ПӘннің ОҚУ Әдістемелік кешені «Физико-химиялық биологияның қазіргі мәселелері»

Дәріс жоспары:

Молекулалық эволюцияда кездесетін мәселелер

Молекулалық эволюцияға зерттеудің екі бөлімі енеді: макромолекулалардың эволюциясы және гендер мен организмдердің эволюциялық тарихының реконструкциясы. Макромолекулалардың эволюциясын зерттеу арқылы өзгерістерге жауап беретін генетикалық материалдағы (ДНҚ-да) және оның «өнімдерінде» (белоктарда), механизмдерде болып жатқан өзгерістердің жылдамдығы мен түрін анықтай аламыз. Екінші бөлімі молекулалық филогения деп те аталады, молекулалық мағлұматтардың негізінде алынған организмдердің және макромолекулалардың эколюциялық тарихын анықтайды.

Алғаш қарағанда бұл екі бөлік бір-бірінен тәуелсіз сияқты болып көрінеді, өйткені бірінші бөлімнің мақсаты молекулалардағы эволюциялық өзгерістердің себептері мен салдарларын анықтау болса, екіншісі осы молекулаларды организмдердің биологиялық тарихын және олардың генетикалық құрамдарын қалыптастыру үшін құрал ретінде пайдаланады. Алайда тәжірибеде юұл екі пән бір-бірімен терең байланыста, және біреуіндегі прогресс екіншісіне зерттеулеріне әсер етеді. Мысалы, филогенияны білу зерттелуші молекулалық құрылымдағы өзгерістердің тіқбеліктілігін анықтау үшін қажет. Және керісінше зерттелуші молекуланың өзгерістерінің тәсілдері мен жылдамдығын білу организмдер тобының эволюциялық тарихының қалыптасу талпыныстары үшін қажет.

Молекулалық эволюцияның үлесіне дәстүрлі түрде үшінші бөлімді де қосу қабылданған – пребиотикалық эволюция немесе «тіршіліктің пайда болуы». Алайда бұл пән тым ойша қорыту болып табылады және алғашқы екеуімен салыстырғанда бұл бөлім сандық анализге төмен дәрежеде беріледі. Сонымен қатар, пребиотикалық жүйелердегі ақпараттарды тасымалдау процесін бағыттаушы заңдар біздің заманымызда белгісіз. Сондықтан да келесі бөлімдерде тек алғашқы екі молекулалық эволюция ғана талқыланады.

Эволюциялық биология – эволюцияның дамуы барысында ортақ ата-тектен пайда болған түрлерді, олардың белгілерінің тұқым қуалауы мен өзгеруі, көбею және түрлерінің алуантүрлілігін зерттейтін биологияның бөлімі. Жеке түрлердің дамуы әдетте биосфераның компоненттері ретінде флора мен фаунаның ғаламдық қалыптасуының контекстісінде қарастырылады. Эволюциялық биология XIX ғасырдың екінші жартысында түрлердің өзгергіштігі туралы ойлардың кеңінен мойындалуына байланысты биологияның бөлімі ретінде рәсімделе бастады.

Эволюциялық биология – зерттеулердің пәнаралық бөлімі, өйткені ол өндірістік және зертханалық бағыттағы әртүрлі ғылымдарды қатар қамтиды. Тұтас органикалық әлемнің дамуы туралы нақты мағлұматтар алу үшін қорытындыланатын териология, орнитология және герпетология сияқты бағыттардағы зерттеулер эволюциялық биологияға үлесін қосады. Эволюцияның жылдамдығы мен нысандары туралы мағлұматтар алу үшін палеонтологтар мен геологтар тасқа айналушылықты анализдейді, ал популяциялық генетика осы сұрақтарды теориялық түрде зерттейді. Экспериментаторлар эволюциялық биологияның көптеген мәселелерін жақсы түсіну үшін дрозофиланың селекциясын қолданады, мысалы қартаю эволюциясы.

Молекулалық эволюцияны зерттеу екі әртүрлі пәнге негізделеді: популяциялық генетика және молекулалық биология. Популяциялық генетика эволюциялық прцесстерді зерттеу үшін теориялық базаны береді, ал молекулалық биология тәжірибелік мәліметтерді береді. Сондықтан да молекулалық эвоюцияны түсіну үшін популяциялық генетиканың және молекулалық биологияның теориялық негіздерін білу қажет.

Бақылау сұрақтары:

1.Молекулалық эволюцияға анықтама беріңіздер.

2.Молекулалық эволюцияда кездесетін мәселелерді атаңыздар.

Әдебиеттер: 7.1.1-7.1.4. ( негізгі), 7.2.1-7.2.4 ( қосымша )
Модуль 2. Молекулалық биологияның қазіргі мәселелері.

№ 11 тақырып. Дамудың және дифференциацияның молекуло-генетикалық реттелу тәсілдері.

Онтогенез

Эмбриональды индукция

Онтгенездегі корреляция

Организмнің дамуы – бұл оның клеткалары мен ұлпаларының тек қана авторепродукциясы емес, сонымен қатар оған тән өзгерістердің ұзақ тізбегі, химиялық, физикалық, морфологиялық және қызметтік қатынаста жаңаның пайда болуы. Мысалы, салмағы шамаммен 0,0015 мг болатын адамның жұмыртқа клеткасынан ұрықтанудан кейін шамамен 3 кг болатын нәресте қалыптасады.

Көпклеткалы организмнің өсуі мен жеке дамуының негізінде клеткалардың митоздық бөлінуі жатыр. Митоз – тең тұқым қуалайтын бөліну. Осыған байланысты организмнің маманданған ұлпаларының клеткалары (мидың, бұлшықеттің, терінің, бауырдың және т.б.) ұқсас генотиптерге ие болуы тиіс. Сондықтанда клеткалар мен ұлпалардың дифференциациясының генетикалық механизмдері онтогенез барысында өзіндік түсініктеме талап етеді. Онтогенездің генетикалық зерттеуінің алғашқы мезеті принципке сәйкес белгінің қалыптасуына геннің әсерінің анализі болып табылады: ген (ДНҚ) –а-РНҚ-белок-белгі.

Жануарларда алғашқы дифференциация жұмыртқаның цитоплазмасы мен оның беткі қабатының (кортекс) құрылымына байланысты – ооплазмалық сегрегация. Ұрықтанудан кейін жұмыртқаның бұдан да ары қарай дифференциациялануы анықталады, бұл алғашқы кезеңдердегі ұрықтың дамуын негіздейді. Митоз кезінде пайда болған бластомерлердің құрамындағы геномдарының кортекстік бөліктерінің және цитоплазманың мөлшерлері біркелкі емес. Осыған байланысты олар әртүрлі ұйымдастырылған цитоплазмаларға ие болады.

Ұрықтанудан бастап онтогенез басталады, мұнда аталық организмінен алынған гендердің әсерлеріайқындалады. Егер гендер тұтас онтогенезді, организмнің барлық белгілері мен реакцияларын бақыласа, онда біршама сұрақтар туындайды: дамудың әртүрлі кезеңдерінде бір мезгілде немесе тек жеке гендер ғана әсер етедіме; олардың әсер етуі немесе анықталады; гендердің өзіндік ерекше әсерлері қалай жүзеге асады?. Бұл сұрақтарға жауап ядроларды көшіріп отырғызу барысында алынды. Ұрықтанбаған жұмыртқа клеткасын уколмен белсендіреді және одан ядроны бөліп алады. Кейін микропипетканың көмегімен осы жұмыртқа клеткасына ұрықтың (бластула, гаструла кезеңдеріндегі) клеткасының ядросын отырғызады. Бұл жағдайда егер донор клетканың ядросы дифференциацияға ұшыраған болса, онда оны отырғызғаннан кейін реципиент жұмыртқадан қалыпты ұрық қалыптаспайды. Ал керісінше, донордың ядросы дифференциацияланбаған және толық даму мүмкіндігін сақтаған болса, онда реципиент жұмыртқа клетка қалыпты бөлінеді. Тәжірибе көрсеткендей егер донор клеткадан ядро бластула немесе гаструла кезеңінде алынса, онда рецепиент жұмыртқадан қалыпты итшабақ дамиды. Ядро гаструла кезеңінің соңында алынса, онда ұрық дамымайды.

Жеке дамудың бастапқы кезеңдерінің өтуін анықтаудың молекулалық-генетикалық процесстері негізінен омыртқасыздар мен омыртқалыларда ұқсас және зиготаның алдындағы кезеңдерде басталады.

Онтогенез барысында болашақ жұмыртқа клеткада РНҚ, рибосома және а-РНҚ синтезі күшейеді, бұлар ұрықтанудан кейін эмбрионның бастапқы дамуы үшін қажет. Қосмекенділердің және басқа жануарлардың ооциттерінде бұл синтездің қарқындылығы р-РНҚ-ның гендерінің амплификация процесінің (немесе көбею) арқасында өсуі мүмкін.

Ұрықтанудан кейін бөлшектену басталады. Белоктың белсенді синтезі жұмыртқадағы рибосомалар мен РНҚ-ның босалқы қорының еебінен жүреді.

Эмбриогенездің алғашқы кезеңдерінде, бластуланың соңына дейін, генетикалық ақпараттың мына сұрақтарға қатысы бар бөлігі жүзеге асырылады:

1. 
   барлық бөлінуші клеткаларға қатысы бар жалпы метаболизмдік процесстер;
   
2. 
   кейін маманданбаған гендердің біртіндеп репрессиясы жүреді, яғни ұрықтың клеткаларының дифференциациясы басталады. Жануарларда гаструла кезеңінде және кейін бағаналы клеткалар оқшаулана бастайды, бұлардың әртүрлі популяциялары әртүрлі ұлпалар мен органдардың дамуына бастама береді.
   

Дифференциацияланған клеткалардың ядроларында гендердің көпшілігі репрессивтік жағдайда болады, белсенді жұмыс істеуші гендердің саны дамудың әр кезеңдерінде әртүрлі ұлпаларда және органдарда әртүрлі. Әртүрлі объектілерде жүргізілген тыңғылықты зерттеулер гендерді санауға мүмкіндік береді, көп жағдайда олардың үлесі 10-20% асады, бұл әрине әр уақытта әртүрлі гендерден тұрады. Эукариоттардың барлық құрылымдық гендерін үш түрге бөлуге болады:

1. 
   Организмнің барлық клеткаларында қызмет жасайтын гендер. Бұларға энергетикалық айналымның кодтаушы ферменттерінің, маңызды макромолекулаларды ситездеуге жауап беретін гендер жатады.
   
2. 
   Бір түрлі ұлпада ғана қызмет жасайтын гендер. Бұл гендерге бұлшықеттердегі миозиннің синтезін анықтайтын, барлық тірек-қимыл ұлпаларындағы коллагеннің синтезделуіне жауап беретін гендер жатады.
   
3. 
   Клеткалардың маманданған біраз қызметтерді орындау үшін қажет гендер (эритроциттердегі гемоглобиннің, эндокринді бездердегі әртүрлі гормондардың, трипсиннің және амилазаның және т.б. ас қорыту жолындағы ферменттердің, көз бұршағының белогінің синтезі). Осыған қарамастан клеткалар морфологиялық жағынан ұқсас және қызметі жағынан да ұқсас болып келеді, тек жеке гендерінің белсенділігі жағынан ғана ерекшеленуі мүмкін. Мысалы, омыртқаның шеміршегі саусақ қаңқасының шеміршегінің жеке гендерінің қасиеті жағынан ерекшеленеді.
   

Эукариоттарда гендердің белсенділігінің реттелуі басқа клеткаларда жасалған ерекше сигналды заттармен кеңінен таралады. Мұндай сигналды заттардың ішінде гормондар жақсы зерттелген. Әртүрлі гормондармен (адреналинмен, тироксинмен, жыныс гормондарымен, өсу гормонымен және т.б.) жүзеге асырылған реттелудің ұқсастықтары көп болады. олардың барлығы тек қана ерекше нысана-клеткаларға әсер етеді. Мұндай клеткалардың белгілі бір гормонға әсер ету қабілеті клеткада өндірілген рецептор-белокпен жүзеге асады, ол осы гормонмен байланысқа түскен және осыған қарамастан ол өзгергіш болып келеді, содан кейін ол клетка ядросындағы хромосомалардағы бір немесе бірнеше гендердің жұмысын индукциялау қабілетіне ие болады. бауырдың клеткасына глюкокортикоидтар немесе жатыр клеткасына эстрагендер әсер еткенде оларда ядролардың матрицалық белсенділігі РНҚ мен белоктың синтезделу қарқыны бірден өседі.

Белок-рецепторлар мен гормондардың түзілуі гендермен бақыланады. Мысалы, адамда кездесетін тестикулярлық феминизация деп аталатын тұқымқуалау ауруы белгілі. Сондықтанда еркек жынысты ұрық әйел жынысына тән қасиеттерге ие болады.

Ұрықтың дамуы тұқым қуалау және сыртқы факторлардың үздіксіз әсер етуі арқылы жүзеге асады. Осындай өзара әсер ету процестері барысында ортаның нақты жағдайларында тұқым қуалау бағдарламасының жүзеге асырылған нәтижесі фенотип қалыптасады. Сүтқоректілердің ұрығы жатырдың ішінде дамуына қарамастан техникалық прогресске байланысты сыртқы ортада зиянды заттар жинақталуының салдарынан оларға әрдайым қолайсыз факторлар әсер етеді. Қазіргі уақытта адамның өмірінің барлық кезеңіне химиялық, физикалық, биологиялық және психологиялық факторлар әсер етеді.

Жануарлардың дамуын эксперименттік зерттеу организмдердің дамуының өте қиын кезеңде екені туралы түсінікке әкелді. Бұл терминнің астарында мынадай кезеңдер жатыр: ұрықтың қалыпты дамуын өзгертетін әртүрлі факторлардың зиянды әсерлеріне ұрықтың өте сезімтал болуы. Организмнің тіршілігінің әртүрлі кезеңдерінде температураға сезімталдығы әртүрлі болады. Өте қиын жағдайда ұрықтың метаболизмі өзгеріске ұшырайды, тыныс алуы бірден күшейеді, РНҚ құрамы өзгереді, өсу жылдамдығы төмендейді. Сүтқоректілерде жатырдың қабырғасына бластоциттің имплантациясы өте қиын кезең болып табылады, мұның әсерінен қоректенудің және газ алмасудың жаңа жағдайларына көшеді, жаңа бейімделушілікті қажет етеді. Адам үшін өте қиын кезең мыналар: имплантация кезеңі [ұрықтанудан кейінгі 6-7 күн, иплантация кезеңі (жүктіліктің екінші аптасының соңы), перинатальды кезең (босану)]. Эмбриогенездегі өте қиын кезеңдерді зерттеу ана организмін зиянды факторлардан қорғау керектігін көрсетеді.

Жүктілік кезінде ана организміне әртүрлі химиялық, физикалық, биологиялық агенттердің әсер етуі эмбрионның дамуына кері әсерін тигізеді және құбыжық ұрпақ дүниеге келуі мүмкін немесе жатыр ішінде өлуі мүмкін. Хинин, алкоголь, кофеин, әртүрлі улы заттар, сонымен қатар қарапайымдылар (токсоплазма), вирустар (қызылша вирусы), кейбір дәрілер (талидомид), иондық сәулелердің барлық түрі өте қауіпті болып табылады. Сондықтанда жүктілік мерзімінде денсаулықты сақтау керек, дәрілерді және физиотерапиялық процедураларды абайлап қабылдау қажет.

Дамушы организмнің органдары мен ұлпаларының пішіндері мен қызметтері өзара бір-бірімен байланысты және морфологиялық құбылыстар өзінің физиологиялық қабілеттеріне ие. Организм әрқашан ерекше тұтас дамиды. Байланыстардың қиын жүйесі, яғни корреляция организмнің тұтастай дамуын қамтамасыз етеді. И.И.Шмальгаузен корреляцияның үш түрін ажыратты: геномдық, морфологиялық және эргондық.

Онтогенездегі корреляция:

Геномдық корреляциялар өзгерістер жүзеге асқан клеткаларда биохимиялық процесстер арқылы ғасырлар бойы жүзеге асуы мүмкін. Бұл бір немесе бірнеше байланысқан гендердің әсері – геннің плейотроптық әсері, пенетранттық, көп аллелизм.

Морфологиялық корреляция – бұл екі немесе бірнеше морфогенетикалық процестердің өзара әсерлері (хорда-мезодерма), эктодермадан нерв жүйесінің дамуы, көз қарашығының әсерінен эктодермадан қасаң қабықтың түзілуі.

Эргондық (қызметтік) корреляциялар – қызметтік әсерлер арқылы байланысқан бөліктер арасындағы корреляция (невр орталықтары, нервтердің және перифериялық органдардың дамуының арасында байланыстар, бұлшықеттердің нервтердің және бұлшықеттердің қан тамырларының арасындағы байланыстар).

Корреляцияның әр түрі онтогенездің әртүрлі кезеңдеріне тән. Онтогенезде дифференциация процесінің нәтижесінде жаңа корреляциялар өтеді. Бұл ары қарай дифференциалдануға әкеледі.

Бақылау сұрақтары:

1.Эмбриональды индукция дегеніміз не?

2.Дамудың және дифференциацияның реттелу тәсілдерін атаңыздар.

Әдебиеттер: 7.1.1-7.1.4. ( негізгі), 7.2.1-7.2.4 ( қосымша )

Дәріс жоспары:

Биология эволюциясы және генетика заңдылығы

Биологиялық эволюция

Сыртқы қолайсыз химиялық, физикалық және биологиялық факторлардың әсерінен клетка құрылымдық және қызметтік өзгерістерге ұшырайды. Оның жиілілігі мен уақытына байланысты бұндай жасуша қалыпты жағдайына немесе жаңа пайда болған өзгерістерге сай өзгеріп, тіршілігін қайта жалғастыруы мүмкін.

Жарақаттанған клетканың цитоплазмасындағы өзгерістер. Цитоплазма гранула түзу қабілетінен айырылады. Қалыпты клеткада цитоплазмаға түскен бояулардың бөлшектері гранулаларға айналады. Осыған қарамастан цитоплазма мен кариоплазма ашық түсті болады. цитоплазма гранула түзу қабілетінен айырылса гранулалар түзілмейді, ал цитоплазма мен кариоплазма диффузды боялады.

Ядродағы өзгерістер. Ядродаперинуклеарлық кеңістік ісіп кеңейе бастайды. Хроматин кесектелік қоюланады. Бұл пикноз деп аталады. Белок синтезінің реттелуі бұзылады. Кейін фрагменттерге бөлінеді. Бұл кариорексис деп аталады. Соңында ядро лизиске – кариолизиске айналады.

Митохондриядағы өзгерістер. Бастапқы кезеңде митохондрия сығылады, кейін ісінеді, дөңгелектенеді, оның кристалары қысқарады және редукцияланады, АТФ синтезі төмендейді. Соңында митохондрияның мембраналары жыртылып, матрикс гиалоплазмамен араласып кетеді.

Эндоплазмалық тордағы өзгерістер. Гранулярлық эндоплазмалық тор үзіліп, вакуольге ыдырайды. Мембрананың бетіндегі рибосомалар саны азаяды, белок синтезі төмендейді.

Гольджи кешеніндегі өзгерістер. Гольджи кешенінңі цистерналары үзіліп, соның нәтижесінде ыдырап кетеді.

Лизосомалардағы өзгерістер. Біріншілік лизосомалардың және аутофагасомдардың саны өседі. Біріншілік лизосомалардың мембраналары жыртылады. Олардан бөлініп шыққан ферменттер клетканың өзін-өзі қорытып жіберуіне (лизис) әкеледі. Клетканың мембраналарының өткізгіштігі, органеллардың құрылымы мен қызметі бұзылған соң клетканың метаболизмі бұзылады, бұл цитоплазмада липидтердің (майлы дисторфия), гликогеннің (көмірсулы дисторфия), белоктардың (белоктық дисторфия) жиналуына әкеледі. Жарақаттаушы факторлардың жылдамдығы төмен болса және қысқа мерзімде әсер етсе клетканың цитофизиологиялық өзгерістері керісінше болуы да мүмкін. Мұндай жағдайларда клетканың құрылымы мен қызметі толығымен қалпына келуі мүмкін. Мұндай клетка қалыпты қызметін жалғастырады. Кейбір жағдайларда клетканың цитофизиологиясының қалыптасуы толықтай жүрмеуі мүмкін. Осыдан кейін клетка біраз уақыт қызметін жалғастырып, кейін белгісіз себептерден өлуі мүмкін.

Биологиялық эволюция – организмдердің төменгі сатыдан қазіргі жоғары сатыдағы түрлерге дейін дамуы; алуантүрліліктің қайтымсыз өзгеруі және түрлер популяциясының адаптациясы; генетикалық өзгерістердің көрінісі; популяцияның генетикалық құрамының өзгеруімен жүретін тірі табиғаттың қайтымсыз тарихи өзгеруі, адаптацияның қалыптасуы, түрлердің түзілуі және тіршілігін жоюы, биогеоценоз бен биосфераның түзілуі. Биологиялық эволюция палеонтологиялық, морфологиялық, физиологиялық биохимиялық және генетикалық мағлұматтармен дәлеледенеді. Биологиялық эволюцияның теориясының алғашқы элементтері Гераклиттің, Эмпедоклдың, Демокриттің еңбектерінде кездеседі. Биологиялық эволюцияның алғашқы тұрақты теориясын (негізінен метафизикалық сипаттағы) Ж.Б.Ламарк (1809) әзірлеген. Синтетикалық теорияға сәйкес биологиялық эволюция мутация мен табиғи сұрыпталудың нәтижесі.

Бақылау сұрақтары:

1.Биологиялық эволюцияны түсіндіріңіздер

2.Генетика заңдылығына анықтама беріңіздер.

Әдебиеттер: 7.1.1-7.1.4. ( негізгі), 7.2.1-7.2.4 ( қосымша )

№13 тақырып: Гормондар және тағы басқа биологиялық белсенді заттар

Дәріс жоспары:

Гормондар

Гармондардың әсер ету механизмі

Гормондар (грек. Hormao-ояту, қозғалысқа келтіру) – органикалық дүниенің биологиялық белсенді заттары, ішкі секреция бездірінің маманданған клеткаларында өндіріліп, қанға түсіп, зат алмасуды мен физиологиялық қызметті реттейді. Гормондар әртүрлі органдар мен жүйелердегі белгілі бір процесстерді гуморальдық (қанмен тасымалданады) реттеуші болып табылады. көпшілік клеткаларда биохимиялық реакциялар тек гормондармен қатысуымен ғана өтеді. Олар организмнің тіршілік әрекетін, клеткалардың қызметін, генедердің белсенділігін бақылайды. Ферменттердің белсенділігін реттей отырып, гормондар метаболизмге әсер етеді. Гормондардың барлық қызметін үш маңызды қызметке біріктіріп былай бөлуге болады: организмнің өсуі мен дамуын қамтамасыз етеді, сыртқы ортаның үнемі өзгеріп отырыатын жағдайларына организмнің бейімделуін қамтамасыз етеді, гомеостазбен қамтамасыз етеді.

Гормонның маңызды қасиеттері – маманданған, биологиялық белсенді, қызметінің дистанттылығы. Осы қасиеттердің барлығын иеленеген зат нағыз гормон болып саналады. Гормондар мынадай қасиеттері арқалы басқа биологиялық заттардан ерекшеленеді:

• 
  гормондар гомеостаздың (үшкі ортаның тұрақтылығы) реттелуіне, зат алмасуға қатысады, өсуге, дифференциалдануға, көбеюге әсер етеді; сыртқы ортаның өзгерісіне организмнің жауап беру реакциясын қамтамасыз етеді.
  
• 
  гормондар өзінің физиологиялық қызметіне байланысты кейбір канцеронездердің промоторларын рөлін атқарады,.
  

• 
  клеткадағы иондық каналдармен байланысқан рецепторлар (ионотроптық рецепторлар)
  
• 
  фермент болып табылатын рецепторлар немесе хабарлағыш белоктармен байланысқан рецепторлар (метаботропты рецепторлар, мысалы, GPCR)
  
• 
  ретион қышқылының, стероидты және тиреодты гормондардың рецепторлары, бұлар ДНҚ-мен байланысып, гендердің жұмысын реттейді.
  

Әсер ету механизмдері. Қанда орналасқан гормон белгілі клекаға жеткенде арнайы рецепторлармен байланысқа түседі; рецепторлардың организмнің «арнауын санап», клеткада белгілі бір өзгешеліктер басталады. Әрбір гормонның өзінің рецепторлары болады, олар нақты бір органда немесе ұлпада орналасады, гормон әсер еткенде ғана олармен гормон-рецепторлы кешен түзіледі.

Гормондардың әсер ету механизмдерә әртүрлі болады. Олардың бір тобы клетканың ішінде орналасқан, яғни цитоплазмада орналасқан рецепторлармен байланысады. Бұларға липофильді қасиетке ие гормондар жатады – мысалы, стероидты гормондар (жыныстық, глюко- және минералокортикоидтар), сонымен қатар қалқанша безінің гормондары жатады. Гормондар майларды еріту қабілеті қарай клетка мембранасы арқылы оңай ене алады және цитоплазмада немесеи ядрода рецепторлармен байланысқа түсе бастайды. Олар суда әлсіз ериді, қанмен тасымалданағанда тасымалдағыш белоктармен байланысады. Бұл гормондардың тобында гормон-рецепторлы кешен клеткаішілік реле рөлін атқарады деп саналады – клеткада түзілген, ол клетка ядросында орналасқан, ДНҚ мен белоктан тұратын хроматинмен қарым-қатынасқа түседі, осыған орай гендердің жұмыстарынн баяулатады.

Нақтылы бір генге әсер ете отырып гормон РНҚ мен белоктың концентрациясын өзгертеді, сонымен қатар метаболизм процесін түзейді.

Әрбір гормонның әсер етуінің биологиялық нәтижесі ерекше болып келеді. Алайда белгі клеткада әдетте 1 % белок пен РНҚ өзгертеді, осы көрсеткіш сәйкес физиологиялық нәтижені толықтай жеткілікті.

Гормондардың басқа түрлерінің көпшілігі үш ерекшелікпен сипатталады:

• 
  олар суда ериді;
  
• 
  тасымалдағыш белоктармен байланыспайды;
  
• 
  гормондық процесті клетка ядросында, оның цитоплазмасында немесе плазмалық мембрананың бетінде орналасқан рецепторлармен байланысқанда ғана бастайды.
  

Классификациясы. Омырқалылардың белгілі гормондарын химиялық құрылысы бойынша мынадай негізгі кластарға жіктейді.

1.Стероидтар

2.Полиенді май қышқылдарының туындылары (полиен қаныққан)

3.Аминқышқылдарының туындылары

4.Белокты-пептидтік қосылыстар

Бақылау сұрақтары:

1.Гормондар мен биологиялық белсенді заттарды атаңыздар.

2.Белсенді заттардың классификациясы мен механизміне анықтама беріңіздер.

Әдебиеттер: 7.1.1-7.1.4. ( негізгі), 7.2.1-7.2.4 ( қосымша )

№14 тақырып: Клеткалық және молекулалық иммунологияның қазіргі мәселелері

Дәріс жоспары:

Иммунология

Иммунологияның негізгі бағыттары

Жалпы иммунология иммундық реакциялардың клеткалық және молекулалық негіздерін , олардың ретиелуін, генетикалық бақылауды, сонымен иммундық механизмдердің жке дамудағы процесстердегі рөлін зерттейді.

Жеке иммунология.

Жеке иммунология қолданбалы сипатқа ие; оның негізгі бағыттары: иммунопоталогия, молекулалық иммунология, эмбриогенез иммунологиямы, аллергология, трансплантациялық иммунология, инфекциялық иммунология, иммунохимия, иммуноморфология, нейроиммунология.

Клиникалық иммунология немесе иммунопатология – иммундық механизмдердің бұзылу нәтижесінде дамыған аурулардың немесе патологиялық процесстерді тексерумен, емдеумен айналысатын клиникалық және зертханалық пән.

Инфекциялық иммунология – адам мен жануарлардың инфекциялық ауруларына иммундық жауап қайтаруын зерттейтін иммунологияның бөлімі.

Инфекциялық емес иммунология – организмнің антигендерге, инфекциялық қоздығыштармен байланысты ауруларға жауап қайтаруын зерттейтін бөлім.

Молекулалық иммунология – иммундық жауаптың молекулалық механизмін зерттейтін иммунологияның бөлімі.

Радиациялық иммунология – иондық сәулеленудің әсерінен иммундық жауаптың өзгеруін зерттейтін бөлім.

Эмбриогенез иммунологиясы немесе репродукция иммунологиясы – эмбриональдық даму барысында және ана мен ұрықтың организмінің иммунологиялық қарым-қатынасы барысында ұлпалардың және органдардың антигендік құрылымдарының қалыптасу процестерін зерттейтін иммунология мен эмбриологияның бір саласы.

Иммуноморфология – иммунитеттің клеткалық негіздерін зерттейтін иммунологияның бөлімі.

Иммунохимия – иммундық жауаптың химиялық негіздерін зерттейтін иммунологияның бір саласы.

Трансплантациялық иммунология ұлпалардың сәйкессіздігін, транспланттардың өзгешеліктерін, сәйкессіздіктің алдын-алудың тәсілдері мен жағдайларын зерттейді.

Иммунологиядағы барлық зерттеулер екі үлкен топқа бөлінеді.Біріншісі жалпы иммунологиялық мәселелердің шешілуімен, иммундық жүйенің жұмысының клеткалық және молекулалық механизмдерінің зерттелуімен, осы жүйенің қызметінің негізгі принциптерін әзірлеумен, иммунитеттің жалпы тұжырымының қалыптасуымен байланысты. Екінші топ иммунологияның жееке мәселелерінің зерттеулімен байланысты. Бұл топтың зерттеулері тәжірибелік медицинаға бағытталған.

Әрине мұндай группалар бойынша градатация дұрыс, өйткені тәжірибе теорияны жасайды, ал теория тәжірибелік мәселені іздейді. Осыған байланысты иммунологиялық мәселлерді бөлу теориялық және тәжірибелік жағдайы бойынша бөлу ыңғайлы. Иммунологиядағы теоия мен тәжірибенің біріккен мысалдары жеткілікті. Олардың екеуі мыналар: неміс иммунологы Г.Келер және ағылшын Ц.Милыптейн антиденелердің ерекшелігін бақылайтын гендердің жоғары мутабельділігінің нақты дәлелдерін луға мақсат қояды. Осы теориялық міндетті шешу үшін оларға ұзақ өмір сүретін клеткалардың клоны қажет болды. Мұндай клондар алынды және бұл клондардың өнімдері –моноклонды антиденелер зерттеу үшін көп мөлшерде қол жетімді болды.

Клондар өндірген «ерте» және «кеш» антиденелердің құрылымдарын салыстырмалы зерттеу негізгі сұраққа жауап алуға себеп болды: иммуноглобулиндердің синтезін бақылайтын гендер жоғары мутабельділікке ұшырағанба? Бұл мәселені шешу теориялық, негізгі сипатқа ие. Сол уақытта моноклонды антиденелерді көп мөлшерде алу тәжірибелік медицинаға көп үлес қосты. Біріншіден, белгіленген моноклонды антиденелер диагностикалық мақсатта қолданыла бастады. Мысалы, ісік антигендеріне маманданған моноклонды антиденелер аурулардағы метастазды анықтауға қолданылады. Екіншіден, зиянды тасымалдағыш немесе вирусты инфекциялы клеткаларға улы заттарды тасымалдағыш векторлар ретінде моноклонды антиденелерді пайдалану зерттелуде. Г.Келер мен П.Милыптейннің зерттеулері теориядан тәжірибеге қарай жүрсе, ағылшын иммунологы П.Медавардың жұмыстары кері бағытта – тәжірибеден теорияға қарай жүрді. Екінші дүниежүлік соғыс мерзімінде П.Медавар күйікпен жарақаттанғандардың емханасында жұмыс істеді және күйген науқастардың жарақаттанаған бөліктеріне донорлардан алынған тері лоскуттарының бас тартқандығын үздіксіз бақылады. Осы мақсатта ол мұндай бас тартуға не себеп екенін анықтай бастайды.бұл тәжірибе жануарларға жасала бастайды, осының нәтижесінде бас тарту реакциясының иммунологиялық табиғаты көрсетілді.

Иммунологиялық ерекшеліктің мәселелері болған және иммунологияның маңызды мәселелерінің бірі болып табылады. бұл мәселені шешу мынадай сұраққа жауап табу арқылы шешіледі: неге лимфоциттердің В-және Т-клондары бөтен антигенді пептидтерге әсер етеді және өзінің антигенді пептидтеріне әсер етпейді, оның үстіне олар тек бір аминқышқылымен ғана ерекшеленсе? Бұл сұраққа жауап таппастан бұрын иммунологтарға алдымен иммундық жүйенің орналасу құрылымын, оның молекулалық және морфологиялық ерекшеліктерін нақты білу қажет болды.

Антигендік материалдың негізгі ерекше сипаттарының бірі иммундық жауаптың жүруі тұтас антагенді молекула немесе клекамен жүзеге асатындығы, бірақ жауаптың өзі иммуноглобулиндердің синтезі немесе Т-клеткалық клондардың белсенділігі түрінде антигеннің жеке бөліктеріне ғана бағытталған – эпитоптар.

Антиденелер – организмді бактериялық инфекциялардан қорғайтын негізгі қатысушылар, бұлар иммунологияның қалыптасуы барысында ашылған. Алайда олардың ұйымдасуы және антигендермен қарым-қатынасы туралы ештене белгісіз болды. Тек –жылдардың ортасында ғана олардың молекулалық құрамы кеңінен зерттелді. Қазіргі уақытты иммуноглобулиндердің әртүрлі кластарының құрылысымен қатар антиденелердің генетикалық негіздерінің көптігі де анықталған. Егер иммуноглобулиндер антигенді детерминентті ешқандай құрылымның қатысуынсыз танитын болса, онда т-клеткалы антиген танушы рецептор сол организмнің антигенді пептидтерінің кешендерімен қарым-қатынасқа түседі, осының нәтижесінде имундық жауап дамиды. Бұл құбылыс 70-жылдары ашылып, 80-жылдары толығымен дәлеледенді. 60-жылдардың иммундық жауаптың даму барысында клекалық қарым-қатынас иммуногенезді реттейтін молекулалық факторлардың көпшілік тобын жасырып қалған. Бұл эндогенді иммунореттегіштер цитокин деп аталды. Қазіргі уақытта цитокиндердің 30 түрі белгілі.

Иммундық жүйе организмнің кез-келген басқа жүйесі сияқты өзіндік клеткаларға , ұлпаларға және органдарға ие. Жүйенің орталығы лимфоцит болып табылады.

60-жылдардың басында тимусты орган ретінде зерттей бастайды, ол иммундық қорғаныстың қалыптасуы мен көрінуіне ерекше әсер етеді. Осы зерттеулердің нәтижесінде иммундық жүйеден басқа тәуелсіз Т-және В-жүйелердің бар екендігі анықталды. Организмде осы жүйелердің болуымен қатар олардың органдық, ұлпалық, клекатылық және молекулалық құрамдарын анықтау қажет.

Иммунитеттің Т-жүйесі тимусты қосады (иммунитеттің орталық органы), Т-клеткалардың әртүрлі субпопуляцияларын қосады (т-киллерлер/Т-супрессорлар, Т-хелперлер-Т-қабыну клеткалары), антигентанушы кешенді қосады, соңында клеткалық және гуморальдық иммундық жауаптың реттегіштері ретінде Т-клеткалық цитокиндер тобын қосады.

Иммунитеттің В-жүйесі гуморальдық иммундық жауапты жүзеге асырушы, бұған жілік майы ,иммуноглобулиндердің әртүрлі изотиптерін өндіруге қабілетті В-клеткалар, антиденелер (иммуноглобулиндер) және беткі антигентанушы рецепторлар жатады.

Иммунологияның мәселелерін жалпы және жеке деп бөлу орынды. Ол фактілік материалдарды жүйелеу үшін қажет. Иммуногенетика осылай бөлінуді мысал етіп ұсынады. Бір жағынан, иммунологияның бұл бөлімі иммундық жауаптың күшінің генетикалық детерминациясының, транплантацияланған антигендердің генетикасының, иммундық жүйенің жалпы мәселелерінің сұрақтарын шешумен тығыз байланысты. Екінші жағынан, тек иммуногенетика ғана трансплантологиядағы және вакциянациядағы тәжірибелік міндеттерді шешуге ұсынылған.

Бақылау сұрақтары:

1.Иммунологияның негізгі бағыттарын атаңыздар.

2.Иммунологияның әрбір бағытына анықтама беріңіздер.

Әдебиеттер: 7.1.1-7.1.4. ( негізгі), 7.2.1-7.2.4 ( қосымша )

№15 тақырып: Жасанды антиген және синтетикалық вакциналар. Адамның және жануарлардың иммуноглобулиндері, иммундік жауаптың реттелуі.

Синтетикалық вакциналар

Жасанды антигендер

Вакцина (лат. vaccinus сиырдыкы) – микроорганизмдерден немесе олардың тіршілігінің өнімдерінен алынған препараттар; адамдар мен жануарларды профилактикалық және емдеу мақсатында иммунитетті белсендендіру үшін қолданылады. Вакциналар әрекет етуші бастаудан тұрады –маманданған антигендер; стерильділікті сақтау үшін консерванттар (өлі вакциналарда); антигеннің сақталу мерзімін арттыру үшін стабилизатор немесе протектордан; антигеннің иммундылығын арттыру (химиялық, молекулалық вакциналарда) үшін маманданбаған активатордан (адъюванттан) немесе полимерлі тасымалдағыш. Вакциналардағы маманданған антигендер организмге енгізгеннен кейін патогенді микроорганизмдерге тұрақтылығын қамтамасыз ететін иммунологиялық реакциялардың дамуын шақырады. Вакциналарды жасау барысында антигендер ретінде тірі әлсіреген микроорганизмдерді (аттенуиронды), өлі (инактивтелген, өлі) тұтас микробтық клеткалар немесе вирустық бөлшектерді, микроорганизмдерден бөлініп алынған күрделі антигенді құрылымдарды (протективті антигендер); микроорганизмдердің тіршілік әрекетінен пайда болған өнімдерді – екіншілк метаболиттерді (мысалы, токсиндер, молекулалық протективті антигендер); генетикалық инженерияның әдістерін қолдану арқылы химиялық синтез немесе биосинтез жолымен алынған антигендерді қолданады.

Маманданған антигеннің табиғатына сәйкес вакциналар тірі, өлі және аралас (тірі, өлі микроорганизмдер және олардың жеке антигендері) болып бөлінеді. Тірі вакциналарды микроорганизмдердің дивергентті (табиғи) штаммаларынан алады, бұлар адам үшін әлсіз вирулентке ие, бірақ антигендердің толық жиынтығынан тұрады (мысалы, сиыр шешегінің вирусы) және микроорганизмдердің жасанды штаммаларынан алынады (аттенуированды). Тірі вакциналарға сонымен қатар генно-инженерлік тәсілмен алынған және бөтен антигеннің генін тасушы векторлы вакциналарды жатқызуға болады (мысалы, В гепатитінің вирусының антигені орналасқан шешек вакцинасының вирусы).

Өлі вакциналарды молекулалық (химиялық) және корпускулярлық деп бөледі. Молекулалық вакциналар маманданған протективті антигендердің негізінде конструктіленеді, бұлар молекулалық күйде болады және биосинтез немесе химиялық синтез жолымен алынады. Бұл вакциналарға микробтық клека жасаған (дифтерилі, бағаналы, ботулиниялық және т.б.) токсин молекулалырының формалинімен залалсыздандырылған анатоксиндерді жатқызуға болады. Корпускулярлы вакциналарды физикалық (жылу, ультракүлгін басқа сәулелену) немесе химиялық (фенол, спирт) тәсілдермен (корпускулярлық, вирустық және бактериялық вакциналар) инактивтелген тұтас микроорганизмдерден алады.

Молекулалық антигендерді немесе бактериялар мен вирустардың күрделі протективті антигендерді синтетикалық және жартылай синтетикалық вакциналарды алу үшін қолданады. Бір инфекцияға қарсы иммунизациялауға арналған жеке вакциналардан (моновакцин) бірнеше моновакциналардан тұратын күрделі препараттар даярлайды.

Инфекциялық аурулардың профилактиксы мақсатында қолданылатын 30 вакциналық препарат бар; олардың жартысы тірі, қалғандары инактивтелген. Тірі вакциналарды былай бөледі: бактериялық – сібір жарасы, оба, туляремия, туберкулез, Ку-сары аурына қарсы; вирустық – шешектік, тұмау, полиомиелит, паротит, сары ауруға қарсы, қызылша. Өлі вакциналардан дизентериялық, сал ауруының, герпестік, кене энцефалитіне қарсы және тағы басқаларды қолданады, сонымен қатар қолданылатын анатоксиндер – дифтериялық, бағаналы, ботулиялық.

Вакциналардың негізгі қасиеті белсенді поствакциналақ иммунитетті жасауы болып табылады.

Вакциналар организмге енгеннен кейін иммундық жауап реакциясын шақырады, бұл иммунитеттің табиғатына антигеннің қасиетіне байланысты гуморальдық, клеткалық немесе клеткалық-гуморальдық сипатқа ие болады.

Вакцинаны қолдану тәсіліне байланысты оларды инъекциялық, пероральдық және ингаляциялық деп бөледі. Осыған сәйкес оларға сәйкес дәрілік нысан бөлінеді: инъекцияға сұйық немесе вакциналардың құрғақ күйінен регидрацияланған дәрілерді қолданады; пероральды вакциналарға таблетка, кәмпит немесе капсула түріндегі дәрілерді қолданады; ингаляцияға құрғақ (тозаң немесе регидрацияланған) вакциналар.

Вакцинопрафилактика инфекциялық аурулармен күресуде маңызды орынға ие. Вакцинопрафилакның арқасында шешек дифтерия аурулары жоғалды, сібір жарасы, қызылша, туляремия аурулары азайды. Вакцинопрафилактиканың жетістіктері вакциналардың сапасына байланысты. Тұмауға, құтырық, ішек инфекцияларына, сифилиске, ВИЧ-инфекцияларға, мелиоидоз ауруларына қарсы вакциналарды одан әрі жтілдіру қажет. Қазіргі иммунология және вакцинопрафилактика теориялық негізгі озып шықты. Иммундық реакцияларды жасанды антигендер шақыра алады. Жасанды антигендер мынадай болады:

• 
  модифицияланған, қандай да бір затты химиялық өзгерту арқылы алынған антигендер;
  
• 
  синтетикалық.
  

• 
  антигенділік-иммундық жауапты инициалдау;
  
• 
  иммуногенділік-иммунитеттің дамуымен иммундық жауапты шақыра алу қабілеті;
  

Антигеннің қасиетін көрсететін зат бірнеше белгілерді иеленуі тиіс:

• 
  ери алу;
  
• 
  күрделі құрылыс;
  
• 
  макромолекулалық;
  
• 
  қатал құрылым;
  
• 
  коллоидтық күйге өте алу қабілеті.
  

• 
  детерминанттық топ – ол антигеннің бетінің 2-3% құрайды, дәл осы бөлік антигеннің бөтенділігін анықтайды.
  
• 
  өткізгіштік бөлігі – антигендік әрекетті көрсетпейді, алайда гомологиялық антиденелермен әсер етеді (гаптен болып қалыптасады). Бұ бөлік антигенділіктің барлық белгісінен тұрады.
  

• 
  гетероантигендер;
  
• 
  топты ерекше;
  
• 
  түрлік ерекше;
  
• 
  варинтерекше.
  

• 
  клеткамен байланыспаған – экстрацеллюлярлы: сыртқы ортаға бактериялар бөліп шығарған өнімдер.
  
• 
  клекамен байланысқан – целлюлярлы: сомалық О-антиген, беткі – капсулалық – антиген, fi-антиген, Vi-антиген, талышықты – Н-антиген.
  

1.Жасанды антиген мен синтетикалық вакцинаның айырмашылығы қандай?

2.Антигендердің негізгі сипаттары

3.Антиген дегеніміз не?

Әдебиеттер: 7.1.1-7.1.4. ( негізгі), 7.2.1-7.2.4 ( қосымша )


3. ТӘЖІРИБЕЛІК САБАҚТАР

Тәжірибелік сабақтардың тақырыптары

1-тақырып: Физико-химиялық биологияда қолданылатын негізгі әдістер

Мақсаты:

Бақылау сұрақтары бойынша тақырыптарды теориялық талқылау.

Физико-химиялық биологияның негізгі әдістерін меңгеру.

1-тапсырма. Биологияда қолданылатын негізгі әдістерді зеделеу.

2-тапсырма Биологиялық қолданыстағы физикалық әдістерді талқылау.

Бақылау сұрақтары:

1. Биологиялық қолданыстағы физикалық және химиялық әдістердің айырмашылығы неде?

3. Сапалық талдау дегеніміз не?

Әдебиеттер: 7.1.1-7.1.4. ( негізгі), 7.2.1-7.2.4 ( қосымша )
2-тақырып. Биохимияның пайда болуы және қазіргі бағыттары

Мақсаты:

Бақылау сұрақтары бойынша тақырыптарды теориялық талқылау.

Биохимияның қазіргі заманғы бағыттарын зерделеу.

1-тапсырма.Биохимияның қазіргі бағыттарының қысқаша даму тарихын зерделендер.

2-тапсырма. Биохимияда қолданылатын физико-химиялық әдістермен танысу: спектрофотометрия, флуорометрия, ЭПР- и ЯМР-спектроскопия, хроматография, калориметрия, электрофорез, вискозиметрия, рентген-құрылымдық анализ.

Бақылау сұрақтары :

1. Биохимияның қазіргі бағыттарын атаңыздар.

2. Биохимияда қолданылатын физико-химиялық әдістерді атаңыздар.

Әдебиеттер: 7.1.1-7.1.4. ( негізгі), 7.2.1-7.2.4 ( қосымша )
3 тақырып: Нуклеин қышқылдары мен ақуыздардың байланысы

Мақсаты:

Бақылау сұрақтары бойынша тақырыптарды теориялық талқылау.

Ақуыздардың және нуклеин қышқылдарының құрылымдарын зерделеу.

1-тапсырма. Белок молекуласының құрылысының суретін салыңыздар.