SUMMARY Лекции I-II семестр План лекции

SUMMARY Лекции , I-II семестр

План лекции 1. О сущности живого n 2. Клетка – миниатюрная биосистема n 3. Поверхностный аппарат клетки n 4. Метаболический аппарат клетки. Этапы внутриклеточного транспорта n 5. Ядерный аппарат клетки n

Сущность живого Жизнь существует в форме нуклеопротеидных комплексов. Это биосистемы характеризующиеся 5 признаками: n открытые n самообновляющиеся n саморегулирующиеся n самовоспроизводящиеся n высокоупорядоченные

Активный транспорт К+-Na+ насос

Метаболический аппарат клетки n Современные представления о связи мембранных органелл в клетке В клетке есть постоянные компартменты, связь между ними осуществляют т. с. клетки (транспортные пузырьки) АГ состоит из 3 -х компартментов, 3 этапа перемещения в-в, на каждом особый набор ферментов ЭР ТС ТС цис- часть АГ поверхн. аппарат клетки ТС средняя часть АГ лизосома ТС ТС транс-часть АГ

Метаболический аппарат клетки n Изучен механизм внутриклеточного транспорта секретируемых соединений. Клатриновый эндоцитоз In vitro культура фибробластов активно поглощают из плазмы ЛНП (синтез в печени, источник холестерола) Механизм внутриклеточного транспорта основан на взаимодействии т. с. с донорными и акцепторными компартментами. Выявлены белковые факторы узнавания пузырьком своей мишени (акцептор - компартмент) На каждом этапе осуществляется сортировка

План лекции 1. История изучения генов n 2. Особенности генома прокариот n 3. Регуляция экспрессии генов у прокариот n 4. Особенности генома эукариот n 5. Регуляция экспрессии генов у эукариот n

Особенности генома прокариот Р R Р О кодирующая последовательность L 5 10– 35 н. п. 50 -75 н. п. T 3 Единица транскрипции участок ДНК между сайтами инициации и терминации Р – промоторный участок ДНК R – регуляторный участок ДНК О – операторный участок L – лидер, Т - трейлер

Особенности генома прокариот n 1. Ген – экспрессируемая единица генома, включающая единицу транскрипции и регуляторные участки n 2. Гены прокариот непрерывны n 3. В процессе транскрипции участвует только один фермент РНК- полимераза

Особенности генома прокариот n 4. У прокариот 3 вида регуляторных участков ДНК: - промоторный для связи с РНКполимеразой, 10 -35 н. п. левее сайта инициации - терминаторный отвечает за завершение транскрипции и высвобождение транскрипта - операторный сцеплен с промотором (или перекрывается с ним)

Особенности генома прокариот n 5. Принцип построения генома единый для всех прокариот n 6. Регуляция экспрессии генов происходит, главным образом, на этапе начала транскрипции, но может быть и на других этапах экспрессии генов

Регуляция экспрессии генов прокариот n Регуляторные участки – на расстоянии 50 -75 н. п. левее сайта инициации (иногда еще дальше) Их продукты регуляторные белки: репрессор при негативной, активатор при позитивной регуляции. Регуляторный белок связывается с операторным участком. При негативной регуляции эта связь помеха для РНК-полимеразы– экспрессии нет. При позитивной регуляции активатор способствует экспрессии генов

Lac – оперон

Особенности генома эукариот Р энхансеры T кодирующая последовательность L Э И энхансеры Единица транскрипции участок ДНК между сайтами инициации и терминации Р – промоторный участок ДНК Энхансеры –лев. и прав. регуляторные элементы ДНК L – лидер Т - трейлер - экзоны - интроны

Особенности генома эукариот n 1. Ген – экспрессируемая единица генома, включающая единицу транскрипции и регуляторные участки n 2. Гены прерывистые (информативные участки – экзоны и неинформативные участки - интроны) n 3. Экспрессию генов обеспечивают три вида РНК – полимеразы I II III

Особенности генома эукариот n 4. Регуляторные участки обычно расположены левее сайта инициации - промоторный инициации - энхансеры для связи с РНКполимеразой, 100 н. п. левее сайта могут быть за сотни и даже тысячи н. п.

Особенности генома эукариот n 5. Принцип построения генома эукариот – три уровня - генный - хромосомный - геномный n 6. Регуляция экспрессии генов происходит на всех этапах экспрессии генов

Регуляция экспрессии генов эукариот

Регуляция экспрессии генов эукариот Пример регуляция инициации транскрипции • регуляторные белки • Тепло, свет, металлы • Регуляторные белки – факторы транскрипции БФТ ТАТА фактор (один из них) – связывается с ДНК в области промотора, чтобы РНК-полимераза II узнала свой промотор; т. о. ТАТА фактор способствует присоединению РНКполимеразы II к Р Другие регуляторные белки БФТ: активаторы и репрессоры n

Регуляция экспрессии генов эукариот Регуляторные последовательности (участки) ДНК: n Промоторы ≈ 100 н. п. левее сайта инициации n Энхансеры от 100 до 20 тыс. н. п. слева, реже справа от сайта инициации. Независимо от расположения стимулируют транскрипцию при связывании с БФТ

Регуляция экспрессии генов эукариот • Механизм n Регуляторные белки связываются с промотором и энхансером (активаторы и репрессоры), Р и Э участки ДНК сближаются за счет петли ДНК, суммируется действие регуляторных белков. n Механизм настолько универсален, что факторы транскрипции из разных источников взаимозаменяемые

План лекции 1. Международная программа «Геном человека» n 2. Организация генома человека n 3. Понятие о геномике и новый взгляд на эволюцию n 4. Классификация генов человека по структуре и функции n

Организация генома человека n Ядро – 95% ДНК Общая протяженность ДНК ядра 1, 5 – 2 метра. Разделена на 23 фрагмента n Митохондрии – Около 1000 МТХ в одной 5% ДНК клетке. МТХ ДНК не содержит интронов Физический размер генома человека 3*109 нуклеотидных пар. Только 3%-5% ДНК кодируют белки, 95%-97% ДНК «отдыхает» ( «мусорная» или «эгоистическая» ДНК? ? ? ) «Издержка эволюции, плата за совершенство остальной части генома…» Ф. Крик

Классификация генов по структуре n Уники n Умеренные один или несколько повторов информация о структуре белков. Их мутации наиболее опасны. десятки, сотни копий кодируют r. РНК, t. РНК, i. РНК, гистонов, гены рибосом, ALu повторы?

Классификация генов по структуре n Множественные повторы сотни тысяч, млн. копий отрезков ДНК. Теломерные и центромерные участки хромосом, ALu повторы n ПГЭ подвижные (мобильные) генетические элементы дисперсно разбросаны по геному (эндогенные вирусы) Это чужеродные геномы вирусов, молекулярные останки вирусов (провирусы), которые когда-то внедрились в геном и там остались

Классификация генов по функции t. РНК, r. РНК, м/я РНК регул. РНК – кодирующие гены Гены МТХ Протеин – кодирующие гены Гены «домашнего хозяйства» Гены роскошных синтезов Регуляторные гены

План лекции n n n n 1. Генетический полиморфизм и разнообразие геномов человека 2. Биохимическая уникальность человека Гены предрасположенности 3. Новый взгляд на эволюцию Homo sapiens 4. Мутации и болезни 5. Генная диагностика, генетическое тестирование, генная терапия, клеточная терапия 6. О генетически модифицированных продуктах 7. Гены и поведение

Разнообразие геномов человека Каждый геном уникален, но несовершенен Генетическая вариабельность, ограниченная одним видом (Homo sapiens), получила название генетического полиморфизма – ГП (разнообразие геномов в популяции) ГП – наличие небольших отклонений в нуклеотидной последовательности ДНК, которые совместимы с нормальной функцией генома, но приводят к вариациям в структуре белков и т. о. формируют биохимический индивидуум каждой личности (биохимический фингерпринт)

Гены предрасположенности 10%-20% всего генома Гены «внешней среды» Гены триггеры Гены рецепторов

Реконструкция происхождения людей по мт. ДНК

Мутации и болезни Индуцированные Возникают под действием мутагенных факторов (физические, химические и биологические) Классификация точечные хромосомные геномные динамические

План лекции 1. Периоды онтогенеза человека. Пренатальное развитие n 2. Метод экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) n 3. Введение в тератологию. Классификация тератогенов n

Критические периоды n Критические периоды в развитии зародыша – это периоды наибольшей ранимости, чувствительности к действию различных повреждающих факторов (мутагенных, тератогенных, канцерогенных). Эти различные понятия во многом перекликаются

Классификация тератогенов n Мутагены n Вирусы агенты, вызывающие мутации (ионизирующая радиация, лекарственные препараты и др. ) вирус краснухи (нем. корь), цитомегаловирус, вирус простого герпеса

Классификация тератогенов n n Микроорганизмы бактерии – Treponema и простейшие. Toxoplasma Лек. препараты * Veratrum californicum прир. хим. соед (алкалоиды) иск. хим. соед. * хинин, алкоголь *никотин, кофеин *пестициды, орг. в-ва сод. ртуть *ретиноевые к-ты – аналоги вит. А *талидомид *различные токсиканты

План лекции 1. Эпигеномная изменчивость. n 2. Молекулярные механизмы развития зародыша. Метилирование ДНК. n 3. Закономерности развития зародыша. Понятие о морфогенах и гомеозисных генах (хокс-генах) n

Эпигеномная изменчивость. n Процессы, управляющие развертыванием программы развития в клетках называют эпигенетическими (эпигеномная изменчивость)

Молекулярные механизмы развития зародыша. Метилирование ДНК. 1. Регуляция экспрессии генов основана на взаимодействии регуляторных участков ДНК с регуляторными белками n 2. Существует и другой механизм регуляции экспрессии генов Изменение самого генетического материала химическая модификация ДНК n

Метилирование ДНК. Метилирование цитозина – важный элемент генной активности (СН 3 группы присоединяются к С в парах С G) Установлено, что экспрессия генов позвоночных коррелирует со степенью метилирования цитозина внутри регуляторных участков и вокруг них

Метилирование ДНК.

Закономерности развития зародыша. Понятие о морфогенах и гомеозисных генах (хокс-генах) Два способа детерминации эмбриональных клеток Гены – морфогены Мозаичный тип развития Гомеозисные гены (хокс-гены) регуляционный тип развития

оз жи ее и би ие в меньшей степени мозаичный тип др ки фи ам щ ю та пи рс мо о ек мл регуляционный тип развития оф бр ила юх асц оно ид гие ии , н мол го ем лю ло ато ск во ды и но ги ем ол лю ск и Закономерности развития зародыша. Понятие о морфогенах и гомеозисных генах (хокс-генах) мозаичный тип развития в меньшей степени регуляционный тип

План лекции 1. Периоды постнатального развития. n 2. «О любви не говорят, о ней все сказано…? » n 3. Проблемы старения организма. (факторы старения, долгожители, преждевременное старение) n 4. Современные представления о механизмах старения. n

Проблемы старения организма. n n Максимальную продолжительность жизни нельзя увеличить, т. к. это признак вида (90 -100 лет) Теоретически (библия) 500 -600 лет. По данным специалистов, последующее поколение - 125 – 126 лет Средняя продолжительность жизни в благополучных популяциях (США) более 79 лет, острова в Японии около 100 лет, в СПб у ♂ около 56 лет.

Проблемы старения организма. n Генетический контроль за продолжительностью жизни очевиден (мутация 1 гена, синдром преждевременного старения – прогерия) Мутации редки за 200 лет описано 100 случаев (24 г. – как у 70 летней, симптомы появились в 6 лет. Старение в 10 раз быстрее, остановить пока невозможно)

Теории старения (механизмы) Свободно-радикальная теория ( кол-ва свободных радикалов с возрастом) n Укорачивание теломер при делении клеток (теломеразная теория) n Холестериновая теория (накопление холестерина с возрастом) n Теория Гормезиса (антистарения ) n

План лекции 1. Терапевтическое клонирование n 2. Вопросы трансплантации. n

Терапевтическое клонирование и трансплантация Согласно современным представлениям, регенерация тканей взрослого организма и их репарация в случае повреждения осуществляется при непосредственном участии стволовых клеток. Стволовые клетки – это клетки, обладающие специфичной способностью к самообновлению и дифференцировке в специализированные типы клеток.

Терапевтическое клонирование и трансплантация Источники стволовых клеток: n Эмбриональные стволовые клетки (бластоциста) n Фетальные стволовые клетки (абортивный материал на 9 -12 недели беременности) n Стволовые клетки пуповинной крови n Стволовые клетки взрослого человека (костный мозг, жировая ткань)

Суть терапевтического клонирования Обычная соматическая клетка располагается около яйцеклетки, чья ядерная ДНК удалена. Под воздействием электрического импульса они сливаются. Яйцеклетка активизируется. Ооциста перестраивает ДНК соматической клетки и переводит её в зародышевое состояние, после чего происходит деление. Яйцеклетка

Трансплантология ТРАНСПЛАНТОЛОГИЯ – (греч. Trans – пере-, через; plantare – сажать, выращивать; -logia - наука) – раздел медицины, изучающий проблемы трансплантации. Трансплантация – пересадка, приживление и функционирование клеток, тканей, органов или частей тела.

Трансплантология Органная трансплантация. n n n Аутотрансплантация – трансплантат того же пациента. Реплантация – пересадка органов и тканей на свое же место (оторванная конечность, скальпированная рана). Имплантация – клетки и ткани специально пересаживают в другой участок. Аллотрансплантация – пересадка органов и тканей от другого человека (донора) в т. ч. аллопланты. Ксенотрансплантация – пересадка органов животных человеку. Аллопластическая трансплантация – замена частей тела синтетическими материаламиметалл, пластмасса

n Послесловие…

n Идея тепловой ячейки аналогична кислородному клеточному дыханию

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПЕДИАТРИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ РОСЗДРАВА Краткий очерк лекций II семестр (Дайджест) зав. каф. медицинской биологии Абдукаева Нелли Сулеймановна

План пяти «О» : n 1. Об экологии Основные понятия 2. О преобразовании природной среды … n 3. Об изменении климата n 4. О влиянии радиации на организм n 5. Об экологических заболеваниях n

Понятие об экологии n Экология – Эрнст Геккель, нем. биолог, 1869 г. (греч. ойкос – жилище, дом; логос – учение, наука) n Экология – наука о земном хозяйстве n Экология – это наука о взаимоотношени между живыми организмами и средой их обитания

Понятие об экологии n n n Аутэкология – взаимоотношения отдельных особей (организмов) с их окружением Демэкология – (популяционная) взаимоотношения популяции с её окружением Синэкология – (экология сообществ) взаимоотношения сообществ организмов со средой их обитания

Понятие об экологии n n Биоценозы – многовидовые сообщества, которые образуют биологические макросистемы более высокого ранга Биогеоценозы – акад. , Сукачев 1942 система или исторически сложившееся единство биоценоза (растения. животные, м/организмы) и неживой среды их обитания.

Понятие об экологии Экологическая система (экосистема) – Тенсли, англ. одновременно совокупность живых организмов с их местообитанием Академик Вернадский обосновал принципы единения всего живого и неживого во Вселенной, один из них «Ни один вид не может жить в созданных им отходах» (загрязнение окр. среды – экологические болезни) n

О преобразовании природной среды … n 1. Систематическое уничтожение лесов и эрозия почв.

О преобразовании природной среды … 2. Сокращение многообразия флоры из-за извлечения Н 2 О из гидрологического цикла… - Угроза исчезновения видов… n

Красная книга — аннотированный список редких и находящихся под угрозой исчезновения животных, растений и грибов. Красные книги бывают различного уровня — международные, национальные и региональные.

О преобразовании природной среды … n 3. Процесс уничтожения фауны планеты замедлился по сравнению с 19 веком.

n n Национальный парк — это территория, где в целях охраны окружающей среды ограничена деятельность человека. В отличие от заповедников, где деятельность человека практически полностью запрещена (запрещены охота, туризм и т. д. ), на территорию национальных парков допускаются туристы, в ограниченных масштабах допускается хозяйственная деятельность. Запове дник — охраняемая природная территория, на дник которой (в отличие от заказников) под охраной находится весь природный комплекс. Зака зник — охраняемая природная территория, на зник которой (в отличие от заповедников) под охраной находится не весь природный комплекс, а некоторые его части: только растения, только животные, либо их отдельные виды, либо отдельные историко-мемориальные или геологические объекты.

О преобразовании природной среды … n 4. Антропогенные выбросы в окружающую среду.

Европа выбрала «зеленые столицы» n n Еврокомиссия подвела итоги соревнования на звание «самого зеленого города Европы» , в котором участвовали 35 европейских городов. Определено, что в 2010 году «зеленой столицей» станет Стокгольм, а в 2011 году этот титул перейдет к Гамбургу. Званием «самый зеленый город Европы» ежегодно награждают города, в которых особую роль отдают защите окружающей среды, повышая тем самым уровень жизни горожан.

Антропогенные выбросы Загрязнение атмосферы химическое радиоактивное Загрязнение вод химическое радиоактивное Нарушение экологического равновесия – изменение климата

Об изменении климата… 2. Точка зрения специалистов! n Температура на Земле постоянно падает, т. к. Земля удаляется от солнца (снижение УФ). Через 500 млн. лет новый Ледниковый период n На этом пути к похолоданию – волны относительного похолодания и потепления. Самое высокое потепление было 6 тыс. лет назад, 1 тыс. лет назад Гренландия была зеленой страной, в начале ХХ века отмечалось быстрое потепление.

Действие радиации на организм человека Общий фон Естественный фон радиации 50% (космическое излучение, радиация Земли, радон, распад радиоактивных эл -ов в горных породах, в нашем организме) Ест. фон неустраним дополнительное облучение 50% n 40% рентгеновская аппаратура в медицине (лечение и диагностика) n 2% цветное TV… n 2% радиоактивн. осадки при ядерных взрывах n 0. 2% АЭС и ядерные отходы Необходимо уменьшить

Действие радиации на организм человека Энергия излучения, поглощенная единицей массы тела, поглощенная доза – 1 грэй. Летальные дозы n 100 грэй – лет. исход через неск. часов, дней (ЦНС) n 10 -50 грэй – кровоизлияния жкт, отек головного мозга гибель через 1 -2 недели n 3 -5 грэй разрушение кл. красного костн. мозга, гибель в 50% случаев через 1 -2 мес.

Действие радиации на организм человека n n n Наиболее уязвимы кл. красного костн. мозга , но регенерация. . . Репродуктивные органы (0. 1 грэя облучение семенниковврем. стерильность, > 2 грэя пост. стерильность; яичники менее чувствительны > 3 грэя – стерильность, >>дозы при дробном облучении не оказывают влияния на детородную функцию. ) Уязвим хрусталик, в погибших кл. помутнение тяжелые формы катаракты, потеря зрения. (2 -5 грэя)

Действие радиации на организм человека Вывод Воздействие комплекса факторов радиационной аварии привело к формированию неустойчивого сост. генома у женщин - ликвидаторов катастрофы (проявилось в высокой частоте хромосомный аберраций). У их детей выс. канцерогенный риск – лейкозы.

План лекции II 1. Растения как элемент экологической системы 2. Введение в фитотоксикологию 3. Клиническая классификация растений, опасных для здоровья

фотосинтез Растения как элемент экологической системы Фитоэкология n Источник кислорода для всех аэробных форм жизни n Источник биомассы (аккумулирует и трансформирует солнечную энерг. ) n Источник ископаемого энергетического топлива

Растения в жизни человека Пищевые (афродизиаки) n Масличные n Кормовые n Сорные n Пряности n Декоративные n Лекарственные и ядовитые n Источник ископаемого энергетического топлива n

Фитогигиена Растения как элемент экологической системы Фитоэкология n поглощают пыль n поглощают шумы n Поглощают радионуклиды (канцерогены) n Восстановительная медицина (ароматерапия, фитонциды, эстетический фактор)

Растения как элемент экологической системы Два направления в медицине связанные с растениями – источниками БАВ (ФАВ) n фитотерапия n фитотоксикология n Парацельс: «Что есть лекарство? Что есть яд? . . . »

Введение в фитотоксикологию Закономерности: n Токсичность увеличивается к югу (Conium maculatum) n Токсичность снижается в культуре (Aconitum spp. ) n Динамика накопления БАВ в различных органах (Cicuta virosa)

Введение в фитотоксикологию Сезонная динамика накопления БАВ n Пути проникновения фитотоксикантов n - Per os – алиментарный (ЖКТ) n - Контактный - через кожу n - Аэрогенный - при вдыхании

Способы отравления Случайные n Передозировка ЛС n Умышленные n Отравления детей в последние годы – до 20% от всех отравлений n Неосведомлённость детей и взрослых… n Дети в условиях большого города… n

Частота встречаемости

Отравления

Введение в фитотоксикологию Клиническая классификация растений, опасных для здоровья: n с атропиновым действием n влияющие на ЦНС n влияющие на ССС n с никотиноподобным действием n с раздражающим действием на кожу и слизистые n влияющие на тканевое дыхание n прочие растения n вызывающие поллинозы