Молекулярно генетическая теория

Содержание

Современное состояние теории гена

Современные теории гена сформирована благодаря переходу генетики на молекулярный уровень анализа и отражает тонкую структурно-функциональную организацию единиц насследственности. Основные положения этой теории следующие:

1) ген(цистрон) – функциональная неделимая еденица наследственного материала (ДНК у организмов и РНК у некоторых вирусов), определяющая проявление наследственного признака или свойства организма.

2) Большинство генов существует в виде двух или большего числа альтернативных (взаимоисключающих) вариантов аллелей. Все аллели данного гена локализуются в одной и той же хромосоме в определенном ее участке, которую назвали локусом.

3) Внутри гена могут происходить изменения в виде мутаций и рекомбинаций; минимальные размеры мутона и рекона равны одной паре нуклеотидов.

4) Существуют структурные и регуляторные гены.

5) Структурные гены несут информацию о последовательности аминокислот в определенном полипептиде и нуклеотидов в рРНК, тРНК

6) Регуляторные гены контролируют и направляют роботу структурных генов.

7) Ген не принимает непосредственного участия в синтезе белка, он является матрицей для синтеза различных видов РНК, которые непосредственно принимают участие в синтезе белка.

8) Существует соответствие (колиннеарность) между расположением триплетов из нуклеотидов в структурных генах и порядком аминокислот в молекуле полипептида.

9) Большинство мутаций гена не проявляются в фенотипе, так как молекулы ДНК способны к репарации (востановлению своей нативной структуры)

10) Генотип являет собой систему, которая состоит из дискретных едениц – геннов.

11) Фенотическое проявление гена зависит от генотипической среды, в которой находится ген, влияние факторов внешней и внутренней среды.

ГЛАВА 9

ПОТОК ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ В КЛЕТКЕ

РЕГУЛЯЦИЯ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ

Генетическая информация – это «кодовое письмо», содержащее программу о развитии организма. Оно передается от родителей к потомству через половые клетки. О биологической роли этого «кодового письма» Эрвин Шрёдинген еще в 1945 году писал следущее: «Называя структуру хромосомных нитей «кодовым письмом» мы имеем в ввиду, что всепроникающий разум может по этой структуре предсказать, разовьется ли данное яйцо в подходящих условиях в черного петуха или пёструю курицу, в муху или растение кукурузы, жука, мышь или в женщину…» Но это термин «кодовое письмо», конечно, слишьком узок. Хромосомные структуры служат, кроме того, и инструментом, осуществляющим то развитие, которое они же предпологают. Они и кодекс законов и исполнительная сила, или (используя другую терминологию) они и архитектурный проект, и строительная бригада в одно и тоже время.

Центральная догма (основной постулат) молекулярной биологии

В результате фундаментальных исследований молекулярных основ наследственности сформировалось представление об ауто- и гетеро- синтетической функции гена. Согласно этому представлению передача генетической информации происходит от ДНК к ДНК при репликации ДНК (аутосинтетическая функция при размножении клеток) и от ДНК через иРНК к белку (гетеросинтетическая функция при биосинтезе белка).

Транскрипция

Трансляция иРНК Белок

ДНК

Репликация

Такой путь передачи информации от ДНК, которая способна к самовоспроизведению, к иРНК и белку Ф. Крик (1958) назвал «центральной догмой молекулярной биологии».

Долгое время считалось, что передача генетической информации в обратном направлении, т.е. от РНК до ДНК, невозможна. Однако в 1970 г Г. Тимин сообщил, что у РНК-содержащих вирусов с помощью ферментов ревертаз может синтезироваться на РНК комплементарная цепь ДНК для внедрения в геном клетки-хозяина. Спустя пять лет (1975 г) Р. Дульбеко, Г. Тимин и Д. Балтимор показали, что процессы обратной транскрипции могут происходить в клетках разных организмов от бактерий до млекопитающих и человека. Было установлено, что на ранних стадиях эмбриогенеза в клетках амфибий происходит резкое увеличение числа копий генов рибосомальной РНК (амплификация генов) с помощью обратной транскрипции.

Наличие ревертаз в нормальных клетках разных по систематическому положению организмов свидетельствуют о широком распространении процессов обратной транскрипции в живой природе и необходимости дополнения центральной догмы биологии этим важным обстоятельством.

транскрипция

трансляция

Обратная транскрипция

ДНК иРНК белок

РЕПЛИКАЦИЯ

Из приведенной схемы видно, что генетическая информация заключенная в нуклеиновой кислоте может передаваться лишь в направлении нуклеиновая кислота → белок. Передача информации в обратном направлении – от белка к нуклеиновой кислоте – невозможна.

В потоке биологической информации участвует ДНК хромосом, молекулы иРНК, переносящие информацию в цитоплазму, цитоплазматический аппарат трансляции (рибосомы и полисомы, тРНК, ферменты).

На завершающем этапе потока информации в клетке полипептиды, синтезированные на рибосомах, преобретают вторичную, третичную, четвертичную структуру и используются в качестве ферментов, строительных блоков, антител и др. (рис 9.1.)

Рис. 9.1. Поток биологической информации в клетке

Благодаря потоку информации клетка приобретает характерную для нее морфофункциональную организацию, поддерживает ее во времени и передает ряду поколений.

Передача качественно полноценной информации в ряду поколений обеспечивается путем воспроизведения (репликации идентичных двойных спиралей ДНК), а использование этой информации для организации клеточных функций путем биосинтеза белка в результате экспрессии генов.

Современная теория гена

Наследственность и изменчивость на молекулярном уровне.

Молекулярная теория гена

Современные данные молекулярной генетики 1) о структуре гена, 2) этапах реализации генетической информации, 3) регуляции активности генов, 4) особенностях генома про- и эукариот обобщает теория гена. Таким образом, в молекулярной генетике накоплен обширный фактический материал, разработаны свои собственные методы исследования и есть обобщающая теория, т.е. МГ может считаться самостоятельной наукой, а не разделом.

Ген – участок молекулы ДНК, единица наследственной информации. В процессе развития генетики понятие «ген» менялось.

1. Один ген (наследственный фактор) определяет один признак. (Мендель)

2. Один ген – один фермент (Бидл и Тетум).

3. Один ген – один транскрипт.

4. В настоящее время – структурный ген – участок ДНК (или РНК у некоторых вирусов), определяющий последовательность аминокислот в белковой цепи или последовательность нуклеотидов в одной молекуле т-рнк, р-рнк или мя-рнк.

С одного гена могут транскрибироваться несколько молекул и-рнк, выполняющих сходные или различные функции. Это обеспечивается за счет альтернативного сплайсинга, разных рамок считывания и различных промоторов.

Ген делим. В нем выделяют цистрон (собственно ген, единица функции), мутон (единица мутации), рекон (единица рекомбинации). Ген состоит из нуклеотидов, объединенных в генетические единицы: кодоны, репликоны, опероны, различающиеся составом нуклеотидов и их функциями.

Закодированная в генах наследственная информация реализуется (экспрессируется) на основе матричного принципа через процессы репликации, транскрипции и трансляции.

Поток генетической информации осуществляется в направлении ДНК -> РНК белок;

белок не может служить матрицей для синтеза РНК и ДНК.

Гены ограничены «знаками препинания» — терминаторами и «знаками управления» — промоторами и операторами, обеспечивающими регуляцию матричных процессов.

Геном прокариот в основном состоит из уникальных генов, имеющих непрерывную структуру (не содержит интронов).


В геноме эукариот преобладают некодирующие участки ДНК и межгенные промежутки. Гены составляют незначительную часть ДНК и имеют прерывистое – экзон-интронное строение. Многие последовательности ДНК представлены большим числом копий.

Теория гена вносит вклад в понимание молекулярных механизмов индивидуального развития и молекулярных основ эволюционного процесса. Положения данной теории – основа развития прикладных направлений биологической науки: селекции, медицинской генетики, генной инженерии.

Структурный ген – участок ДНК или РНК (у некоторых вирусов), определяющий последовательность аминокислот в белке, или одной молекулы т-РНК, р-РНК или мя-РНК.

С одного гена могут транскрибироваться несколько и-РНК, выполняющих сходные или различающиеся функции за счет альтернативного сплайсинга, различных рамок считывания и различных промоторов.

Современная теория гена

  1. Ген – участок ДНК, элементарная единица генетической информации (определение гена в разные этапы генетики: 1 ген – 1 признак (Мендель), 1 ген – 1 фермент (Бидл, Тетум), 1 ген – 1 транскрипт, 1 ген — ? (в настоящее время точного определения гена нет)).
  2. Ген делим. В нем выделяют участки: цистрон – единица функции, мутон – единица мутации, т.е. наименьший участок, изменение которого приводит к изменению признака; рекон – единица рекомбинации, т.е. наименьший участок, которыми идет обмен при кроссинговере.
  3. Ген стабилен, но возможны изменения – мутации. Эти изменения также стабильны, наследуются.
  4. Совокупность генов организма (клетки) состоит из нуклеотипа (наследственная информация в ядре) и плазмотипа (наследственная информация в цитоплазме: у эукариота – в митохондриях и пластидах, у прокариот – в плазмидах).
  5. В генотипе выделяют структурные (кодирующие белок) и регуляторные гены (регулируют работу структурных генов).
  6. Генотип будучи дискретным функционирует как единое целое (доказательство – взаимодействие аллельных и неаллельных генов).
  7. Генотип дискретен: гены снабжены регуляторными участками, которые определяют начало и окончание считывания генов.
  8. На функции генов оказывают влияние внутри- и внеклеточная среда. Между ядром и цитоплазмой два посредника: и-РНК (ядро → цитоплазма) и белки репрессоры (цитоплазма → ядро).

Гены структурно и функционально различаются. Они могут:

— могут быть организованы в опероны (прокариоты)

— контролировать одну или несколько ферментативных реакций, т.е. кодировать один или несколько белков

— содержать (эукариоты) или не содержать (прокариоты) интроны

— могут быть в линейной последовательности или перекрываться структурно

— существуют структурные гены, кодирующие белки, или РНК (т-РНК, р-РНК, мя-РНК).

— существуют области, которые нельзя строго назвать генами: регуляторные участки, включающие и выключающие гены

— есть мигрирующие элементы (МГЭ), перемещающиеся вдоль ДНК. Встраиваясь или выщепляясь в НК, МГЭ могут приводить к перестройкам генома

— есть псевдогены и повторяющиеся участки ДНК, которые ничего не кодируют и нужны только для собственного воспроизведения (эгоистическая, или паразитирующая, ДНК)

Старые и новые теории старения

Прежде чем перейти непосредственно к изложению различных теорий старения, необходимо дать определение термина «старение». Существует множество определений этого понятия. Наиболее удачным из них является следующее: «Старение – это процесс непрерывного разрушения, присущий всем объектам живой и неживой природы». Существование и поддержание жизнедеятельности живых организмов возможно благодаря непрерывному потоку энергии, а также постоянному воспроизведению генетической информации и структур в процессе клеточного деления.

На данный момент существует несколько десятков теорий старения. Многие из них представляют уже только исторический интерес, остальные же, отражая ряд существенных сторон процесса, могут быть уложены в логическую схему более универсального общего механизма старения. Общим для всех гипотез является одно – старение организма начинается сразу после начала деления оплодотворенной яйцеклетки. Рассмотрим некоторые из них.

Энергетическая теория старения

Данная теория относится к одной из самых первых теорий старения. Она была предложена Н. Рубнером в1908 г., который первым обратил внимание на то, что крупные млекопитающие живут дольше, чем мелкие. Например, мышь живет 3,5 года, собака – 20 лет, лошадь – 46 лет, слон – 70 лет. Являясь наиболее примитивной, энергетическая теория рассматривает старение как простое изнашивание клеток и тканей. Этот вывод сделан из того, что якобы существует обратная зависимость между интенсивностью обмена веществ, энергией и продолжительностью жизни.

По данным Н. Рубнера, на1 г массы тела всех животных приходится постоянное количество энергии (200 ккал/г), которое может быть израсходовано за жизнь. Исчерпав это количество энергии, животное погибает. Н. Рубнер ошибочно полагал, что интенсивность обмена и общее потребление кислорода определяются условиями теплового баланса и зависят от размеров и поверхности тела. Масса возрастает пропорционально линейным размерам, взятым в кубе, и площади взятой в квадрате. К примеру, собаке для поддержания стабильной температуры тела требуется меньше энергии, чем взятым такому же по весу количеству мышей. У мышей общая поверхность будет гораздо больше, чем у собаки. Следовательно, собака имеет более низкий уровень обмена веществ, чем мышь, а небольшая масса тела и высокий обмен веществ обусловливают крайне непродолжительную жизнь.

Интересным фактом является то, что срок жизни птиц, так же как и у млекопитающих, увеличивается с увеличением размера. Но по сравнению с млекопитающими птицы того же размера живут в 2 раза дольше. Происходит это потому, что у птиц гораздо интенсивнее основной обмен.

Человек имеет намного больший энергетический фонд (приблизительно в 4 раза). Отсюда был сделан вывод о том, что для продления своей жизни человек должен проявлять насколько можно минимальную активность. Это была грубая ошибка с точки зрения современной геронтологии. Напротив, активный образ жизни не только не сокращает, а продлевает продолжительность жизни.

Нейроэндокринные и иммунные гипотезы

Главным регулятором жизнедеятельности человека является нейроэндокринная система. Из-за этого геронтологи пытались выдвинуть теорию, которая могла бы связать основные механизмы старения с первичными нарушениями в нейроэндокринной системе, приводящими к развитию вторичных изменений в тканях.

К наиболее ранним теориям относятся гипотезы, рассматривающие процесс старения как результат дисфункции какой-либо конкретной железы – гипофиза, щитовидной или других, особенно половых, желез. Затем появились теории, объясняющие старение как нарушение функции всей нейроэндокринной системы организма.

Очень большую популярность имеют теории, которые связывают старение с первичными изменениями в гипоталамических структурах. Это объясняется тем, что гипоталамус является генератором биологических ритмов организма, являющихся основным звеном в регуляции функции, желез внутренней секреции. Данная регуляция реализуется через центральную эндокринную железу – гипофиз.

В1968 г. К. Дильман выдвинул теорию о существовании «гипоталамических часов». Он считал, что процесс старения развивается из-за нарушения гомеостаза организма, являющегося результатом нарастания активности гипоталамуса. В организме пожилого человека существенно возрастает продукция гипоталамических гормонов (либеринов) и ряда гормонов гипофиза (гонадотропинов, соматотропина), а также инсулина. Следует отметить, что наряду с этой дисфункцией эндокринной системы некоторые структуры гипоталамуса снижают свою активность, происходят выраженные нарушения жизнедеятельности организма.

Молекулярно-генетическая теория старения

Молекулярно-генетическая теория является одной из наиболее признанных в современной геронтологии. Данная гипотеза видит причину старения в первичных изменениях генетического аппарата клетки.

Молекулярно-генетические теории подразделяются на две большие группы. Одни ученые рассматривают возрастные изменения генетического аппарата клеток как наследственно запрограммированные. Другие ученые считают, что подобные изменения происходят случайно. Отсюда следует, что процесс старения может являться или наследственно обусловленным, закономерным результатом роста и созревания, или следствием накопления случайных ошибок в системе хранения и передачи генетической информации.

Родоначальником первой группы молекулярно-генетических теорий является А. Вейсман, который выдвинул гипотезу о разделении функций между соматическими и половыми носителями генетического материала. По А. Вейсману, естественное старение отсутствует у одноклеточных организмов.

Эволюционное противоречие между необходимостью дифференциации клеток и обеспечением их бессмертия путем неограниченного деления привело к необходимости разделения клеток на соматические, которым было позволено дифференцироваться и стареть, и бессмертные зародышевые, или половые. В сущности, соматические клетки созданы для обеспечения жизнедеятельности половых клеток, обеспечивающих сохранение и передачу генетического материала в популяции. При выполнении функции размножения индивид становится бесполезным для популяции.

Также, по Вейсману, в результате естественного отбора преимуществом пользовались виды с наилучшим соотношением между плодовитостью и продолжительностью жизни. Отсюда был сделан вывод, что наибольшая продолжительность жизни обусловлена генетически в виде количества поколений соматических клеток многоклеточного организма.

Для подтверждения молекулярно-генетической теории проводился ряд научных исследований. Например, были выполнены опыты для обнаружения соотношения между ограничением питания в молодом возрасте и темпами роста животных. При ограничении питания у животных происходят замедление роста и задержка полового созревания, а следовательно старения. Происходит это потому, что организму требуется большее время для достижения окончательных размеров, т. е. старение, как и другие этапы онтогенеза, контролируется генами.

Последователем теории А. Вейсмана стал и Л. Хейфлик, который установил, что нормальные соматические клетки человека имеют лимитированный митотический потенциал и определенную продолжительность жизни. Для опыта брали из организма клетки соединительной ткани – фибробласты, которые затем помещали в питательную среду. Результатом этого явилось выявление числа Хейфлика – строго ограниченного количества делений, после которого культура погибала. Некоторые авторы утверждают, что в культурах фибробластов, полученных от молодых животных, количество делений превышает число делений в культуре клеток старых животных.

Позже был открыт молекулярный механизм, ограничивающий количество делений фибробластов в культуре. Оказалось, что в стареющих культурах снижается активность фермента теломеразы, который обеспечивает сохранение свойств ДНК в последовательных поколениях клеток. При встраивании гена этого фермента количество делений культивируемых фибробластов возросло.

В ходе исследований были найдены гены, которые влияют на продолжительность жизни дрожжей, червя-нематоды, дрозофилы. Все эти исследования положили основания для разработки методов омоложения с помощью моделирования «износившихся» участков генов.

Казалось, что молекулярно-генетическая теория получила свое подтверждение. Но тут имеются определенные особенности. Например, у фибробластов, используемых в эксперименте, некоторые свойства вообще отсутствовали, зато другие, напротив, обострялись. Если к культуре фибробластов добавляли какие-либо другие клетки, то количество их делений либо возрастало, либо снижалось.

Также фибробласты приобретали способность трансформироваться в другие типы клеток, продолжительность жизни которых не зависит от числа делений.

Поэтому многие ведущие геронтологи очень скептично относятся к перспективе решить ее за счет замены «плохих» генов на «хорошие». По некоторым данным, влияние наследственных факторов на среднюю продолжительность жизни не превышает 25%.

К молекулярно-генетическим гипотезам также относится гено-регуляторная теория. Эта теория старения была выдвинута В. Райтом совместно с сотрудниками. Сутью ее является представление о старении как об изменениях, происходящих в регуляторных генах. Эти гены являются наиболее активными и наименее защищенными структурами ДНК, способными определять темп и последовательность включения и выключения структурных генов. Вследствие нарушения скорости и последовательности включения структурных генов происходят возрастные изменения в структуре и функции клеток.

Прямых доказательств генорегуляторной теории не выявлено. Но современные исследования показали, что при старении организма в ДНК некоторые участки сокращаются в размерах.

Также к данному виду теорий относится гипотеза «старения по ошибке», которая была выдвинута в1954 г. физиком М. Сцилардом. Ученый проводил научные исследования о воздействии радиации на живые организмы и доказал, что действие ионизирующего излучения существенно сокращает сроки жизни людей и животных. Под воздействием радиации происходят многочисленные мутации в молекуле ДНК и инициируются некоторые симптомы старения, такие как седина или раковые опухоли. В результате своих наблюдений М. Сцилард сделал вывод, что мутации являются непосредственной причиной старения живых организмов. Однако он не объяснил факта старения у людей и животных, не подвергавшихся облучению.

Его последователь Л. Оргель считал, что главная причина старения организма – это накопление с возрастом генетических повреждений в результате мутаций. Мутации в генетическом аппарате клетки могут происходить по двум причинам. Они могут быть либо спонтанными, либо возникать в ответ на воздействие агрессивных факторов, как то ионизирующая радиация, ультрафиолетовые лучи, вирусы, накопление в организме токсических продуктов и т. д. В результате подобных мутаций гены утрачивают способность адекватно регулировать свою активность в связи с накоплением повреждений ДНК и РНК.

Наряду с этим в каждой клетки функционирует специальная система репарации для обеспечения стабильности структуры ДНК и константы в системе передачи генетической информации. В лабораторных экспериментах на некоторых видах животных была доказана взаимосвязь между активностью систем репарации ДНК и сроком жизни.

С течением времени система репарации ДНК изнашивается, в результате чего происходит старение организма. Доказательством этому служат случаи преждевременного старения и выраженного укорочения продолжительности жизни.

К таким случаям относятся наследственные болезни, при которых нарушается процесс репарации, такие как прогерии, синдром Тернера, некоторые формы болезни Дауна и др.

К сторонникам данной теории относится и Хейфлик, который говорил о том, что «потеря точной или надежной (контролирующей) информации происходит из-за накопления случайных воздействий, повреждающих жизненно важные молекулы ДНК, РНК и белков. Когда достигается пороговая величина такого рода «поражений», «повреждений», «погрешностей» или «ошибок», нормальные биологические процессы прекращаются, возрастные изменения становятся очевидными. Истинная природа ущерба, наносимого жизненно важным молекулам, пока неизвестна, но известен сам факт его проявления».

Свободнорадикальная теория старения

Среди всех теорий старения наиболее общепринята теория свободных радикалов, предложенная американским ученым Д. Харманом в середине 1950-х гг. Постоянно расширяя области своего приложения, свободнорадикальная теория старения включает многие из ранее выдвинутых гипотез и теорий старения. Свободнорадикальная теория относится к группе теорий старения в результате изнашивания организма.

Для того чтобы рассмотреть данную гипотезу, следует вспомнить, что ДНК и РНК представляют собой нестабильные, длинные цепи, которые состоят из тысяч молекул. Эти цепи могут очень легко распадаться на звенья. Они постоянно атакуются другими молекулами, представляющими собой либо банальные продукты клеточного метаболизма, либо вещества, загрязняющие окружающую среду (свинец). В результате этого внутри клетки в процессе обмена веществ все время синтезируются новые молекулы, которые заменяют поврежденные.

Большой группой атакующих молекул являются свободные радикалы, которые имеют выраженную способность соединяться с другими молекулами. Клетки время от времени, особенно при действии на организм ионизирующей радиации, самостоятельно синтезируют свободные радикалы.

Свободные радикалы – это атомы или молекулы, имеющие неспаренный электрон на внешней орбите. К ним относятся разнообразные «активные формы кислорода» – АФК (супероксид-анион радикал, продукты распада перекиси водорода и реакций с ее участием, окислы азота и т. д.). Процессы, связанные с действием АФК, называют окислительным стрессом, поскольку высокоактивные свободные радикалы могут атаковать и повреждать любые клетки.

Образование свободных радикалов происходит в ходе реакций, потребляющих кислород для «сжигания» углеводов и протекающих с выделением большого количества энергии. Также свободные радикалы возникают случайно, в то время, когда всегда присутствующий в клетке кислород соединяется с молекулами клетки. Следует отметить, что в ходе жизнедеятельности в кислороде имеют свойство накапливаться токсические продукты обмена веществ. Также кислород очень часто подвергается воздействию вредных экзогенных факторов.

Кроме того, свободные радикалы способны активизировать внутри клеток особые молекулы – факторы копирования.

Фактор копирования – это абсолютно безвредная молекула до тех пор, пока не подвергнется агрессивному воздействию свободных радикалов, которые способствуют ее миграции к центру клетки – ядру. Попав в ядро, факторы копирования встраиваются в ДНК, после этого она начинает синтезировать токсические вещества. Существует фактор копирования NFk-B, обладающий воспалительными свойствами.

В молодых организмах имеется особый обезвреживающий механизм, устраняющий повреждения, – ферментативная система антиокислительной защиты, которая со временем изнашивается. Накопление повреждений в клетках и скорость старения зависят от соотношения процессов образования активных форм кислорода и функцией этой системы.

В 1969 г. Э. Корд и М. Фридович открыли особый фермент – супероксиддисмутазу, после чего гипотеза Хармана получила новый импульс для своего развития. Активность этого фермента в гранулоцитах, тромбоцитах, эритроцитах и лимфоцитах человека связана со способностью этих клеток к образованию свободных радикалов. Это позволило проследить взаимосвязь наличия данных агрессивных факторов со сроком жизни клеток в крови, который варьирует от 12 ч до нескольких лет. Благодаря этому открытию были сформулированы убедительные доказательства образования в живых клетках свободных форм кислорода, объяснена функция сложной, многоуровневой системы антиоксидантной защиты.

В лабораторных условиях было выявлено, что наиболее высокая активность супероксиддисмутазы отмечается в тромбоцитах, которые часто синтезируют свободные радикалы. Это резко снижает продолжительность их жизни. Эритроциты также характеризуются высоким уровнем супероксиддисмутазы. Но эти клетки крайне редко синтезируют супероксидные радикалы. Срок их жизни больше, чем у тромбоцитов, но не очень высокий. Лимфоциты никогда не генерируют свободные радикалы и имеют довольно низкий уровень супероксиддисмутазы. Поэтому их срок жизни наиболее продолжителен.

Одной из вариаций свободнорадикальной теории является гипотеза старения в результате гликозилирования. Комплекс реакций гликозилирования – реакция Мэйяра – запускается после возникновения соединений глюкозы с аминогруппами аминокислот, пептидов, белков, нуклеиновых кислот. Продукты, образовавшиеся в результате реакции, способны повреждать белки или нуклеиновые кислоты. В результате этого дефектные молекулы оседают на стенки сосудов, тела нервных клеток. Подтверждением этой теории является то, что при развитии осложнений сахарного диабета появляются признаки, похожие на изменения в организме у людей пожилого возраста. Подобные симптомы возникают за счет более быстрого синтеза токсических продуктов реакции гликозилирования.

Также учеными было выявлено, что содержание специфических продуктов реакции Мэйяра в организме человека тесно взаимосвязано с его биологическим возрастом, который часто сильно варьируется у людей одного и того же календарного возраста.

Следует отметить, что проводились исследования, которые смогли доказать способность некоторых продуктов реакции гликозилирования синтезировать активные формы кислорода. Отсюда следует сделать вывод, что образование свободных радикалов и гликозилирование являются звеньями единой более сложной биохимической реакции, а также то, что многие связанные с процессом старения заболевания, такие как атеросклероз, почечная недостаточность, нейродегенеративные заболевания, связаны с реакцией гликозилирования и образованием свободных радикалов.

Один из способов борьбы со старением, в котором повинны свободные радикалы, – применение так называемых антиоксидантов.

Американским ученым Комфортом был проведен ряд научных экспериментов, в результате которых оказалось, что антиоксидант этоксихин способствует увеличению продолжительности жизни мышей примерно на 25%.

В1973 г. исследователь Ричард Хохшилд вводил мышам препарат центрофеноксин. Центрофеноксин используется в некоторых странах Европы и во всем мире (кроме США) для ликвидации признаков нарушений функции центральной нервной системы. Кроме того, его в течение продолжительного времени используют для лечения больных нейродегенеративными заболеваниями. Из этого следует то, что он нетоксичен для людей. В ходе эксперимента было установлено, что продолжительность жизни крыс увеличивается на 10%. Также Р. Хохшилд вводил лекарство старым мышам и показал, что оно увеличивает продолжительность остатка жизни подопытных животных на 11%.

Исследователь Д. Харман проводил опыты, доказывающие зависимость продолжительности жизни от особенностей рациона. Ученый считал, что ненасыщенные липиды, в избытке содержащиеся в маслах и растительных продуктах, принимают активное участие в свободнорадикальных реакциях, посредством этого способствуя ускоренному старению. В ходе эксперимента Харман увеличивал процентное содержание ненасыщенных липидов в пище мышей. Результатом этого – сокращение сроков жизни грызунов.

Д. Харман считал, что за счет некоторых пищевых добавок, а именно за счет снижения ненасыщенных жиров в общей сумме калорий с 20 до 1%, а также применение правильной диеты, возникает возможность «перспектив продления срока жизни свыше 85 лет, а также возможность для значительного числа людей жить гораздо дольше 100 лет».

Напротив, препятствует старению организма обогащение рациона витамином Е, который является защитой от свободных радикалов. Исследованием влияния витамина Е на продолжительность жизни занимался А. Тэппел, который говорил: «Старение обусловлено процессом окисления, а так как витамин Е принадлежит к числу природных антиоксидантов, его можно использовать для противодействия этому процессу в организме». Исследования А. Тэппела показали, что недостаточное содержание этого витамина в корме крыс и мышей на порядок сокращает срок жизнь этих животных. Но на продолжительность жизни, по Тэппелу, влияет также содержание в пище витамина С.

Этот витамин является синергистом витамина Е и способствует более эффективному удалению свободных радикалов.

МГП-128

Портал «Вечная молодость» www.vechnayamolodost.ru
29.08.2007

Молекулярно-генетическая теория старения

Человеку свойственно боятся старения, ведь оно ведет к закату его жизни. А жизнь человека по сравнению с другими процессами вселенной очень коротка. Поэтому психическое функционирование в пожилом возрасте существенно отличается от других периодов жизни человека. Найти эликсир долголетия, разгадать загадку старения пытались многие известные ученые. Но чтобы найти ответ нужно проникнуть в тайны законов природы. На сегодняшний день генетики работают над многими вопросами, но именно вопрос старения остается самой большой загадкой.

Современная геронтология имеет несколько теорий, которые дают возможность понять, почему человек стареет и умирает. Все они имеют право на существование, но самой признанной остается молекулярно-генетическая теория старения. В ее основе лежит гипотеза, утверждающая, что причина старения кроется в первичных изменениях аппарата клетки. Но вот что касается процесса, тут мнения ученых не сходятся, так как может быть два варианта, как именно он происходит и чем он обусловлен.

Если смотреть на эти два варианта процесса, то опровергнуть их просто невозможно. По первой теории механизм старения генетически заложен в самой клетке, проявления старости — закономерность установленная природой. Во втором случае это всего лишь результат накопления ошибок в генетической памяти, которые накопились за период эволюции живых существ. Пока предпочтение за молекулярно-генетической теорией с первым вариантом процесса старения.

Считается, что молекулярно-генетическая теория старения была создана А. Вейсманом, который выдвинул гипотезу разделения функций между соматическими и половыми носителями генетического материала. В основе этой гипотезы лежит отсутствие старения в одноклеточных организмах. Как утверждает теория Вайсмана, именно соотношение между половыми и соматическими клетками определяет продолжительность жизни. Половые или зародышевые клетки не умирают, так как несут в себе основную генетическую информацию, а вот соматические дифференцируются и умирают.

Первые отвечают за передачу информации в популяции, а вторые обеспечивают их жизнедеятельность. После того как организм выполнил свое предназначение, передав популяции информацию он становится бесполезным и соматические клетки прекращают свое деление. Чем дольше продолжительность функции размножения, тем больше поколений соматических клеток, соответственно дольше продолжительность жизни. Это можно считать естественным отбором, предусмотренным природой.

Для того чтобы теория Вайсмана была подтверждена либо опровергнута, уже проведено множество научных исследований. В ходе этих исследований была установлена закономерность между ограничением питания и ростом, а соответственно и старением организма. При ограничении питания молодой организм замедляет свой рост, вследствие чего задерживается половое созревание, это в свою очередь замедляет и старение. Эти опыты дали возможность установить, что старение контролируется генами, как и другие этапы онтогенеза. При ограничении питания организму требуется больше времени для того что бы достигнуть окончательных размеров, выполнить свое предназначение в размножении и запустить обратный отсчет, то есть начать стареть.

Первое опровержение этой теории дали опыты А. Карреля. Этот французский хирург и патофизиолог разработал технику выращивания культуры тканей с использованием плазмы крови и эмбриональной жидкости. Его эксперимент с клетками тканей миокарда помещенных в питательную среду доказал, что молекулярно-генетическая теория старения далеко не всегда верна, так как слой клеток делился неограниченное число раз.

Молекулярно-генетическая теория старения Вейсмана, нашла свое продолжение в теории Хейлика. Опыты этого ученого доказали что нормальная соматическая клетка имеет строгое количество делений, это число, в честь ученого, назвали число Хейлика. По этой теории соматические клетки имеют лимитированный митотический потенциал и определенную продолжительность жизни.

Пример такого опыта можно наблюдать при помещении фибробласты в питательную среду. Соединительная ткань, взятая из организма, делится определенное количество раз и погибает. Но как же опыты А. Карреля? Отличие между этими исследованиями заключалось в самом материале. Каррель помещал в питательную смесь кусочки тканей, а Хейлик одиночные клетки, что дало более точные результаты. Разница состояла и в питательной смеси. В опытах Карреля вместе с кровью и эмбриональной жидкостью к образцам попадали новые клетки. Хейлик в свою очередь использовал раствор аминокислот, солей и других низкомолекулярных компонентов. Таким образом, молекулярно-генетическая теория старения вновь была подтверждена, но это не дало ответа как связано число деления и дифференциация во всех поколениях клеток. Ответ на этот вопрос не дала теломерная теория, она только позволила установить что структура, отвечающая за количество делений – концевые участки хромосом, или теломеры.

В конце ХХ-го века была выдвинута новая теория старения, в процессе доказательства которой была опровергнута теломерная теория. По новой гипотезе за старение организма отвечают структуры вне ядра клетки, это белковые структуры которые участвуют в делении клеток и являются счетчиком деления – центриоли. Так родилась центриолярная теория Ткемаладзе.

Центриолярная теория Ткемаладзе поставила под вопрос предыдущие гипотезы, приводя неоспоримый факт. Из ядра соматической клетки, возможно, вырастить клонированное животное, значит, она также несет в себе генетическую информацию. Тогда логичнее допустить, что за старение отвечает не ядро, а структуры в цитоплазме.

Исследования клеток привели к выводам, что именно центриоли отвечают за этот процесс. Перед каждым делением они удваиваются, а также руководят формированием каркаса клетки – цитоскелета, который играет важнейшую роль в жизни клетки. Цитоскелет координирует объединение клеток в ткань и метаболизм клеток, отвечает за начальные этапы эмбрионального развития. Он же отвечает за прохождение внешних сигналов в ядро, вплоть до сигнала на уничтожение клетки. Когда число делений клетки исчерпано, центриоли погибают, прекращается поддержка цитоскелета, а значит, клетка стареет и гибнет. Исключение составляют только клетки способные к регенерации, как, к примеру, клетки печени взрослых животных.

По центриолярной теории Ткемаладзе существуют бессмертные клетки, такими считают клетки высших растений, оплодотворенная яйцеклетка и еще несколько видов изначально лишенных центриолей и цитоскелета. К этому перечню относятся и злокачественные раковые клетки, у которых резко нарушена ориентация центриолей и изменена структура цитоскелета.

Старение организма начинается тогда, когда клетки исчерпали свой лимит делений. Такие клетки становятся дифференцированными, или специализироваными. В организме человека первыми дифференцированные становятся стволовые клетки. Их большинство имеет подавленный механизм деления, оно формируют запас, все другие идут на формирование организма. Постепенно запас расходуется, для возобновления клеток тканей, когда он исчерпается, стволовые клетки не возобновляют его.

Как альтернатива всем вышеперечисленным гипотезам выдвинута теория случайных мутаций, или ошибок в геноме человека. Исследования клеток долгожителей старше 100 лет показали преобладание аллеля апоЕ2, над аллелем апоЕ4, а ведь последний предрасполагает к некоторым заболеваниям к примеру к гиперходестеринемии и болезни Альцгеймера. Преобладание одних аллелей над другими можно считать мутациями. Именно изменение аполипопротеина, гена отвечающего за долгожительство человека, и может приводить к тому, что организм стареет.

Молекулы ДНК это основа генетического аппарата, они могут повреждаться физическими или химическими агентами, или так называемыми свободными радикалами, что нарушает процесс их деления и может привести к их видоизменению. Такое влияние на генетический материал в ходе эволюции и привело к старению организма.

На сегодняшний день проводятся тысячи исследований, но это только очередные попытки в долгой чреде поисков вечной молодости. Все предыдущие теории старения еще не изучены до конца. Современные генетики добились потрясающего результата — клонировав животное. Результатом труда многих ученых стали такие достижения как увеличение числа Хейлика на 20-30 делений, выделен маркер опухолевого процесса, что может помочь победит рак и другие выдающиеся достижения. Но впереди еще очень много работы генетиков, прежде чем человек обретет вечную молодость и бессмертие.

2. Основные положения теории гена. Генная инженерия.

  • •1. Биология как наука. Её задачи, объекты, методы 0исследования. Особенности биологии на совре­менном этапе развития органического мира. Значение биологии в системе подготовки врача.
  • •2. Доказательства роли днк в передаче наследственной информации. Вклад отечественных генетиков в решение этой проблемы (а.С. Серебровский, н.П. Дубинин, б.Н. Сидоров, н.К. Кольцов). Свойства днк.
  • •3. Общая характеристика типа плоские черви (plathelmintes). Деление на классы.
  • •2. Основные понятия генетики.
  • •3. Общая характеристика класса Сосальщики (Thrematodes).
  • •1. Научное определение сущности жизни. Свойства живого. Уровни организации живого.
  • •2. Половые клетки, их строение и функции. Эволюция половых клеток.
  • •3. Кошачий сосальщик (Opisthorchis felineus).
  • •1. Обмен веществ. Понятие ассимиляции и диссимиляции. Виды обмена веществ.
  • •2. Генетика как наука. Её предмет, объекты, методы, задачи.
  • •1. Пластический обмен, его этапы их характеристика. Биосинтез белка.
  • •2. Г. Мендель как основоположник экспериментальной генетики. Гибридологический метод, его суть.
  • •3. Общая характеристика класса жгутиковые (Flagellata). Трипаносома. Морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
  • •1. Энергетический обмен, его этапы их характеристика.
  • •2. Типы и варианты наследования признаков.
  • •3. Тип простейшие (Protozoa).
  • •1. Ферменты, группы ферментов, условия их действия.
  • •2. Закон независимого расщепления признаков, его сущность и математическое выражение.
  • •3. Лейшманий. Систематическое положение. Морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
  • •1. Клеточная теория. Этапы её становления. Основные положения современной клеточной теории.
  • •2. Научные открытия, доказавшие роль хромосом в передаче наследственной информации. Основные положения хромосомной теории.
  • •3. Трихомонада. Систематическое положение, биологические виды. Морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
  • •1. Неклеточные формы жизни, их строение и процессы жизнедеятельности.
  • •2. Этапы развития генетики. Роль отечественных ученых в развитии этой науки.
  • •3. Лямблии. Систематическое положение. Морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
  • •1. Возникновение клеточных организмов. Особенности строения и жизнедеятельности прокариотической клетки.
  • •2. Варианты хромосомного определения пола.
  • •3. Паразитизм определение понятия, пути происхождения паразитов.
  • •1. Гипотезы возникновения эукариотической клетки.
  • •2. Наследование признаков, сцепленных с полом.
  • •3. Общая характеристика класса споровики (Sporozoa). Токсоплазма. Морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
  • •1. Общий план строения эукариотической клетки. Оргалеллы и включения. Определение понятий, классификация.
  • •2. Явление нерасхождения хромосом при мейозе. Его значение.
  • •1. Клеточная мембрана, ее строение и функции.
  • •2. Ген, его химическое строение. Свойства гена. Классификация генов по функциям. Структура гена.
  • •1. Строение и функции цитоплазмы. Немембранные органеллы цитоплазмы, их строение и функции.
  • •2. Схема генетической регуляции синтеза белка у прокариот.
  • •3. Общая характеристика класса ленточные черви (Cestoidea).
  • •1. Мембранные органеллы цитоплазмы, их строение и функции.
  • •2. Закон единообразия первого поколения, его сущность математическое выражение.
  • •3. Малярийный плазмодий. Систематическое положение, биологические виды. Морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
  • •1. Строение ядра. Ядрышко строение и функции.
  • •2. Плодовая мушка, как объект генетических исследований.
  • •3. Эхинококк (Echinococcus granulosus).
  • •1. Хромосомы, их классификация по месту расположения центромеры. Кариотип. Идеограмма.
  • •2. Схема генетической регуляции синтеза белка у прокариот.
  • •3. Общая характеристика класса инфузории (Infusoria). Балантидий. Морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
  • •1. Строение, свойства и функции хромосом.
  • •2. Основные положения теории гена. Генная инженерия.
  • •3. Бычий цепень (Taeniarhynchus saginatus).
  • •1. Нуклеиновые кислоты, их виды, строение, локализация в клетке, значение.
  • •2. Группы сцепления генов в хромосомах. Карты хромосом, определение понятия, принципы их построения.
  • •3. Определение понятия »хозяин» Типы хозяев. Принципы взаимодействия паразита и хозяина.
  • •1. Генетический код. Его сущность, свойства. Понятие о кодоне.
  • •2. Цитоплазматическая наследственность. Плазмиды, группы плазмид.
  • •3. Свиной цепень (Taenia solium).
  • •1. Жизненный цикл клетки, его периоды, их сущность.
  • •2. Типы наследования признаков. Моногенный тип наследования. Формы взаимодействия аллельных генов.
  • •1. Интерфаза, её периоды, их характеристика.
  • •2. Полигенный тип наследования. Формы взаимодействия неаллельных генов.
  • •3. Карликовый цепень (Hymenolepis nаnа).
  • •1. Способы деления клеток и клеточных структур: амитоз, митоз, мейоз, эндомитоз, политения. Определение понятий.
  • •2. Закон расщепления признаков, его сущность и математическое выражение. Гипотеза чистоты гамет.
  • •3. Широкий лентец (Diphyllobothrium latum).
  • •1. Митоз, его фазы, их характеристика. Факторы, влияющие на интенсивность митоза. Биологиче­ское значение митоза.
  • •2. Сцепленное наследование. Типы и варианты сцепления, их характеристика.
  • •3. Общая характеристика типа круглые черви (nemathelminthes) . Деление на классы, группы.
  • •1. Размножение как свойство живого. Способы размножения организмов, их характеристика.
  • •2. Множественные аллели. Причины их появления. Примеры.
  • •3. Аскарида человеческая (Ascaris lumbricoides).
  • •1. Гаметогенез. Сущность и значение фаз сперматогенеза.
  • •2. Расы. Определение понятия, их классификация и характеристика.
  • •3. Острица (Enterobius vermicularis).
  • •1. Формы бесполого размножения у одноклеточных и многоклеточных организмов.
  • •2. Наследование резус-белка у человека. Возможный конфликт у матери и плода.
  • •3. Классификация паразитов по месту, времени паразитирования, по образу жизни, происхождению и по действию на организм хозяина.
  • •1. Формы полового размножения у одноклеточных и многоклеточных организмов.
  • •2. Наследственность и изменчивость. Определение понятий. Формы изменчивости и наследственности.
  • •3. Власоглав (Trichocephalus trichiurus).
  • •1. Овогенез, его стадии, их характеристика.
  • •2. Мутации, Определение понятия, их классификация.
  • •3. Трихинелла (Trichinella spiralis).
  • •1. Онтогенез. Его типы. Периоды онтогенеза, их характеристика.
  • •2. Мутагены. Определение понятия, их классификация.
  • •3. Главнейшие гельминтозы населения Алтайского края и их очаги.
  • •1. Стадии эмбрионального развития, их характеристика.
  • •2. Генные мутации, их виды. Примеры.
  • •3. Методы гельминтодиагностики и их характеристика.
  • •1. Стадии постэмбрионального развития, их характеристика. Прямое и непрямое развитие.
  • •2. Хромосомные мутации, определение понятия. Виды хромосомных мутации.
  • •3. Общая характеристика типа членистоногие (Arthropoda). Деление на подтипы, классы
  • •1. Рост и развитие. Понятие определений. Влияние внешних и внутренних факторов на эти процес­сы.
  • •2. Закон гомологических рядов наследственной изменчивости. Значение его в медицине.
  • •3. Общая характеристика класса ракообразные (Crustacea). Медицинское значение.
  • •1. Старость, как этап онтогенеза. Геронтология и гериатрия. Определение понятий. Смерть, как этап онтогенеза. Смерть клиническая и биологическая. Реанимации и её значение в медицине.
  • •2. Антропогенетика как наука. Её предмет, методы, задачи.
  • •3. Общая характеристика класса паукообразные (Arachnoidea). Деление на отряды. Медицинское значение отдельных представителей.
  • •1. Теории старения.
  • •2. Генеалогический метод. Его цели, задачи. Этапы выполнения и их характеристика.
  • •3. Общая характеристика класса насекомые (Insecta). Деление на отряды.
  • •1. Регенерация как процесс повторного развития. Её формы. Значение. Проявление регенерационной способности у различных организмов.
  • •2. Признаки аутосомно-доминантного типа наследования.
  • •3. Паразитология, ее разделы. Вклад отечественных врачей и ученых в развитие паразитоло­гии.
  • •1.Способы репаративной регенерации, их сущность.
  • •2. Признаки аутосомно-рецессивного типа наследования.
  • •3. Формы биотических связей, их характеристика (конкуренция, хищничество, антибиоз, симбиоз).
  • •1. Трансплантация, её виды. Трансплантация как наука. Определение понятия, история развития. Роль отечественных врачей и ученых в развитии трансплантации.
  • •2. Признаки наследования гена, сцепленного с y-хромосомой.
  • •3. Характеристика отряда Вши (Anoplura) и Блохи (Aphaniptera), их медицинское значение.
  • •1. История становления эволюционных идей (стихийный материализм, креационизм, трансформизм, эволюционизм).
  • •2. Признаки наследования доминантного гена, сцепленного с х-хромосомой.
  • •3. Характеристика отряда Двукрылые (Diptera) и его семейств. Медицинское значение отдельных представи­телей.
  • •1. Понятие биологической (органической) эволюции.
  • •2. Генные болезни, механизмы их возникновения. Примеры.
  • •3. Кошачий сосальщик (Opisthorchis felineus).
  • •1. Причины эволюции по ж. Б. Ламарку.
  • •2. Близнецовый метод, его значение. Конкордантные и дискордантные близнецы.
  • •1. Биосфера. Определение понятия. Границы биосферы. Эволюция биосферы.
  • •2. Человек, как объект генетических исследований.
  • •1. Общественно-экономические предпосылки возникновения Дарвинизма.
  • •2. Хромосомные болезни, механизмы их возникновения. Примеры.
  • •3. Бычий цепень (Taeniarhynchus saginatus).
  • •1. Основные положения теории ч. Дарвина.
  • •2. Признаки наследования доминантного гена, сцепленного с х-хромосомой.
  • •3. Карликовый цепень (Hymenolepis nаnа).
  • •1. Эволюция покровов.
  • •2. Понятие о наследственных, врожденных и семейных болезнях. Примеры.
  • •3. Эхинококк (Echinococcus granulosus).
  • •1. Популяционно-статистический, цитогенетический методы антропогенетики.
  • •2. Критерии вида и их характеристика.
  • •3. Свиной цепень (Taenia solium).
  • •1. Дерматоглифический метод, его виды.
  • •2. Основные положения теории ч. Дарвина.
  • •1. Диагностика наследственных болезней. Показания и методы пренатальной диагностики.
  • •2. Формы изменчивости по ч. Дарвину.
  • •3. Острица (Enterobius vermicularis).
  • •1. Метод моделирования в антропогенетике, его виды. Их значение в медицине.
  • •2. Эволюция нервной системы.
  • •3. Лямблии. Систематическое положение. Морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
  • •1. Лечение наследственных болезней.
  • •2. Эволюция кровеносной системы.
  • •3. Аскарида человеческая (Ascaris lumbricoides).
  • •1. Профилактика наследственных болезней. Meдико-генетическое консультирование.
  • •2. Схема эволюции приматов.
  • •3. Власоглав (Trichocephalus trichiurus).
  • •1. Г. Мендель как основоположник экспериментальной генетики. Гибридологический метод, его суть.
  • •2. Эволюция выделительной системы.
  • •3. Лейшманий. Систематическое положение. Морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
  • •1. Закон единообразия первого поколения, его сущность математическое выражение.
  • •2. Эволюция пищеварительной системы.
  • •3. Кривоголовка двенадцатиперстная (Ancylostoma duodenale).
  • •1. Закон независимого расщепления признаков, его сущность и математическое выражение.
  • •2. Итоги 4-го этапа развития Дарвинизма.
  • •3. Трихинелла (Trichinella spiralis).
  • •1. Закон независимого расщепления признаков, его сущность и математическое выражение.
  • •2. Понятие вида (интуитивное, философское, морфологическое, биологическое, современное).
  • •3. Методы гельминтодиагностики и их характеристика.
  • •1. Типы и варианты наследования признаков.
  • •2. Определение понятия популяция.
  • •1. Овогенез, его стадии, их характеристика.
  • •2. Эволюция дыхательной системы.
  • •3. Общая характеристика класса инфузории (Infusoria). Балантидий. Морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
  • •1. Научные открытия, доказавшие роль хромосом в передаче наследственной информации. Основные положения хромосомной теории.
  • •2. Эволюция половой системы.
  • •1. Плодовая мушка, как объект генетических исследований.
  • •1. Естественный отбор как элементарный эволюционный фактор.
  • •3. Трихомонада. Систематическое положение, биологические виды. Морфология, цикл развития, пути заражения человека. Методы лабораторной диагностики, профилактика.
  • •1. Варианты хромосомного определения пола.
  • •2. Изоляции, определение понятия. Виды изоляции.
  • •3. Широкий лентец (Diphyllobothrium latum).
  • •1. Наследование признаков, сцепленных с полом.
  • •2. Адаптации, определение понятия, классификация.
  • •3. Общая характеристика типа круглые черви (nemathelminthes) . Деление на классы, группы.
  • •1. Явление нерасхождения хромосом при мейозе. Его значение.
  • •2,Закон Харди-Вайнберга, его математическое доказательство.
  • •1. Группы сцепления генов в хромосомах. Карты хромосом, определение понятия, принципы их построения.
  • •2. Пути видообразования и их характеристика.
  • •1. Митоз, его фазы, их характеристика. Факторы, влияющие на интенсивность митоза. Биологиче­ское значение митоза.
  • •2. Определение понятия макроэволюции.
  • •3. Главнейшие гельминтозы населения Алтайского края и их очаги.
  • •1. Половые клетки, их строение и функции. Эволюция половых клеток.
  • •2 Направления эволюции органического мира, их характеристика.
  • •3. Основные понятия паразитологии: паразит, среда обитания паразита, паразитоценоз, симбиоценоз, возбудитель, хозяин, переносчик.
  • •1. Хромосомы, их классификация по месту расположения центромеры. Кариотип. Идеограмма.
  • •2. Биогенетический закон Геккеля-Мюллера.
  • •3. Определение понятия »хозяин» Типы хозяев. Принципы взаимодействия паразита и хозяина.
  • •1. Типы наследования признаков. Моногенный тип наследования. Формы взаимодействия аллельных генов.
  • •2. Определение понятия человеческая популяция, дем, изолят.
  • •3. Общая характеристика типа членистоногие (Arthropoda). Деление на подтипы, классы
  • •1. Биогеоценоз. Определение понятия. Компоненты биогеоценоза, их характеристика. Виды био­геоценозов, их характеристика.
  • •2. Особенности действия естественного отбора в популяциях людей.
  • •1. Множественные аллели. Причины их появления. Примеры.
  • •2. Определение понятия антропология, ее разделы.
  • •3.Определение понятия паразитарные болезни. Примеры. Классификация паразитарных заболеваний по приро­де возбудителя, распространению, способу передачи возбудителя, в зависимости от организма хо­зяина.

Основные положения теории гена

Схема генетической регуляции биосинтеза белка у прокариот и у эукариот.

Гены. Классификация гена. Свойства гена.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА. ГЕНЫ. ТЕОРИЯ ГЕНА. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ГЕНОВ В ПРОЦЕССА БИОСИНТЕЗА БЕЛКА У ПРОКАРИОР И ЭУКАРИОТ. ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ.

Литература.

1. История педагогики и образования. От зарождения воспитания в первобытном обществе до конца XX в.: Учебное пособие для педагогических учебных заведений / Под ред. академика РАО А.И. Пискунова. — 2-е изд., испр. и дополн. — М.: ТЦ «Сфера», 2001. — 512 с.

2. Никандров Н.Д. История педагогики. Интернет-ресурс: http://nashaucheba.ru/v49639/%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D0%BD%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%B2_%D0%BD.%D0%B4._%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%8F_%D0%BF%D0%B5%D0%B4%D0%B0%D0%B3%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D0%BA%D0%B8?page=6

План лекции:

1. Гены. Классификация генов. Свойства гена.

2. Схема генетической регуляции белка у про- и эукариот.

3. Основные положения теории гена.

4. Генная инженерия.

Ген – функциональная единица генетического аппарата организма. Представлена ДНК или, реже, РНК; информационная структура кодирующая: а) полипептид, б) РНК, в)т-РНК. Ген в этом понятии часто называют цистрон. Действие генов проявляется (реализуется) в фенотипе.

Химическое строение гена.

Ген – участок молекулы ДНК, состоящий из последовательности нуклеотидов, являющихся мономером ДНК, либо РНК. Нуклеотид – сложное органическое соединение, состоящее из: а) азотистых оснований пуринового (аденин, гуанин), б) пиримидинового (тимин, урацил, цитозин) ряда, б) остатков фосфорной кислоты. ОТКРЫТЬ УЧЕБНИК ШУМНОГО ЛИБО РУВИНСКОГО И ПОВТОРИТЬ СТРУКТУРУ ДНК И НУКЛЕОТИДОВ.

Структура гена.

Гены включают в себя такие единицы:

1. Мутоны – минимально одна пара нуклеотидов, способных мутировать.

2. Реконы – минимально две пары нуклеотидов, способных рекомбинировать (меняются местами между собой).

3. Цистрон (ген) – функциональное название гена. Содержат десятки сотен пар нуклеотидов, контролирующих синтез полипептидов.

Классификация генов по функциям:

I. Структурные. Они транскрибируются и определяют структуру:

1. и-РНК и следовательно структурных белков

2. и-РНК и следовательно белков-ферментов

3. р-РНК

4. т-РНК.

II. Функциональные. Выполняют регуляторные функции.

1. Влияют на активность структурных генов.

2. Подают сигнал начала и конца синтеза структурных генов.

3. Обозначают запуск или окончание процесса транскрипции.

К этим группам генов относятся промоторы, терминаторы, регуляторы и попираторы.

III. Гены, выполняющие функции модуляторов (они изменяют действие других генов, осуществляя тонкую регуляцию их активности):

1. Ингибиторы или супрессоры – гены подавители, подавляют активность других генов.

2. Интенсификаторы или усилители действия других генов.

3. Модификаторы, меняющие действие. Изменяют активность других генов в небольших пределах.

Свойства генов:

1. Способность контролировать определенные ферментативные реакции.

2. Свойство к мутированию.

3. Способность рекомбинировать.

4. Дискретность гена – наличие внутри гена более мелких дифференцированных структур.

5. Плейотропность – множественное действие гена, когда один ген отвечает за несколько признаков.

6. Дозированность гена – зависимость результата (количество белка, РНК, активность фермента) от дозы гена.

7. Пенетрантность – количественный показатель действия генов: частота фенотипического проявления гена в популяции (в процентах!).

8. Экспрессивность гена – свойство характеризует степень выраженности признака.

9. Проявление действия гена зависит от факторов внешней среды.

Предложили ее в 1961 году два французских автора Роберт Жакоб и Джордж Моно, за что в этом же году и получили Нобелевскую премию. И съема получила название «гипотеза оперона».

Структура оперона прокариот

1. Ген-промотор или промоторный участок – место первичного прикрепления фермента РНК-полимеразы.

2. Ген-оператор включает и выключает работу структурных генов. К нему присоединяются белки-эффекторы, которые называются репрессоры.

3. Структурные гены, располагающиеся единым блоком у прокариот они образуют центральное звено оперона.

4. Ген-регулятор находится изолированно на расстоянии от основной части оперона (но в одной хромосоме). Он кодирует синтез белка-репрессора, способного присоединяться к гену-оператору. Это присоединение определяет возможность или отсутствие процесса транскрипции. Когда ген-оператор связан с белком-репрессором, транскрипция не идет. Когда же он свободен от белка-репрессора, транскрипция идет. Т.е. РНК-полимераза может свободно двигаться вдоль оперона и осуществлять транскрипцию на структурных генах.

5. Белок-репрессор – активная молекула, способная связываться, либо с субстратами ферментативных реакций (эта форма белка-репрессора не позволяет ему связываться с опероном), либо с продуктами ферментативных реакций (эта форма, наоборот, позволяет ему связываться с опероном). Благодаря свойствам белка-репрессора происходит регуляция процесса транскрипции по механизму:

а) прямой активации (с субстратом) – индукция.

Б) с продуктом реакции – репрессинг, либо ингибирование.

В 1971-72 году Георгиев предложил схему функционирования оперона у эукариот.

Оперон эукариот состоит из двух зон:

I. Информативная. Образована структурными генами. Особенность этой зоны у эукариот:

1. Один структурный ген может повторяться в опероне многократно.

2. Структурные гены, ответственные за разные звенья одной цепи биохимической реакции могут находиться не в одной, а в разных частях генома. Т.е. быть рассеянными по всему геному. (хромосом много, части оперона могут быть в разных парах хромосом).

II. Неинформативная. Имеет две части:

1. Проксимальная или акцепторная. Представлена несколькими последовательно расположенными генами-промоторам, генами-операторами (NB: у эукариот каждому структурному гену соответствует свой собственный ген-промотор и ген-оператор).

2. Дистальная или регуляторная. Представлена генами-регуляторами, рассеянными в различных местах генома.

Особенности регуляции активности структурных генов у эукариот.

1. Подавление геном-регулятором активности структурных генов через белки-репрессоры.

2. Механизм группового подавления активности структурных генов в целой хромосоме или на большом ее протяжении белками-гистонами хромосом. НО взаимодействие генов в опероне эукариот изучены не полностью, т.к:

А) есть обособленное ядерной оболочкой ядро, в котором обособлен и ядерный аппарат клетки.

Б) сложное строение хромосом у эукариот.

В) высокая дифференцировка многих клеток и, следовательно, не весь геном в клетках реализуется в процессе их жизнедеятельности полностью.

Г) огромное влияние на регуляцию биосинтеза белка оказывают гормоны.

1. Ген занимает в хромосоме определенное место или локус.

2. Ген – он же цистрон – часть молекулы ДНК, имеющая определенную последовательность нуклеотидов, представляющую собой функциональную единицу наследственной информации. Число нуклеотидов, входящих в состав различных генов, неодинаково.

3. Внутри гена могут происходить мутации и к ним способны участки гена, которые называются мутоны. И рекомбинации, к которым способны части гена – реконы.

4. Существуют структурные и функциональные гены.

5. Структурные гены кодируют синтез белка, но не посредственного участия в сборке белковой цепи не принимают. ДНК служит только матрицей для молекулы иРНК.

6. Функциональные гены контролируют и направляют деятельность структурных генов.

7. Расположение триплетов нуклеотидов в структурных генах коллинеарно последовательности аминокислот в полипептидной цепи, кодируемой данным геном.

8. Молекулы ДНК, водящие в состав гена, способны к репарации (восстановлению) и поэтому не всякое повреждение гена (не все ошибки транскрипции) приводят к мутациям.

9. Генотип дискретен, т.е. состоит из отдельных генов, но функционирует как единое целое. На функционирование генов оказывают влияние факторы внутренней и внешней среды.

Генная инженерия -область молекулярной генетики, перед которой поставлена задача конструирования новых генетических структур по заранее намеченному плану. Методы генной инженерии начали разрабатываться в 60-70гг 20 века и включают три этапа:

1. Получение генетического материала.

2. Создание рекомбинантных фрагментов ДНК и включение полученных генов ДНК.

3. Введение рекомбинантной ДНК в генотип клетки-реципиента с помощью фагов и плазмид.

Разработаны:

1. Принципы экспериментального переноса генов из одного генома в другой – трансгенез.

2. Способы получения генов: химический в 1970индийским генетиком Кораной, когда он впервые получил структурный ген химсинтезом; ферментативный – на основе принципов обратной транскрипции (иРНК => ДНК => иРНК=>белок). Так впервые были синтезированы белки глобинов и белки митохондрий.

В настоящее время достижения используются в реконструировании микроорганизмов для получения антибиотиков, витаминов, антител, иммуномодуляторов, гормонов пептидной природы, кормовых продуктов, пищевых продуктов (ГМО).

ОПЕРОН – единица считывания генетической информации, представляющая собой совокупность расположенных в линейной последовательности структурных генов и гена или генов-операторов. (прокариоты\эукариоты) Оперон содержит:

1. Промотор (прокариоты – участок, эукариоты – нет) определяет начало транскрипции.

2. Оператор — регуляторный ген, предназначенный для связывания белка-репрессора.

3. Терминатор – (прокариоты – участок, ген у эукариот) в конце оперона сигнал прекращения транскрипции. Это все регуляторные элементы проксимальной зоны.

4. Гены-регуляторы – определяющие синтез белков-репрессоров (конфигурация которых зависит от субстратов и продуктов реакции), способных связываться с оперонов. Дистальный участок неинформативной зоны.

Структурные гены – информативный участок.

Ген

У этого термина существуют и другие значения, см. Ген (значения). В другом языковом разделе есть более полная статья Gene (англ.). Схема транскрипции ДНК

Ген (др.-греч. γένος — род) — в классической генетике — наследственный фактор, который несёт информацию об определённом признаке или функции организма, и который является структурной и функциональной единицей наследственности. В таком качестве термин «ген» был введён в 1909 году датским ботаником, физиологом растений и генетиком Вильгельмом Йоханнсеном.

После открытия нуклеиновых кислот в качестве носителя наследственной информации определение гена изменилось, и ген стали определять как участок ДНК (у некоторых вирусов — участок РНК), задающий последовательность полипептида либо функциональной РНК.

По мере накопления сведений о строении и работе генов определение понятия «ген» продолжало изменяться, однако в настоящее время не существует универсального определения гена, которое удовлетворило бы всех исследователей. Одно из современных определений гена звучит следующим образом: ген представляет собой последовательность ДНК, составляющие сегменты которой не обязательно должны быть физически смежными. Эта последовательность ДНК содержит информацию об одном или нескольких продуктах в виде белка или РНК. Продукты гена функционируют в составе генетических регуляторных сетей, результат работы которых реализуется на уровне фенотипа.

Совокупность генов организма составляют генотип. Генотип наряду с факторами окружающей среды и развитием определяют, каким будет фенотип. Передача генов потомству является основой наследования фенотипических признаков. Большинство биологических признаков являются полигенными, то есть находятся под влиянием многих генов. Гены могут изменяться в результате мутаций, изменяющих последовательность ДНК. Вследствие мутаций в популяции гены существуют в различных вариантах, называемых аллелями. Разные аллели гена могут кодировать различающиеся версии белка, что может проявляться фенотипически. Гены наряду с участками ДНК, не содержащими генов, входят в состав генома, представляющего собой весь наследственный материал организма.

История

Обнаружение генов как дискретных носителей наследственности

Грегор Мендель

Экспериментальные доказательства наличия дискретных факторов наследственности впервые были представлены в 1865 году Грегором Менделем в докладе на заседании Общества естествоиспытателей в Брно. В 1866 году доклад был опубликован в печатном виде. Грегор Мендель изучал наследование признаков у гороха, количественно отслеживая частоту признаков у родительских растений и у потомства. В скрещиваниях растений с различными признаками он проанализировал более 8000 растений. В этих экспериментах Мендель продемонстрировал независимое наследование признаков, различие между доминантными и рецессивными признаками, различие между гетерозиготами и гомозиготами, а также явление прерывистого наследования. Результаты своих экспериментов он описал математически и интерпретировал их, предположив, что существуют дискретные, несмешиваемые в потомстве, факторы наследственности.

Следует отметить, что до работы Менделя доминирующей концепцией в объяснении закономерностей наследования была концепция, которая предполагала, что признаки родителей у потомков смешиваются аналогично смешиванию жидкостей. Этой концепции следует теория пангенезиса, разработанная Чарльзом Дарвином в 1868 году, два года спустя после публикации результатов Менделя. В этой теории Дарвин предположил существование очень мелких частиц, названных им «геммулами», которые смешиваются во время зачатия.

Статья Менделя осталась практически незамеченной после её публикации в 1866 году, но она получила второе «рождение» в конце 19-го века, благодаря Хуго де Фризу, Карлу Корренсу и Эриху фон Чермаку, которые пришли к аналогичным выводам в своих собственных исследованиях. В частности, в 1889 году Хуго де Фриз опубликовал свою книгу «Intracellular Pangenesis», в которой он постулировал, что разные признаки имеют собственные наследственные носители, и что наследование специфических черт у организмов происходит при помощи частиц. Де Фрис назвал эти единицы «пангенами» (Pangens на немецком языке), использовав часть названия теории пангенеза Дарвина.

В 1909 году Вильгельм Йоханнсен ввел термин «ген», а Уильям Бейтсон — термин «генетика», в то время как Эдуард Страсбургер все ещё использовал термин «панген» для обозначения основной физической и функциональной единицы наследственности.

Открытие ДНК в качестве носителя генетической информации

Эксперименты, проведённые в 40-е годы американскими бактериологами из Рокфеллеровского института под руководством О. Эвери, показали, что молекулярным хранилищем генетической информации является ДНК. В работах по генетической трансформации пневмококков было показано, что передача признаков от одних бактерий к другим происходит при помощи только одного вещества — ДНК. Ни белок, ни другие химические компоненты клетки этим свойством не обладали . В 1953 году при помощи рентгеновской кристаллографии Розалинд Франклин и Морис Уилкинс получили высококачественные снимки структуры ДНК. Эти снимки помогли Джеймсу Д. Уотсону и Фрэнсису Крику создать модель молекулы двуцепочечной спирали ДНК и сформулировать гипотезу механизма генетической репликации.

В начале 1950-х годов преобладало мнение, что гены в хромосоме действуют как отдельные объекты, неразделимые путем рекомбинации и расположенные как бусы на веревочке. Эксперименты Сеймура Бензера с использованием мутантов, дефектных бактериофагов в области rII T4 (1955—1959), показали, что отдельные гены имеют простую линейную структуру и, вероятно, эквивалентны линейному сечению ДНК.

В совокупности этот объём исследований установил центральную догму молекулярной биологии, которая утверждает, что белки транслируются с РНК, которая транскрибируется с ДНК. Эта догма с тех пор, как было показано, имеет исключения, такие как обратная транскрипция в ретровирусах. Современное исследование генетики на уровне ДНК известно как молекулярная генетика.

В 1972 году Уолтер Файерс и его команда первыми определили последовательность гена: последовательность белка оболочки Bacteriophage MS2 (англ.)русск.. Последующее развитие секвенирования ДНК с Методом Сэнгера в 1977 году Фредериком Сангером улучшило эффективность секвенирования и превратило его в рутинный лабораторный инструмент. Автоматизированная версия метода Сангера использовалась на ранних этапах проекта «Геном человека».

Современный синтез и его преемники

Основная статья: Синтетическая теория эволюции

Теории, разработанные в начале 20-го века для интеграции менделевской генетики с дарвиновской эволюцией, называются современным синтезом, термином, введенным Джулианом Хаксли.

Эволюционные биологи впоследствии модифицировали эту концепцию, такую как геноцентричный взгляд Джорджа Уильямса на эволюцию. Он предложил эволюционную концепцию гена как единицы естественного отбора с определением: «то, что разделяет и рекомбинирует с заметной частотой»:24. С этой точки зрения, молекулярный ген транскрибируется как единое целое, а эволюционный ген наследуется как единое целое. Связанные идеи, подчеркивающие центральную роль генов в эволюции, были популяризированы Ричардом Докинзом.

Молекулярная основа

См. также: ДНКХимическая структура фрагмента двойной спирали ДНК. Фрагмент состоит из четырёх спаренных оснований: ЦГ, АТ, ГЦ, ТА. Цепи сахаро-фосфатного остова ориентированы в противоположных направлениях. Основания направлены внутрь и связаны водородными связями с основаниями противоположной цепи.

ДНК

Генетическая информация у подавляющего большинства организмов закодирована в длинных молекулах ДНК. ДНК состоит из двух спирально закрученных полимерных цепей, мономерами которых служат четыре нуклеотида: аденозин, цитидин, гуанозин и тимидин. Нуклеотиды в ДНК состоят из пятиуглеродного сахара (2-дезоксирибозы), фосфатной группы и одного из четырёх азотистых оснований: аденина, цитозина, гуанина и тимина:2.1. Азотистое основание связано гликозидной связью с пятиуглеродным (пентозного) сахаром в 1′-положении. Остовом цепей ДНК служит чередующаяся последовательность пентозных сахаров и фосфатов, фосфатные группы присоединяются к сахару в 5′- и 3′-положениях. Здесь следует отметить, что номера позиций пентозного кольца отмечены штрихом для того, чтобы различать нумерацию колец в сахаре и азотистом основании.

Из-за химического состава пентозных остатков цепи ДНК имеют направленность. Один конец полимера ДНК содержит открытую гидроксильную группу на дезоксирибозе в 3′-положении; этот конец называется 3′-конец. Другой конец содержит открытую фосфатную группу, это 5′-конец. Две цепи (нити) двойной спирали ДНК ориентированы в противоположных направлениях. Синтез ДНК, в том числе при репликации ДНК, происходит в направлении 5 ‘→ 3’, потому что новые нуклеотиды добавляются посредством реакции дегидратации, которая использует открытый 3’-гидроксил в качестве нуклеофила:27.2.

Экспрессия генов, закодированных в ДНК, начинается с транскрипции нуклеотидной последовательности ДНК в последовательность нуклеотидов другого типа нуклеиновых кислот — РНК. РНК очень похожа на ДНК, но её мономеры содержат рибозу, а не дезоксирибозу. Кроме того, вместо тимина в РНК используется урацил. Молекулы РНК являются одноцепочечными и менее стабильны, чем ДНК. Гены белков содержат кодирующую последовательность, состоящую из серии тринуклеотидных блоков — триплетов, которые соответствуют аминокислотам. Правило, по которому определяется, какому триплету соответствует какая аминокислота, называется генетическим кодом. Считывание генетического кода происходит в рибосоме во время трансляции РНК в белок. Генетический код почти одинаков для всех известных организмов:4.1.

Хромосома

Изображение нормального женского кариотипа, полученного при помощи флуоресцентной микроскопии и метода FISH. ДНК окрашена в красный цвет, а участки хромосом, обогащённые по числу локализованных в них генов, окрашены в зелёный цвет. Самые большие хромосомы примерно в 10 раз больше самых маленьких.

Наследственный материал организма, или геном, хранится в одной или нескольких хромосомах, число которых специфично для вида. Хромосома состоит из одной очень длинной молекулы ДНК, которая может содержать тысячи генов:4.2. Область хромосомы, где находится ген, называется локусом. Каждый локус содержит определённый аллель гена. Представители популяции могут отличаться по аллелям гена, находящимся в одинаковых локусах хромосом.

Большинство эукариотических генов хранятся в нескольких линейных хромосомах. Хромосомы упакованы в ядре в комплексе с белками хроматина. Наиболее многочисленными белками хроматина являются гистоны, которые формируют белковую глобулу, называемую нуклеосомой. ДНК обвивается вокруг нуклеосом, что представляет собой первый уровень упаковки ДНК в хромосоме:4.2. Распределение нуклеосом вдоль ДНК, а также химические модификации самих гистонов регулируют доступность ДНК для регуляторных факторов, участвующих в транскрипции, репликации, репарации. Помимо генов эукариотические хромосомы содержат также служебные последовательности, обеспечивающие стабильность и воспроизведение хромосом, а также их распределение между дочерними клетками в митозе. Это теломеры, сайты инициации репликации и центромера, соответственно:4.2.

Функциональные определения

Этот раздел слишком короткий. Пожалуйста, улучшите и дополните его. Замечания о том, что нужно улучшить, могут быть на странице обсуждения статьи.

Трудно точно определить, в какую часть последовательности ДНК входит ген.

Основные характеристики гена

В настоящее время в молекулярной биологии установлено, что гены — это участки ДНК, несущие какую-либо целостную информацию — о строении одной молекулы белка или одной молекулы РНК. Эти и другие функциональные молекулы определяют развитие, рост и функционирование организма.

В то же время каждый ген характеризуется рядом специфических регуляторных последовательностей ДНК (англ.)русск., таких как промоторы, которые принимают непосредственное участие в регулировании проявления гена. Регуляторные последовательности могут находиться как в непосредственной близости от открытой рамки считывания, кодирующей белок, или начала последовательности РНК, как в случае с промоторами (так называемые cis-регуляторные элементы, англ. cis-regulatory elements), так и на расстоянии многих миллионов пар оснований (нуклеотидов), как в случае с энхансерами, инсуляторами и супрессорами (иногда классифицируемые как trans-регуляторные элементы, англ. trans-regulatory elements). Таким образом, понятие гена не ограничено только кодирующим участком ДНК, а представляет собой более широкую концепцию, включающую в себя и регуляторные последовательности.

Изначально термин «ген» появился как теоретическая единица передачи дискретной наследственной информации. История биологии помнит споры о том, какие молекулы могут являться носителями наследственной информации. Большинство исследователей считали, что такими носителями могут быть только белки, так как их строение (20 аминокислот) позволяет создать больше вариантов, чем строение ДНК, которое составлено всего из четырёх видов нуклеотидов. Позже было экспериментально доказано, что именно ДНК включает в себя наследственную информацию, что было выражено в виде центральной догмы молекулярной биологии.

Гены могут подвергаться мутациям — случайным или целенаправленным изменениям последовательности нуклеотидов в цепи ДНК. Мутации могут приводить к изменению последовательности, а следовательно изменению биологических характеристик белка или РНК, которые, в свою очередь, могут иметь результатом общее или локальное изменённое или анормальное функционирование организма. Такие мутации в ряде случаев являются патогенными, так как их результатом является заболевание, или летальными на эмбриональном уровне. Однако далеко не все изменения последовательности нуклеотидов приводят к изменению структуры белка (благодаря эффекту вырожденности генетического кода) или к существенному изменению последовательности и не являются патогенными. В частности, геном человека характеризуется однонуклеотидными полиморфизмами и вариациями числа копий (англ. copy number variations), такими как делеции и дупликации, которые составляют около 1 % всей нуклеотидной последовательности человека. Однонуклеотидные полиморфизмы, в частности, определяют различные аллели одного гена.

Мономеры, составляющие каждую из цепей ДНК, представляют собой сложные органические соединения, включающие в себя азотистые основания: аденин (А), тимин (Т), цитозин (Ц), гуанин (Г), пятиатомный сахар (пентозу) — дезоксирибозу, по имени которой и получила название сама ДНК, — а также остаток фосфорной кислоты. Эти соединения носят название нуклеотидов.

Молекулярная эволюция

Основная статья: Молекулярная эволюция

Мутация

Репликация ДНК по большей части чрезвычайно точна, однако ошибки (мутации) случаются:7.6. Частота ошибок в эукариотических клетках может составлять всего 10−8 в нуклеотиде на репликацию, тогда как для некоторых РНК-вирусов она может достигать 10−3. Это означает, что в каждое поколение, каждый человек в геноме накапливает 1-2 новые мутации. Небольшие мутации могут быть вызваны репликацией ДНК и последствиями повреждения ДНК и включают точечные мутации, в которых изменяется одно основание, и мутации со сдвигом рамки, в которых одно основание вставляется или удаляется. Любая из этих мутаций может изменить ген по миссенс (изменить код для кодирования другой аминокислоты) или по нонсенс (преждевременный стоп-кодон). Большие мутации могут быть вызваны ошибками в рекомбинации, чтобы вызвать хромосомные аномалии, включая дублирование, делецию, перегруппировку или инверсию больших участков хромосомы. Кроме того, механизмы восстановления ДНК могут вносить мутационные ошибки при восстановлении физического повреждения молекулы. Восстановление, даже с мутацией, является более важным для выживания, чем восстановление точной копии, например, при восстановлении двухцепочечных разрывов:5.4.

Когда в популяции вида присутствует несколько различных аллелей гена, это называется полиморфизм. Большинство различных аллелей функционально эквивалентны, однако некоторые аллели могут вызывать различные фенотипические признаки. Самый распространенный аллель гена называется диким типом, а редкие аллели — мутантами. Генетические различия в относительных частотах различных аллелей в популяции обусловлены как естественным отбором, так и генетическим дрейфом. Аллель дикого типа не обязательно является предком менее распространенных аллелей и не обязательно более приспособлена.

Количество генов

Размер генома и количество генов, которые он содержит, значительно варьируют у таксономических групп. Наименьший геном встречаются у вирусов, и вироидов (которые действуют как один некодирующий ген РНК). И наоборот, растения могут иметь очень большие геномы, в рисе содержатся более 46 000 генов, кодирующих белок. Общее количество кодирующих белок генов (протеома Земли) оценивается в 5 миллионов последовательностей.

Генная инженерия

Основная статья: Генная инженерия

Генная инженерия — это методы модификации генетического материала для изменения свойств живого организма. С 1970-х годов было разработано множество методов, специально предназначенных для добавления, удаления и редактирования генов в вирусах, бактериях, растениях, грибах и животных, включая человека. Недавно разработанные методы геномной инженерии используют инженерные нуклеазные ферменты для создания целевой репарации ДНК в хромосоме, чтобы либо разрушить, либо отредактировать ген в процессе репарации искусственно внесённого разрыва ДНК. Связанный термин синтетическая биология иногда используется для обозначения обширной дисциплины генной инженерии организма.

Генная инженерия в настоящее время является рутинным инструментом при работе с модельными организмами. Например, гены легко добавляются к бактериям, а линии «Knockout mouse (англ.)русск.» мышей с нарушенной функцией определённого гена используются для исследования функции этого гена. Многие организмы были генетически модифицированы для применения в сельском хозяйстве, промышленной биотехнологии и медицине.

У многоклеточных организмов обычно модифицируется эмбрион, который вырастает во взрослый генетически модифицированный организм. Однако геномы клеток взрослого организма можно редактировать с использованием методов генной терапии для лечения генетических заболеваний.

Свойства гена

  1. дискретность — несмешиваемость генов;
  2. стабильность — способность сохранять структуру;
  3. лабильность — способность многократно мутировать;
  4. множественный аллелизм — многие гены существуют в популяции во множестве молекулярных форм;
  5. аллельность — в генотипе диплоидных организмов только две формы гена;
  6. специфичность — каждый ген кодирует свой признак;
  7. плейотропия — множественный эффект гена;
  8. экспрессивность — степень выраженности гена в признаке;
  9. пенетрантность — частота проявления гена в фенотипе;
  10. амплификация — увеличение количества копий гена.

Классификация

  1. Структурные гены — гены, кодирующие информацию о первичной структуре белка. Расположение нуклеотидных триплетов в структурных генах коллинеарно последовательности аминокислот в полипептидной цепи, кодируемой данным геном (См. также статью гены домашнего хозяйства).
  2. Функциональные гены — гены, которые контролируют и направляют деятельность структурных генов.

См. также

В родственных проектах

  • Значения в Викисловаре
  • Медиафайлы на Викискладе
  • Непосредственно ранние гены
  • Аллели
  • Геном
  • Генотерапия
  • Реализация генетической информации
  • Эпигенетика
  • Репликация
  • ДНК
  • РНК
  • Генетическая экспертиза
  • Генетическая карта
  • Библиотека генов

> Примечания

Литература

  • Инге-Вечтомов С. Г. Генетика с основами селекции: учебник для студентов высших учебных заведений. — СПб.: Изд-во Н-Л, 2010. — 720 с. — ISBN 978-5-94869-105-3..
  • Молекулярная биология клетки: в 3-х томах / Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. — М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований, 2013. — Т. I. — 808 с. — ISBN 978-5-4344-0112-8..
  • Кребс Дж. Гены по Льюину / Дж. Кребс, Э. Голдштейн, С. Килпатрик, пер. 10-го англ. изд. — М.: Лаборатория знаний, 2017. — 919 с. — ISBN 978-5-906828-24-8.
  • Франк-Каменецкий М. Д. Век ДНК. — М.: Изд-во «КДУ», 2004. — 240 с. — ISBN 5-98227-017-2.

Ссылки

  • Материалы по генетике от Российской Академии Наук
  • ГЕН Большая российская энциклопедия

Словари и энциклопедии

Нормативный контроль

GND: 4128987-0 · NDL: 00563885

На протяжении всей истории человеческой цивилизации люди мечтали о бессмертии и вечной молодости. В каждой религии потусторонние разумные существа, которые бессмертны и не подвержены старению. И только люди по причине несовершенства, дряхлеют и умирают. Лучшие умы человечества искали истинные причины старения и лекарства от него. Однако тысячелетия поисков так и не принесли результата. Может быть, современная наука хоть на йоту подошла ближе к ответу, что играет основную роль в процессе старения человека?

Причины старения с точки зрения современной науки

популярные теории старения человеческого организма с точки зрения различных научных открытий.

Власть имущие во все времена поощряли работу тех ученых, кто брался за борьбу со старением, ведь любой властитель, чья жизнь клонится к закату, не пожалеет ничего за возможность наслаждаться властью и богатством бесконечно долго. Поэтому база знаний по этой проблематике накоплена достаточно большая. И что же на данный момент удалось узнать о старении? Разработаны теории старения, объясняющие, почему, человек со временем дряхлеет и они разделены на группы:

Молекулярно-генетическая группа

  1. Теломерная;
  2. Элевационная;
  3. Адоптационно-регуляторная;
  4. Перекрестных сшивок.

Схоластическая (вероятностная) группа:

  1. Влияния свободных радикалов;
  2. Радиационная;
  3. Апоптоза;
  4. Редусомная (автор Оловников);
  5. Соматических мутаций;
  6. Нейрогенная;
  7. Программированного старения;
  8. Медавара и Захера.

Молекулярно-генетическая теломерная теория

Это одна из наиболее популярных теорий старения (материал из Wikipedia), и она выдвинута герантологом из США Л. Хейфликом в далеком 1961 году. Он смог экспериментально доказать, что клетки человеческого организма имеют ограниченную способность к делению (в частности, фибробласты способны это сделать не более 50 – 60 раз).

Пример движения молекул.

Однако объяснения этому явлению ученый найти не смог. Его причины были выявлены десять лет спустя, биохимиком А. Н. Оловниковым, который обнаружил на концах каждой ДНК специфические участки – теломеры, укорачивающиеся после каждого деления хромосомы. Когда лимит делений исчерпывается, клетка претерпевает определенные дегенеративные изменения, постепенно приводящие ее к гибели.

Нейрогенная теория

Основоположником данной теории выступил знаменитый академик Павлов И. П. Приверженцы нейрогенной теории считают главной причиной старения человеческого организма функциональные расстройства работы ЦНС.

Геронтологи из Франции, придерживающиеся той же точки зрения, первопричину проблемы видят в уменьшении когнитивных возможностей человеческого головного мозга.
Представители ученого мира Соединенных Штатов связывают постепенное изменение работы организма человека с накоплением шлака в пространствах между клетками головного мозга.

Влияние свободных радикалов

Суть теории заключается в отрицательном влиянии на человека химических частиц, на внешних орбитах которых располагаются неспаренные электроны, благодаря которым они очень активно вступают в реакции с окружающими молекулами.

Теория отрицательного воздействия свободных радикалов.

В организме радикалы могут образоваться:

  • как обычный промежуточный продукт в течение нормального обмена веществ;
  • под действием мощного источника ионизирующего облучения (радиации).

Подтверждение данной теории старения удалось получить также во время проведения эксперимента с человеческими клетками – фибробластами.

Исследуемый образец Продолжительность жизни
Человеческие фибробласты, прошедшие 45 генераций, контрольный образец 65 генераций
Человеческие фибробласты, прошедшие 45 генераций, к культуре которых был добавлен витамин Е Более 100 генераций

Таким образом, было доказано участие в процессе старения свободных радикалов. Эксперименты по связыванию свободных радикалов, проводимые с целью подтверждения или опровержения данной теории, принесли интересные результаты.

Мушки-дрозофилы и мыши, получавшие в пищу большие дозы витамина Е, способного дезактивировать свободные радикалы, жили ощутимо дольше существ из контрольной группы.

Механика старения

Теоретическое обоснование изменений, происходящих в человеческом организме с возрастом, понятно, а каковы механизмы старения? Они подразделяются на две основные группы:

  1. физиологические механизмы;
  2. иммунологические механизмы.

Обе группы являются результатом постепенного износа человеческого организма, но проявляются на разных уровнях организации.

Физиологические механизмы

Возраст не щадит любые ткани человеческого организма, в том числе и нервную, которая меняется комплексно на всех уровнях своего существования:

  1. структурном;
  2. биохимическом;
  3. функциональном.

Физиологические механизмы старения на структурном уровне проявляются потерей большого числа нервных клеток спинного мозга, мозжечка и базальных ганглий. Головной мозг при этом страдает гораздо меньше.

Что касается биохимических изменений, то они особенно заметны на примере гипоталамуса. В нем постепенно падает содержание ДОФА-декарбоксилазы и норадреналина, а ацетилхолинэстеразы и моноаминооксидазы, напротив, растет.

Меняются некоторые другие показатели:

  • снижается содержание воды в тканях мозга;
  • меняется соотношение различных видов липидов;
  • усиливаются свободно радикальные процессы;
  • растет количество ДНК-мутаций;
  • падает скорость синтеза белков.

Следствие всего этого – функциональные расстройства организма:

  • заторможенность двигательных реакций;
  • замедление запоминания новой информации;
  • расстройство фазы глубокого сна;
  • изменение осанки;
  • гипотония;
  • проблемы с регуляцией температуры тела;
  • недержание мочи;
  • расстройства работы ЖКТ.

С возрастом становится более активной симпатическая система, что оказывает определенное влияния на познавательную функцию.

Иммунологические механизмы

Связь системы кроветворения и иммунитета очень тесна. Обе они защищают организм от заражения инфекциями и развития опухолей. С возрастом не падает гемопоэз, не меняется размер селезенки и лимфатических узлов.

Иммунологические механизмы старения заключаются в:

  • сужении резерва систем;
  • замедлении их реакции на стрессовые ситуации.

С возрастом снижается обмен цинка, от которого во многом зависит иммунокомпетенция. Улучшить ее параметры можно, принимая препараты, содержащие соли этого металла.

Изменения в человеческом организме в процессе старения

С научной точки зрения, старение является физиологическим процессом, который сопровождается определенными изменениями:

  • падает скорость обмена веществ;
  • снижается потребление кислорода и выделение углекислого газа;
  • уменьшается содержание воды, ионов магния, фосфора и калия в клетках тела;
  • растет концентрация ионов хлора, натрия и кальция;
  • соли кальция откладываются на сосудистых стенках, нарушая их нормальное функционирование;
  • сердце слабеет, — снижаются как минутный, так и ударный объем;
  • почки склерозируются, по причине чего падает диурез;
  • еда усваивается все хуже из-за снижения продукции пищеварительных ферментов;
  • ослабевает и выпадает функция размножения;
  • ослабевает иммунитет.

Все эти инволютивные изменения на любом уровне могут происходить по трем типам:

  1. ускоренному;
  2. естественному;
  3. замедленному.

С точки зрения сохранения вечной молодости, интересно рассмотрение последнего пункта. В процессе замедленного старения инволютивно-возрастные изменения организма значительно замедляются, порождая феномен долголетия. Над разгадкой его причине работают лучшие ученые умы человечества.

Можно ли не стареть вообще?

Несмотря на все старания ученых и на то, что известные ныне теории старения охватывают широкий спектр причин, ведущих к инволюции и смерти человека, действенного рецепта вечной молодости так и не было создано. Существуют нестареющие люди, которым удалось остановить этот процесс.

Что нужно делать чтобы отсрочить начало процесса старения и замедлить этот процесс? Сохранить молодость немного дольше, чем большинство окружающих возможно, но для этого следует прилагать усилия с самого раннего возраста.

Вот ряд основных рекомендаций, придерживаясь которых можно отсрочить наступление старости и продлить полноценную жизнь:

  • употребление чистой пищи без химических добавок любого вида;
  • обильное питье;
  • умеренные регулярные физические нагрузки;
  • употребление в пищу большого количества рыбы или рыбьего жира, содержащего природный антиоксидант – витамин Е;
  • сбалансированное питание с большим количеством сырых овощей и фруктов;
  • строгий режим сна и бодрствования;
  • спокойные доброжелательные отношения со всеми окружающими;
  • своевременное лечение любых заболеваний;
  • регулярные полные медосмотры;
  • регулярная коррекция иммунитета;
  • после наступления климакса – коррекция гормонального фона.

Выполняя перечисленные выше рекомендации можно существенно продлить молодость и жизнь вообще. Что касается более радикальных методик, то хирургия уже имеет опыт пересадки головного мозга животных в другое тело.

Животные оставались живы непродолжительное время, а их организмы не могли полноценно функционировать, однако, первые шаги сделаны! Значит, не за порогом то время, когда мозги достаточно богатых клиентов смогут пересаживать в более молоды тела. Но выиграет ли от этого общество в целом – большой вопрос!

Молекулярно генетическая центриолярная теория старения Ткемаладзе

В конце ХХ-го века была выдвинута новая теория старения, в процессе доказательства которой была опровергнута теломерная теория. По новой гипотезе за старение организма отвечают структуры вне ядра клетки, это белковые структуры которые участвуют в делении клеток и являются счетчиком деления — центриоли. Так родилась центриолярная теория Ткемаладзе.

Центриолярная теория Ткемаладзе поставила под вопрос предыдущие гипотезы, приводя неоспоримый факт. Из ядра соматической клетки, возможно, вырастить клонированное животное, значит, она также несет в себе генетическую информацию. Тогда логичнее допустить, что за старение отвечает не ядро, а структуры в цитоплазме.

Исследования клеток привели к выводам, что именно центриоли отвечают за этот процесс. Перед каждым делением они удваиваются, а также руководят формированием каркаса клетки — цитоскелета, который играет важнейшую роль в жизни клетки. Цитоскелет координирует объединение клеток в ткань и метаболизм клеток, отвечает за начальные этапы эмбрионального развития. Он же отвечает за прохождение внешних сигналов в ядро, вплоть до сигнала на уничтожение клетки. Когда число делений клетки исчерпано, центриоли погибают, прекращается поддержка цитоскелета, а значит, клетка стареет и гибнет. Исключение составляют только клетки способные к регенерации , как, к примеру, клетки печени взрослых животных.

По центриолярной теории Ткемаладзе существуют бессмертные клетки, такими считают клетки высших растений, оплодотворенная яйцеклетка и еще несколько видов изначально лишенных центриолей и цитоскелета. К этому перечню относятся и злокачественные раковые клетки, у которых резко нарушена ориентация центриолей и изменена структура цитоскелета.

Старение организма начинается тогда, когда клетки исчерпали свой лимит делений. Такие клетки становятся дифференцированными, или специализироваными. В организме человека первыми дифференцированные становятся стволовые клетки. Их большинство имеет подавленный механизм деления, оно формируют запас, все другие идут на формирование организма. Постепенно запас расходуется, для возобновления клеток тканей, когда он исчерпается, стволовые клетки не возобновляют его.

Молекулярно-генетическая теория является одной из наиболее признанных в современной геронтологии. Данная гипотеза видит причину старения в первичных изменениях генетического аппарата клетки. Процесс старения может являться или наследственно обусловленным, закономерным результатом роста и созревания, или следствием накопления случайных ошибок в системе хранения и передачи генетической информации. Родоначальником первой группы молекулярно-генетических теорий является А. Вейсман, который выдвинул гипотезу о разделении функций между соматическими и половыми носителями генетического материала. По А. Вейсману, естественное старение отсутствует у одноклеточных организмов.

Эволюционное противоречие между необходимостью дифференциации клеток и обеспечением их бессмертия путем неограниченного деления привело к необходимости разделения клеток на соматические, которым было позволено дифференцироваться и стареть, и бессмертные зародышевые, или половые. В сущности, соматические клетки созданы для обеспечения жизнедеятельности половых клеток, обеспечивающих сохранение и передачу генетического материала в популяции. При выполнении функции размножения индивид становится бесполезным для популяции.

Также, по Вейсману, в результате естественного отбора преимуществом пользовались виды с наилучшим соотношением между плодовитостью и продолжительностью жизни. Отсюда был сделан вывод, что наибольшая продолжительность жизни обусловлена генетически в виде количества поколений соматических клеток многоклеточного организма.

Для подтверждения молекулярно-генетической теории проводился ряд научных исследований. Например, были выполнены опыты для обнаружения соотношения между ограничением питания в молодом возрасте и темпами роста животных. При ограничении питания у животных происходят замедление роста и задержка полового созревания, а следовательно старения. Происходит это потому, что организму требуется большее время для достижения окончательных размеров, т. е. старение, как и другие этапы онтогенеза, контролируется генами.

Последователем теории А. Вейсмана стал и Л. Хейфлик, который установил, что нормальные соматические клетки человека имеют лимитированный митотический потенциал и определенную продолжительность жизни. Для опыта брали из организма клетки соединительной ткани — фибробласты, которые затем помещали в питательную среду. Результатом этого явилось выявление числа Хейфлика — строго ограниченного количества делений, после которого культура погибала.

Казалось, что молекулярно-генетическая теория получила свое подтверждение. Структурой, ведущей счёт клеточным делениям были признаны концевые участки хромосом- теломеры. Но теломерная теория никак не объясняла как взамосвязаны счёт делений и появление необратимой дифференциации в поколении клеток.

К концу XX-го века накопилось достаточно фактов. заставляющих искать «фактор старения» вне ядра

Согласно центриолярной теории Ткемаладзе за возрастные изменения в многоклеточном организме отвечают центриоли — белковые структуры, которые участвуют в делении животных клеток. Клетки животных могут делиться строго определенное число раз, после чего неизбежно погибают, и именно центриоли, согласно теории, выступают в роли счетчика делений.

Старение организма начинается, когда клетка в ходе определенного числа делений становится дифференцированной, то есть специализированной. Первым дифференциированным поколением являются стволовые клетки. У большей их части организменными механизмами подавляется возможность деления- создается запас. Остальная часть расходуется на формирование организма. Клетки тканей периодически возобновляются за счет поэтапног расходования запаса стволовых клеток.

Согласно теории «факторы старения» следует вообще искать не в геноме, и даже не в клеточном ядре, иначе из ядра соматической клетки не удалось бы вырастить клонированных животных. Следовательно, факторы старения должны находиться в цитоплазме, а если вспомнить, что возраст(поколение) клеток определяется не временем, а числом клеточных делений, а процесс деления напрямую связан с центриолями, то именно их логичнее всего считать часами, отмеряющими клеточную жизнь.

Центриоли — это два белковых цилиндрика, расположенных рядом, перпендикулярно друг другу. Перед каждым клеточным делением они удваиваются. Помимо деления, центриоли «руководят» формированием белковых тяжей и микротрубочек, которые составляют каркас клетки, или цитоскелет. По последним данным, роль центриолей и цитоскелета в животной клетке чрезвычайно велика. Именно цитоскелет координирует метаболизм клетки, начальные этапы эмбрионального развития, объединение клеток в ткань. Микротрубочки определяют перемещение практически всех внутриклеточных компонентов, в том числе во время клеточного деления. Цитоскелет проводит в клеточное ядро внешние сигналы, в том числе команду о запуске апоптоза — уничтожения клетки. Весьма вероятно, что эта структура участвует в злокачественной трансформации клетки, во всяком случае, она регулирует работу многих важных онкогенов. И наконец, центриоли, возможно, могут контролировать и длину теломер, и работу фермента теломеразы.

Когда клетка прекращает делиться и специализируется, ее центриоли необратимо портятся. И только клетки, способные восстановить это повреждение, могут вернуть себе способность к делению. Таковы, например, клетки печени взрослых животных, одного из немногих способных к регенерации органов.

Согласно теории, клетки, изначально лишенные центриолей и цитоскелета, или же клетки, у которых эти структуры возникли впервые, не могут считать свои деления и потому, во-первых, бессмертны, а во-вторых, неспециализированны. Этим условиям отвечают клетки высших растений, оплодотворенная яйцеклетка и ранние бластомеры некоторых животных. Эти клетки действительно бессмертны и неспециализированны. Если же каким-то образом испортить центриоли у дифференцированной клетки, она тоже обретет бессмертие. Таковы раковые и трансформированные клетки, у которых многие ученые обнаружили резкое изменение структуры цитоскелета и ориентации центриолей. Злокачественные клетки бессмертны, а уровень их специализации соответствует тому этапу развития, на котором их застала трансформация.

  • Из любой клетки растения можно получить цельный организм.
  • Это невозможно сделать в случае животной клетки.
  • Сравним растительную и животную клетку.
  • Основное отличие в том, что клетки растений содержат пластиды и не содержат центриоли.
  • Животные клетки не содержат пластиды и в у них есть центриоли.
  • Центриоли во время мейоза в яйцеклетках исчезают, а в сперматозоиде трансформируются.
  • После опдодотворения тотипотентная зигота совершает деление и даёт первое поколение клеток.
  • Это поколение дает следующее поколение.
  • В одном из поколений клетки теряют тотипотентнось и встают на путь необратимой дифференцировки- они проиобретают определенный морфогенетический статус.
  • То есть в них отключилась одна группа генов и включаются другая группа генов.
  • В таких клетках появляются центриоли. сформированные de novo.
  • После определенного количества делений, в конкретном поколении, отключается и эта группа генов.
  • Вместо нее включается другая группа генов- то есть изменяется морфогенетический стстаус.
  • Количесиво поколений, которое может дать зигота, ограниченно.
  • У клеток с наивысшим морфогенетическим статусом включается запрограммированная смерть.
  • Суещствует конечный морфогенетический статус — «лимит Хейфлика»
  • Не все клетки одного поколения делятся одновременно.
  • Регенерации тканей происходит за счёт «сохраненных» клеток с более низким морфогенетическим статусом.
  • Периодическое восстанавление клеток тканей расходует определённое количество стволовых клеток с более низким морфогенетическим статусом.
  • Когда стволовые клетки полностью израсходуются, организм умирает от старости.
  • Если научится изменять морфогенетический статус клеток, то удастся получить из любых клеток стволовые клетки.
  • То есть можно будет периодически, по мере расходования восполнить «запас» стволовых клеток.
  • Что успешно манипулировать морфогенетическим статусом, требуется найти где и как записана информация о морфогенетическом статусе клетки.
  • Согласно теории, такая запись существует в центриоли- органоиде, характерном только для дифференциированных соматических клеток животных и человека.
  • Возможно, что счетчик клеточных делений расположен внутри или около этой самореплицирующей структуры.
  • Возможно, что образование в клетке «счетчика» de novo происходит на основе матрицы ДНК митохондрий или ядра.
  • Скорее всего эта структура является уложенными в одну структуру малыми РНК или малыми белками.
  • Когда клетка делится, происходит репликация этой структуры.
  • Определенные факторы, например, свободные радикалы, способствуют отделению от нее малой РНК (или малого белка).
  • Эта отщепивщаяся молекула малой РНК (или малого белка) попадает в цитоплазму клетки нового поколения.
  • Возможно, она способна влиять на структуры ДНК ядра- выключеются группы генов, характерные для предыдущего поколения клеток и включаются новые группы генов.
  • В последнее время накопилось достаточно экспериментальных данных, подтверждающих необходимрсть проверить эту гипотезу о том, что центриоль явлеяется носителем структуры счета деления клеток, морфогенетический статуса и репликативного старения.

Молекулярно генетическая теория

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *