Клеточная пролиферация - увеличение числа клеток путем митоза,
приводящее к росту ткани, в отличие от другого способа увеличения ее
массы (например, отек). У нервных клеток пролиферация отсутствует.
Во взрослом организме продолжаются процессы развития, связанные
с делением и специализацией клеток. Эти процессы могут быть как нор-
мальными физиологическими, так и направленными на восстановление ор-
ганизма вследствие нарушения его целостности.
Значение пролиферации в медицине определяется способностью кле-
ток разных тканей к делению. С делением клеток связан процесс заживле-
ния ран и восстановление тканей после хирургических операций.
Пролиферация клеток лежит в основе регенерации (восстановления)
утраченных частей. Проблема регенерации представляет интерес для ме-
дицины, для восстановительной хирургии. Различают физиологическую,
репаративную и патологическую регенерацию.
Физиологическая - естественное восстановление клеток и тканей в
онтогенезе. Например, смена эритроцитов, клеток кожного эпителия.
Репаративная - восстановление после повреждения или гибели кле-
ток и тканей.
Патологическая - разрастание тканей не идентичных здоровым тка-
ням. Например, разрастание рубцовой ткани на месте ожога, хряща – на
месте перелома, размножение клеток соединительной ткани на месте мы-
шечной ткани сердца, раковая опухоль.
В последнее время принято разделять клетки тканей животных по спо-
собности к делению на 3 группы: лабильные, стабильные и статические.
К лабильным относятся клетки, которые быстро и легко обновляются
в процессе жизнедеятельности организма (клетки крови, эпителия, слизи-
стой ЖКТ, эпидермиса и др.).
К стабильным относятся клетки таких органов как печень, поджелу-
дочная железа, слюнные железы и др., которые обнаруживают ограничен-
ную способность к делению.
К статическим относятся клетки миокарда и нервной ткани, кото-
рые, как считает большинство исследователей, не делятся.
Изучение физиологии клетки имеет важное значение для понимания он-
тогенетического уровня организации живого и механизмов саморегуляции
клетки, обеспечивающих целостное функционирование всего организма.
Глава 6
ГЕНЕТИКА КАК НАУКА. ЗАКОНОМЕРНОСТИ
НАСЛЕДОВАНИЯ ПРИЗНАКОВ
6.1 Предмет, задачи и методы генетики
Наследственность и изменчивость являются фундаментальными свой-
ствами живого, т. к. характерны для живых существ любого уровня орга-
низации. Наука, изучающая закономерности наследственности и изменчи-
вости, называется генетикой.
Генетика как наука изучает наследственность и наследственную из-
менчивость, а именно, она имеет дело со следующими проблемами :
1) хранение генетической информации;
2) передача генетической информации;
3) реализация генетической информации (использование ее в конкрет-
ных признаках развивающегося организма под влиянием внешней среды);
4) изменение генетической информации (типы и причины изменений,
механизмы).
Первый этап развития генетики - 1900–1912 гг. С 1900 г. - переот-
крытие законов Г. Менделя учеными Х. Де Фризом, К. Корренсом, Э. Чер-
маком. Признание законов Г. Менделя.
Второй этап 1912–1925 гг. - создание хромосомной теории Т. Мор-
гана. Третий этап 1925–1940 гг. - открытие искусственного мутагенеза и
генетических процессов эволюции.
Четвертый этап 1940–1953 гг. - исследования по генному контролю
физиологических и биохимических процессов.
Пятый этап с 1953 г. и по настоящее время - развитие молекулярной
биологии.
Отдельные сведения по наследованию признаков были известны
очень давно, однако научные основы передачи признаков впервые были
изложены Г. Менделем в 1865 г. в работе: «Опыты над растительными
гибридами». Это были передовые мысли, но современники не придали
значение его открытию. Понятия «ген» в то время еще не было и Г. Мен-
дель говорил о «наследственных задатках», содержащихся в половых клет-
ках, но их природа была неизвестна.
В 1900 г. независимо друг от друга Х. Де Фриз, Э. Чермак и К. Кор-
ренс заново открыли законы Г. Менделя. Этот год и считается годом рож-
дения генетики как науки. В 1902 г. Т. Бовери, Э. Вильсон и Д. Сеттон сде-
лали предположение о связи наследственных факторов с хромосомами.
В 1906 г. У. Бетсон ввел термин «генетика», а в 1909 г. В. Иогансен -
«ген». В 1911 г. Т. Морган и сотрудники сформулировали основные поло-
жения хромосомной теории наследственности. Они доказали, что гены
расположены в определенных локусах хромосом в линейном порядке, по-
ние определенного признака.
Основные методы генетики: гибридологический, цитологический и
математический. Генетика активно использует и методы других смежных
наук: химии, биохимии, иммунологии, физики, микробиологии и др.
Пролиферация - увеличение числа клеток путем митоза, которое приводит к росту и обновлению ткани. Интенсивность пролиферации регулируется веществами, которые вырабатываются как внутри клеток, так и вдали от клеток. Современные данные свидетельствуют о том, что одним из регуляторов пролиферации на клеточном уровне являются кейлоны. Кейлоны – гормоноподобные вещества, являющиеся полипептидами или гликопротеинами. Они образуются всеми клетками и внутри клеток высших организмов, обнаружены в различных жидкостях организма, в том числе и в моче. Кейлоны подавляют митотическую активность клеток. Так же они участвуют в регуляции роста тканей, заживлении ран, иммунных реакциях.
Гормональные механизмы – дистантные регуляторы пролиферации на организменном уровне. Например, уровень эритроцитов в высокогорных районах повышается за счет секреции в специализированных клетках почек гормона эритропоэтина. У жителей высокогорья количество эритроцитов больше, чем у людей, живущих на равнине.
Кроме того, существуют гипотезы о причинах, побуждающих клетку делиться. Например:
- объемная – клетка, достигнув определенного объема, делится. Изменяются ядерно–цитоплазматические отношения (от 1/6 до 1/69),
- гипотеза «митогенетических лучей». Делящиеся клетки стимулируют к митозу расположенные рядом клетки,
- гипотеза «раневых гормонов» . Поврежденные клетки выделяют особые вещества, способствующие митозу неповрежденных клеток.
Конец работы -
Эта тема принадлежит разделу:
Биология курс лекций для студентов, обучающихся на русском языке
Государственное образовательное учреждение.. высшего профессионального образования.. Рязанский государственный медицинский университет..
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
| Твитнуть |
Все темы данного раздела:
Биология
курс лекций для студентов,
обучающихся на русском языке
Рязань
Авторы-составители: доцент, к.б.н. Калыгина Т.А.
Основные свойства живого
Живые существа отличаются от неживых тел целым рядом свойств. К основным свойствам живого относятся:
Специфическая организация.
Живые организмы обладают не
Уровни организации живых существ
Жизнь на Земле представляет собой целостную систему, состоящую из различных структурных уровней организации биологических существ. Выделяют несколько основных уровней организации (разделение имеет
Клеточная теория
В 1665г. Р.Гук впервые обнаружил растительные клетки. В 1674г. А.Левенгук открыл животную клетку. В 1839г. Т.Шванн и М.Шлейден сформулировали клеточную теорию. Основным положением клеточной теории
Строение клетки
По строению выделяют 2 типа клеток:
- прокариоты
- эукариоты
К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли. Прокариоты от эукариот отличаются следующим: у них
Наружная клеточная мембрана
1 – полярная головка молекулы фосфолипида
2 – жирнокислотный хвост молекулы фосфолипида
3 – интегральный белок
Эволюция клетки
Существуют два этапа в эволюции клетки:
1.Химический.
2.Биологический.
Химический этап начался около 4,5 млрд лет назад. Под действием ультрафиолетового излучения, радиац
Строение и функции клеточного ядра
Ядро – обязательная часть эукариотической клетки. Главная функция ядра – хранение генетического материала в форме ДНК и передача ее дочерним клеткам при клеточном делении. Кроме тог
Хроматин и хромосомы
Хроматин – это деспирализованная форма существования хромосом. В деспирализованном состоянии хроматин находится в ядре неделящейся клетке.
Хроматин и хромосомы взаимно переходят друг в дру
Жизненный цикл клетки
G1 – пресинтетический период
S – синтетический период
G2 – постинтетический период
G0 –
Формы размножения живых организмов
Размножение-свойство живых организмов воспроизводить себе подобных. Выделяют две основные формы размножения: бесполое и половое.
Бесполое размножение способствует сохранению наибольшей при
Сперматогенез
Участок поперечного разреза извитого канальца семенника (см.стр.27)
Cellules germinales primordiales – п
Типы и периоды онтогенеза
Онтогенез – процесс индивидуального развития особи от зиготы при половом размножении (или появлении дочерней особи при бесполом) до конца жизни. Термин «онтогенез» в 1866г. предложил немецкий учены
Особенности строения и типы яйцеклеток
Яйцеклетки (или яйца) – женские половые клетки высокоспециализированные относительно крупные и неподвижные.
Принципиальных различий в строении яйцеклетки и соматических клеток не су
Эмбриональный период развития, его этапы
Период эмбрионального развития наиболее сложен у высших животных и состоит из нескольких этапов:
1.Образование зиготы
2.Дробление
3.Образование бластулы
Дробление у хордовых животных
А – ланцетник (полное равномерное)
Б – амфибии (полное неравномерное)
В – птицы (неполное дискоидальное)
Гистогенез и органогенез
Гистогенез – процесс формирования тканей в эмбриогенезе.Органогенез – процесс формирования систем органов в эмбриогенезе.
На этом этапе эмбрионального развития выделяют две фазы.
Эмбриональная индукция
Выяснение механизмов развития – одна из сложных проблем биологической науки.
Эмбриогенез в целом определяется наследственным аппаратом клеток (как уже говорилось, в ходе онтогенеза реализу
Эмбриональное развитие птиц
Яйцеклетка птиц резко телолецитальная, на вегетативном полюсе содержится очень много желтка.
В результате оплодотворения образуется одноклеточный зародыш – зигота, для которой характерно н
Внезародышевые провизорные органы
В эмбриональном развитии позвоночных большую роль играют провизорные органы, которые функционируют у зародыша и отсутствуют во взрослом состоянии. К ним относятся: желточный мешок, амнион, серозная
Характеристика постэмбрионального развития
Постэмбриональный (постнатальный) онтогенез начинается с момента рождения, при выходе из зародышевых оболочек (при внутриутробном развитии) или при выходе из яйцевых оболочек и заканчивается смерть
Старания. Клиническая и биологическая смерть
Старение – общебиологическая закономерность угасания организма, свойственная всем живым существам.
Старость – это заключительный естественный этап онтогенеза, заканчивающийся смертью.
Регенерация органов и тканей, её виды
Регенерация – процесс восстановления утраченных или поврежденных тканей или органов.
Различают два вида регенерации:
- физиологическую
- репаративную
Физиологиче
Трансплантация
Трансплантация – это приживления и развитие пересаженных тканей на новом месте.
Организм, от которого берут материал для пересадки, называют донором, а тот, которому производят пересадку –
Гомеостаз в живых организмах
Гомеостазом - называется свойство живых существ поддерживать постоянство своей внутренней среды, несмотря на изменчивость факторов окружающей среды
Несмотря на значительные колебан
Биологические ритмы. Хронобиология
Биологические ритмы – регулярно повторяющиеся изменения интенсивности биологических процессов. Биологические ритмы обнаружены у всех живых существ, они наследственно закреплены и являются факторами
Сообществе
Любой вид организованных существ и любая популяция какого либо вида не существует изолированно от других существ, а образуют сложное и противоречивое единство называемое биотическим сообществом. Би
Моногибридное скрещивание
Опыты Мендель проводил на горохе. При скрещивании сортов гороха, имеющих желтые и зеленые семена (скрещивались гомозиготные организмы или чистые линии), все потомство (т.е. гибриды первого поколени
Ди- и полигибридное скрещивание. Третий закон Менделя
При дигибридном скрещивании родительские организмы анализируются по двум парам альтернативных признаков. Мендель изучал такие признаки как окраску семян и их форму. При скрещивании гороха с желтыми
Определение пола
У большинства организмов пол определяется в момент оплодотворения (сингамно) и регулируется хромосомным набором зиготы, его называют хромосомный тип определения пола.
У человека и млекопит
Наследование признаков, сцепленных с полом и ограниченных полом
Сцепленными с полом называют признаки, развитие которых обусловлено генами, расположенными в половых хромосомах.
Если ген находится в У-хромосоме, то он наследуется у человека, млекопитающ
Сцепление генов. Опыты и правило Моргана
Изучение сцепленного с полом наследования стимулировало изучение сцепления между генами, находящимися в аутосомах.
Для любого организма характерно видовое постоянство хромосом в кариотипе.
Основные положения хромосомной теории наследственности
Основные положения хромосомной теории наследственности сводятся к следующему:
- носителями наследственной информации являются хромо-
сомы и расположенные в них гены,
- ге
Этапы развития молекулярной генетики
Молекулярная генетика выделилась из биохимии и сформировалась как самостоятельная наука в 50-х годах прошлого столетия. Рождение этой науки связано с рядом важных биологических открытий:
1
Функциональная активность генов или экспрессия генов
У прокариот она осуществляется в два этапа: транскрипция и трансляция.У эукариот есть еще стадия процессинга.
Экспрессия генов заключается в синтезе на молекуле ДНК молекулы и-РНК, комлеме
Регуляция экспрессии генов у прокариот
Схема регуляции транскрипции структурных генов прокариотической клетки по типу репрессии
Определение и формы изменчивости
Генетика изучает два основных свойства живых существ - наследственность и изменчивость.
Изменчивость - свойство организмов приобретать новые признаки и особенности индивидуального развития
Мутагенные факторы
Факторы, вызывающие мутации называются мутагенными факторами (мутагенами) и подразделяются на:
1. Физические;
2. Химические;
3. Биологические.
К физическим м
Устойчивость и репарация генетического материала
Устойчивость к изменениям генетического материала обеспечивается:
1. Диплоидным набором хромосом.
2. Двойной спиралью ДНК.
3. Вырожденностью (избыточность
Закон гомологических рядов наследственной изменчивости Н.И.Вавилова
Известно, что мутирование происходит в различных направлениях. Однако, это многообразие подчиняется определенной закономерности, обнаруженной в 1920 году Н.И.Вавиловым. Он сформулировал закон гомол
Генеалогический метод
Типы наследования и формы проявления генетических задатков у человека весьма многообразны и для дифференциации между ними требуются специальные методы анализа, в первую очередь – генеалогический, п
Близнецовый метод исследования
Исследование близнецов – один из основных методов генетики человека. Существуют однояйцевые близнецы, возникающие из одной яйцеклетки, оплодотворенной одним сперматозоидом. Возникают они из-за разд
Метод дерматоглифики
Это наука, изучающая наследственную обусловленность рисунков, которые образуют линии кожи на кончиках пальцев, ладонях и подошвах человека.
Оказалось, что у каждого народа
Гибридизация соматических клеток
Гибридные клетки обладают определенными свойствами, позволяющими определять локализацию гена или сцепление гена. Потеря хромосом человека из некоторых типов гибридных клеток позволяет получать клон
Онтогенетический метод
Позволяет изучить закономерности проявления какого-либо признака или заболевания в процессе индивидуального развития. Выделяют несколько периодов развития человека. Антенатальный (развитие до рожде
Метод моделирования
Закон гомологических рядов Н.И.Вавилова (виды и роды генетически близкие обладают сходными рядами наследственной изменчивости) позволяет с определёнными ограничениями экстраполировать экспериментал
Иммунологический метод исследования
Этот метод основан на изучении антигенного состава клеток и жидкостей человеческого организма – крови, слюны, желудочного сока и т.п. Чаще всего исследуют антигены форменных элементов крови: эритро
Генные болезни
1) При аутосомно-доминантном типе наследования характерно нарушение синтеза структурных белков или белков, выполняющих специфические функции (например, гемоглобина). Фенотипически при этом т
Хромосомные болезни, обусловленные аномалиями аутосом
Хромосомные болезни – это группа наследственных патологических состояний, причиной которых является изменение количества хромосом или нарушение их структуры. Наиболее часто отмечаются трисомии, реж
Хромосомные болезни, обусловленные аномалиями половых хромосом
Половые хромосомы являются главными носителями генов, контролирующих развитие пола, поэтому их численные или структурные нарушения определяют разнообразные отклонения в половом разв
Теория эволюции Ж.Б.Ламарка
Ж.Б.Ламарк в «Философии зоологии» (1809), в которой впервые были изложены основы целостной эволюционной концепции, сформулировал два закона: 1) о влиянии употребления и неупотребления органа на его
Теория эволюции Ч.Дарвина
В 1858 году Ч.Дарвин и независимо от него А.Р.Уоллес обосновали принцип естественного отбора и представление о борьбе за существование как механизме этого отбора.
Теория эволюции путем ест
Микроэволюция. Критерии и структура вида. Популяция
Микроэволюцией называется начальный этап эволюционных преобразований популяции: от возникновения наследственных изменений до формирования адаптации и возникновения на их основе новых видов. Изучени
Факторы эволюции
Изменения генотипического состава популяций происходят под действием множества событий, которые тем или иным путем в состоянии преобразовать популяции. Тем не менее возможно выделить следующие осно
Образование новых видов
Образование новых видов в природе является завершающим этапом микроэволюции. Под влиянием эволюционных факторов при ведущей роли естественного отбора идет процесс превращения генетически открытых в
Концепция животного происхождения человека
В основе современных представлений о происхождении человека лежит концепция в соответствии с которой человек вышел из мира животных, причем первые научные доказательства в пользу этой концепции был
Отличия человека от животных
Человек имеет существенные отличия от животных, на что также обращали внимание еще древние, например Анаксагор (500-428 гг. до н. э.) и Сократ (469-399 гг. до н. э.) считали, что сп
Движущие факторы антропогенеза
Различают социальные и биологические факторы антропогенеза.
Антропогенез - происхождение человека и становление его как вида в процессе формирования общества. Человек имеет ряд специфическ
2.1.10. Механизмы развития пролиферации в очаге воспаления
Пролиферация является завершающей фазой развития воспаления, обес-печивающей репаративную регенерацию тканей на месте очага аль-
терации. Пролиферация развивается с самого начала воспаления наряду с яв-лениями альтерации и экссудации.
При репаративных процессах в очаге воспаления регенерация клеток и фиброплазия достигаются как активацией процессов пролиферации, так и ог-раничением апоптоза клеток. Размножение клеточных элементов начинается по периферии зоны воспаления, в то время как в центре очага могут еще про-грессировать явления альтерации и некроза. Полного развития пролиферация соединительнотканных и органоспецифических клеточных элементов дости-гает после «очистки» зоны повреждения от клеточного детрита и инфекци-онных возбудителей воспаления тканевыми макрофагами и нейтрофилами. В связи с этим следует отметить, что процессу пролиферации предшествует формирование нейтрофильного и моноцитарного барьеров, которые форми-руются по периферии зоны альтерации.
Восстановление и замещение поврежденных тканей начинается с выхода из сосудов молекул фибриногена и образования фибрина, который формиру-ет своеобразную сетку, каркас для последующего клеточного размножения. Уже по этому каркасу распределяются в очаге репарации быстро образую-щиеся фибробласты. Деление, рост и перемещение фибробластов возможны только после их связывания с фибрином или коллагеновыми волокнами. Эта связь обеспечивается особым белком - фибронектином. Размножение фиб-робластов начинается по периферии зоны воспаления, обеспечивая формиро-вание фибробластического барьера. Хемотаксис, активация и пролиферация фибробластов осуществляются под воздействием:
1. Факторов роста фибробластов.
2. Тромбоцитарного фактора роста.
3. Цитокинов - ФНО, ИЛ-1.
4. Кининов.
5. Тромбина.
6. Трансформирующего фактора роста b.
Сначала фибробласты не зрелые и не обладают достаточной синтетиче-ской активностью. Созреванию предшествует внутренняя структурно-функциональная перестройка фибробластов: гипертрофия ядра и ядрышка, гиперплазия ЭПС, повышение содержания ферментов, особенно щелочной фосфатазы, неспецифической эстеразы, b-глюкуронидазы. Только после пе-рестройки фибробласты начинают синтезировать коллаген, эластин, коллаге-нассоциированные белки и протеогликаны. Коллагеногенез стимулируется следующими биологически активными веществами - ФНО, ИЛ-1, ИЛ-4, фак-тором роста фибробластов, тромбоцитарным фактором роста.
Интенсивно размножающиеся фибробласты продуцируют кислые муко-полисахариды - основной компонент межклеточного вещества соединитель-ной ткани (гиалуроновую кислоту, хондроитинсерную кислоту, глюкозамин, галактозамин). При этом зона воспаления не только инкапсулируется, но и начинаются постепенная миграция клеточных и бесклеточных компонентов соединительной ткани от периферии к центру, формирование соединитель-нотканного остова на месте первичной и вторичной альтерации.
Наряду с фибробластами размножаются и другие тканевые и гематоген-ные клетки. При разрушении базальных мембран сосудов в зоне альтерации происходит миграция клеток эндотелия по градиенту ангиогенных факторов. Просвет новообразующегося капилляра формируется путем слияния внекле-точных пространств соседних эндотелиоцитов. Вокруг новообразующихся капилляров концентрируются тучные клетки, макрофаги, нейтрофилы, кото-рые освобождают биологически активные вещества, способствующие про-лиферации капилляров.
Важнейшими факторами, стимулирующими ангиогенез, являются:
1. Факторы роста фибробластов (основной и кислый).
2. Сосудистый эндотелиальный фактор роста.
3. Трансформирующие факторы роста .
4. Эпидермальный фактор роста.
Фибробласты вместе с вновь образованными сосудами создают грануля-ционную ткань. Это, по существу, молодая соединительная ткань, богатая клетками и тонкостенными капиллярами, петли которых выступают над по-верхностью ткани в виде гранул.
Основными функциями грануляционной ткани являются: защитная - пре-дотвращение влияния факторов окружающей среды на очаг воспаления и ре-паративная - заполнение дефекта и восстановление анатомической и функ-циональной полноценности поврежденных тканей.
Формирование грануляционной ткани не строго обязательно. Это зависит от величины и глубины повреждения. Грануляционная ткань обычно не раз-вивается при заживлении ушибленных кожных ранок или мелких поврежде-ний слизистой оболочки (Кузин М.И., Костюченок Б.М. и соавт., 1990). Гра-нуляционная ткань постепенно превращается в волокнистую ткань, называе-мую рубцом. В рубцовой ткани уменьшается количество сосудов, они запус-тевают, уменьшается количество макрофагов, тучных клеток, снижается ак-тивность фибробластов. Небольшая часть клеточных элементов, распола-гающаяся среди коллагеновых нитей, сохраняет активность. Предполагают, что сохранившие активность тканевые макрофаги принимают участие в рас-сасывании рубцовой ткани и обеспечивают формирование более мягких руб-цов.
Параллельно с созреванием грануляций происходит эпителизация раны. Она начинается в первые часы после повреждения, и уже в течение первых суток образуются 2-4 слоя клеток базального эпителия. Скорость эпителиза-ции обеспечивается следующими процессами: миграцией, делением и диф-ференцировкой клеток. Эпителизация небольших ран осуществляется, в ос-новном, за счет миграции клеток из базального слоя. Раны более крупные эпителизируются за счет миграции и митотического деления клеток базаль-ного слоя, а также дифференцировки регенерирующего эпидермиса. Новый эпителий образует границу между поврежденным и подлежащим слоем, он препятствует обезвоживанию тканей раны, уменьшению в ней электролитов и белков, а также предупреждает инвазию микроорганизмов.
В процессе пролиферации участвуют и органспецифические клеточные элементы органов и тканей. С точки зрения возможностей пролиферации ор-ганспецифических клеточных элементов все органы и ткани могут быть рас-классифицированы на три группы:
К первой группе могут быть отнесены органы и ткани, клеточные элемен-ты которых обладают активной или практически неограниченной пролифе-рацией, достаточной для полного восполнения дефекта структуры в зоне воспаления (эпителий кожи, слизистых оболочек дыхательных путей, слизи-стой желудочно-кишечного тракта, мочеполовой системы; гемопоэтическая ткань и др.).
Ко второй группе относятся ткани с ограниченными регенерационными способностями (сухожилия, хрящи, связки, костная ткань, периферические нервные волокна).
К третьей группе относятся те органы и ткани, где органоспецифические клеточные элементы не способны к пролиферации (сердечная мышца, клетки ЦНС). Основными факторами, регулирующими процессы пролиферации и дифференцировки клеток в очаге воспаления, являются:
1. Факторы роста, продуцируемые макрофагами, лимфоцитами, тромбо-цитами, фибробластами и другими клетками, стимулированными в зоне вос-паления. К ним относятся:
Факторы роста эпидермиса (стимулятор пролиферации и созрева-ния эпителия, стимулятор ангиогенеза);
Трансформирующий фактор роста- (стимулятор ангиогенеза);
Трансформирующий фактор роста- (хемоаттрактант фибробла-стов, стимулятор синтеза коллагена, фибронектина, ангиогенеза, ингибитор протеолиза);
Тромбоцитарный фактор роста (стимулятор миграции, пролифе-рации и синтеза белка в клетках-мишенях, обладает провоспалительным эф-фектом);
Фактор роста эндотелиоцитов;
Фактор роста фибробластов кислый и основной (стимуляторы пролиферации всех клеток сосудистой стенки);
Колониестимулирующие факторы (гранулоцитарный и макрофа-гальный стимуляторы дифференцировки, пролиферации и функциональной активности клеток гранулоцитарного и моноцитарного ряда) - цитокины (ФНО, ИЛ-1, ИЛ-2, ИЛ-3, ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-7) , продуцируемые Т- и В-лимфоцитами, мононуклеарами, тучными клетками, фибробластами, эндоте-лиоцитами, обеспечивают хемотаксис, фиброгенез, ингибируют апоптоз, стимулируют процессы пролиферации в очаге воспаления. Ингибиторами роста для некоторых клеток служат те же цитокины, которые стимулируют пролиферацию других - это ФНО, трансформирующий фактор роста и - интерферон (Зайчик А.Ш., Чурилов Л.П., 1999);
Фактор роста нервов (стимулятор пролиферации, роста, морфоге-неза симпатических нейронов, эпителиальных клеток). Ростовые факторы, взаимодействуя с рецепторами на клетках- мишенях, могут непосредственно стимулировать синтез ДНК в клетках или подготавливать внутриклеточные рецепторы и ферменты к митотической деятельности.
2. Пептид гена, родственного кальцитонину, стимулирует пролифе-рацию эндотелиальных клеток, а субстанция Р индуцирует выработку ФНО в мак-рофагах.
3. Простагландины группы Е потенцируют регенерацию путем усиления кровоснабжения.
4. Кейлоны и антикейлоны, продуцируемые различными клетками, дейст-вуя по принципу обратной связи, могут активировать и угнетать митотиче-ские процессы в очаге воспаления (Бала Ю.М., Лифшиц В.М., Сидельникова В.И., 1988).
5. Полиамины (путресцин, спермидин, спермин), обнаруживаемые во всех клетках млекопитающих, жизненно необходимы для роста и деления клеток.
Они обеспечивают стабилизацию плазматических мембран и суперспи-ральной структуры ДНК, защиту ДНК от действия нуклеаз, стимуляцию транскрипции, метилирование РНК и связывание ее с рибосомами, актива-цию ДНК-лигаз, эндонуклеаз, протеинкиназ и многие другие клеточные про-цессы. Усиленный синтез полиаминов, способствующих пролиферативным процессам, отмечается в очаге альтерации (Березов Т.Т., Федорончук Т.В., 1997).
6. Циклические нуклеотиды: цАМФ ингибирует, а цГМФ активирует про-цессы пролиферации.
Заживление раны.
Морфологически процесс заживления раны может протекать различно, в зависимости от анатомического субстрата поражения, степени инфицирован-ности, общего состояния организма, характера лечебных мероприятий (Ку-зин М.И., Костюченок Б.М. и соавт., 1990). Однако в любом случае течение раневого процесса отражает один из классических типов заживления:
1. Заживление первичным натяжением.
2. Заживление вторичным натяжением.
3. Заживление под струпом.
Заживление раны первичным натяжением. Такой тип заживления харак-теризуется сращением краев раны без видимой промежуточной ткани, путем соединительнотканной организации раневого канала. Заживление первичным натяжением является наиболее экономичным видом заживления. Для зажив-ления первичным натяжением необходимы следующие условия:
1. Небольшая зона повреждения.
2. Плотное соприкосновение краев раны.
3. Сохранение жизнеспособности краев раны.
4. Отсутствие очагов некроза и гематомы.
5. Асептичность раны.
Морфологическая картина заживления первичным натяжением проявля-ется умеренной гиперемией, отеком тканей в стенках раны, пролиферацией фибробластов и новообразованием капилляров путем эндотелизации каналов и щелей в сгущающемся фибрине (аутохтонный механизм) от одного края раны к противоположному. На 6-8-й день грануляционная ткань прочно со-единяет стенки раны, и в этот период прекращается эпителизация. В хирур-гической практике заживление первичным натяжением возможно в двух слу-чаях: при небольших размерах раны (края отстают не более 10 мм друг от друга), а также при хирургических вмешательствах, заканчивающихся нало-жением швов. Местные изменения в области раны выражены незначительно (отечность краев, гиперемия, инфильтрация, боль). К общим проявлениям относится повышение температуры тела, которая постепенно снижается к 3-м суткам после операции. Изменения морфологического состава крови вы-ражены незначительно или отсутствуют. Иногда отмечаются нейтрофильный лейкоцитоз и увеличение СОЭ до 20 мм/ч. На 5-6-е сутки эти показатели обычно нормализуются.
Заживление раны вторичным натяжением происходит при обширных по-вреждениях тканей, при наличии в ране нежизнеспособных тканей, гематомы и при развитии инфекции в ране. Любой из этих факторов ведет к заживле-нию вторичным натяжением. При различных вариантах течения заживления вторичным натяжением речь идет о заживлении гнойной раны, то есть о за-живлении через нагноение и гранулирование. На 5-6-е сутки после альтера-ции, после отторжения некротизированных клеток в ране появляются ост-ровки грануляций, которые, постепенно разрастаясь, заполняют всю полость раны. Изменения характера грануляций всегда объективно отражают ослож-нения заживления, которые могут наступить под влиянием местных и общих факторов. Реорганизация рубца проявляется активной эпителиизацией раны. Эпителий нарастает на поверхность грануляций в виде голубовато-белой каймы очень медленно. Помимо эпителизации заживлению способствует фе-номен раневой контракции - равномерного концентрического сокращения краев и стенок раны. Этот феномен объясняется появлением в грануляцион-ной ткани в период регенерации фибробластов, обладающих способностью к сокращению.
Заживление раны под струпом характерно для незначительных повреж-дений (ссадины, царапины, небольшие по площади ожоги 1-й и 2-й степени). Раневой процесс начинается свертыванием излившейся крови или только лимфы, которая подсыхает с образованием струпа. Под ним происходит бы-страя регенерация эпидермиса, и струп затем отторгается. Весь процесс длится 3-7 дней. Если заживление под струпом происходит без осложнений, то рана заживает первичным натяжением; если под струпом начинается на-гноение, то заживление идет по типу вторичного натяжения. В ряде случаев может развиться вялотекущее флегмонозное поражение жировой клетчатки, окружающей рану. В такой ситуации необходимы хирургическая обработка раны и удаление струпа (Кузин М.И., Костюченок Б.М. и соавт., 1990).
В период менструации эндометрий отторгается, после чего снова происходит его восстановление. Фаза роста эндометрия является очень важным показателем для оценки патоморфологической картины заболевания. Без знания этого параметра достоверный диагноз поставить практически невозможно даже имеющему большой практический опыт специалисту.
Как осуществляется процесс пролиферации
Это явление возникает в момент завершения какого-либо воспалительного процесса (когда основные патологические разрушения, вследствие влияния бактерий и вирусов, уже заканчиваются). Признаки пролиферации проявляются на стадии, когда разрушенные клетки постепенно начинают восстанавливаться, образовавшиеся токсины - медленно выводиться, а поврежденные поверхностные ткани - регенерироваться.
Процесс пролиферации также происходит и при возникновении каких-либо ран, например, на слизистой оболочке рта. На поверхности раны в определенный момент образуется белая пленка – фибрин, которая постепенно заполняет всю поврежденную поверхность. Основным элементом в этом процессе является белок – фибрин.
Первичное и вторичное натяжение
С течением времени ткань слизистой оболочки становится более зрелой, и в ней начинают появляться новообразованные сосуды, в результате чего бывшая ранка начинает немного возвышаться над основной поверхностью. Эпителий начинает активно расти сразу же после повреждения, и это свидетельствует, что организму изнутри дается определенная команда - восстановить новую поверхность над повреждением и вернуть ей потерянную структуру.
На этой стадии пролиферации под струпом восстанавливается тканевая поверхность при первичном или вторичном натяжении (в зависимости от глубины раны и ее площади). Первичное натяжение характеризует процесс заживления раны без применения каких-либо усилий со стороны организма (рана небольшая, и в ней отсутствует патогенная инфекция). В этом случае образование новой эпителиальной ткани вызывает струп, и царапина затягивается в течении 3-7 дней, после чего происходит отторжение струпа.
Процесс заживления раны под вторичным натяжением наблюдается при значительной площади поверхности повреждения или в случае попадания в рану какой-либо инфекции. Зачастую при такой ситуации прибегают к медицинской помощи (возникший первоначальный струп удаляют, производят очистительные манипуляции, и затем под вновь сформировавшимся струпом происходит естественная пролиферация).
В результате процессов обмена веществ и энергии клетка все время изменяется, происходит ее онтогенез, получивший название жизненного цикла клетки. Клеточный цикл – это периоды существования клетки от момента ее образования рутем деления материнской клетки до собственного деления или смерти. С размножением клеток, или пролиферацией, связаны рост и обновление многих структур в многоклеточном организме. Пролиферационный (митотический) цикл – комплекс взаимосвязанных и согласованных во времени событий, происходящих в процессе подготовки клетки к делению и на протяжении самого деления. При размножении клеток осуществляются механизмы, лежащие в основе наследования свойств и передачи потока информации также на организменном уровне. Кроме того, в жизненный цикл включается период выполнения клеткой многоклеточного организма специфических функций, а также периоды покоя.В периоды покоя клетка может либо начать подготовку к митозу, либо приступить к специализации в определенном функциональном направлении
Молодые клетки, образовавшиеся после деления, не могут немедленно приступить к новому клеточному делению. В них предварительно должны произойти важные процессы: увеличение объема, восстановление структурных компонентов ядра и цитоплазмы, связанных с синтезом белка и нуклеиновых кислот.
Совокупность процессов, происходящих в клетке от одного деления до следующего и заканчивающихся образованием двух клеток новой генерации, называется митотическим циклом. Различают четыре периода этого цикла: пресинтетический (или постмитотический), синтетический, постсинтетический (или премитотический) и митоз.
Пресинтетический период (G1) следует непосредственно за делением. В это время синтез ДНК еще не происходит, но накапливаются РНК и белок, необходимые для образования клеточных структур. Это наиболее длительная фаза; в готовящихся к делению клетках она продолжается от 10 ч до нескольких суток.
Второй период - синтетический (S) характеризуется синтезом ДНК и редупликацией хромосомных структур, поэтому к концу его содержание ДНК удваивается. Происходит также синтез РНК и белка. Продолжительность этой фазы 6-10 ч.
В следующий, постсинтетический период (G2), ДНК уже не синтезируется, но происходит накопление энергии и продолжается синтез РНК и белков, преимущественно ядерных. Эта фаза длится 3-4 ч. Наконец, наступает деление ядра клетки - митоз (гр. mitos - нить), или кариокинез (гр. karyon - ядро, kinesis- движение). Термины «митоз» и «кариокинез»- синонимы.
Если количество ДНК в гаплоидном наборе хромосом (n) обозначить как С, то после деления клетки диплоидный набор хромосом (2n) содержит 2С ДНК. В пресинтетический период (G1) неизменным сохраняется то же количество ДНК, но в синтетиеский период (S) количество ДНК удваивается, и тогда, когда клетка переходит к постсинтетияескому периоду (G2), диплоидный набор хромосом (2n) содержит уже 4С ДНК. В это время каждая из хромосом редуплицирована и состоит из двух нитей (хроматид). Постсинтетический период и период митоза характеризуются сохранением того же набора хромосом (2n) и того же количества ДНК (4С). В результате митоза каждая дочерняя клетка содержит 2n хромосом и 2CДКК.
Три периода митотического цикла (G1, S, G2 ), во время которых происходит подготовка клетки к делению, объединяются под названием интерфазы. В ряде случаев клетки, образовавшиеся в результате деления, могут начать подготовку к следующему делению. Так происходит в эмбриональных и других быстро размножающихся тканях. При этом митотический цикл клетки совпадает со всем периодом ее существования,.т. е. жизненным циклом клетки. Если же клетки приобретают специализацию, начинают дифференцироваться, то пресинтетический период удлиняется. Для клеток каждого типа тканей устанавливается определенная продолжительность периода G1. В высокоспециализированных клетках, таких, как нервные, период G1 продолжается в течение всей жизни организма. Другими словами, они все время находятся в пресинтетическом периоде и никогда не делятся. Однако некоторые дифференцированные клетки (эпителиальная, соединительнотканная) при определенных условиях из периода G1 переходят к следующим периодам митотического цикла. У таких клеток жизненный цикл продолжительнее митотического.
Деление клетки. Деление клетки включает два этапа: деление ядра - митоз и деление цитоплазмы - цитокинез.
Митоз - сложное деление ядра клетки, биологическое значение которого заключается в точном идентичном распределении дочерних хромосом с содержащейся в них генетической информацией между ядрами дочерних клеток. А в результате этого деления ядра дочерних клеток имеют набор хромосом, по количеству и качеству идентичный таковому материнской клетки. Хромосомы - основной субстрат наследственности, они - та единственная структура, для которой доказана самостоятельная способность к редупликации. Все другие органоиды клетки, способные к редупликации, осуществляют ее под контролем ядра. В связи с этим важно сохранить постоянство числа хромосом и равномерно распределить их между дочерними клетками, что и достигается всем механизмом митоза. Такой способ деления в клетках растений был открыт в 1874 г. русским ботаником И. Д. Чистяковым (1843-1877), а в клетках животных - в 1878 г. русским гистологом П. И. Перемежко (1833-1894). Детальные исследования по делению клеток были выполнены несколько позже на растительных объектах Э. Страсбургером (1844-1912) и на клетках животных - В. Флеммингом.
В процессе митоза последовательно протекает четыре фазы: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. Эти фазы, непосредственно следующие друг за другом, связаны незаметными переходами. Каждая предыдущая обусловливает переход к последующей.
В клетке, вступающей в деление, хромосомы приобретают вид клубка из множества тонких, слабо спирализо-ванных нитей. В это время каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид. Образование хроматид происходит в S-период митотического цикла как следствие репликации ДНК.
В самом начале профазы, а иногда и до ее наступления центриоль делится на две, и они расходятся к полюсам ядра. Одновременно хромосомы претерпевают процесс скручивания (спирализации), вследствие чего значительно укорачиваются и утолщаются. Хроматиды несколько отходят друг от друга, оставаясь связанными лишь центромерами. Между хроматидами появляется щель. Ядрышки исчезают, ядерная оболочка под действием ферментов из лизосом растворяется, хромосомы оказываются погруженными в цитоплазму. Одновременно появляется ахроматиновая фигура, которая состоит из нитей, тянущихся от полюсов клетки (если есть центриоли, то от них). Ахроматиновые нити прикрепляются к центромерам хромосом. Образуется веретено деления. Электронно-микроскопические исследования показали, что нити веретена - это трубочки, канальцы. Погруженные в цитоплазму хромосомы направляются к экватору клетки.
В метафазе хромосомы находятся в упорядоченном состоянии в области экватора. Хорошо видны все хромосомы, благодаря чему изучение кариотипов (подсчет числа, изучение форм хромосом) проводится именно в этой стадии. В это время каждая хромосома состоит из двух хроматид, концы которых разошлись. Поэтому на метафазных пластинках (и идиограммах из метафазных хромосом) хромосомы имеют X-образную форму. Изучение хромосом проводится именно в этой стадии.
В анафазе каждая хромосома продольно расщепляется по всей ее длине, в том числе и в области центромеры - происходит расхождение хроматид, которые после этого становятся сестринскими, или дочерними, хромосомами. Они имеют палочкообразную форму, изогнутую в области первичной перетяжки. Нити веретена сокращаются, направляются к полюсам, а за ними начинают расходиться к полюсам и дочерние хромосомы. Расхождение их осуществляется быстро и всех одновременно. В телофазе дочерние хромосомы достигают полюсов. После этого хромосомы деспирализуются, теряют ясные очертания, вокруг них формируются ядерные оболочки. Ядро приобретает строение, сходное с интерфазным материнской клетки. Восстанавливается ядрышко.
Далее происходит цитокинез , т. е. разделение цитоплазмы. В клетках животных этот процесс начинается с образования в экваториальной зоне перетяжки, которая, все более углубляясь, отделяет, наконец, сестринские клетки друг от друга. В клетках растений разделение сестринских клеток начинается во внутренней области материнской клетки. Здесь мелкие пузырьки эндоплазматической сети сливаются, образуя, в конце концов, клеточную мембрану. Построение целлюлозных клеточных оболочек связано с использованием секретов, накапливающихся в диктиосомах.
Митоз, сочетающийся с задержкой цитокинеза, приводит к образованию многоядерных клеток. Такой процесс наблюдается, например, при размножении простейших путем шизогонии. У многоклеточных организмов так образуются синцитии, т. е. ткани, состоящие из протоплазмы, в которой отсутствуют границы между клетками. Такими являются некоторые мышечные ткани и тегумент плоских червей.
Продолжительность каждой из фаз митоза различна - от нескольких минут до сотен часов, что зависит от ряда причин: типа тканей, физиологического состояния организма, внешних факторов (температура, свет, химические вещества). Изучение влияния этих факторов на различные периоды митотического цикла с целью воздействия на него имеет большое практическое значение.
Амитоз - прямое деление клетки надвое путем перетяжки. При этом делении морфологически сохраняется интерфазное состояние ядра, хорошо видны ядрышко и ядерная мембрана. Хромосомы не выявляются и равномерного распределения их не происходит. Ядро делится на две относительно равные части без образования веретена деления. Равномерного рапределения генетического материала не происходит (из одной клетки образуются 2 неидентичные друг другу). Образовавшиеся клетки делиться митотически не могут. В норме у человека амитоз встречается в клетках специализированных тканей (зародышевые оболочки, фолликулярные клетки яичника), при необходимости быстрого восстановления тканей (после операций, травм ит.д.), в отживших стареющих клетках и др. При патологии у человека встречается в патологически измененных клетках, не способных в дальнейшем дать полноценные клетки (воспаления, злокачественный рост при опухолях).
Эндомитоз (гр. endon - внутри). При эндомитозе после репродукции хромосом деления клетки не происходит. Это приводит к увеличению числа хромосом иногда в десятки раз по сравнению с диплоидным набором, т. е. приводит к возникновению полиплоидных клеток. Эндомитоз встречается в интенсивно функционирующих клетках различных тканей, например в клетках печени.
Политения (гр. роlу - много). Политенией называется воспроизведение в хромосомах тонких структур - хромонем, количество которых может увеличиваться многократно, достигая 1000 и более, но увеличения числа хромосом при этом не происходит. Хромосомы приобретают гигантские размеры. Политения наблюдается в некоторых специализированных клетках, например, в слюнных железах двукрылых. При политении выпадают все фазы митотического цикла, кроме репродукции первичных нитей хромосом. Клетки с политенными хромосомами у дрозофилы используются для построения цитологических карт генов в хромосомах.
Процесс деления клетки с момента ее активации называется пролиферацией. Иными словами, пролиферация – это размножение клеток, т.е. увеличение числа клеток (в культуре или ткани), происходящее путем митотических делений. Во взрослом организме человека клетки различных тканей и органов имеют неодинаковую способность к делению. Кроме того при старении интенсивность пролиферации клеток снижается (т.е. увеличивается интервал между митозами). Встречаются популяции клеток, полностью потерявшие свойство делиться. Это, как правило, клетки, находящиеся на терминальной стадии дифференцировки, например, зрелые нейроны, зернистые лейкоциты крови, кардиомиоциты. В этом отношении исключение составляют иммунные В- и Т-клетки памяти, которые, находясь в конечной стадии дифференцировки, при появлении в организме определенного стимула в виде ранее встречавшегося антигена, способны начать пролиферировать. В организме есть постоянно обновляющиеся ткани – различные типы эпителия, кроветворные ткани. В таких тканях существует пул клеток, которые постоянно делятся, заменяя отработавшие или погибающие типы клеток (например, клетки крипт кишечника, клетки базального слоя покровного эпителия, кроветворные клетки костного мозга). Также в организме существуют клетки, которые не размножаются в обычных условиях, но вновь приобретают это свойство при определенных условиях, в частности при необходимости регенерации тканей и органов.
Процесс пролиферации клеток жестко регулируется как самой клеткой (регуляция клеточного цикла, прекращение или замедление синтеза аутокринных ростовых факторов и их рецепторов), так и ее микроокружением (отсутствие стимулирующих контактов с соседними клетками и матриксом, прекращение секреции и/или синтеза паракринных ростовых факторов). Нарушение регуляции пролиферации приводит к неограниченному делению клетки, что в свою очередь инициирует развитие онкологического процесса в организме. В опухолях атипичные клетки делятся митотическим способом. В результате деления образуются идентичные измененной клетки. Деление происходит многократно. В итоге опухоль быстро растет.
В результате нарушения пролиферации клеток возникают также различные иммунодефициты, анемии, кератоз и др.
С начала 60-х гг. появились новые взгляды на значение для старения и продолжительности жизни закономерностей клеточной пролиферации. На основании подсчета числа делений фибробластов, высеваемых в культуру ткани от эмбриона человека и от людей в возрасте 20 лет и выше, было сделано заключение о пределе клеточных делений (лимит Хейфлика), которому соответствует видовая длительность жизни. Старение – свойство самих клеток, запрограммированное в геноме, т.к. наступает после определенного количества делений. Показано, что фибробласты мыши способны удваивать свою численность 14-28 раз, цыпленка -15-35, человека-40-60, черепахи-72 -114 раз.
Особенности морфологического и функционального строения хромосомы. Гетеро- и эухроматин. Кариотип и идиограмма хромосом человека. Характеристика кариотипа человека в норме и патологии.
Термин хромосома был предложен в 1888 г. немецким морфологом В. Вальдейером, который применил его для обозначения внутриядерных структур эукариотической клетки, хорошо окрашивающихся основными красителями (от греч. хрома - цвет, краска, и сома - тело). К началу XX в. углубленное изучение поведения этих структур в ходе самовоспроизведения клеток, при созревании половых клеток, при оплодотворении и раннем развитии зародыша обнаружило строго закономерные динамические изменения их организации. Это привело немецкого цитолога и эмбриолога Т. Бовери (1902-1907) и американского цитолога У. Сеттона (1902-1903) к утверждению тесной связи наследственного материала с хромосомами, что легло в основу хромосомной теории наследственности. Детальная разработка этой теории была осуществлена в началеXX в. школой американских генетиков, возглавляемой Т. Морганом.
Представление о хромосомах как носителях комплексов генов было высказано на основе наблюдения сцепленного наследования ряда родительских признаков друг с другом при передаче их в ряду поколений.
Изучение химической организации хромосом эукариотических клеток показало, что они состоят в основном из ДНК и белков, которые образуют нуклеопротеиновый комплекс-хроматин, получивший свое название за способность окрашиваться основными красителями.
Все хромосомные белки разделяются на две группы: гистоны и негистоновые белки.
Гистоны представлены пятью фракциями: HI, Н2А, Н2В, НЗ, Н4. Являясь положительно заряженными основными белками, они достаточно прочно соединяются с молекулами ДНК, чем препятствуют считыванию заключенной в ней биологической информации. В этом состоит их регуляторная роль. Кроме того, эти белки выполняют структурную функцию, обеспечивая пространственную организацию ДНК в хромосомах.
Число фракций негистоновых белков превышает 100. Среди них ферменты синтеза и процессинга РНК, редупликации и репарации ДНК. Кислые белки хромосом выполняют также структурную и регуляторную роль. Регуляторная роль компонентов хромосом заключается в «запрещении» или «разрешении» списывания информации с молекулы ДНК.
Хроматин в зависимости от периода и фазы клеточного цикла меняет свою организацию. В интерфазе при световой микроскопии он выявляется в виде глыбок, рассеянных в нуклеоплазме ядра. При переходе клетки к митозу, особенно в метафазе, хроматин приобретает вид хорошо различимых отдельных интенсивно окрашенных телец - хромосом. Хромосомымогут находиться в двух структурно-функциональных состояниях: в конденсированном (спирализованном) и деконденсированном (деспирализованном). В неделящейся клетке хромосомы не видны, обнаруживаются лишь глыбки и гранулы хроматина, так как хромосомы частично или полностью деконденсируются. Это их рабочее состояние. Чем более диффузен хроматин, тем интенсивнее в нем синтетические процессы. Ко времени деления клетки происходит конденсация (спирализация) хроматина и при митозе хромосомы хорошо видны.
Мельчайшими структурными компонентами хромосом являются нуклеопротеидные фибриллы, они видимы лишь в электронный микроскоп. Хромосомные нуклеопротеиды - ДНП - состоят из ДНК и белков, преимущественно гистонов. Молекулы гистонов образуют группы - нуклеосомы. Каждая нуклеосома состоит из 8 белковых молекул. Размер нуклеосомы около 8 нм. С каждой нуклеосомой связан участок ДНК, спирально оплетающий ее снаружи.
В хроматине не вся ДНК связана с нуклеосомами, около 10-13 % ее длины свободно от них.
Существует представление, что хромосома состоит из одной гигантской фибриллы ДНП, образующей мелкие петли, спирали и разнообразные изгибы. По другим представлениям фибриллы ДНК попарно скручиваются, образуя хромонемы (гр. пета - струна), которые входят в комплексы более высокого порядка - также спирально закрученные полухроматиды. Пара полухроматид составляет хроматиду, а пара хроматид - хромосому.
Каким бы ни было тонкое строение хромосомы, от степени скручивания нитчатых структур зависит ее длина. На различных участках одной и той же хромосомы спирализация, компактность ее основных элементов неодинакова, с этим связана различная интенсивность окраски отдельных участков хромосомы.
Участки хромосомы, интенсивно воспринимающие красители, получили название гетерохроматических (состоящих из гетерохроматина), они даже в период между делениями клетки остаются компактными, видимыми в световой микроскоп. Слабо окрашивающиеся участки, деконденсирующиеся в периоды между делениями клетки и становящиеся невидимыми, получили название эухроматических (состоящих из эухроматина).
Предполагается, что эухроматин содержит в себе гены, а гетерохроматин выполняет по преимуществу структурную функцию. Он находится в интенсивно спирализованном состоянии и занимает одни и те же участки в гомологичных хромосомах, в частности составляет участки, прилегающие к центромере и находящиеся на концах хромосом. Потеря участков гетерохроматина может не отражаться на жизнедеятельности клетки. Выделяют факультативный гетерохроматин. Он возникает при спирализации и инактивации двух гомологичных хромосом, так образуется тельце Бара (х - половой хроматин). Его образует одна из двух Х-хромосом у женских особей млекопитающих и человека.
Хромосомы во время деления клетки, в период метафазы имеют форму нитей, палочек и т. д. Строение одной и той же хромосомы на различных участках неоднородно. В хромосомах различают первичную перетяжку, делящую хромосому на два плеча . Первичная перетяжка (центромера) - наименее спирализованная часть хромосомы. На ней располагается кинетохор (гр. kinesis - движение, phoros - несущий), к которому при делении клетки прикрепляются нити веретена деления. Место расположения первичной перетяжки у каждой пары хромосом постоянно, оно обусловливает и форму. В зависимости от места расположения центромеры различают три типа хромосом: метацентрические, субметацентрические и акроцентрические. Метацентрические хромосомы имеют равной или почти равной величины плечи, у субметацентрических плечи неравной величины, акроцентрические имеют палочковидную форму с очень коротким, почти незаметным вторым плечом. Могут возникнуть и телоцентрические хромосомы в результате отрыва одного плеча, у них остается только одно плечо и центромера находится на конце хромосомы. В нормальном кариотипе такие хромосомы не встречаются.
Концы плеч хромосом получили название теломеров, это специализированные участки, которые препятствуют соединению хромосом между собой или с их фрагментами. Лишенный теломеры конец хромосомы оказывается «ненасыщенным», «липким» и легко присоединяет фрагменты хромосом или соединяется с такими же участками. В норме теломеры препятствуют таким процессам и сохраняют хромосому как дискретную индивидуальную единицу, т. е. обеспечивают ее индивидуальность. Некоторые хромосомы имеют глубокие вторичные перетяжки, отделяющие участки хромосом, называемые спутниками. Такие хромосомы в ядрах клеток человека могут сближаться друг с другом, вступать в ассоциации, а тонкие нити, соединяющие спутники с плечами хромосом, при этом способствуют формированию ядрышек. Именно эти участки в хромосомах человека являются ядрышковыми организаторами. У человека вторичные перетяжки имеются на длинном плече 1, 9 и 16 хромосом и на концевых участках коротких плеч 13-15 и 21-22 хромосом.
В плечах хромосом видны более толстые и интенсивнее окрашенные участки - хромомеры, чередующиеся с межхромомернымн нитями. Вследствие этого хромосома может напоминать нитку неравномерно нанизанных бус.
Установлено, что каждый вид растений и животных имеет определенное и постоянное число хромосом. Другими словами, число хромосом и характерные особенности их строения - видовой признак. Эта особенность известна как правило постоянства числа хромосом. Так, в ядрах всех клеток лошадиной аскариды (Paraascaris megalocephala univalenus) находятся по 2 хромосомы, у мухи дрозофилы (Drosophila melanogaster) - по 8, у человека - по 46. Примеры: малярийный плазмодий (2), гидра (32), речной рак (116) и т.д.
Число хромосом не зависит от высоты организации и не всегда указывает на филогенетическое родство: одно и то же число может встречаться у очень далеких друг от друга форм и сильно разниться у близких видов. Однако очень важно, что у всех организмов, относящихся к одному виду, число хромосом в ядрах всех клеток, как правило, постоянна.
Следует обратить внимание на то, что во всех приведенных выше примерах число хромосом четное. Это связано с тем, что хромосомы составляют пары (правило парности хромосом).
У лошадиной аскариды одна пара хромосом, у дрозофилы - 4, у человека - 23. Хромосомы, которые относятся к одной паре, называются гомологичными. Гомологичные хромосомы одинаковы по величине и форме, у них совпадают расположение центромер, порядок расположения хромомер и межхромомерных нитей, а также другие детали строения, в частности, расположение гетерохроматиновых участков. Негомологичные хромосомы всегда имеют отличия. Каждая пара хромосом характеризуется своими особенностями. В этом выражается правило индивидуальности хромосом.
В последовательных генерациях клеток сохраняется постоянное число хромосом и их индивидуальность вследствие того, что хромосомы обладают способностью к авторепродукции при делении клетки.
Таким образом, не только «каждая клетка от клетки», но и «каждая хромосома от хромосомы». В этом выражается правило непрерывности хромосом.
В ядрах клеток тела (т. е. соматических клетках) содержится полный двойной набор хромосом. В нем каждая хромосома имеет партнера. Такой набор называется диплоидным и обозначается 2n. В ядрах половых клеток в отличие от соматических из каждой пары гомологичных хромосом присутствует лишь одна хромосома. Так, в ядрах половых клеток лошадиной аскариды всего одна хромосома, дрозофилы - 4, человека - 23. Все они различны, негомологичны. Такой одинарный набор хромосом называется гаплоидным и обозначается п. При оплодотворении происходит слияние половых клеток, каждая из которых вносит в зиготу гаплоидный набор хромосом, и восстанавливается диплоидный набор: п + п = 2n.
При сравнении хромосомных наборов из соматических клеток мужских и женских особей, принадлежащих одному виду, обнаруживалось отличие в одной паре хромосом. Эта пара получила название половых хромосом, или гетерохромосом. Все остальные пары хромосом, одинаковые у обоих полов, имеют общее название аутосом. Так, у дрозофилы 3 пары аутосом и одна пара гетерохромосом.
ПОНЯТИЕ О КАРИОТИПЕ. Исследованиями цитологов установлен факт специфичности хромосомного набора клеток организмов одного вида. Специфичность проявляется в постоянстве числа хромосом, их относительных размеров, формы, деталей строения. Хромосомный комплекс клеток конкретного вида растений и животных с присущими ему морфологическими особенностями, называется кариотипом. Важнейшим показателем кариотипа служит число хромосом.
Для соматических клеток многоклеточных организмов характерен диплоидный хромосомный набор. В нем каждая хромосома имеет парного себе гомологичного партнера, повторяющего в деталях размеры и особенности ее морфологии. Таким образом, в хромосомном наборе соматических клеток выделяют гомологичные (из одной пары) и негомологичные (из разных пар) хромосомы.
Половые клетки отличаются вдвое меньшим - гаплоидным числом хромосом.
Хромосомному комплексу свойственны половые различия. Наборы хромосом самца и самки отличаются по одной паре. Поскольку эти хромосомы участвуют в определении пола организмов, они называются половыми (гетерохромосомами). Остальные пары представлены аутосомами и неразличимы по своей структуре у самца и самки.
Для изучения кариотипа человека обычно используют клетки костного мозга, культуры фибробластов или лейкоцитов периферической крови, так как эти клетки легце всего получить. При приготовлении препарата хромосом к культуре клеток добавляют колхицин, останавливающий деление клеток на стадии метафазы. Затем клетки обрабатывают гипотоническим раствором, отделяющим хромосомы друг от друга, после чего их фиксируют и окрашивают.
Благодаря такой обработке каждая хромосома четко видна в световом микроскопе. Для индивидуальной идентификации хромосом используют следующие признаки: размер, положение первичной перетяжки, наличие вторичных перетяжек и спутников. Результат представляется в виде идиограммы, на которой хромосомы располагаются в порядке убывания размеров. Составление идиограмм, как и сам термин, были предложены советским цитологом Навашиным С.Г.
(8) Размножение , или репродукция,- одно из основных свойств, характеризующих жизнь. Под размножением понимается способность организмов производить себе подобных. Явление размножения тесно связано с одной из черт, характеризующих жизнь,- дискретностью. Как известно, целостный организм состоит из дискретных единиц - клеток. Жизнь почти всех клеток короче жизни особи, поэтому существование каждой особи поддерживается размножением клеток. Каждый вид организмов также дискретен, т. е. состоит из отдельных особей. Каждая из них смертна. Существование вида поддерживается размножением (репродукцией) особей. Следовательно, размножение - необходимое условие существования вида и преемственности последовательных генераций внутри вида. В основе классификации форм размножения лежит тип деления клеток: митотический (бесполое) и мейоти-ческий (половое).
Бесполое размножение. У одноклеточных эукариот это - деление, в основе которого лежит митоз, у прокариот - разделение нуклеоида, а у многоклеточных организмов - вегетативное (лат. vegetatio - расти) размножение, т. е. частями тела или группой соматических клеток.
Бесполое размножение одноклеточных организмов. У одноклеточных растений и животных различают следующие формы бесполого размножения: деление, эндогония, множественное деление (шизогония) и почкование.
Деление характерно для одноклеточных (амебы, жгутиковые, инфузории). Сначала происходит митотическое деление ядра, а затем в цитоплазме возникает все углубляющаяся перетяжка. При этом дочерние клетки получают равное количество информации. Органоиды обычно распределяются равномерно. В ряде случаев обнаружено, что делению предшествует их удвоение. После деления дочерние особи растут и, достигнув величины материнского организма, переходят к новому делению.
Эндогония - внутреннее почкование. При образовании двух дочерних особей - эндодиогонии - материнская дает лишь двух потомков (так происходит размножение токсоплаз-мы), но может быть множественное внутреннее почкование, что приведет к шизогонии.