Тема: Гомеостаз. Виды гомеостаза.
Понятие.
|
Гомеостаз - свойство биологических систем, поддерживающее постоянство внутренней среды.
|
Гомеостаз на организменном (онтогенетическом) уровне.
|
Представление о постоянстве внутренней среды организма как о необходимом условии для свободной и независимой жизни, окончательно сформулировано французским физиологом Клодом Бернаром в 1878г.
Дальнейшее развитие получило в работах Штерна, полагающего, что стабильное состояние организма достигается через постоянство, внутренней среды.
Из постоянно меняющейся внешней среды организмы получают вещества и энергию.
Внутренняя среда, сложившаяся в процессе эволюции доклеточных организмов, должна быть постоянной.
Механизмы онтогенетического гомеостаза закреплены в генотипе, проявляются на разных уровнях от молекулярно-генетического, клеточного до организменного. Они меняются на протяжении онтогенеза: в детском, юношеском возрасте несовершенные, наиболее надёжны в зрелом возрасте, а в старости их эффективность снижается.
|
Виды гомеостаза. Главный вид гомеостаза - генетический.
|
Генетический гомеостаз направлен на поддержание сбалансированной системы генов, содержащей всю биологическую информацию данного организма. Он может нарушаться вмешательством физических, химических и биологических факторов, проникающих из внешней среды или образующихся внутри организма. Генетический гомеостаз является
главным, а остальные виды гомеостаза на всех уровнях направлены на поддержание; генетического гомеостаза и целостности генетической программы.
Именно этим объясняется отсутствие межвидового скрещивания (чтобы не произошло смешивание генетических программ видов и не образовалась однородная, общая для всех).
Генетический гомеостаз в популяциях поддерживается панмиксией - свободным и независимым скрещивал нем особой, что стабилизирует в популяциях частоты разных аллелей и обеспечивает существование популяции как таковой, длительное время.
|
Мутации - результат нарушения генетического гомеостаза.
|
Результатом нарушения генетического гомеостаза являются различные мутации: генные, хромосомные, геномные.
|
Репликация и репарация - механизмы поддержания генетического гомео-
стаза.
|
На молекулярно-генетическом уровне генетический гомеостаз поддерживается механизмами точной репликативной репарации. В поддержании высокой точной репликации важную роль играет фермент ДНК-полимераза, который отбирает для синтеза ДНК необходимые нуклеотиды. В процессе репликации возникают ошибки, которые исправляются механизмами репарации.
|
Репарация - восстановление нарушенной структуры ДНК.
|
В ядре существует набор различных ферментов осуществляющих постоянный мониторинг ДНК, удаляющих повреждённые участки и заменяющих их нормальными последовательностями нуклеотидов: это - ДНК-полимераза и функционирующая в комплексе с ней редактирующая зндонуклеаза.
|
Репарация может осуществляться во время репликации, до репликации и после.
|
Репарация ДНК во время репликации называется самокоррекцией.
Частой причиной нарушения нормальной репликации является выбор ошибочного" азотистого основания (например, бромурацила вместо тимина). Дочерняя цепь, на конце которой появляется "ошибочный" нуклеотид, прекращает рост. Это сразу обнаруживает редактирующая эдонуклеаза, включается механизм самокоррекции. "ошибочный" нуклеотид вырезается и замещается нормальным.
Репарация ДНК до репликации называется эксцизионной (путем "вырезания").
Под влиянием УФ-лучей, активных радикалов, нарушается комплементарное спаривание азотистых ocнований. Если в одной цепи нуклеотидов рядом расположены два тимидиновых нуклеотида - Т - Т , они соединяются между собой ковалентными связями, образуя димер. Такой димер не реплицируется, т.к. его комплементарные связи нарушены. В другой - комплементарной цепи нуклеотидов против димеров, образуется "брешь". Перед репликацией "бреши" обнаруживаются ферментами репарации, удаляются и восстанавливаются на основе второй цепи нуклеотидов.
Нарушение этой репарации у людей вызывает заболевание - пигментную ксеродерму, повышенную чувствительность к УФ-лучам, гиперпигментацию, фотофобию, ангиомеланомы, рак кожи, раннюю смерть (до 20 лет).
Репарация после репликации осуществляется путём рекомбинации - обмена фрагментами между сестринскими хроматидами. Тимидиновые "бреши" заполняются нормальными азотистыми основаниями сестринской хроматиды (нити ДНК), а окончательное восстановление которой происходит по принципу комплементарности.
|
Световая и темновая репарация.
|
Различают темповую и световую репарацию. ферменты световой активируются светом, она более эффективна.
|
Генетический гомеостаз на клеточном и тканевом
уровнях поддерживает митоз.
|
|
Иммунитет - проявление генетического гомеостаза на организменном (онтогенетическом) уровне.
|
Генетический гомеостаз на организменном уровне поддерживается неспецифическими механизмами защиты и системой иммунитета.
|
Неспецифические
механизмы защиты: клеточные и гуморальные.
|
Hнеспецифические механизмы защиты противодействуют проникновению любых факторов из внешней среды, способных нарушить генетический гомеостаз, а так же нейтрализуют аномальные факторы, оказавшиеся в организме. Формы неспецифической защиты образуют две группы: клеточные и гуморальные.
Клеточные эволюционно возникли раньше, т.к. гуморальные - продукт деятельности клеток.
|
Клеточные формы неспецифической защиты.
|
К клеточным формам неспецифической защиты относят:
- эпителиальные барьеры кожи и слизистых оболочек;
- гисто-гематические барьеры отдельных органов (гемато-энцефаличеекий, гемато-офтальмический, гемато-тестикулярный);
- межжидкостные барьеры (гемато-ликворный, гемато-плевральный, гемато-синовиальный, гемато-лимфатический).
|
Фагоцитоз - наиболее древний и общий механизм неспецифической защиты.
|
Фагоцитоз - поглощение и уничтожение чужеродных агентов. В 1831г. И.И.Мечников вскрыл его общебиологическую сущность и эволюционное происхождение от способа питания простейших. Явление фагоцитоза было положено в основу созданной им первой клеточной теории иммунитета.
|
Иммунитет как проявление генетического гомеостаза.
Определение.
|
Ответная реакция организма на чужеродные для организма антигены.
|
Природа антигенов.
|
Белки: видо-, индивидуально-, органо-, стадиоспецифические. Возникают в процессе травм, инфекций, инвазий, мутаций, опухоле-вого роста.
|
Неспецифические факторы защиты.
|
Лизоцим слизистых оболочек, сывороточные белки (комплемент), интерферон, фагоцитоз (Мечников И.И., 1863).
|
Специфический лимфоидный иммунитет.
|
Происхождение и место дифференцировки В- и Т-лимфоцитов. Их роль в иммунной защите.
|
Гуморальный иммунитет.
|
3-х звеньевая система защиты. Роль макрофагов - образование РHK-антигенного комплекса. Сенсибилизация лимфоцитов и превращение их в иммунно-компетентные клетки. Образование плазматических клеток, вырабатывающих антитела - иммуноглобулины сыворотки под действием Т-хелперов.
|
Клеточный иммунитет. Трансплацентарный иммунитет.
|
Роль Т-лимфоцитов-киллеров в уничтожении чужеродных клеток и отторжении чужеродного трансплантата.
|
Становление иммунитета в онтогенезе.
|
Генетическая запрограммированность иммунитета. Закладка тимуса (у человека на 2-ом месяце эмбриональной жизни). Максимальная величина на 9-ом месяце эмбриональной жизни. Уменьшение в течение жизни и исчезновение в старости. Роль тимуса в дифференцировке иммунитета. Роль тимуса в старении.
|
Толерантность.
|
Способность организма не "распознавать" чужеродного антигена и не давать на него иммунного ответа (Медавар, Гашек 1959).
|
Проблема трансплантации.
|
Виды трансплантаций. Материал для трансплантаций. Антигены тканевой совместимости донора и реципиента. Пути преодоления тканевой несовместимости. Индивидуальные характеристики по системе "человеческих лейкоцитарных антигенов" и белков "парламентеров" Примененное облучения, иммунодепрессантов, антилимфоцитарных сывороток.
|
Повышение эффективности вакцинаций.
|
Индивидуальный подбор вакцин. Создание поливакцин со многими, детерминированными группами от разных возбудителей.
|
Нарушение иммунной системы.
|
Иммунодефициты, связанные с выведением или поражением какого-либо звена иммунной системы. Аутоиммунные заболевания, связанные с травмой или генетически обусловленные.
|
ЛЕКЦИЯ № 15
Тема: Теория биологической эволюции.
Развитие эволюционных идей.
|
Представления об изменяемости органического мира ученых-философов древнейших цивилизаций (Демокрит, Гераклит, Лукреций, Кар,Фалес).
|
Идеалистические представления.
|
Платон - учение об «идеях» - бестелесных формах вещей. Аристотель – причина развития материального мира в нематериальном начале.
|
Креационизм.
|
Представления об абсолютной неизменяемости и целесообразности природы.
|
Первые классификации.
|
Цезальпин (1583) Джо Рей (1393), Цезальппн (1583) Джвн Рей (1393), Карл Линней (1707-1778) - создатель первой полной искусственной классификации живого. Введение в практику бинарной номенклатуры вида. Определение "вида" как сходных по строению организмов.
|
Трансформизм.
|
Признание изменяемости органического мира (Бюффон, Эрадм, Дарвин, Ломоносов, Гёте, Радищев).
|
Идеи эволюционизма.
|
Введение сравнительного метода в биологию. Учении е о гомологии Сент-Илера.
|
Первая эволюционная теория.
|
Ламарк "Философия зоологии" (1309 г). Теория градаций. Причина развития – в стремлении организмов к совершенствованию.
Факторы эволюции:
I) упражнение и неупражнение органов в зависимости от среды;
2) передача достигнутых изменений потомству. Отрицание реального существования видов.
|
Неоламаркизм.
|
1) психоламаркизм - стремление в развитии к конечной цели;
2) механоламаркизм - все изменения адекватны среде и "отбор" не нужен.
|
Эволюционная теория Дарвина.
|
"Происхождение видов" (1853г). Факторы эволюции:
Естественный отбор, интенсивность размножения.
Борьба за существование.
Наследственная изменчивость.
Дивергенция. Вымирание промежуточных форм.
Основные критерии вида: морфологический, географический, экологический, физиологический. Теория Альфреда Уоллеса «О стремлении разновидностей к неограниченному отклонению от первоначального типа».
|
Значение теории Дарвина.
|
Создание естественной классификации, отражающей историческое развитие видов.
|
Слабые стороны теории Дарвина.
|
Незнание природы наследственной изменчивости и дискретного характера наследственных факторов.
|
Современная синтетическая теория эволюции.
Определение.
|
Теория, являющаяся синтезом классического дарвинизма и генетики. Значение работ Четверикова, Добржанского, Тимофеева-Ресовского ( 1937 - 1940 г.г.).
|
Элементарная эволюционная единица.
|
Популяция. Критерии ее характеризующие: экологический, морфо-физиологический, генетический.
|
Элементарный эволюционный материал.
|
Мутации - дискретные изменения кода наследственной информации. Спектр мутаций: морфологические, биохимические, физиологические, этологические.
Генетическая комбинаторика мутаций.
|
Элементарные
факторы эволюции.
|
1) Главный фактор - естественный отбор.
2) Популяционные волны - периодические колебания численности, обусловленные различными причинами, нарушающие закон равновесия генных частот.
3) Изоляции, обусловленные различными факторами, нарушающими панмиксию и приводящие к гомогенизации.
|
Элементарное эволюционное явление.
|
Сдвиг, в соотношении между нормальным и мутантным геном под действием естественного отбора.
|
Формы отбора.
|
Отбор осуществляется по фенотипам и величина давления отбора обусловлена адаптивной ценностью признака, т.е. способностью к выживанию.
|
Значение отбора.
|
Шмальгаузен открыл стабилизирующий отбор и движущий. Возможны также дизруптивный, половой, индивидуальный и групповой тип отбора. Поэтому роль отбора творческая и ведущая.
|
Значение микроэволюции.
|
Может привести к образованию новых видов. Превращение генетически открытых систем в генетически закрытые.
|
Главный критерий вида - генетическое единство.
|
Вид - это репродуктивно изолированный генофонд. Это наименьшая, генетически неделимая, закрытая система в живой природе.
|
Пути видообразования.
|
1) Аллопатрическое - на периферии ареала исходного вида.
2) Симпатрическое - внутри ареала за счет быстрого изменения генотипа, приводящего к репродуктивной изоляции.
|
ЛЕКЦИЯ №16
|
