Конъюгация обмен участками гомологичных хромосом. Гомологичные хромосомы. Как называется обмен участками гомологичных хромосом

Гомологичными хромосомами принято называть пару хромосом, которые имеют примерно идентичную длину, одинаковое положение центромеры и равную картину при окрашивании. Их гены в соответствующих локусах являются аллельными генами, то есть кодируются в одни и те же белки или РНК. В случае двуполого размножения одной гомологичной хромосомой будет наследоваться организм от матери, а другой - от отца.

Как называется обмен участками гомологичных хромосом

Кроссинговер

Конъюгация гомологичных хромосом

При делении диплоидной клетки путем мейоза образуются гаплоидные гаметы. У этих гамет имеется по одной 1 хромосоме каждой гомологичной пары (материнского или отсовского происхождения). И поэтому к аппарату клеточного деления тут имеется следующее требование: гомологи должны "распознавать" друг друга и перед принятием положения на экваторе веретена, они должны соединяться в пары. Этот процесс называется спариванием или конъюгацией. Он возможен лишь в мейозе.

В два раза. Происходит в два этапа (редукционный и эквационный этапы мейоза). Мейоз не следует смешивать с гаметогенезом - образованием специализированных половых клеток , или гамет , из недифференцированных стволовых .

С уменьшением числа хромосом в результате мейоза в жизненном цикле происходит переход от диплоидной фазы к гаплоидной. Восстановление плоидности (переход от гаплоидной фазы к диплоидной) происходит в результате полового процесса .

В связи с тем, что в профазе первого, редукционного, этапа происходит попарное слияние (конъюгация) гомологичных хромосом, правильное протекание мейоза возможно только в диплоидных клетках или в чётных полиплоидах (тетра-, гексаплоидных и т. п. клетках). Мейоз может происходить и в нечётных полиплоидах (три-, пентаплоидных и т. п. клетках), но в них, из-за невозможности обеспечить попарное слияние хромосом в профазе I, расхождение хромосом происходит с нарушениями, которые ставят под угрозу жизнеспособность клетки или развивающегося из неё многоклеточного гаплоидного организма.

Этот же механизм лежит в основе стерильности межвидовых гибридов . Поскольку у межвидовых гибридов в ядре клеток сочетаются хромосомы родителей, относящихся к различным видам, хромосомы обычно не могут вступить в конъюгацию. Это приводит к нарушениям в расхождении хромосом при мейозе и, в конечном счете, к нежизнеспособности половых клеток, или гамет . Определенные ограничения на конъюгацию хромосом накладывают и хромосомные мутации (масштабные делеции, дупликации, инверсии или транслокации).

Фазы мейоза

Мейоз состоит из двух последовательных делений с короткой интерфазой между ними.

Профаза I - профаза первого деления очень сложная и состоит из 5 стадий:

Фаза лептотены или лептонемы - конденсация ДНК с образованием хромосом в виде тонких нитей.
Зиготена или зигонема - коньюгация (соединение) гомологичных хромосом с образованием структур, состоящих из двух соединённых хромосом, называемых тетрадами или бивалентами.
Пахитена или пахинема - кроссинговер (перекрест) обмен участками между гомологичными хромосомами; гомологичные хромосомы остаются соединенными между собой.
Диплотена или диплонема - происходит частичная деконденсация хромосом, при этом часть генома может работать, происходят процессы транскрипции (образование РНК), трансляции (синтез белка); гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой.
Диакинез - ДНК снова максимально конденсируется, синтетические процессы прекращаются, растворяется ядерная оболочка; гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой.

Метафаза I - бивалентные хромосомы выстраиваются вдоль экватора клетки.
Анафаза I - микротрубочки сокращаются, биваленты делятся и хромосомы расходятся к полюсам. Важно отметить, что, из-за конъюгации хромосом в зиготене, к полюсам расходятся целые хромосомы, состоящие из двух хроматид каждая, а не отдельные хроматиды, как в митозе .
Телофаза I

Второе деление мейоза следует непосредственно за первым, без выраженной интерфазы: S-период отсутствует, поскольку перед вторым делением не происходит репликации ДНК.

Профаза II - происходит конденсация хромосом, клеточный центр делится и продукты его деления расходятся к полюсам ядра, разрушается ядерная оболочка, образуется веретено деления.
Метафаза II - унивалентные хромосомы (состоящие из двух хроматид каждая) располагаются на «экваторе» (на равном расстоянии от «полюсов» ядра) в одной плоскости, образуя так называемую метафазную пластинку.
Анафаза II - униваленты делятся и хроматиды расходятся к полюсам.
Телофаза II - хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

В два раза. Происходит в два этапа (редукционный и эквационный этапы мейоза). Мейоз происходит в половых клетках и связан с образованием гамет.

В связи с тем, что в профазе первого, редукционного, этапа происходит попарное слияние (конъюгация) гомологичных хромосом , правильное протекание мейоза возможно только в диплоидных клетках или в чётных полиплоидах (тетра-, гексаплоидных и т. п. клетках). Мейоз может происходить и в нечётных полиплоидах (три-, пентаплоидных и т. п. клетках), но в них, из-за невозможности обеспечить попарное слияние хромосом в профазе I, расхождение хромосом происходит с нарушениями, которые ставят под угрозу жизнеспособность клетки или развивающегося из неё многоклеточного гаплоидного организма.

Этот же механизм лежит в основе стерильности межвидовых гибридов . Поскольку у межвидовых гибридов в ядре клеток сочетаются хромосомы родителей, относящихся к различным видам, хромосомы обычно не могут вступить в конъюгацию. Это приводит к нарушениям в расхождении хромосом при мейозе и, в конечном счете, к нежизнеспособности половых клеток, или гамет (основным средством борьбы с этой проблемой является применение полиплоидных хромосомных наборов, поскольку в данном случае каждая хромосома конъюгирует с соответствующей хромосомой своего набора). Определённые ограничения на конъюгацию хромосом накладывают и хромосомные перестройки (масштабные делеции , дупликации , инверсии или транслокации).

Фазы мейоза

Мейоз состоит из 2 последовательных делений с коротким периодом (интеркинез) между ними.

Профаза I - профаза первого деления очень сложная и состоит из 5 стадий:

Лептотена , или лептонема - упаковка хромосом, конденсация ДНК с образованием хромосом в виде тонких нитей (хромосомы укорачиваются).
Зиготена , или зигонема - происходит конъюгация - соединение гомологичных хромосом с образованием структур, состоящих из двух соединённых хромосом, называемых тетрадами или бивалентами и их дальнейшая компактизация.
Пахитена , или пахинема - (самая длительная стадия) - в некоторых местах гомологичные хромосомы плотно соединяются, образуя хиазмы . В них происходит кроссинговер - обмен участками между гомологичными хромосомами.
Диплотена , или диплонема - происходит частичная деконденсация хромосом, при этом часть генома может работать, происходят процессы транскрипции (образование РНК), трансляции (синтез белка); гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой. У некоторых животных в ооцитах хромосомы на этой стадии профазы мейоза приобретают характерную форму хромосом типа ламповых щёток .
Диакинез - ДНК снова максимально конденсируется, синтетические процессы прекращаются, растворяется ядерная оболочка; центриоли расходятся к полюсам; гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой.

К концу профазы I центриоли мигрируют к полюсам клетки, формируются нити веретена деления , разрушаются ядерная мембрана и ядрышки . Генетический материал - 2n4c (n - число хромосом, c - число молекул ДНК).

Метафаза I - бивалентные хромосомы выстраиваются вдоль экватора клетки. Генетический материал - 2n4c.
Анафаза I - микротрубочки сокращаются, биваленты делятся, и хромосомы расходятся к полюсам. Важно отметить, что, из-за конъюгации хромосом в зиготене, к полюсам расходятся целые хромосомы, состоящие из двух хроматид каждая, а не отдельные хроматиды, как в митозе . У каждого полюса генетический материал n2c, во всей клетке 2n4c.
Телофаза I

В результате первого редукционного деления мейоза I образуется две клетки с генетическим материалом n2c

Профаза II - происходит конденсация хромосом, клеточный центр делится и продукты его деления расходятся к полюсам ядра, разрушается ядерная оболочка, образуется веретено деления, перпендикулярное первому веретену.
Метафаза II - унивалентные хромосомы (состоящие из двух хроматид каждая) располагаются на «экваторе» (на равном расстоянии от «полюсов» ядра) в одной плоскости, образуя так называемую метафазную пластинку .
Анафаза II - униваленты делятся и хроматиды расходятся к полюсам.
Телофаза II - хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

В результате из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидных клетки с генетическим материалом nc. В тех случаях, когда мейоз сопряжён с гаметогенезом (например, у многоклеточных животных), при развитии яйцеклеток первое и второе деления мейоза резко неравномерны. В результате формируется одна гаплоидная яйцеклетка и три так называемых редукционных тельца (абортивные дериваты первого и второго делений).

Варианты

У некоторых простейших мейоз протекает иначе, чем описанный выше типичный мейоз многоклеточных . Например, может протекать только одно, а не два последовательных, мейотических деления, а кроссинговер - проходить во время другой фазы мейоза

Характерная форма и размеры политенных хромосом достигаются вследствие их максимальной деспирализации и многократного воспроизедения хромосом без их последующего расхождения, то есть они образуются как результат эндомитоза .

Политенные хромосомы имеют характерную поперечную исчерченность, обусловленную наличием участков более плотной спирализациихромонем - хромомер. В тёмных участках (то есть хромомерах) располагается спирализованный неактивный хроматин, в то время как тёмные полосы указывают на участок с повышенной транскрипционной активностью. Чёткое различение тёмных дисков и светлых междисковых участков объясняется нерасхождением дочерних хромонем. По этой причине все особенности отдельной хромонемы, в том числе хромомерный рисунок, становятся выраженными более контрастно .

По сути, политенные хромосомы представляют собой пару гигантских гомологичных хромосом, находящихся в состоянии идеально точной соматической конъюгации. При этом диски и междисковые участки гомологов расположены строго паралелльно и тесно сближены. Такая конъюгация не характерна для подавляющего большинства соматических клеток .

Впервые карта политенных хромосом была составлена в 1935 году Кэлвином Бриджесом (англ. Calvin B. Bridges ), и она широко используется и по сей день.

Уникальность строения политенных хромосом, а именно возможность чётко различать детали их строения, была использована Т. Пайтнером для изучения их перестроек и характера конъюгации . Вообще, исчерченность политенных хромосом исключительно полезна для исследований, в частности, на примере политенных хромосом была получена визуализация участков активного и неактивного хроматина. На них также можно изучать общую структуру хроматина.

Кроме того, политенные хромосомы помогают идентифицировать личинок комаров-звонцов (Chironomid ), которых другим способом отличить сложно .

Пуфы

В политенных хромосомах процесс транскрипции сопровождается формированием т. н. пуфов - характерных вздутий определённых дисков, образующихся в результате локальной декомпактизации в них ДНК. На активную транскрипцию в этих регионах указывает активное включение 3 H-уридина в районе пуфов. Крупные пуфы называются кольцами Бальбиани (в некоторых источниках термины «пуф» и «кольца Бальбиани» употребляют как синонимичные) .

Пуфирование характерно для стадии личинки. Образование и исчезновение пуфов регулируется внутренней средой организма в соответствии со стадией развития. Одним из важнейших регуляторов образования пуфов у насекомых являются стероидные гормоны, в частности, гормонлиньки - экдизон. Выявлено также влияние белков, синтезированных более ранними пуфами, на развитие более поздних пуфов .

Таким образом, образование пуфов является ярким примером дифференциальной транскрипции . Другим известным примером этого процесса является формирование хромосом типа ламповых щёток .

Функции[

Помимо увеличения размеров ядра и размеров клетки, политенные хромосомы, так как содержат большое число копий генов, усиливают ихэкспрессию. Это, в свою очередь, увеличивает производство необходимых специализированной клетке белков. Например, в клетках слюнных желёз личинок D. melanogaster хромосомы подвергаюся множеству кругов эндоредупликации, чтобы образовывать большое количество клейкого вещества до окукливания.

В других случаях тандемная дупликация участков, расположенных вблизи центромеры Х-хромосомы, наблюдающаяся в клетках слюнных желёз и кишечника, приводит к возникновнении мутации Bar , проявляющеся в изменении формы глаза .

Гомологи́чные хромосо́мы - пара хромосом приблизительно равной длины, с одинаковым положением центромеры и дающие одинаковую картину при окрашивании. Их гены в соответствующих (идентичных) локусах представляют собой аллельные гены - аллели, т.е. кодируют одни и те же белки или РНК. При двуполом размножении одна гомологичная хромосома наследуется организмом от матери, а другая - от отца .

В ходе удвоения ДНК в S-фазе интерфазы, предшествующей митозу, образуется две идентичные хроматиды, несущие один и тот же генетический материал. В дальнейшем в каждую дочернюю клетку попадает по одной такой хроматиде из пары хроматид данной хромосомы. В результате дочерняя клетка оказывается точной генетической копией материнской (это, правда, не касается тех случаев, когда имеют место различные мутации и перестройки) и имеет такое же число хромосом, что и материнская.

У диплоидных (2n ) организмов геном представлен парами гомологичных хромосом. При мейозе гомологичные хромосомы обмениваются своими участками. Это явление лежит в основе рекомбинации генетического материала и носит название кроссинговер.

Гомологичные хромосомы не идентичны друг другу. Они имеют один и тот же набор генов, однако они могут быть представлены как различными (у гетерозигот), так и одинаковыми (угомозигот) аллелями, то есть формами одного и того же гена, ответственными за проявление различных вариантов одного и того же признака. Кроме того, в результате некоторых мутаций (дупликаций, инверсий, делеций и транслокаций) могут возникать гомологичные хромосомы, различающиеся наборами или расположением генов.

Диплоидные клетки - это живые клетки, в отличие от гаплоидных клеток (содержащих половинный набор), содержащие полный набор хромосом - по одной паре каждого типа. Большинство клеток человеческого организма являются диплоидными, за исключением гамет.

В норме в жизненном цикле организма человека происходит правильное чередование гаплоидной и диплоидной фаз развития клеток. Гаплоидные клетки образуются в результате мейоза и мейотического деления диплоидных клеток. После этого клетки могут размножаться при помощи митоза и митотических делений с образованием многоклеточного тела состоящего из диплоидных соматических клеток и нескольких поколений гаплоидных половых клеток (потомков).

Диплоидные клетки образуются из гаплоидных в результате полового процесса (оплодотворения, слияния половых клеток, гамет) с образованием зиготы.

Хроматин, его классификация. Строение хромосом.
В ядре клеток обнаруживаются мелкие зернышки и глыбки материала, который окрашивается основными красителями и поэтому был назван хроматином (от греч. chroma – краска).
Хроматин представляет собой дезоксирибонуклеопротеид (ДНП) и состоит из ДНК, соединённой с белка-ми-гистонами или негистоновыми белками. Гистоны и ДНК объединены в структуры, которые называются нук-леосомами. Хроматин соответствует хромосомам, которые в интерфазном ядре представлены длинными перекру-ченными нитями и неразличимы как индивидуальные структуры. Выраженность спирализации каждой из хромо-сом неодинакова по их длине. Реализацию генетической информации осуществляют деспирализованные участки хромосом.
Классификация хроматина. Различают два вида хроматина:
1) эухроматин, локализующийся ближе к центру ядра, более светлый, более деспирилизованный, менее компакт-ный, более активен в функциональном отношении. Предполагается, что в нем сосредоточена та ДНК, которая в интерфазе генетически активна. Эухроматин соответствует сегментам хромосом, которые деспирализованы и от-крыты для транскрипции. Эти сегменты не окрашиваются и не видны в световой микроскоп.
2) гетерохроматин - плотно спирализованная часть хроматина. Гетерохроматин соответствует конденсированным, плотно скрученным сегментам хромосом (что делает их недоступными для транскрипции). Он интенсивно окра-шивается основными красителями, и в световом микроскопе имеет вид тёмных пятен, гранул. Гетерохроматин располагается ближе к оболочке ядра, более компактен, чем эухроматин и содержит “молчащие” гены, т.е. гены, которые в настоящий момент неактивны. Различают конститутивный и факультативный гетерохроматин. Консти-тутивный гетерохроматин никогда не переходит в эухроматин и является гетерохроматином во всех типах клеток. Факультативный гетерохроматин может превращаться в эухоматин в некоторых клетках или на разных стадиях онтогенеза организма. Примером скопления факультативного гетерохроматина является тельце Барра – инактиви-рованная Х-хромосома у самок млекопитающих, которая в интерфазе плотно скручена и неактивна. В большинст-ве клеток оно лежит у кариолеммы.
Таким образом, по морфологическим признакам ядра (по соотношению содержания эу- и гетерохромати-на) можно оценить активность процессов транскрипции, а, следовательно, синтетической функции клетки. При её повышении это соотношение изменяется в пользу эухроматина, при снижении – нарастает содержание гетеро-хроматина. При полном подавлении функций ядра (например, в поврежденных и гибнущих клетках, при орогове-нии эпителиальных клеток эпидермиса – кератиноцитов, при образовании ретикулоцитов крови) оно уменьшается в размерах, содержит только гетерохроматин и окрашивается основными красителями интенсивно и равномерно. Такое явление называется кариопикнозом (от греч. karyon – ядро и pyknosis – уплотнение).
Хроматин и хромосомы представляют собой дезоксирибонуклеопротеиды (ДНП), но хроматин – это рас-крученное, а хромосомы – скрученное состояние. Хромосом в интерфазном ядре нет, они хромосомы появляются при разрушении ядерной оболочки (во время деления).
Распределение гетерохроматина (топография его частиц в ядре) и соотношение содержания эу- и гетеро-хроматина характерны для клеток каждого типа, что позволяет осуществить их идентификацию как визуально, так и с помощью автоматических анализаторов изображения. Вместе с тем, имеются определенные общие закономер-ности распределения гетерохроматина в ядре: его скопления располагаются под кариолеммой, прерываясь в об-ласти пор (что обусловлено его связью с ламиной) и вокруг ядрышка (перинуклеолярный гетерохроматин), более мелкие глыбки разбросаны по всему ядру.
Строение хромосом
Хромосомы представляют собой наиболее упакованное состояние хроматина. Наиболее компактные хромо-сомы видны на стадии метафазы, при этом они состоят из двух хроматид, связанных в области центромеры.

Роль положительных и отрицательных обратных связей различна. Отрицательные обратные связи обеспечивают стабильность функций живых систем, их устойчивость к внешним воздействиям. Они являются основным механизмом энергетического и метаболического баланса в живых системах, контроля численности популяций, саморегуляции эволюционного процесса. Положительные обратные связи играют позитивную роль усилителей процессов жизнедеятельности. Особую роль они играют для роста и развития. Рассмотри их подробней.

Отрицательная обратная связь (ООС) - тип обратной связи, при котором входной сигнал системы изменяется таким образом, чтобы противодействовать изменению выходного сигнала.

Отрицательная обратная связь делает систему более устойчивой к случайному изменению параметров.

Отрицательная обратная связь широко используется живыми системами разных уровней организации - от клетки до экосистем - для поддержания гомеостаза. Например, в клетках на принципе отрицательной обратной связи основаны многие механизмы регуляции работы генов, а также регуляция работы ферментов (ингибирование конечным продуктом метаболического пути). В организме на этом же принципе основана система гипоталамо-гипофизарной регуляции функций, а также многие механизмы нервной регуляции, поддерживающие отдельные параметры гомеостаза (терморегуляция, поддержание постоянной концентрации диоксида углерода и глюкозы в крови и др.). В популяциях отрицательные обратные связи обеспечивают гомеостаз численности. Физиологический смысл отрицательной Обратной связи заключается в том, что увеличение регулируемой величины (например, активности органа) сверх некоего предела вызывает понижающее воздействие со стороны сопряжённой с нею подсистемы; резкое уменьшение регулируемой величины обусловливает противоположное воздействие.

Отрицательная обратная связь также поддерживает температуру тела человека около 37 С.

Человек и все живые существа, являющиеся саморегулирующимися гомеостатичными системами, живут главным образом благодаря негативной обратной связи.

Положительная обратная связь (ПОС) - тип обратной связи, при котором изменение выходного сигнала системы приводит к такому изменению входного сигнала, которое способствует дальнейшему отклонению выходного сигнала от первоначального значения.

Положительная обратная связь ускоряет реакцию системы на изменение входного сигнала, поэтому её используют в определённых ситуациях, когда требуется быстрая реакция в ответ на изменение внешних параметров. В то же время положительная обратная связь приводит к неустойчивости и возникновению качественно новых систем, называемых генераторы (производители).

Положительная обратная связь рассогласует систему, и, в конечном счёте, существующая система трансформируется в другую систему, которая оказывается более устойчивой (то есть в ней начинают действовать отрицательные обратные связи).

Действие механизма нелинейной положительной обратной связи ведёт к тому, что система начинает развиваться в режиме с обострением.

Положительная обратная связь играет важную роль в макроэволюции. В целом, в макроэволюции положительная обратная связь приводит к гиперболическому ускорению темпов развития, что создает эффект равномерного распределения событий по логарифмической шкале времени.

На уровне простейших микроорганизмов, в которых еще нет нервных клеток, канал обратной связи (восприятие - реагирование) существовал и существует непосредственно на границе, отделяющей внешнюю среду организма от внутренней среды. Исходя из общепринятой сейчас теории возникновения жизни, рассмотрим, как работала обратная связь на уровне добиологическом. Например: простейшие многомолекулярные системы - коацерваты, уже имели зачатки обратной связи - обмен веществ своей внутренней среды с внешней. Возможно, одним из определяющих моментов возникновения жизни было образование мембраны, обладающей зачатками избирательной проницаемости и отделяющей систему от внешней среды.

Более подробно действие обратных связей можно рассмотреть на примере роста численности популяции некоторых видов, к примеру, мелких рыбёшек, в зависимости от наличия пищи (планктона) и наличия рыб-хищников. Чем больше пищи, тем большее число потомков рыбёшек может прокормиться и затем дать новое потомство. При неограниченном количестве пищи и отсутствии хищников и болезней у рыбешек их численность могла бы неограниченно возрастать. Здесь имеет место положительная обратная связь, выражающаяся в том, что процесс роста популяции рыбешек ведет к еще большему (в геометрической прогрессии) её росту. В случае наличия рыб-хищников возникает еще одна обратная связь: численность хищников будет влиять на количество корма для них (на количество мелких рыбешек). Эта обратная связь будет отрицательной. В результате действия обратных связей численность в популяциях является волнообразной и колебания численности будут происходить вокруг некоторого среднего уровня.

У высокоорганизованных животных деятельность центральной нервной системы в норме всегда включает как необходимое условие наличие обратной связи. Так, любое действие животного, например погоня за добычей, сопровождается импульсами, поступающими от центральной нервной системы к мышцам (бег, схватывание добычи), и обратными сигналами от органов чувств (зрение, проприорецепторы и др.), позволяющими учитывать результаты усилий и корректировать их в связи с ходом событий.

Саморегуляция процессов жизнедеятельности также обусловлена обратной связи. Так, подъём артериального давления выше нормы воспринимается специальными рецепторами, которые сигнализируют об этом в вазомоторные центры нервной системы. Это приводит к возникновению центробежных импульсов, ведущих к снижению давления. Подобный процесс - пример отрицательной обратной связи, наиболее часто наблюдаемой в стабильных живых системах. Большинство регуляторных систем животных и растительных организмов работает по этому принципу. Положительная обратная связь преобладают в период эмбрионального развития.

Многие процессы в экологии, например, регуляция динамики популяций, также основаны на положительной и отрицательной О. с. Так, особый случай отрицательной обратной связи представляет собой рассмотренная итальянским математиком В. Вольтерра система хищник - жертва. Увеличение численности жертв способствует усиленному размножению хищников, а рост численности последних, напротив, - снижению численности жертв. Хотя таким образом равновесие и поддерживается в природе, но благодаря запозданию в размножении животных оно приобретает форму волн жизни - широких колебаний численности животных вокруг среднего уровня.

На молекулярном уровне по принципу О. с. регулируется огромное число ферментативных реакций, одновременно протекающих в живой клетке. Координация этой сложной взаимосвязанной системы осуществляется путём изменения активности ферментов (отрицательную обратную связь осуществляют ингибиторы, положительную - стимуляторы) или скорости их синтеза (обратные связи осуществляют эффекторы).

Комбинации положительных и отрицательных обратных связей обусловливают альтернативную смену физиологических состояний (например, сон - бодрствование). Изучение кривой развития патологических процессов неинфекционного характера (трофические язвы, гипертония, маниакально-депрессивный психоз, эпилепсия и т.д.) позволяет, исходя из результата, определить наиболее вероятный тип Обратной связи, лежащий в основе заболевания, и ограничить изучение его этиологии и патогенеза механизмами определённой категории. Живые объекты как наиболее совершенные саморегулирующиеся системы богаты различными типами обратной связи; изучение последних - весьма продуктивно для исследования биологических явлений и установления их специфичности.

Таким образом, общие характеристики обратных связей могут быть сформулированы следующим образом:

Отрицательные обратные связи способствуют восстановлению исходного состояния. Положительные - уводят организм все дальше от исходного состояния.

Самоорганизация на всех уровнях начинается на основе механизмов положительной обратной связи, на которые затем накладываются ограничения отрицательных обратных связей.

Иммунитет (лат. immunitas - освобождение, избавление от чего-либо) - невосприимчивость, сопротивляемость организма к инфекциям и инвазиям чужеродных организмов (в том числе - болезнетворных микроорганизмов), а также воздействию чужеродных веществ, обладающих антигенными свойствами. Иммунные реакции возникают и на собственные клетки организма, измененные в антигенном отношении .

Обеспечивает гомеостаз организма на клеточном и молекулярном уровне организации . Реализуется иммунной системой.

Биологический смысл иммунитета - обеспечение генетической целостности организма на протяжении его индивидуальной жизни . Развитие иммунной системы обусловило возможность существования сложно организованных многоклеточных организмов .

В ходе профазы мейоза I синаптонемный комплекс удерживает параллельно расположенные гомологичные хромосомы почти до момента их построения на экваторе клетки в метафазу I. Хромосомы соединяются с помощью синаптонемного комплекса на некоторое время (от 2ч удрожжей до 2-3сутоку человека), втечение которого между гомологичными хромосомами совершается обмен гомологичными участками ДНК -- кроссинговер. Образуется синаптонемальный комплекс в результате конъюгации гомологичных хромосом.

Конъюгация или синапсис - попарный контакт параллельно расположенных и слабо конденсированных гомологичных хромосом. Конъюгация и формирование синаптонемального комплекса (СК) отсутствует у низшего гриба Aspergillusnidulans, дрожжей Sc. Pombe и у самцов некоторых мух, например Drosophilamelanogaster.

Рисунок 2. Строение синаптонемального комплекса

После премейотическойS-фазы две сестринские хроматиды хромосомы формируют общий осевой элемент. Осевые элементы гомологичных хромосом включаются в виде латеральных (боковых) элементов в СК. Формируется синаптонемный комплекс (СК) - из белковых осей двух гомологичных хромосом и центрального элемента. Ширина боковых элементов составляет 30-60 нм, ширина центрального элемента - 60-120 нм. Боковые элементы состоят из мейоз-специфичных белков. Между ними формируются белковые перемычки. Первым специфическим белком СК (появляется еще в интерфазу) является белок REC8. ДНК гомологичных хромосом в виде петель отходят от боковых (латеральных) элементов СК. Большая часть ДНК локализована вне СК, лишь 0,5% геномной ДНК входит в СК, прочно связываясь с белками. Небольшое количество ДНК проходит через центральное пространство СК. ДНК СК состоит их уникальных и умеренно повторяющихся последовательностей, которые могут взаимодействовать с белками СК и белками, участвующими в рекомбинации и сегрегации гомологичных хромосом.

На 90% СК состоит из белков. Выделяют 5-10 мажорных белков с молекулярной массой от 26 до 190 кДа. У млекопитающих хорошо изучены 3 белка СК - SCP1, SCP2, CSP3 (synaptonemalcomplexprotein). Белки СК дрожжей назвали Zip1, Zip2, Red1, Hop1.

Белок SCP1 - основной белок поперечных филаментов СК. С-концы этого белка «заякорены» на латеральных элементах СК и взаимодействуют здесь с ДНК, N-концы достигают центрального пространства СК и соединяют противоположные латеральные элементы СК с помощью белок-белковых взаимодействий.

У дрожжей белок Zip1 является основным белком поперечных филаментов СК. Белок Zip2 действует как инициатор синапсиса, образуя центры полимеризации белка Zip1.

Белки SCP2, SCP3- белки латеральных элементов СК. Совместно локализуются вдоль осевых элементов хромосом и латеральных элементов СК. После диплотены концентрируются в центромерах хромосом, хотя небольшое их количество обнаруживается вдоль плеч хромосом. Т.о. эти белки участвуют в сцеплении - когезии сестринских хроматид. К белкам когезинам относятся и митоз-специфические белки - Smc1p, Smc3p, Scc1p, Scc3p.

У дрожжей белок Red1 образует центры формирования осевых элементов. Он взаимодействует с белком Hop1, который тоже является компонентом латеральных элементов СК у дрожжей.

Основа протяженных латеральных элементов-- комплекс из четырех белков когезинов. Накануне мейоза в хромосомах появляется специфичный белок когезин Rec8, который заменяет соматический когезин Rad21. Затем к нему присоединяются три других белка-когезина, присутствующие и в соматических клетках, новместо соматического когезина SMC1 появляется специфический для мейоза белок SMC1b (его N-конец на 50% отличается от N-конца соматического белка SMC1). Этот когезиновый комплекс располагается внутри хромосомы между двумя сестринскими хроматидами, удерживая их вместе. Скомплексом когезинов связываются мейоз-специфичные белки, которые становятся мажорными белками хромосомных осей и превращают их в латеральные элементы синаптонемного комплекса.

Регуляция сборки белков в СК происходит с помощью фосфорилирования-дефосфорилирования. Многие белки СК содержат по несколько сайтов фосфорилирования протеин-киназой р34.

В составе СК выделяют рекомбинационные узелки: ранние - на стадии лептотены и зиготены, локализуются в боковых элементах СК на участках инициации рекомбинации. В состав ранних рекомбинационных узелков входят ферменты, которые необходимы для инициации двунитевых разрывов в ДНК и формирования однонитевых концов. Например белок Spo11p (топоизомераза) - основная мейоз-специфичная эндонуклеаза, которая осуществляет двойные разрывы в ДНК. Поздние рекомбинационные узелки обнаружены на стадии пахитены, локализуются в центральном элементе СК. Обнаружена связь между числом и распределением поздних рекомбинационных узелков и числом и распределением хиазм в биваленте. Таким образом, поздние узелки - мультиферментные комплексы, катализирующие кроссинговер.

Инициация формирования СК у дрожжей и растений происходит в нескольких точках по всей длине бивалента (6 сайтов инициации у кукурузы, до 36 у лилии); у животных формирование СК начинается с теломер и распространяется по типу застежки «молнии». Завершение формирования СК - пахитена, его разрушение - диплотена.

Функции СК: - удерживает гомологичные хромосомы строго напротив друг друга;

препятствует слипанию гомологичных хромосом - обратимая конъюгация;

обязательная предпосылка для кроссинговера.

У мутантов с отсутствием конъюгации отсутствует и кроссинговер.

Генетический контроль конъюгации

Рожь. 3 группы рецессивных мутаций, нарушающих формирование СК.

мутации сильногоасинапсиса. Мутации блокируют конъюгацию хромосом при переходе от лептотены к зиготене.

Мутации слабогоасинапсиса или десинапсиса - самая многочисленная группа. У ржи данные мутации нарушают конъюгацию в 1-3 парах хромосом из 7. Наблюдаются как диваленты, так и униваленты; подавление формирования СК на концах хромосом; внутренние участки асинапсиса или десинапсиса. Снижается частота появления хиазм, частота кроссинговера.

Мутации индискриминантного синапсиса - одновременное присутствие гомологичного и негомологичного синапсиса, что приводит к появлению мультивалентов и унивалентов. Латеральные элементы СК могут сформировать складки из-за синапсиса «на себя».

Синапсис Х и Y хромосом

У слепушонки (род полевок) Х и Y хромосомы формируют короткий СК в ранней пахитене (конъюгируют короткими плечами), в диплотене происходит десинапсис и половые хромосомы становятся унивалентами.

Для ХY-бивалента большинства млекопитающих характерна концевая конъюгация половых хромосом (длинные плечи Х и Y хромосом), отсутствие которой нарушает расхождение половых хромосом в мейозе. Конъюгируют Х и Y хромосомы за счет гомологичного участка, содержащего такие гены как ген общей цветовой слепоты, пигментной ксеродермы, геморрагического диатеза.

ХY-бивалент выключается из метаболизма клетки путем образования полового пузырька, внутри которого неконъюгированные участки хромосом находятся в конденсированном состоянии.

Х хромосома может ассоциироваться с аберрантными хромосомами (транслоцированными, инверсионными). Это защитный механизм - если Х хромосома тесно ассоциирована с аберрантной, то вокруг полового бивалента не образуется половой пузырек. Это служит сигналом для остановки мейоза на стадии пахитены. Это предотвращает попадание поврежденных хромосом в половые клетки.