Пішак_Медична біологія_2004. Лауреат и но белівсь ко ї прем І ї мечников І
 Скачать 14.51 Mb.
|
|
Розділ 1. Біологічні основи життєдіяльності людини Рис. 1.75 Амітоз. Розмноження амеби: а 0 хв; б 6 хв; в 8 хв; г 13 хв; д 18 хв,є 21 хв. Амітоз це своєрідний тип поділу, що іноді спо- стерігається при нормальній життєдіяльності кліти- ни, а здебільшого при порушеннях функції, часто під впливом опромінення чи дії інших шкідливих чин- ників. Він властивий високодиференційованим кліти- нам. Амітоз у порівнянні з мітозом зустрічається рідше і відіграє другорядну роль у клітинному поді- лі переважної більшості живих організмів. 1.2.4.3 Ріст клітин, фактори росту Клітинний поділ у тканинах контролюється ма- ловідомими механізмами, які дозволяють поділ клітин тільки в тому випадку, коли необхідні нові клітини. Для прикладу, клітини печінки звичайно зна- ходяться в стані спокою, але при видаленні частини органа вони починають швидко ділитись і цей про- цес продовжується до того часу, поки маса печінки не досягне норми. Розглянемо приклад росту клітин у культурі. Коли на чашку з культуральним середо- вищем висівають фібробласти, вони прикріплюються до поверхні і починають ділитися. Цей процес про- довжується до того часу, поки не утвориться су- цільний шар товщиною в одну клітину. В той момент, коли вже не залишиться вільного місця, нормальні клітини перестають ділитися. Це явище отримало назву контактного гальмування. Іншим прикладом регулювання поділу клітин є контроль позиційними сигналами. Як правило, клітини у тканинах ділять- ся тільки в тому випадку, коли вони знаходяться у відповідному оточенні та є достатньо місця для їх поділу. Наприклад, у багатошаровому епідермісі шкіри поділ відбувається лише водному шарі клітин базальному. Якщо базальні клітини ін'єкціювати в розташовану глибше дерму, чи навпаки, "підняти", щоб вони втратили зв'язок з базальною мембраною, то їх поділ припиниться. Ймовірно, ці епідер- мальні клітини діляться тільки при стимуляції пев- ним невідомим фактором, що знаходиться на межі між дермою та епідермісом. Багатьом тваринним клітинам для того, щоб вижити і проліферувати, необхідні незначні кількості (приблизно і 0 моль/л) специфічних факторів росту, причому клітинам різного типу потрібні різні фак- тори чи їх сполучення. Факторами росту можуть бути білки або невеликі молекули типу пептидів чи стероїдів. Усі відомі на сьогодні поліпептидні фак- тори росту можуть бути класифіковані як декілька суперсімейств, які об'єднують речовини, близькі за первинною структурою 1) суперсімейство інсуліно подібних факторів росту (інсулін, проінсулін, релаксин 122 1.2. Молекулярно генетичний і клітинний рівні організації життя та ін.); 2) суперсімейство епідермальних факторів росту 3) суперсімейство бомбезину (бомбезин, літорин, нейротензин); 4) суперсімейство факторів росту фібробластів (ФРФ); 5) суперсімейство транс формувальних факторів росту 6) суперсімейство факторів росту тромбоцитів (ФРТ); 7) цитокіни. Через відсутність чітко охарактеризованих оз- нак і властивостей багатьох біологічно активних оечовин, що здатні модулювати клітинний ріст, і знач- ною мірою завдяки їх поліфункціональності, поки що складно дати кінцеве визначення терміну "фактор росту. Найчастіше під фактором росту розуміють поліпептиди, які, зв'язуючись із специфічними рецепторами в плазматичній мембрані клітини мішені, здійснюють певну регуляторну дію. Зважаючи на ці ознаки, до факторів росту можна також віднести :нтерлейкіни, інтерферони, фактори некрозу пухлин (ФНП) та деякі інші поліпептиди, що беруть участь з регуляції клітинної проліферації. Зміни в регуляції проліферації клітин можуть спричиняти механізми злоякісної трансформації. Суть змін полягає в наступному: 1) клітини, які в нормі здатні реагувати тільки на дію факторів росту, починають їх самі секретувати; 2) клітини, які продукують фактори росту, але нечутливі до їх дії через відсутність специфічних рецепторів, експре сують дані рецептори; 3) у клітинах, навіть за відсут- ності дії на них факторів росту, конститутивно гене- руються регуляторні сигнали, що беруть участь у запуску процесів біосинтезу ДНК та мітозів. За останні роки багато праць у галузі клітинної Зіології були присвячені пошукам причин раку та способів його лікування. Пухлинні клітини прояв- ляють ряд властивостей, небезпечних для організ му господаря, такі, як здатність проростати в інші тканини та стимулювати ріст капілярів, що забез- печує проліферуючим пухлинним клітинам добре кровопостачання. Одна з властивостей пухлинних клітин це аномальна реакція на сигнали, які конт- ролюють поділ нормальних клітин. Пухлинні кліти- ни діляться порівняно безконтрольно, що призво- лить до загибелі організму. Ракові клітини в куль- турі продовжують ділитися тоді, коли нормальні вже не діляться внаслідок контактного гальмуван- ня. Внаслідок цього вони накладаються одна на одну, коли не мають можливості розпластуватися по поверхні культуральної чашки. Окрім того, пух- Тривалість життя клітин обмежена. Багато клітин зазнає поділу, щоб замінити "зношені" клітини, а та- кож ті, які безперервно злущуються з поверхні тіла з різною швидкістю. Утворення нових клітин необхід- не для заживлення ран, відновлення пошкоджених тканин. Надмірне утворення клітин відбувається за аномальних умов при пухлинному рості. Поряд з цим є високоспеціалізовані клітини (наприклад, нервові клітини), які втрачають здатність до розмноження. Для оцінки швидкості оновлення клітинної популяції та визначення частки клітин, які вступають у мітоз, ви- користовують алкалоїд колхіцин (виділенний з цибулин Colchicum autumnale), він призупиняє процес мітозу. Після ін'єкції колхіцину в різні терміни забирають кусочки тка- нини і підраховують число фігур мітозу на зрізах. Останнім часом швидкість клітинного поділу у тканині можна оцінити більш точно, якщо поперед- ньо ввести в організм тимідин радіоактивну мітку тиміну, яка включається в нову ДНК по мірі її синтезу. В якості мітки новоутвореної ДНК застосову- ють мічений тритієм тимідин. Через різні проміжки часу, необхідні для того, щоб попередник включився в реплікуючу ДНК, тканину видаляють з організму, фіксують і виготовляють ра- діоавтографи, на яких підраховують всі фігури мітозу. Показник мітотичної активності тканини або культури тканини це число клітин, що діляться мітозом на 1 000 вивчених клітин на гістологічному препараті. Різні тканини нашого організму мають різну мітотичну активність. 123 линні клітини потребують набагато менше факторів росту, ніж звичайні клітини. Іншою фундаментальною особливістю ракових клітин є те, що вони як популяція здатні до поділу необмежено довго. На противагу, майже всі нормальні клітини ссавців гинуть після певної кількості поділів. Як правило, клітини, які належали старим тваринам, діляться меншу кількість разів, ніж клітини молодих особин; це свідчить про те, що клітини старих тварин вже використали більшу частину свого мітотичного потенціалу, перебуваючи ще в організмі. 1.2.4.4 Поняття про мітотичну активність клітин Розділ 1. Біологічні основи життєдіяльності людини Мутації в організмі людини можуть відбуватися під впливом факторів зовнішнього середовища, зок- рема внаслідок опромінення радіацією чи дії дея- ких хімічних речовин. Мутації, які відбуваються в соматичних клітинах, називаються соматичними. Для них є характерним те, що вони обмежені окре- мим організмом. Чим раніше в житті людини відбу- лася соматична мутація, тим у більшій кількості со- матичних клітин вона проявиться. Коли зрілий організм зазнає дії агента, який ви- кликає мутації в певному відсотку клітин, то клітини з індукованими мутаціями будуть оточені немутан тними клітинами тієї ж тканини; їх загальна дія буде призводити до майже нормального фенотипного ефекту. Однак, коли цьому впливу підлягає зародок, то мутації виникають у пропорційно меншій кількості клітин. Мутантні клітини зародка пізніше призведуть до дефектних тканин чи органів. У такому випадку немає компенсаторної дії нормальної тканини. Більше того, багато мутацій впливає на швидкість клітинного поділу; тому, чим раніше в розвитку організму вони виникають, тим більше відхиляєть- ся від норми розмір утвореної структури. Хоча со- матичні мутації не передаються наступним поколін- ням, проте здатні знижувати репродуктивний потен- ціал організмів, в яких вони виникли, діючи, таким чином, на генофонд наступного покоління. Порушення, до яких призводить мутація в сома- тичних клітинах, залежать від того, чи зазнає поділу клітина після виникнення мутації. Деякі високодифе ренційовані клітини людського організму (нервові клітини; клітини, які вистилають внутрішню поверх- ню тонкої кишки) не діляться. У таких випадках важ- ко виявити мутацію, оскільки у них немає нащадків, серед яких можна виділити мутантів. У клітинах, що не діляться, можуть відбуватися різноманітні мутації. в тому числі і точкові, які інактивують наявний алель чи змінюють його типа також структурні перебудо- ви. Однак клітини залишаються еуплоїдними чи май- же еуплоїдними і порушення фенотипу повинно відбу- ватися майже винятково точковими мутаціями в гетерозиготному стані і змінами положення генів. Кліти- ни, які не діляться, ймовірно рідко гинуть відразу ж після виникнення мутації, хоча вони можуть сильно порушувати функціонування клітин і призвести до їх передчасного старіння. Незважаючи нате, що в соматичних клітинах, які діляться, виникають такі ж типи мутацій, як і в клітинах, що не зазнають поділу, поділ ядра може призвести до різко вираженої анеуплоїдії. Відповід- но більшість порушень фенотипу відбувається внас- лідок анеуплоїдності, в основному через поодинокі невідновлені розриви. Необхідно зауважити, що всі відомі агенти, які викликають точкові мутації, спри- чиняють також розриви хромосом. Порушення мітозу внаслідок мутацій може призве- сти до ракових захворювань (рис. 1.76). Менделівсь ке успадкування ракових захворювань людини зустрі- чається зрідка, однак деякі пухлини, особливо добро- якісні, можуть успадковуватись як менделівські. До них належить нейрофіброматоз, різні синдроми з мно- жинними пухлинами ендокринних залоз. При цьому часто відбувається злоякісна трансформація. ^Інший механізм виникнення пухлин гомозиго тизація, яку знайшли у випадку ретинобластоми. 124 Порушення, які виникають у мітозі, призводять до утворення клітин з різними каріотипами. Такий мітоз отримав назву патологічного. Він є одним із механізмів соматичної анеуплоїдії. З патологічними мітозами повязано виникнен- ня багатьох захворювань. Порушення мітозу спо- стерігається при раку, променевій хворобі, вірус- них інфекціях. Хромосомні хвороби, викликані втра- тою або появою зайвих хромосом, також виника- ють внаслідок неправильного розходження цих структур. Внаслідок порушення процесу мітозу можуть виникати хромосомні мости, пошкоджен- ня центромер, порушення руху хромосом, утворення мікроядер, склеювання хромосом або їх розриви та ін. Значні зміни процесу мітозу спостерігають- ся в пухлинних клітинах. Вважають, що виникнен- ня патологічних мітозів одна з причин злоякісно- го переродження клітин. Клітини з аномальним числом хромосом пере- важають у людей літнього і старечого віку. 1.2.4.5 Порушення мітозу 1.2.4.6 Соматичні мутації 1.2. Молекулярно генетичний і клітинний рівні організації життя Рнс. 1.76 Карцинома легені: 1 пухлина; 2 респіраторний епітелій; 3 резервні клітини; 4 сполучна тканина; 5 кровоносні судини; Є лімфатична судина; 7 гладенький м'яз; 8 метастатичні клітини. пухлини Вільямса, які зумовлені як генеративною, так і соматичною мутаціями. Особливий зв'язок пухлин з аутосомно рецесивни ми захворюваннями, які зумовлені хромосомними розривами, можна спостерігати у випадку пігментної ксеродерми. Відомо, що основні пошкодження при цьо- му синдромі ідентифікують як дефекти репарації ДНК, які виникають після опромінення УФ променями. Різні генетичні дефекти, що впливають на роз риви хромосом та репарацію, а також недостатність імунного спостереження за канцерогенами середо вища, ймовірно, призводять до виникнення неоплазій. Однак не виключена і вірусна природа раку. Деякі пухлини організму людини можуть бути індуковані вірусами. Вірусна природа пухлини людини найбільш очевидна у випадку лімфоми Беркітта. В її розвитку беруть участь 8 мата та хромосоми. Результати вивчення онкогенів продемонструва- -и зв'язок між цитогенетикою пухлин та їх молекулярною біологією, довівши, що гени раку можуть розташовуватися недалеко від точок розривів, які вибуваються при пухлиноспецифічних хромосом- них перебудовах. Збільшення числа хворих у сім'ях забувається тільки при різних спадкових пухлин- них синдромах та інколи в так званих ракових сім'ях, які характеризуються: 1) підвищеною частотою множинних первинних злоякісних неоплазм; 2) підви шеною кількістю хворих на аденокарциноми, в основному, кишківнику та ендометрія; 3) успадкуван- ням ознак за аутосомно домінантним типом 4) за- хворюванням у більш ранньому віці. • клонування клітин знач е н н яме то д у культур и т ка- нин для б і о лог і ї там ед и ц и ни Досліджуючи властивості нормальних та пухлин- них клітин, вчені використовують метод клонування. Декілька десятиліть тому було встановлено, що соматичні клітини еукаріотів можна розмножувати in vitro, тобто підтримувати у вигляді так званих клітинних культур. Розподіл хромосом при розмноженні клітин культури відбувається мітотичним шляхом. Клітинна лінія утворюється з однієї клітини (і, таким чином, є клоном. У лабораторних умовах рослинні та тваринні клітини частіше за все проходять лише об- межену кількість поділів, а потім гинуть. Виняток ста- новлять ракові клітини. Для клітин прокаріотів характерна гаплоїдність, а для еукаріотів диплоїдіність. Це обмежує можливості генетичного аналізу, оскільки рецесивні алелі не виявляються у гетерозиготи. Клоном називають групу генетично ідентичних індивідуумів, отриманих шляхом безстатевого роз- множення або один від одного, або від деякого за- гального предка. Найпростішим прикладом такого клону може бути популяція бактерій, всі клітини якої утворилися внаслідок повторних поділів з однієї батьківської клітини. Всі бактерії у такому клоні ус- падковують гени цієї батьківської клітини. У зв'язку з експериментами по пересадженню клітинних ядер відкрилася можливість для клону- вання тварин чи людини (див. розділ 1.3.1.2). Метод клонування використовують також і для ідентифікації генів. Створюють міжвидові гібридні клітини, в яких і визначають розташування генів. Отже, можна дійти висновку, що даний метод при- несе багато наукових здобутків на користь людству. 125 Узагальнюючи дані, можна дійти висновку, що на розвиток раку впливає не тільки спадковість, але й взаємодія спадковості з середовищем. Є підста- ви вважати, що коли ми зможемо краще розуміти механізми утворення ракових пухлин, у нас буде можливість за допомогою лабораторних тестів діаг- ностувати захворювання. 1.2.4.7 Життя клітин поза організмом Розділ 1. Біологічні основи життєдіяльності людини 1. В якій фазі мітозу дочірні хромосоми (хроматиди) не- залежно і порівну розходяться до полюсів материнської клітини? ау метафазі; б) у телофазі; є) у прометафазі; г) в анафазі; д) у профазі. 2. На якому з етапів життєвого циклу клітини відбуваєть- ся подвоєння ДНК а) в анафазі; б) у профазі; в) у метафазі; г) в інтерфазі; д) у телофазі. 126 3. Який поділ призводить до утворення диплоїдного набору хромосома) мітоз; б) мейоз в) амітоз; г) множинний поділ; д) ендомітоз. 4. Поділ ядра клітини відбувається шляхом утворення перетяжки, зберігаються ядерна оболонка і ядерця, не ут- ворюється мітотичний апарат, хромосоми не спіралізу ються. Про який поділ йдеться? а) мітоз; б) мейоз в) амітоз; г) множинний поділ; д) ендомітоз. 5. Мегакаріоцити (клітини червоного кісткового мозку) можуть мати по 64 η хромосом. Який механізм їх виник- нення? а) ендомітоз; б) політенія; в) мітоз; г) амітоз; д) мейоз. 6. Мітоз складний процес, під час якого хромосоми розходяться до різних полюсів клітини. Він завершується цитокінезом. Цей процес характеризується: а) поділом ядра клітини; б) синтезом ферментів полімераз; в) розділенням цитоплазми; г) поділом хромосом д) поділом мітохондрій. 7. Під час мітотичного циклу відбувається редуплікація ДНК, однохроматидні хромосоми стають двохроматидни ми. Цей процес відбувається в а) G періоді; б) метафазі; в) G 2 nepiodi г) S nepiodi; д) профазі. 8. У культурі клітин злоякісної пухлини спостерігали події клітини, при якому ядро поділилося шляхом перешнуров ки, без утворення ахроматинового апарату. Такий поділ має назву: а) політенія; б) мейоз в) мітоз; г) амітоз; д) ендомітоз. 1. Які причини поділу клітин? Вкажіть способи роз- множення клітин. 2. Біологічний сенс мітозу. 3. Яка відмінність між поняттями "життєвий цикл" і "мітотичний цикл" клітини? 4. Які періоди розрізняють в інтерфазі, яка їх сутність? 5. Що характерно для інтерфазного ядра 6. З яких періодів складається мітотичний цикл 7. В який період мітотичного циклу відбувається ре- дуплікація ДНК 8. Назвіть і охарактеризуйте фази мітозу. 9. Вкажіть особливості стану хромосому кожній з фаз мітозу. 10. Що відбувається з хромосомами у профазі? Скільки хроматид у хромосомі? 11. Як розташовуються хромосоми в метафазі? 12. Чим закінчується телофаза? 13. Чому клітини втрачають здатність до поділу? 14. Яку фазу мітозу використовують для вивчення ка- ріотипу? 15. Що таке мітотичний індекс (МГ 16. Який механізм руху хромосом під час мітозу? 17. Що таке ендомітоз, ендоамітоз? 18. Що вам відомо про вплив алкоголю, нікотину, нар- котиків на процес ауторепродукції клітин? Питання для самоконтролю та обговорення Контрольно навчальні завдання Життя на нашій планеті надзвичайно складне і різноманітне, характеризується дискретні- стю: воно представлено окремими живими організмами які складають організмовий рівень організації. Неодмінною умовою є їх здатність до ідентичного самовідтворення, ре- дуплікації спадкового матеріалу, структурних змін. Організмовий рівень організації живого цене тільки окремі одноклітинні чи багатоклі- тинні організми, але і вся їх сукупність. Між окремими компонентами такого рівня вини- кають різні форми зв'язків: морфологічні, фізіо- логічні і генетичні, нервові і гуморальні. Проте організм виступає як єдність структури і функції. Організм як жива система характеризуєть- ся єдністю цілого і частин, що всебічно вивчає сучасна медична наука. Вагомий внесок у вивчення організмово го рівня організації зробили Ч. Дарвін, І. П. Павлов, О. Μ Ссвернов, 1.1. Шмальгаузсн та in. |