Биология. Методы изучения эукариотической клетки
 Скачать 2.57 Mb.
|
|
Тема: Гомеостаз Цель: - определить роль гомеостаза в функционировании открытых биологических систем. Задачи: - разобрать уровни поддержания и механизмы генетического гомеостаза; - рассмотреть значение различных форм регенерации в поддержании струк- турного гомеостаза; - рассмотреть роль нервной и эндокринной систем в поддержании физиоло- гического гомеостаза; - определить функции и биологическое значение гистогематических барье- ров; - углубить знания об элементах иммунной системы и механизмах формиро- вания иммунного ответа. В результате изучения данной темы студент должен знать: - уровни поддержания генетического гомеостаза; - причины, приводящие к нарушению молекулярно-генетического уровня и фенотипические последствия нарушений; - особенности проявления структурного гомеостаза на организменном, ор- ганном, тканевом и клеточном уровнях; - механизмы регуляции физиологического гомеостаза. уметь: - объяснить значение различных видов гомеостаза для обеспечения процес- сов жизнедеятельности организма; - дать характеристику кибернетические основы регуляции гомеостаза; - привести примеры структурного гомеостаза и его значение в онтогенезе человека. Вопросы для устного собеседования: 1. Гомеостаз как свойство живого. Общие закономерности и биологичес- кие проявления гомеостаза. 2. Генетический гомеостаз и механизмы его поддержания. 3. Структурный гомеостаз. Проявление структурного гомеостаза на клеточ- ном, тканевом, органном и организменном уровне. 4. Физиологический гомеостаз. Нервные и эндокринные механизмы поддер- жания гомеостаза. Понятие о гистогематических барьерах. 150 5. Иммунные механизмы гомеостаза. Органы иммунной системы. Взаимодей- ствие клеток в иммунном ответе. Актуальность темы и мотивация к изучению темы. Гомеостаз – уникальное свойство живого, которое заключается в способности организмов сохранять относительное динамическое постоянство внутренней среды при постоянно изменяющихся внешних условиях. При этом под термином «внутренняя среда» предполагаются все свойства и признаки, которые характеризуют любую биологическую систему: геном, химический состав клеток и жидкостей организма, многочисленные физиологические показа- тели, количественный и качественный клеточный состав организма и др. Механизмы гомеостаза достаточно многочисленны и реализуются на всех уровнях организации живого: молекулярно-генетическом, клеточном, тканевом, органной, организменном. И, в конечном итоге, направлены на адаптацию организма к условиям среды обитания. Самостоятельная аудиторная работа Работа 1. Генетический гомеостаз Особенности гомеостаза конкретного организма индивидуальны и определяется его генотипом, но при этом реализуются в пределах диапазона, характерного для особей данного вида. Любой современный вид является результатом длительной биологической эволюции, в ходе которой сформи- ровался оптимальный генофонд, обеспечивающий выживание. А генофонд популяции формируют гены отдельных организмов. Поэтому можно выде- лить следующие направления действия генетического гомеостаза: - сохранение стабильности генотипа конкретного организма; - обеспечение передачи наследственной информации при смене поколений; - поддержание сбалансированной системы генов в популяции. 151 Проанализируйте приведенные ниже таблицу и схему, сформулируйте возможные последствия нарушений на каждом уровне поддержания генети- ческого гомеостаза. Таблица 23 Уровни поддержания генетического гомеостаза Молекулярно- генетический Клеточный Организменный Механизмы поддержания - ферментативные и антиоксидантные системы клетки; - репарация ДНК; - апоптоз - репликация ДНК; - митоз - мейоз; - оплодотворение Молекулярно-генетический уровень Мутагенные факторы Внедрение ДНК вирусов Ошибки репликации ДНК - экзогенные - эндогенные - разрывы цепи нуклеотидов - замена нуклеотидов - присоединение к азотистым основаниям химических радикалов - образование связей между азотистыми основаниями одной цепи - добавление нуклеотидных последовательностей Работа 2. Структурный гомеостаз Структурный гомеостаз направленобновление или восстановление субклеточных и клеточных структур, которые были утрачены в процессе нормальной жизнедеятельности организма или в результате воздействия различных факторов среды. В этом процессе основную роль играют механизмы регенерации. Регенерация в широком смысле слова – это и Нарушения ДНК 152 нормальное обновление органов и тканей, и восстановление утраченного, и ликвидация повреждений, и, наконец, реконструкция (воссоздание) органа. С биологической точки зрения регенерация представляет собой приспо- собительный процесс, возникший в ходе эволюции и свойственный всему живому. Способность восстанавливать поврежденные структуры организма в значительной степени повышает жизнеспособность любого вида. В идеа- льном варианте должна восстановиться не только клеточная структура ткани или органа, но и их функция. Все ткани и органы млекопитающих обладают способностью к регенерации, различия заключаются только ее формах. Внутриклеточная регенерация является универсальной, поскольку характерна для всех тканей, и осуществляется за счет гиперплазии или гипертрофии. Для осуществления клеточной регенерации организм обладает следующими возможностями: - образование новых клеток из регионарных стволовых клеток; - временная дедифференцировка клеток в ответ на регенеративный стимул, когда дифференцированные клетки утрачивают признаки специализации, а затем снова дифференцируются в тот же клеточный тип; - метаплазия – превращение в клетки другого типа: например, хондроцит трансформируется в миоцит или наоборот. В регуляции процессов регенерации основную роль играют биологически активные вещества – гормоны, поэтины, специфические факторы роста, кейлоны и др. 153 Работа 3. Физиологический гомеостаз Физиологический гомеостаз направлен на поддержание биологических констант, т.е. устойчивых количественных показателей, характеризующих нормальное состояние организма: температура тела, физико-химические показатели крови, межклеточной жидкости и гиалоплазмы клеток, под- держание буферных систем и т.д. Осуществляется физиологический гомеостаз благодаря согласованной деятельности различных систем органов – дыхательной, пищеварительной, выделительной, кровеносной систем и др. При этом основную регулирующую роль играют нервная и эндокринная системы организма. Физиологическая Репаративная Виды регенерации 154 Кибернетические основы регуляции гомеостаза Обратная связь рецепторы нервная система система органов изменение эндокринная система орган показателя Примеры физиологического гомеостаза Углеводы пищи Физическая нагрузка Увеличение содержания увеличение концентрации глюкозы в крови СО 2 в крови Снижение содержания Снижение концентрации глюкозы в крови СО 2 в крови Используя схемы, приведите собственные примеры физиологического гомеостаза с обозначением взаимосвязи нервной и эндокринной систем в регуляции функций организма. Блок управления Стимуляция секреции инсулина Исполнительный блок Выходной блок Учащение дыхания, тахикардия Глюкорецепторы Рецепторы СО 2 Центры ВНС Центры ВНС - дыхательный - сосудодвигательный Входной блок 155 Работа 4. Иммунная система Иммунная система – совокупность всех лимфоидных органов и скоплений лимфоидных клеток тела. Лимфоидная система организма пред- ставляет собой морфологический синоним иммунной системы. Совокупность лимфоидных органов и тканей человеческого тела (вилочковая железа, селезенка, лимфатические узлы, различные лимфоидные скопления, лимфо- циты костного мозга и периферической крови) составляют единый орган иммунитета. Общая масса этого «диффузного органа» у человека около 1,5-2 кг. Общее число лимфоидных клеток составляет 10 12 . Эти клетки совместно с макрофагами осуществляют основные типы иммунных реакций, включая выработку антител и иммунокомпетентных клеток, распознающих и удаляющих генетически чужеродные субстанции. Задание: 1. Дайте определение понятиям: а) неспецифический иммунитет; б) специфический иммунитет; в) клеточный иммунный ответ; г) гуморальный иммунный ответ. 2. Используя учебные материалы, заполните таблицу. Таблица 24 Типы иммунокомпетентных клеток Клетки Функция Т-лимфоциты: - киллеры - хелперы - супрессоры В-лимфоциты * * * * * 156 Самостоятельная внеаудиторная работа Вопросы для самоконтроля знаний: 1. Какие органоиды клетки принимают участие в обезвреживании токсичес- ких веществ? 2. Какие природные вещества обладают антиоксидантными свойствами? 3. Нарушения ферментных систем репарации ДНК являются причиной наследственных заболеваний человека. Приведите примеры. 4. Какие факторы влияют на активность репаративной регенерации челове- ка? 5. Какие особенности репаративной регенерации человека? 6. Каким образом осуществляется взаимосвязь нервной и эндокринной сис- тем в поддержании физиологического гомеостаза? 7. Что относится к неспецифическим факторам иммунной защиты челове- ка? 8. Что означают термины «клеточный и гуморальный иммунитет»? 9. Какие последствия могут возникнуть при нарушениях гистогематических барьеров? Темы учебно-исследовательской работы студентов: 1. Генетические болезни, обусловленные дефектом ферментов репарации ДНК. 2. Взаимодействие нервной и эндокринной систем в поддержании физиоло- гического гомеостаза. 3. Использование органопрепаратов в медицине. * * * * * 157 Словарь терминов Гипертрофия регенерационная – увеличение размера остатка органа за счет пролиферации клеток (клеточная гиперплазия) или увеличения размеров клеток (клеточная гипертрофия) без восстановления исходной формы. Гетероморфоз – появление иной структуры на месте утраченной. Метаплазия – стойкое превращение одного типа ткани в другой, отли- чающийся от исходного морфологически и функционально. Морфаллаксис (эндоморфоз)– способ репаративной регенерации, при котором восстановление утраченных структур происходит из оставшейся части вследствие её перестройки. Регенерация внутриклеточная – восстановление внутриклеточных струк- тур; характерна для клеток, утративших способность к митотическим делениям (нейроны, миокардиоциты). Регенерация неполная – форма регенерации, при которой участок некроза замещается соединительной тканью, а нормализация функций происходит за счет гиперплазии окружающих клеток и тканей. Регенерация пролиферативная (клеточная) – восстановления численности клеток за счет их деления. Регенерация репаративная – восстановление структур организма (клеток, тканей, органов), поврежденных каким-либо патологическим процессом. Регенерация физиологическая – непрерывное обновление внутри- клеточных структур и восстановление численности клеток, утраченных в процессе нормальной жизнедеятельности организма; происходит в течение всей жизни. Эмбриогенез соматический – восстановление целого организма из его части (группы соматических клеток). Эпиморфоз – способ репаративной регенерации, при котором восстанов- ление утраченных структур происходит путём отрастания от раневой поверхности. Рекомендуемая литература: 1. Лекционный материал. 2. Биология. В 2 кн.: Учебник для медицинских специальностей вузов/ под ред. В.Н.Ярыгина. – М.: Высшая школа, 2007. – Книга 1, с. 372 – 381. 3. Биология: учебник: в 2 т. /под ред. В.Н.Ярыгина. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2014. – Т.1, с. 639 – 657. * * * * * 158 |