действия разных тератогенов; тип аномалии зависит от стадии развития. Тератогенными факторами, нарушающими пренатальное развитие, являются физические (радиация, рентген-лучи, гипо- и гипероксия, гипотермия и т.д.), химические (этиловый спирт, наркотики, некоторые пищевые консерванты, красители и добавки, моющие средства, ряд лекарственных препаратов: стрептомицин, тетрациклин, талидомид и др.) и биологические (инфекционные болезни: краснуха, корь, грипп, полиомиелит, сифилис, герпес и т.д.). В последние годы был обнаружен новый тератоген — 13-цис-ретиноевая кислота (аналог витамина А). Этот препарат широко использовался в медицинской практике для лечения угрей. Ранее было показано, что аналоги витамина А могут оказывать вредное действие на беременных самок различных животных, и поэтому этикетка на препарате предупреждала, что им не должны пользоваться беременные женщины. Однако некоторые женщины пользовались им во время беременности и сохранили беременность. У них из 59 плодов 26 родились без заметных дефектов, 12 были спонтанно абортированы и 21 родился с уродствами. Эти дети имели множественные пороки развития: -аномалии ЦНС, отсутствие или деформация ушей, расщепленное небо и др. (Lammer et al., 1985). Более детальный анализ позволил выявить критические дни для тератогенного эффекта ретиноевой кислоты, которые приурочены к 20-35 суткам после оплодотворения. Таблица 6.3 Критические периоды эмбриогенеза человека, в неделях (Мур, 1973)
В 1961 г. два исследователя независимо друг от друга (McBride, 1961; Lenz, 1962) показали, что талидомид (транквилизатор, который широко рекламировали как успокоительное средство) индуцирует появление очень редко встречающегося уродства — фокомелии — отсутствие или. недоразвитие конечностей (рис. 6.10).  Новак (Nowack, 1965) обнаружил, что талидомид является тератогенным в период от 20 до 36 суток после оплодотворения. Специфичность действия талидомида показана на рис. 6.11. После трагедии с талидомидом, в результате которой родилось более 7000 уродливых детей, начали разрабатываться схемы проверки лекарственных препаратов на тератогенный эффект. На сегодняшний день нет единого мнения, как надо испытывать тератогенность веществ для зародышей человека (результаты проверки зависят от межвидовых различий в метаболизме животных). В интересах здоровья ребенка следует проявлять крайнюю осторожность и, по возможности, вообще воздерживаться от приема лекарственных препаратов, особенно в первом триместре беременности.  Пороки развития не наследуются. Риск повторного рождения больного ребенка с аналогичным пороком предельно мал. 6.5. Задание 1. Как много типов сперматозоидов с разными комбинациями хромосом получится, если у человека 46 хромосом? 2. Могут ли в яйцеклетке быть отцовскими 20 хромосом? 3 хромосомы? и ни одной? Почему? 3. Какая вероятность того, что ребенок унаследует 23 хромосомы дедушки от матери? 4. Как много типов сперматозоидов с разными комбинациями отцовских и материнских хромосом получится из одного созревающего спер-матогония? из одного оогония? 5. Каково будет число хромосом в сперматозоидах, если у человека будет наблюдаться нерасхождение одной из фигур в анафазе-1? и в анафазе-2? 6. Мужчина получил от своего отца три хромосомы и одну от матери неправильной формы. Остальные хромосомы в кариотипе были нормальные. Какова вероятность, что все хромосомы неправильной формы окажутся в одной гамете, если: а) все хромосомы неправильной формы негомологичны? б) материнская и одна отцовская хромосомы неправильной формы гомологичны? 7. При вскрытии трупа 25-летней женщины оказалось, что яичники имеют неодинаковые размеры. При исследовании яичников в них было обнаружено: левый яичник — 19000 фолликулов, 2 желтых тела, 13 рубцов от желтых тел; правый яичник — 21000 фолликулов, 4 желтых тела, 54 рубца от желтых тел. В каком возрасте у женщины начались овуляции? Примерно сколько лет у нее могли продолжаться овуляции? 8. Сколько аллелей одного гена может содержаться в зрелой половой клетке? 9. Какие гаметы могут образовываться -у человека, если патология нерасхождения по 21 хромосоме наблюдалась в анафазе-1 мейоза? в анафазе-2? 10. Какое число хромосом будет в гаметах человека, если нерасхождение по 2-м негомологичным хромосомам произошло в анафазе-1 мейоза? в анафазе-2 мейоза? 11. Сколько яйцеклеток могут дать 6000 ооцитов 1-го порядка в процессе оогенеза? | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||