Биология – теоретическая основа медицины. Методы исследования и этапы развития биологии.

Стр 1 из 29Следующая ⇒

Прокариоты и эукариоты. Клеточная теория, ее история и современное понимание. Значение клеточной теории для биологии и медицины.

Все организмы, имеющие клеточное строение, делятся на две группы: предъядерные (прокариоты) и ядерные (эукариоты).

Клетки прокариот, к которым относятся бактерии, в отличие от эукариот, имеют относительно простое строение. В прокариотической клетке нет организованного ядра, в ней содержится только одна хромосома, которая не отделена от остальной части клетки мембраной, а лежит непосредственно в цитоплазме. Однако в ней также записана вся наследственная информация бактериальной клетки.

Цитоплазма прокариот по сравнению с цитоплазмой эукариотических клеток значительно беднее по составу структур. Там находятся многочисленные более мелкие, чем в клетках эукариот, рибосомы. Функциональную роль митохондрий и хлоропластов в клетках прокариот выполняют специальные, довольно просто организованные мембранные складки.

Клетки прокариот, так же как и эукариотические клетки, покрыты плазматической мембраной, поверх которой располагается клеточная оболочка или слизистая капсула. Несмотря на относительную простоту, прокариоты являются типичными независимыми клетками.

Для растительной клетки характерно наличие различных пластид, крупной центральной вакуоли, которая иногда отодвигает ядро к периферии, а также расположенной снаружи плазматической мембраны клеточной стенки, состоящей из целлюлозы. В клетках высших растений в клеточном центре отсутствует центриоль, встречающаяся только у водорослей. Резервным питательным углеводом в клетках растений является крахмал.

В клетках представителей царства грибов клеточная стенка обычно состоит из хитина - вещества, из которого построен наружный скелет членистоногих животных. Имеется центральная вакуоль, отсутствуют пластиды. Только у некоторых грибов в клеточном центре встречается центриоль. Запасным углеводом в клетках грибов является гликоген.

В клетках животных отсутствует плотная клеточная стенка, нет пластид. Нет в животной клетке и центральной вакуоли. Центриоль характерна для клеточного центра животных клеток. Резервным углеводом в клетках животных также является гликоген.

Клеточная теория — основополагающая для биологии теория, сформулированная в середине XIX века, предоставившая базу для понимания закономерностей живого мира и для развития эволюционного учения. МаттиасШлейден и Теодор Шванн сформулировали клеточную теорию, основываясь на множестве исследований о клетке (1838). Рудольф Вирхов позднее (1858) дополнил её важнейшим положением (всякая клетка происходит от другой клетки).

Шлейден и Шванн, обобщив имеющиеся знания о клетке, доказали, что клетка является основной единицей любого организма. Клетки животных, растений и бактерии имеют схожее строение. Позднее эти заключения стали основой для доказательства единства организмов. Т. Шванн и М. Шлейден ввели в науку основополагающее представление о клетке: вне клеток нет жизни.

создатели теории так сформулировали её основные положения:

1. Все животные и растения состоят из клеток.

2. Растут и развиваются растения и животные путём возникновения новых клеток.

3. Клетка является самой маленькой единицей живого, а целый организм — это совокупность клеток.

ОСНОВЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СОВРЕМЕННОЙ КЛЕТОЧНОЙ ТЕОРИИ:

· Клетка – наименьшая структурно-функциональная единица живого;

· Все клетки сходны по строению, химическому составу и обмену веществ

· «каждая клетка из клетки», т.е. новая клетка образуется исключительно

из исходной материнской путем деления;

· Клетка – единица развития живых организмов, так как многие организмы

развиваются из одной клетки – зиготы, споры;

· В многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой

функции и образуют ткани: из тканей образуются органы, которые тесно

связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам

регуляции.

Объединяет все клеточные структуры и обеспечивает взаимодействие между ними.

Для цитоплазмы живой клетки характерно постоянное движение ее коллоидных частиц и других компонентов (циклоз). Циклоз обеспечивает транспорт веществ и перемещение органелл (например, движение хлоропластов, пищеварительных вакуолей), оптимизацию процессов обмена веществ, удаление продуктов метаболизма из клетки.

Большинство органоидов имеет мембранное строение. Среди них выделяют двумембранные (митохондрии, пластиды, ядро) и одномембранные (аппарат Гольджи, эндоплазматический ретикулум, лизосомы, вакуоли растительных и грибных клеток, пульсирующие вакуоли, пероксисомы). Немембранное строение имеют клеточный центр, рибосомы, органеллы движения клетки – жгутики, реснички, миофибриллы.

Включения – непостоянные структуры, встречающиеся в некоторых клетках в разные периоды их жизни (зерна крахмала, белков, капли секрета).Это непостоянные компоненты цитоплазмы, содержание которых меняется в зависимости от функционального состояния клетки. Они выполняют определенные функции, необходимые для жизнедеятельности клетки. Различают трофические, секреторные включения, экскреторные. Трофические включения – это различные запасы питательных веществ. В растительных клетках представлены крахмальными и белковыми зернами, липидными каплями. В животных клетках – капли жира, глыбки гликогена и желток в яйцах. Секреторные включения являются продуктами функционирования желез внутренней секреции (ферменты, гормоны, капельки слюны и др.). Экскреторные включения содержат продукты обмена веществ (ненужные или вредные), подлежащие выведению из клетки и организма (например, мочевая кислота в клетках почек, желчные пигменты в клетках печени, кристаллы оксалата кальция в клетках растений.

3.ЯДРО – открыто в 1831г Р.Брауном.как правило 1 ядро, но встречаются и многоядерные клетки. Некоторые клетки могут в процессе специализации утрачивать свои ядра (Эр). форма – шаровидная или яйцевидная. Составная часть ядра – ядерная оболочка и кариоплазма(содержит хроматин- хорошо окрашиваемые гранулы и нитевидные структуры, содержит ДНК в комплексе с белками и ядрышки- только в неделящихся клетках- центр образования субчастиц рибосом). Состояние спирализованности дает возможность реализации наследственной информации и удвоения генетического материала. В процессе деления спирализация хроматина увеличивается, что приводит к формированию хромосом. Ядро выполняет важные ф-ции по хранению и использованию наследственной информации, регулирует всю жизнедеятельность клетки в 1866г Эрнст Геккель связал наследственность с ядром.

4.Ядрышко – самая плотная структура ядра, в нем образуются рибосомальные РНК и рибосомы.

Генетический код – это система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот, основанная на определённом чередовании последовательностей нуклеотидов в ДНК или РНК, образующих кодоны, соответствующие аминокислотам в белке.

Генетический код имеет несколько свойств.

1.Триплетность.

2.Вырожденность или избыточность.

3.Однозначность.

4.Полярность.

5.Неперекрываемость.

6.Компактность.

7.Универсальность.

Генетический код, как и многое сложно организованные система имеет наименьшую структурную и наименьшую функциональную единицу. Триплет – наименьшая структурная единица генетического кода. Состоит она из трёх нуклеотидов. Кодон – наименьшая функциональная единица генетического кода. Как правило, кодонами называют триплеты иРНК. В генетическом коде кодон выполняет несколько функций. Во-первых, главная его функция заключается в том, что он кодирует одну аминокислоту. Во-вторых, кодон может не кодировать аминокислоту, но, в этом случае, он выполняет другую функцию (см. далее). Как видно из определения, триплет – это понятие, которое характеризует элементарную структурную единицу генетического кода (три нуклеотидов). Кодон – характеризует элементарную смысловую единицу генома – три нуклеотида определяют присоединение к полипептидной цепочки одной аминокислоты.

Элементарную структурную единицу вначале расшифровали теоретически, а затем её существование подтвердили экспериментально. И действительно, 20 аминокислот невозможно закодировать одним или двумя нуклеотидом т.к. последних всего 4. Три нуклеотида из четырёх дают 4³ = 64 варианта, что с избытком перекрывает число имеющихся у живых организмах аминокислот.

Представленные в таблице 64 сочетания нуклеотидов имеют две особенности. Во-первых, из 64 вариантов триплетов только 61 являются кодонами и кодируют какую либо аминокислоту, их называют смысловые кодоны. Три триплета не кодируютаминокислот а являются стоп-сигналами, обозначающие конец трансляции. Таких триплетов три – УАА, УАГ, УГА, их ещё называют «бессмысленные» (нонсенс кодоны). В результате мутации, которая связана с заменой в триплете одного нуклеотида на другой, из смыслового кодона может возникнуть бессмысленный кодон. Такой тип мутации называют нонсенс-мутация. Если такой стоп-сигнал сформировался внутри гена (в его информационной части), то при синтезе белка в этом месте процесс будет постоянно прерываться – синтезироваться будет только первая (до стоп-сигнала) часть белка. У человека с такой патологией будет ощущаться нехватка белка и возникнут симптомы, связанные с этой нехваткой. Например, такого рода мутация выявлена в гене, кодирующем бета-цепь гемоглобина. Синтезируется укороченная неактивная цепь гемоглобина, которая быстро разрушается. В результате формируется молекула гемоглобина лишённая бета-цепи. Понятно, что такая молекула вряд ли будет полноценно выполнять свои обязанности. Возникает тяжёлое заболевания, развивающееся по типу гемолитической анемии (бета-ноль талассемия, от греческого слова «Таласа» - Средиземное море, где эта болезнь впервые обнаружена).

Механизм действия стоп-кодонов отличается от механизма действия смысловых кодонов. Это следует из того, что для всех кодоны, кодирующие аминокислоты, найдены соответствующие тРНК. Для нонсенс-кодонов тРНК не найдены. Следовательно, в процессе остановки синтеза белка тРНК не принимает участие.

14.Биосинтез белка.

Пластический обмен (ассимиляция или анаболизм) – совокупность реакций биологического синтеза. Название этого вида обмена отражает его сущность: из веществ, поступающих в клетку из вне, образуются вещества, подобные веществам клетки.

Рассмотрим одну из важнейших форм пластического обмена – биосинтез белков. Биосинтез белков осуществляется во всех клетках про -и эукариот. Информация о первичной структуре (порядке аминокислот) белковой молекулы закодирована последовательностью нуклеотидов в соответствующем участке молекулы ДНК — гене.

Ген— это участок молекулы ДНК, определяющий порядок аминокислот в молекуле белка. Следовательно, от порядка нуклеотидов в гене зависит порядок аминокислот в полипептиде, т.е. его первичная структура, от которой в свою очередь зависят все другие структуры, свойства и функции белковой молекулы.

Начало процесса трансляции определяет кодон-инициатор (АУГ, в ДНК — ТАЦ), кодирующий аминокислоту метионин. Этот кодон первым входит в рибосому. Впоследствии метионин, если он не предусмотрен в качестве первой аминокислоты данного белка, отщепляется.

Для того, чтобы синтезировался белок, информация о последовательности нуклеотидов в его первичной структуре должна быть доставлена к рибосомам. Этот процесс включает два этапа – транскрипцию и трансляцию.

Транскрипция (переписывание) информации происходит путем синтеза на одной из цепей молекулы ДНК одноцепочной молекулы РНК, последовательность нуклеотидов которой точно соответствует последовательности нуклеотидов матрицы – полинуклеотидной цепи ДНК.

Она (и - РНК) является посредником, передающим информацию от ДНК к месту сборки молекул белка в рибосоме. Синтез и - РНК (транскрипция) происходит следующим образом. Фермент (РНК - полимераза) расщепляет двойную цепочку ДНК, и на одной из ее цепей (кодирующей) по принципу комплементарности выстраиваются нуклеотиды РНК. Синтезированная таким образом (матричный синтез) молекула и - РНК выходит в цитоплазму, и на один ее конец нанизываются малые субъединицы рибосом.

Второй этап в биосинтезе белка — трансляция — это перевод последовательности нуклеотидов в молекуле и - РНК в последовательность аминокислот в полипептиде. У прокариот, не имеющих оформленного ядра, рибосомы могут связываться с вновь синтезированной молекулой и - РНК сразу же после ее отделения от ДНК или даже до полного завершения ее синтеза.У эукариот и - РНК сначала должна быть доставлена через ядерную оболочку в цитоплазму. Перенос осуществляется специальными белками, которые образуют комплекс с молекулой и - РНК. Кроме функций переноса эти белки защищают и - РНК от повреждающего действия цитоплазматических ферментов.

В цитоплазме на один из концов и - РНК (а именно на тот, с которого начинается синтез молекулы в ядре) вступает рибосома и начинается синтез полипептида. По мере продвижения по молекуле РНК рибосома транслирует триплет за триплетом, последовательно присоединяя аминокислоты к растущему концу полипептидной цепи. Точное соответствие аминокислоты коду триплета и - РНК обеспечивается т - РНК.

Транспортные РНК (т - РНК) «приносят» аминокислоты в большую субъединицу рибосомы. Молекула т - РНК имеет сложную конфигурацию. На некоторых участках ее между комплементарными нуклеотидами образуются водородные связи, и молекула по форме напоминает лист клевера. На ее верхушке расположен триплет свободных нуклеотидов (антикодон), который соответствует определенной аминокислоте, а основание служит местом прикрепления этой аминокислоты.

Каждая т - РНК может переносить только свою аминокислоту. Т-РНК активируется специальными ферментами, присоединяет свою аминокислоту и транспортирует ее в рибосому. Внутри рибосомы в каждый данный момент находится всего два кодона и-РНК. Если антикодон т-РНК является комплементарным кодону и-РНК, то происходит временное присоединение т-РНК с аминокислотой к и-РНК. Ко второму кодону присоединяется вторая т-РНК, несущая свою аминокислоту. Аминокислоты располагаются рядом в большой субъединице рибосомы, и с помощью ферментов между ними устанавливается пептидная связь. Одновременно разрушается связь между первой аминокислотой и ее т-РНК, и т-РНК уходит из рибосомы за следующей аминокислотой. Рибосома перемещается на один триплет, и процесс повторяется. Так постепенно наращивается молекула полипептида, в которой аминокислоты располагаются в строгом соответствии с порядком кодирующих их триплетов (матричный синтез).

Одна рибосома способна синтезировать полную полипептидную цепь. Однако, нередко по одной молекуле и-РНК движется несколько рибосом. Такие комплексы называются полирибосомами. После завершения синтеза полипептидная цепочка отделяется от матрицы – молекулы и-РНК, сворачивается в спираль и приобретает свойственную ей (вторичную, третичную или четвертичную) структуру. Рибосомы работают очень эффективно: в течение 1с бактериальная рибосома образует полипептидную цепь из 20 аминокислот.

Участки хромосомы

Центромера (первичная перетяжка) это место соединения двух хроматид; к центромере присоединяются нити веретена деления. По сторонам от центромеры лежат плечи хромосомы. В зависимости от места расположения центромеры хромосомы делят на равноплечие (метацентрические) неравноплечие (субметацентрические) палочковидные (акроцентрические) – имеется только одно плечо.

Вторичная перетяжка – ядрышковый организатор, содержит гены рРНК, имеется у одной – двух хромосом в геноме.

Теломеры – концевые участки хромосом, содержащие до 10 тысяч пар нуклеотидов с повторяющейся последовательностью ТТАГГГ. Теломеры не содержат генов, они защищают концы хромосом он действия нуклеаз – ферментов, разрушающих ДНК обеспечивают прикрепление концов хромосом изнутри к ядерной оболочке

защищают гены от концевойнедорепликации.

Хромосомы являются носителями материальных основ наследственности – генов. В основе действия гена в процессе развития организма лежит его способность через посредство РНК определять синтез белков. В молекуле ДНК, входящей в состав хромосом, «записана» информация, определяющая химическую структуру белков.

Хромосомы (греч. хрома – краска исома – тело; были так названы из-за способности к интенсивному окрашиванию) – это важнейший органоид ядра, образованный ДНК в комплексе с основным белком – гистоном, содержащим большое количество лизина и аргинина; этот комплекс составляет около 90% вещества хромосом. В состав хромосом входят также РНК, кислые белки, липиды, минеральные вещества и фермент ДНК-полимераза, необходимый для репликации (удвоения) ДНК. Хромосомы могут иметь длину, в десятки и сотни раз превышающую диаметр ядра. В интерфазу (период между делениями) хромосомы деспирализованы, видны только в электронный микроскоп и представляют собой длинные тонкие нити хроматина. В этот период идет процесс удвоения (редупликации) хромосом; в конце интерфазы каждая хромосома состоит из двух хроматид. Она имеет первичную перетяжку, на которой расположена центромера; перетяжка делит хромосому на два плеча одинаковой или разной длины. Центромера служит местом прикрепления нити веретена деления. У ядрышковых хромосом имеется также вторичная перетяжка, где формируется ядрышко.

Функция хромосом заключается в контроле над всеми процессами жизнедеятельности клетки. Хромосомы являются носителями генетической информации. Наследственная информация передается путем репликации молекулы ДНК. Число, размер и форма хромосом строго специфичны для каждого вида.

В половых клетках и в спорах у растений содержится одинарный (гаплоидный) набор хромосом, в соматических клетках – двойной (диплоидный) набор. Бывают также полиплоидные клетки. Различают гомологичные (парные, соответствующие) и негомологичные хромосомы. Хромосомы, определяющие развитие пола, называют половыми. Хромосомы соматических клеток называют аутосомами.

Кариотип - (от карио... и греч. typos - отпечаток, форма), типичная для вида совокупность морфологических признаков хромосом (размер, форма, детали строения, число и т. д.). Важная генетическая характеристика вида, лежащая в основе кариосистематики. Для определения кариотипа используют микрофотографию или зарисовку хромосом при микроскопии делящихся клеток.

Кариограмма - графическое изображение Кариотипадля количественной характеристики каждой хромосомы. Один из типов К. — идиограмма — схематическая зарисовка хромосом, расположенных в ряд по их длине. Др. тип К. — график, на котором координатами служат какие-либо значения длины хромосомы или её части и всего кариотипа (например, относительная длина хромосом) и так называемый центромерный индекс, т. е. отношение длины короткого плеча к длине всей хромосомы. Расположение каждой точки на К. отражает распределение хромосом в кариотипе. Основная задача кариограммного анализа — выявление гетерогенности (различий) внешне сходных хромосом в той или иной их группе.

Основные стадии митоза.

1.Редупликация (самоудвоение) генетической информации материнской клетки и равномерное распределение ее между дочерними клетками. Это сопровождается изменениями структуры и морфологии хромосом, в которых сосредоточено более 90% информации эукариотической клетки.

2.Митотический цикл состоит из четырех последовательных периодов: пресинтетического (или постмитотического) G1, синтетического S, постсинтетического (или премитотического) G2 и собственно митоза. Они составляют автокаталитическую интерфазу (подготовительный период).

Фазы клеточного цикла:

1) пресинтетическая (G1) (2n2c, где n-число хромосом, c- число молекул). Идет сразу после деления клетки. Синтеза ДНК еще не происходит. Клетка активно растет в размерах, запасает вещества, необходимые для деления: белки (гистоны, структурные белки, ферменты), РНК, молекулы АТФ. Происходит деление митохондрий и хлоропластов (т. е. структур, способных к ауторепродукции). Восстанавливаются черты организации интерфазной клетки после предшествующего деления;

2) синтетическая (S) (2n4c). Происходит удвоение генетического материала путем репликации ДНК. Она происходит полуконсервативным способом, когда двойная спираль молекулы ДНК расходится на две цепи и на каждой из них синтезируется комплементарная цепочка.

В итоге образуются две идентичные двойные спирали ДНК, каждая из которых состоит из одной новой и старой цепи ДНК. Количество наследственного материала удваивается. Кроме этого, продолжается синтез РНК и белков. Также репликации подвергается небольшая часть митохондриальной ДНК (основная же ее часть реплицируется в G2 период);

3) постсинтетическая (G2) (2n4c). ДНК уже не синтезируется, но происходит исправление недочетов, допущенных при синтезе ее в S период (репарация). Также накапливаются энергия и питательные вещества, продолжается синтез РНК и белков (преимущественно ядерных).

S и G2 непосредственно связаны с митозом, поэтому их иногда выделяют в отдельный период — препрофазу.

После этого наступает собственно митоз, который состоит из четырех фаз. Процесс деления включает в себя несколько последовательных фаз и представляет собой цикл. Его продолжительность различна и составляет у большинства клеток от 10 до 50 ч. При этом у клеток тела человека продолжительность самого митоза составляет 1—1, 5 ч, G2-периода интерфазы — 2—3 ч, S-периода интерфазы — 6—10 ч.

Стадии митоза.

Процесс митоза принято подразделять на четыре основные фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Так как он непрерывен, смена фаз осуществляется плавно — одна незаметно переходит в другую.

В профазе увеличивается объем ядра, и вследствие спирализации хроматина формируются хромосомы. К концу профазы видно, что каждая хромосома состоит из двух хроматид. Постепенно растворяются ядрышки и ядерная оболочка, и хромосомы оказываются беспорядочно расположенными в цитоплазме клетки. Центриоли расходятся к полюсам клетки. Формируется ахроматиновое веретено деления, часть нитей которого идет от полюса к полюсу, а часть — прикрепляется к центромерам хромосом. Содержание генетического материала в клетке остается неизменным (2n4c).

В метафазе хромосомы достигают максимальной спирализации и располагаются упорядоченно на экваторе клетки, поэтому их подсчет и изучение проводят в этот период. Содержание генетического материала не изменяется (2n4c).

В анафазе каждая хромосома «расщепляется» на две хроматиды, которые с этого момента называются дочерними хромосомами. Нити веретена, прикрепленные к центромерам, сокращаются и тянут хроматиды (дочерние хромосомы) к противоположным полюсам клетки. Содержание генетического материала в клетке у каждого полюса представлено диплоидным набором хромосом, но каждая хромосома содержит одну хроматиду (4n4c).

В телофазе расположившиеся у полюсов хромосомы деспирализуются и становятся плохо видимыми. Вокруг хромосом у каждого полюса из мембранных структур цитоплазмы формируется ядерная оболочка, в ядрах образуются ядрышки. Разрушается веретено деления. Одновременно идет деление цитоплазмы. Дочерние клетки имеют диплоидный набор хромосом, каждая из которых состоит из одной хроматиды (2n2c).

Нетипичные формы митоза

К нетипичным формам митоза относятся амитоз, эндомитоз, политения.

1. Амитоз — это прямое деление ядра. При этом сохраняется морфология ядра, видны ядрышко и ядерная мембрана. Хромосомы не видны, и их равномерного распределения не происходит. Ядро делится на две относительно равные части без образования митотического аппарата (системы микротрубочек, центриолей, структурированных хромосом). Если при этом деление заканчивается, возникает двухъядерная клетка. Но иногда перешнуровывается и цитоплазма.

Такой вид деления существует в некоторых дифференцированных тканях (в клетках скелетной мускулатуры, кожи, соединительной ткани), а также в патологически измененных тканях. Амитоз никогда не встречается в клетках, которые нуждаются в сохранении полноценной генетической информации, — оплодотворенных яйцеклетках, клетках нормально развивающегося эмбриона. Этот способ деления не может считаться полноценным способом размножения эукариотических клеток.

Классификация яйцеклеток

А. По количеству желтка: Алецитальные (млекопитающие, в том числе и человек) – практически лишены желтка, Олиголецитальные (ланцетник) – содержат небольшое количество желтка, Мезолецитальные (амфибии и некоторые рыбы) – содержат среднее количество желтка, Полилецитальные (пресмыкающиеся и птицы) – содержат много желтка.

Б. По распределению: Изолецитальные(ланцетник, черви) – содержат небольшое количество равномерно распределенного желтка, Умеренно телолецитальные (амфибии) – содержат среднее количество желтка, который сосредоточен на одном полюсе клетки; на другом полюсе располагается ядро, Резко телолецитальные (птицы) – содержат много желтка, занимающего почти весь объем цитоплазмы, Центролецитальные (насекомые) – содержат много желтка, который окружает ядро толстым слоем.

Типы дробления и типы бластул:

1) Полное (голобластическое):

равномернсинхронное-> цело- бластула (ланцетник), .

неравномернасинхронное-> амфи-бластула (лягушка),

неравномерн асинхронноe-> бласто-циста (человек)

2) Неполное (меробластическое):

дискоидальное асинхронное -> диско- бластула (птицы),

поверхностное cинхронное-> пери-бластула (насекомые).

Слой клеток, образующих стенку бластулы, называется бластодерма. Внутри бластулы имеется полость – бластоцель. У ланцетника бластула содержит 128 бластомеров.

3. Гаструляция – процесс преобразования однослойного зародыша (бластулы) в многослойный (двух- или трехслойный) – гаструлу.

Гаструляция подразделяется на два этапа:

Образование двухслойного зародыша.

Образование трехслойного зародыша.

1 этап. Преобразование однослойного зародыша в двухслойный в

природе может осуществляться четырьмя способами: инвагинация – впячивание клеток вегетативного полюса в бластоцель (ланцетник); эпиболия – обрастание: клетки одного из полюсов делятся быстрее, поэтому они обрастают бластулу с поверхности (птицы); иммиграция – выселение клеток бластодермы в бластоцель и их размножение (кишечнополостные); деляминация – расслоение: клетки бластодермы синхронно делятся, образуя два слоя (насекомые).

2 этап – образование трехслойного зародыша. Формирующиеся при гаструляции слои клеток называются зародышевыми листками. Наружный слой клеток – эктодерма, внутренний – энтодерма. Между ними располагается мезодерма. Полость гаструлы называется гастроцель. Вход в полость – первичный рот (бластопор).

Существует два способа образования мезодермы: телобластический и энтероцельный.

Телобластический – в области губ бластопораобразуются крупные клетки – телобласты. Они делятся, и между эктодермой и энтодермой образуется третий зародышевый листок – мезодерма. Такой способ характерен для беспозвоночных.

Энтероцельный – по бокам от первичной кишки образуются выпячивания – карманы. Затем эти выпячивания отделяются от первичной кишки и разрастаются между эктодермой и энтодермой, образуя мезодерму. Такой способ характерен для хордовых.

4. Гисто - и органогенез – формирование из зародышевых листков тканей и органов:

- из эктодермы образуются: эпидермис кожи и его производные, нервная система, рецепторы органов чувств, эмаль зубов;

- из энтодермы – хорда, эпителий средней кишки, органов дыхания, пищеварительные железы, мочеполовая система.

- из мезодермы – скелет, мышцы, дерма кожи, кровеносная система, выделительная система, надпочечники и половые железы.

Жизнедеятельность зародыша в эмбриональный период обеспечивается провизорными органами.

У водных животных провизорным органом является желточный мешок , выполняющий кроветворную и питательную функции.

У наземных животных: желточный мешок (кроветворная и питательная функции); амнион с амниотической жидкостью (функция защиты и газообмена); аллантоис (первичный мочевой пузырь); серозная оболочка (функция защиты и газообмена).

У млекопитающих провизорными органами являются: пупочный канатик, плацента, ворсинчатый хорион. В эмбриогенезе зачатки различных органов и тканей закладываются неодновременно. Существует следующая закономерность: раньше закладываются зачатки тех органов, которые раньше начинают функционировать.

Примеры. У хордовых головной конец тела раньше закладывается, чем хвостовой; спинной мозг раньше головного. У человека: верхние конечности закладываются раньше, чем нижние.

Общее понятие о гомеостазе.

Гомеостаз – постоянство внутренней среды живых организмов, которое они поддерживают, несмотря на изменение условий окружающей среды.

Гомеостаз в живом организме проявляется в относительном постоянстве таких показателей, как рН, осмотическое давление, химический состав крови, артериальное давление, температура, постоянстве биологических структур. Необходимость гомеостаза объясняется тем, что все биохимические реакции могут протекать в строго определенных условиях (температура, рН, давление). Французский ученый Клод Бернар писал: «Постоянство внутренней среды – условие независимого существования организма». Гомеостаз на уровне целостного организма может быть функциональным (постоянство функций) и структурным (постоянство структур).Постоянство показателей внутренней среды организма носит относительный характер, т.к. всегда имеются небольшие отклонения от нормы. Эти колебания необходимы для того, чтобы служить сигналами для включения регуляторных механизмов. Механизмы регуляции гомеостаза имеют место на всех уровнях биологической организации: от молекулярно-генетического до организменного. Они многообразны, однако работают слаженно, т.к. контролируются регуляторными системами: нервной, эндокринной, иммунной. Таким образом, механизмы регуляции гомеостаза носят системный характер. В основе любого заболевания лежит нарушение гомеостаза, а лечение – его восстановление.

Кибернетика – наука, устанавливающая общие принципы управления саморегулирующимися системами. Живые организмы также являются саморегулирующимися системами, и поэтому к ним применимы все кибернетические понятия и принципы регуляции.

В основе работы кибернетической системы лежит процесс передачи и обработки информации.

Нервная регуляция: высокая скорость наступления ответной реакции; реакция кратковременная; реакция носит локальный характер.

Гуморальная регуляция (обеспечивается выделением в кровь гормонов): реакция наступает медленно; реакция длительна; реакция носит разлитой характер.

Таким образом, обе системы в целостном организме дополняют друг друга. В основе функционирования нервной и эндокринной систем лежит принцип действия отрицательной обратной связи.

Рассмотрим работу нервной системы на примере регуляции рН крови:

Рассмотрим примеры работы эндокринной системы

Взаимодействие нервной и эндокринной систем можно рассмотреть на примере стрессовой реакции организма (реакции на сильный или длительный по времени действия раздражитель):

Классификация

1. По уровням биологической организации поврежденной структуры:

· внутриклеточная

· клеточная

· тканевая

· органная

· организменная

Внутриклеточная регенерация носит универсальный характер - присуща всем клеткам (даже нервным).

2. В зависимости от фактора, вызвавшего процесс:

· физиологическая - процесс восстановления биологических структур, снашивающихся в процессе нормальной жизнедеятельности (например, линька)

· репаративная - процесс восстановления биологических структур, разрушенных насильственным путем

3. В зависимости от формы течения:

· Гомоморфоз - на месте отторгнутого органа восстанавливается точно такой же.

Например, у тритона после удаления конечности через некоторое время вырастет такая же.

· Гетероморфоз - на месте отторгнутого органа вырастает другой.

У рака на месте удаленного глаза вырастает антенна.

· Гиперморфоз - на месте одного удаленного органа появляется несколько таких же.

У тритона на месте одной удаленной передней конечности вырастают две.

· Регенерационная гипертрофия - восстанавливается не форма органа, а его масса.

Так, при удалении части печени эта доля не восстанавливается, но оставшаяся часть разрастается.

· Компенсаторная гипертрофия - при удалении одного из парных органов второй берет на себя и его функцию, увеличиваясь в размерах.

Так происходит, например, при удалении почки.

· Соматический эмбриогенез - восстановление организма из его части.

Например, гидру (всего-то 1, 5 см длиной) можно разрезать на 200 частей и получить 200 самостоятельных организмов.

4. В зависимостиотспособов:

· Эпиморфоз - достройка недостающей части до целого. Так, у тритона может достраиваться конечность от раневой поверхности за счет постепенного наращивания культи.

· Морфолаксис- оставшаяся часть подвергается процессам перестройки с формированием целого органа, но так как материала для его восстановления недостаточно, то орган получается меньшего размера. Пример - восстановление конечности у таракана.

Эндоморфоз - усиленное размножение клеток в оставшейся части органа. Пример - восстановление печени у позвоночных.

33. Трансплантация органов и тканей у человека.

Трансплантация или пересадка органов – это медицинский приём, который заключается в перенесении ткани или органа одно человека другому, или в рамках одного организма на другое место с целью излечения. Трансплантация органов и тканей человека стала возможной благодаря развитию хирургии кровеносных сосудов, пониманию иммунологических механизмов организма, открытию антигена гистосовместимости, введению иммуносупрессивной терапии - процесс ингибирования производства антител и иммунных клеток.

Современная трансплантология различает следующие виды трансплантации:

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒