Биология. ИТОГ БИО. Вопрос 1. Биология. Предмет, цели, задачи. Новые биологические дисциплины
 Скачать 2.54 Mb.
|
|
Регуляторные гомеостатические механизмы функционируют на клеточном, органном, организменном и надорганизменном уровнях. • Генетические механизмы гомеостаза - самовоспроизведение, основанное на редупликации ДНК по принципу комплементарности. В случае нарушения структуры молекул ДНК восстановление генома, исправление повреждения осуществляется посредством репарации. При нарушении репарации - происходит нарушение гомеостатических реакций. • Гомеостаз клеточной среды обеспечивается мембранными системами, с которыми связаны биоэнергетические процессы и регулирование транспорта веществ в клетку и из неё. В клетке непрерывно идут процессы изменения и восстановления органоидов, особенно при повреждающих факторах (физическая нагрузка влечет увеличение количества митохондрий, увеличение сердечных сокращений, гипертрофию миокарда и т.д.). Примерами клеточных механизмов гомеостаза является репарация тканей и органов и её виды (нутриклеточная, клеточная, клеточная и внутриклеточная). Классификация тканей по способности к репарации: • Репаративная регенерация и способы её осуществления (эпиморфоз, морфолаксис, эндоморфоз, регенерационная гипертрофия, регенерационная индукция). • Репаративная регенерация у человека: внутриклеточная, регенерационная гипертрофия, полная регенерация. • Системные механизмы обеспечиваются взаимодействием регуляторных систем: нервной, эндокринной и иммунной. Физиологические механизмы гомеостаза основаны на понятиях кибернетики: живой организм - сложная, управляемая система, в которой происходит взаимодействие многих переменных как внешней, так и внутренней среды. Входные переменный в системе различным образом изменяются и превращаются в выходные переменные. Выходные переменные зависят от входных и от функций (закона поведения) системы. Этот процесс осуществляется посредством механизма обратной связи. В биологических системах входные элементы: пища, вода, болевой или другой раздражители; выходные - выделяемые вещества, эффект действия органа, реакция. Обратная связь означает влияние выходного сигнала на управляющую часть системы. Отрицательная обратная связь уменьшает влияние входного воздействия на величину выходного сигнала, а положительная - увеличивает. Отрицательная обратная связь способствует восстановлению исходного состояния Аминь леч фак (+ к карме) организма, при положительной изменение нарушенного показателя прогрессирует, нормализация не происходит и функция отклоняется от исходного состояния, что приводит к нарушению гомеостаза. (рН крови 7, 32-7, 45). Сдвиг на 0, 1 приводит к нарушению сердечной деятельности. Примерами системных проявлений гомеостаза могут быть: сохранение постоянства температуры, артериального давления. Элементарные и системные проявления гомеостаза можно рассматривать как норму реакции на изменение условий среды. Живой организм представляет собой пример ультрастабильной системы, что выражается в удержании переменных показателей организма в физиологических пределах несмотря на изменение условий существования. Это В сложном многоклеточном организме как прямые, так и обратные связи осуществляются не только нервными, но и гормональными (эндокринными) механизмами. Каждая из желез, входящая в эндокринную систему, оказывает влияние на прочие органы этой системы и в свою очередь испытывает влияние со стороны последних. Основной принцип гомеостаза в эндокринной системе может быть сформулирован как сохранение равновесия между напряжением секреторной активности данной железы и концентрации ее гормона, находящегося в циркуляции. Так, например, когда количество гормонов щитовидной железы повышается сверх нормы, функциональная активность самой железы ослабляется, и, наоборот. Эндокринные железы можно разделить на две группы по отношению их к передней доле гипофиза. Последняя считается центральной , а прочие эндокринные железы - периферические . Это разделение основано на том, что передняя доля гипофиза продуцирует так называемые тропные гормоны, которые активируют некоторые периферические эндокринные железы. В свою очередь, гормоны периферических эндокринных желез действуют на переднюю долю гипофиза, угнетая секрецию тропных гормонов. Реакции, обеспечивающие гомеостаз , не могут ограничиваться какой-либо одной эндокринной железой, а захватывают в той или иной степени все железы. Возникающая реакция приобретает цепное течение и распространяется на другие эффекторы. Физиологическое значение гормонов заключается в регуляции других функций организма, а потому цепной характер должен быть выражен максимально. Постоянные нарушения среды организма способствуют сохранению ее гомеостаза в течение длительной жизни. Если создать такие условия жизни, при которых ничто не вызывает существенных сдвигов внутренней среды, то организм окажется полностью безоружен при встрече с окружающей средой и вскоре погибает. Эндокринные механизмы гомеостаза по Б. М. Заводовскому - механизм плюс-минус взаимодействия, т.е. уравновешивание функциональной активности железы с концентрацией гормона. При высокой концентрации гормона (выше нормы) деятельность железы ослабляется и наоборот. Такое влияние осуществляется путем действия гормона на продуцирующую его железу. У ряда желез регуляция устанавливается через гипоталамус и переднюю долю гипофиза, особенно при стресс-реакции. Объединение в гипоталамусе нервных и эндокринных механизмов регуляции позволяет осуществлять сложные гомеостатические реакции, связанные с регуляцией висцеральной функции организма. Управление такими функциями обеспечивается гормонами. Отдельные группы нейросекреторных клеток продуцируют гормоны, непосредственно влияющие на определенные органы. В свою очередь гипофиз находится под контролем гипоталомической области, где выделяются особые, активирующие гипофиз, факторы. Все жизненные процессы организма подчинены строгой ритмичности: суточной, месячной, годовой и т.д. Установлено, что проблемы влияния геофизических факторов на процессы адаптации человека тесно соприкасаются с проблемами биоритмологии. Главный признак ритмических процессов - их повторность. Аминь леч фак (+ к карме) Под РИТМАМИ понимают периодически повторяющиеся явления природы (А. М. Эмме, 1967). Ритмы, регистрируемые в живом мире, называются БИОЛОГИЧЕСКИМИ . Их можно охарактеризовать, как регуляторные количественные и связанные с ними качественные изменения некоторых особенностей биологических процессов, происходящих на разных уровнях организации живого: клеточном, тканевом, организменном и популяционном. Ритм нервной системы определяет ритм возбуждения и торможения, в частности, фундаментальный ритм высших организмов - сна и бодрствования, который обеспечивает функцию всех систем организма. Подвержен периодизации электролитический и гормональный состав внутренней среды. Эндокринные железы имеют суточную ритмическую деятельность и в то же время определяют ритмы некоторых функций организма. Всем клеткам организма свойствен самостоятельный суточный ритм, не зависящий от гормонов. Биологические ритмы , совпадающие по длительности с соответствующими геофизическими циклами, называют "экологическими" или "адаптационными". Это многолетние, годовые, сезонные, лунные, приливно-отливные и суточные изменения жизнедеятельности. По степени зависимости от внешних условий биологические ритмы разделяют на экзогенные и эндогенные. Экзогенные ритмы зависят от ритмики геофизических и космических факторов (фотопериодизация температуры, атмосферного давления, гравитации и т.д.). Эндогенные ритмы совершаются при постоянных внешних условиях. Чаще всего - это суточные ритмы жизненных функций организма (митотическое деление клеток, секреция гормонов и т.д.). Анализ хронобиологических закономерностей в общебиологическом эволюционном плане способствует глубокому изучению биологических механизмов гомеостаза человека и целенаправленному использованию эффективных средств, повышающих устойчивость к экстремальным факторам. Итак, гомеостаз - большая проблема современной биологии и медицины потому, что явление гомеостаза означает не только сохранение постоянства или оптимальное восстановление и приспособление организма в онтогенезе к условиям окружающей среды. С механизмами гомеостаза в онтогенезе к условиям окружающей среды. С механизмами гомеостаза в онтогенезе связано качественное изменение свойств организма и его реактивность. Сама болезнь по своей биологической сущности также представляет собой проблему гомеостаза, нарушение его механизмов и путей восстановления. На основе закономерностей гомеостаза проводится разработка эффективных методов гигиены и рациональной терапии. Вопрос №39. Поддержание генетического гомеостаза на молекулярно-клеточном уровне. Репарация ДНК. Виды репарации, проходящих в разные периоды клеточного цикла. Генетический гомеостаз на молекулярно-генетическом, клеточном и организменном уровнях направлен на поддержание сбалансированной системы генов, содержащей всю биологическую информацию организма. Механизмы онтогенетического (организменного) гомеостаза закреплены в истрически сложившемся генотипе. Результатом нарушения генетического гомеостаз являются мутации (генные, хромосомные, геномные) Поддержание генетического гомеостаза на молекулярно-генетическом уровне происходит за счёт точной репликации и репарации. Репликация ДНК характеризуется исключительной точностью, но примерно один раз на 10-5-10-6 нуклеотидных остатков происходят ошибки спаривания комплементарных нуклеотидов. ДНК-полимеразы обеспечивают удаление ошибочно спаренных с матрицей нуклеотидов. Если Аминь леч фак (+ к карме) происходит обнаружение не комплементарной пары нуклеотидов, ДНК-полимераза откатывается на один шаг назад (5`-3` активность) и может исключить неправильный нуклеотид из цепочки, затем вставить на его место комплементарный, после чего репликация продолжается в нормально режиме. Корректорская активность ДНК-полимераз обеспечивает снижение частоты ошибок репликации в 10 раз. Тем не менее, ошибки ДНК-полимераз являются основным источником спонтанных мутаций. Клетки способны исправлять химические повреждения нуклеотидов и разрывы молекул ДНК, поврежденных при синтезе или в результате воздействия физических или химических агентов. Репарация ДНК – особая функция клеток, осуществляется специальными ферментными системами. Значительная часть изменений структуры ДНК, возникших в одной полинуклеотидной цепи, устраняется в ходе активности ферментов, использующих неповрежденную цепь в качестве матрицы. Благодаря системе репарации в среднем из 1000 повреждений ДНК различного типа лишь 1 приводит к мутации. В зависимости от времени выявления нарушений и их устранения репарация может быть дорепликативной, пострепликативной и SOS репарацией. Поврежденные основания могут быть исправлены различными путями: • Прямая репарация - химическое исправление повреждений нуклеотидов ферментами до репликации без разрушения цепи ДНК. • Эксцизионная репарация происходит также до репликации и включает ряд этапов: • Удаление измененного участка цепи ДНК (нуклеазы) • Восстановление его исходной структуры на матрице неповрежденной цепи ДНК по принципам комплементарности и антипараллельности (ДНК-полимераза) • Вшивание вновь синтезированного фрагмента в репарируемую нуклеотидную последовательность (ДНК-лигаза) Пострепликативная репарация происходит тогда, когда в ДНК возникает так много повреждений, что в ходе эксцизионной репарации клетка не успевает их полностью устранить. В результате после репликации такой ДНК в дочерней цепи на месте повреждений, имеющихся в материнской нити, образуются «бреши». Они могут быть устранены в процессе рекомбинативной репарации путем обмена между двумя сестринскими цепями ДНК. SOS репарация включается тогда, когда повреждений в ДНК становится настолько много, что угрожает жизни клетки. Она основана на индукции SOS-генов, кодирующих ряд внутриклеточных процессов, ведущих, в конечном счете, к восстановлению очень значительных повреждений ДНК. Следует помнить, что сама SOS репарация может приводить к возникновению мутаций, т.к. в ходе такой репарации восстанавливается целостность молекулы ДНК, но не правильность нуклеотидной послеовательности Ряд наследственных болезней человека связан с нарушениями систем репарации: • Пигментная ксеродерма – повышенная чувствительность к солнечному свету, приводящая к развитию рака кожи. • Трихотиодистрофия – повышенная фоточувствительность, умственная отсталость, чешуйчатая кожа (ихтиоз), неврологические нарушения, дефекты роста и развития. • Синдром Блюма – задержка роста и развития, свето-индуцированное поражение капилляров кожи, нарушение иммунной системы, предрасположенность к инфекционным и раковым заболеваниям. • Атаксия – телеангиэктазия (АТ) – церебральная атаксия, прогрессирующая умственная отсталость, расширение капилляров, предрасположенность к раковым заболеваниям • Прогерия – преждевременное старение. Аминь леч фак (+ к карме) Вопрос №40. Поддержание генетического гомеостаза на организменном уровне. Неспецефические гуморальные и клеточные механизмы, обеспечивающие защиту организма от чужеродных факторов. На организменном уровне постоянство внутренней среды возможно лишь при условии постоянного притока извне веществ для работы «химической машины» организма, непрерывно расходующего топливо, окислитель и сырье для своих производств. Другим условием постоянства является непрерывный отвод отходов производства. Обе эти задачи решает физиологический комплекс систем организма, своего рода транспортный узел. Поэтому анализ концепции гомеостаза на организменном уровне всегда идет параллельно с анализом свойств биосистем как открытых систем. Физиологические регуляции в норме отлично справляются со своими функциями. Если в физиологическом комплексе возникают неполадки, их можно скорректировать инженерно- физиологическими методами. Однако как естественные. Так и инженерно-физиологческие механизмы способны эффективно выполнить задачу снабжения метаболической системы организма только при одном весьма существенном условии: в окружающей среде должны быть необходимые запасы, из которых физиологические источники будут черпать свои потоки. Границами организма, на которых должны находиться такие ресурсы, являются альвеолярные поверхности в легких (через них в организм поступает окислитель) и слизистые оболочки в желудочно-кишечном тракте (где возникают физиологические потоки топлива). В отличие от одноклеточных, живущих в гомогенной среде, животные организмы часто действуют в сложной неоднородной среде, где пища и вода распределены неравномерно и непредсказуемо. Задача, состоящая в непрерывной подаче на вход физиологических механизмов нужных веществ – пищи и воды, оказывается в таких условиях намного труднее. Живые системы для ее решения пошли по пути создания сложных информационно- кибернетических сисем обеспечения жизнедеятельности. Структура животного организма, таким образом, сформировалась как единство метаболической части – биохимической машины с физиологическим оснащением и информационно-кибернетической части, позволяющей физиологическому оснащению работать во все более сложных условиях окружения. В этом смысле можно говорить и об информационно-кибернетических механизмах гомеостаза в организме. Расширение информационно-кибернетических механизмов освоения окружающей среды и их совершенствования привело к развитию эволюционных процессов. Формы защиты Биологическая сущность Неспецифические факторы Естественная индивидуальная неспецифическая устойчивость к чужеродным агентам Защитные барьеры организма: Кожа,эпителий, гематолимфатический, печеночный, гематоэнцефалический, гематофтальмичесий, гематотестикулярный, гематофолликулярный, гематосаливарный Препятствуют проникновению в организм и органы чужеродных агентов Неспецифическая клеточная защита (клетки крови и соединительной ткани) Фагоцитоз, инкапсулирование, образование клеточных агрегатов, коагуляция плазмы Аминь леч фак (+ к карме) Иммунитет_–_реакции_специфической_защиты_организма_о_генетически_чужеродных_факторов._Понятие_о_контитуциональной,_клеточной_и_гуморальной_формах_иммунитета.'>Вопрос №41. Иммунитет – реакции специфической защиты организма о генетически чужеродных факторов. Понятие о контитуциональной, клеточной и гуморальной формах иммунитета. Вопрос №42. Регенерация – механизм поддержания структурно-функционаьного гомеостаза. Виды способы регенерации: физиологическая и репаративная, эпиморфоз, эндоморфоз, морфаллаксис, соматический эмбриогенез. Клеточные механизмы регенерации. Жизнь организма, работа его различных систем, органов, отдельных клеток, все многообразие их реакций на внешние воздействия сопровождаются заменой старых структур новыми, или регенерацией. Регенерация является материальной основой процессов адаптации и компенсации нарушения функций, которые обеспечивают сохранение гомеостаза в меняющихся условиях среды. Неспецифическая гуморальная защита Действие на патогенные агенты неспецифических веществ в выделениях кожных желез, слюне, слезной жидкости, желудочном и кишечном соке, крови(интерферон) и т.д. Иммунитет Специализированные реакции иммунной системы на генетически чужеродные агенты, живые организмы, злокачественные клетки Конституциональный иммунитет Генетически предопределенная устойчивость отдельных видов, популяций и особей к возбудителям определенных заболеваний или агентам молекулярной природы, обусловленная несоответствием чужеродных агентов и рецепторов клеточных мембран, отсутствием в организме определенных веществ, без которых чужеродный агент не может существовать; наличие в организме ферментов, уничтожающих чужеродный агент Клеточный Появление повышенного количества избирательно реагирующих с данным антигеном Т-лимфоцитов Гуморальный Образование циркулирующих с кровью специфических антител к определенным антигенам |