Эти изменения подобны тем, что наблюдаются при старении целого организма.

 

Теломерная теория старения.

Теломерная теория старения опирается на 2 главных факта:

1. Предельное число делений клетки – около 50, укорочение теломер;

2. Длинные теломеры тормозят функционирование генов, ограничивающих число делений клетки. При укорочении теломер меняется положение этих генов в хромосомах, они активируются, клетки теряют способность к делениям. Активация гена p53, его продукт останавливает деление клеток.

Не согласующиеся с теорией данные:

l Потенциал клеток к делению не исчерпан даже у 90-летних (ещё 30 делений клеток в культуре)

l Через 50 делений теломеры будут короче на 2-3 тнп при длине 10-15 тнп

l Заражённые вирусом SV40 клетки человека делятся ещё 20-60 раз

l Введение гена теломеразы увеличивало число делений до 70

l В ряде клеток введение гена теломеразы увеличивало длину, но число делений было равно 50

l У ряда видов – длинные теломеры (100-120 тнп) плюс активная теломераза – мышь – число делений равно 20

Нет строгой зависимости между лимитом Хейфлика и продолжительностью жизни организмов

n При максимальном делении клеток человек должен жить 250 лет

n При 50 делениях число клеток в организме человека должно быть в 10 раз больше

n В культуре клеток эпидермиса после нескольких десятков делений изменений не наблюдают. Ухудшение проявляется в самом конце делений.

n В неделящихся клетках организма (мозг, печень, мышцы) в ходе онтогенеза происходят возрастные изменения

Защитные системы организма.

Защитные системы организма на внутриклеточном уровне:

l Система репарации ДНК

l Система теломер и теломеразы

l Антиоксидантная система (ферменты, витамины, пигменты и др.)

l Система шаперонов (БТШ)

l Система метилирования ДНК

СТАРЕНИЕ ОРГАНИЗМА ВЫЗВАНО ПОСТЕПЕННЫМ ОСЛАБЛЕНИЕМ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СИСТЕМ ЗАЩИТЫ ОРГАНИЗМА В ОНТОГЕНЕЗЕ. Снижается активность фермента теломеразы.

В онтогенезе происходит:

o Накопление разрывов в ДНК

o Ослабление индукции БТШ

o Снижение активности ДНК-метилазы

o Уменьшение количества 5-метил-цитозина в ДНК

o МЕХАНИЗМ СВЯЗАН С ЭФФЕКТОМ ПОЛОЖЕНИЯ ГЕНОВ В ОНТОГЕНЕЗЕ

n Половые клетки: Хромосомы проходят «капитальный ремонт» в профазу I мейоза (диакинез – конъюгация и кроссинговер), в результате чего они «омолаживаются»

n Это обеспечивает максимальное восстановление нормальной структуры генома будущих половых клеток и, следовательно, ПОКОЛЕНИЙ!

 

Теломераза и онкогенез

Иммортализованные (бессмертные) клетки линии HeLa. 1952 г. Причины онкогенеза. Мутации 3-7 генов под действием разных факторов. Экспериментально – с помощью ДНК-содержащего вируса SV40. Первая стадия трансформации клеток: Меняется морфология, совершается дополнительно 20-60 делений. Дальнейшее укорочение теломер. Из-за максимального укорочения теломер наступает кризис (под микроскопом наблюдают слипание концов хромосом из-за их нестабильности). Прекращается рост популяции. Большая часть клеток – гибнет. Во вторую стадию переходит 10-5 -10-9 клеток (становятся бессмертными.) В клетках преодолевших кризис: Появляется активность теломеразы (обратной транскриптазы). Увеличивается длина теломер. Клетки приобретают свойство постоянного деления. Доказательства значения теломеразы: Ингибитор обратных транскриптаз вызывает остановку деления и гибель таких клеток. У гибридов нормальных и раковых клеток активность теломеразы блокирована репрессором(ами). Превращение клетки в раковую – процесс многосторонний: Удлинение теломер. Уменьшение или исчезновение белков регуляции клеточного цикла (р53 и pRb). Снижение активности ферментов репарации ДНКи пр. Клетка НЕ становится молодой, а переходит в ИНОЕ физиологическое состояние (качество). Частота обнаружения теломеразы: В злокачественных образованиях – 85%, В доброкачественных и нормальных тканях – 27%. Таким образом, уменьшение теломер может активировать теломеразу и перерождение клеток в опухолевые.

 

Понятие гена и цистрона.

Число типов клеток у человека – более 200, но все содержат один и тот же геном

Ген – это участок ДНК, кодирующий один белок

Цистрон – участок ДНК, кодирующий одну полипептидную цепь

Для одноцепочечных белков понятия – однозначны

В молекуле ДНК различают: Смысловую (кодирующую или Ц-цепь): (5’)-ЦТААЦЦ-…ЦТААЦЦ-…-ГГТТАГ-…ГГТТАГ-(3’) и Матричную (противоположную или Г-цепь) (3’)-ГАТТГГ-…ГАТТГГ-…-ЦЦААТЦ-…ЦЦААТЦ-(5’). Большинство генов закодировано на первой, некоторые – на второй

Организация генетического материала бактерий: Гены ферментов, катализирующих ряд последовательных реакций часто образуют одну структурно-функциональную единицу – оперон

 Регуляция активности постоянно работающих генов: Посредством изменения концентрации: Субстрата реакции, Продукта реакции. С последующим подключением гормонов, специализированных белков и т.д.

Схематическое строение гена прокариот:

  ИНТРОНЫ – вставочные элементы, выполняющие регуляторную функцию в синтезе иРНК и белков. В одном гене – от двух до нескольких десятков. Могут занимать до 90% общей длины гена.

 ЭКЗОНЫ – кодирующие участки ДНК.

СПЕЙСЕРЫ – некодирующие участки ДНК между генами. Функции: Участие в правильной укладке хроматина, В прикреплении хромосом к нитям веретена деления, Связывают гены разных белков, Участвуют в обеспечении регуляции активности генов (у бактерий – операторы), Содержат сигналы терминации транскрипции РНК. Разнообразие генов: Уникальные, Малокопийные (от нескольких штук до нескольких десятков), Многократно повторяющиеся.

4 вида гемоглобина (Hb) человека. В гемоглобине F гамма-цепи бывают двух видов – A и G. Т.о., белковую часть Hb кодируют 6 генов.

 

• Гены гамма, дельта и бета объединены в кластер, повторяющийся в хромосоме несколько раз

Ген бета имеет сложное строение

Ген альфа находится в другой хромосоме

 

Организация генетического материала бактерий: Гены ферментов, катализирующих ряд последовательных реакций часто образуют одну структурно-функциональную единицу – оперон

 Регуляция активности постоянно работающих генов: Посредством изменения концентрации: Субстрата реакции, Продукта реакции. С последующим подключением гормонов, специализированных белков и т.д.

1. Индуцибельные опероны: регулятор – исходный субстрат цепи контролируемых реакций. Накопление их ведет к связыванию с белком-репрессором. В результате происходит уключение гена. 2. Репресибельные опероны: регулятор – конечный продукт цепи реакций. Комплекс с белком-репрессором присоединяется к регуляторной части и выключает работу гена.