Разнообразие существующих форм жизни. Неклеточные формы как возбудители инфекционных болезней

Большинство живых существ на Земле состоит из клеток (одной или многих). Однако, имеются и неклеточные формы жизни – вирусы и бактериофаги

ФОРМЫ ЖИЗНИ

НЕКЛЕТОЧНЫЕ (ВИРУСЫ)

КЛЕТОЧНЫЕ

ЯДЕРНЫЕ или ЭУКАРИОТЫ (РАСТЕНИЯ, ГРИБЫ, ЖИВОТНЫЕ)

ДОЯДЕРНЫЕ или ПРОКАРИОТЫ (БАКТЕРИИ И ЦИАНОБАКТЕРИИ

2.1. Неклеточные формы жизни (вирусы)

Вирусы открыл Д.И. Ивановский в 1892 г при изучении мозаичной болезни листьев табака. Вирусы представляют собой частицы, состоящие из белковой капсулы (капсида) и заключенной в нее нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК). Занимают промежуточное положение между живой и неживой природой. Вне клетки вирусы не проявляют признаков жизни и называются вирионом. Они способны размножаться только после попадания их нуклеиновой кислоты в клетку. Нуклеиновая кислота вируса используя ферментные системы клетки, способна реализоваться, синтезировать белки и образовывать новые вирусные частицы. Вирусы вызывают инфекционные заболевания у растений, животных и человека. Размеры их колеблются в границах от 20 до 300 нм.

Отдельную группу составляют вирусы бактерий – бактериофаги или фаги, которые обуславливают лизис (растворение) бактерий (рис.2.1.).

Бактериофаги используют в исследованиях по генетике и молекулярной биологии, в диагностике инфекционных заболеваний, определении бактерий. Препараты бактериофагов используют для профилактики и лечения некоторых инфекционных болезней.

Рис.2.1. Схема строения вируса (а) и бактериофага (б); 1— нуклеиновая кислота; 2 — белковая оболочка; 3 — полый стержень; 4 — базальная пластинка; 5 — отростки (нити).

Неканонические вирусы (субвирусные агенты).

Вироиды – инфекционные агенты, которые вызывают некоторые заболевания у растений. По химической природе они являют собой небольшие молекулы РНК из 200- 400 нуклеотидов. РНК вирионов не кодирует белков. Однако они способны реплицироваться в живой клетке, используя ее ферментные системы. Вироиды могут изменятся и приспосабливаться к условиям существования. Они устойчивы к нагреванию, облучению, действия формалина, нуклеаз, противовирусных препаратов.

Существует мнение, что вироиды являют собой небольшие интронные участки про-РНК вырезанные в процессе сплайсинга, которые приобрели способность к репликации (так называемые «беглецы-интроны»).

2.2. Прионы

Прионы – это белковые молекулы, которые способны паразитировать в клетках человека и животных, вызывая ряд нейродегенеративных заболеваний. Открыты американским биологом Стенли Прузинером в 1982 г.

Прионы не содержат нуклеиновых кислот и, таким образом, отличаются от всех известных микроорганизмов, таких как бактерии, грибки, вирусы и вирусоподобные частицы.

Белок – прион обозначается как PrPsc. Он гомологичен обычному клеточному белку – PrPc, который находится в клетках нервной системы, некоторых тканей и лимфоцитах. PrPsc и PrPc имеют одинаковую первичную структуру, но различаются по вторичной и третичной структурах. Они кодируются геном PrP весьма сходным у всех млекопитающих. Ныне известно 18 мутаций человеческого гена PrP, которые связаны с различными прионовыми болезнями.

Прионы образуются путем посттрансляционной модификации нормального клеточного белка PrPс, при его встрече с молекулой PrPsc. Молекула PrPс, сталкиваясь с молекулой PrPsc, меняет свою конфигурацию и становится инфекционной. Таким образом единичный прион превращает полипептиды клетки с близкой ему структурой в свое подобие.

Все прионы имеют высокую инфекционность. Они устойчивы к различным физико-химическим воздействием: кипячению в течении 30-60 мин., высушиванию, замораживанию, химической обработке спиртами, формальдегидом, кислотами, УФ-облучению, гамма-облучению. Поэтому их очень тяжело инактивировать, обезвредить.

Для прионов не существует видового барьера, они имеют длительный инкубационный период. Инкубационный период, например, возбудителя бешенства крупного рогатого скота (губчатой энцефалопатии) - 6 лет.

Человек может быть инфицирован прионами двумя способами:

1. Наследственная передача по Менделю (аутосомно-доминантный тип наследования через предварительную генную ауторепликацию инфекционного агента).

2. При употреблении мяса, а также при медицинских манипуляциях (прививках, операциях, пункциях).

Прионы в настоящее время интенсивно изучаются. Причиной столь пристательного внимания является не только теоретический интерес, но и неизлечимость прионовых болезней на сегодняшний день. Однако в природе прионовых болезней еще много неясного.

Профилактика прионовых болезней предусматривает:

- ограничение использования лечебных препаратов животного происхождения;

- остановка производства гормонов гипофиза животных;

- усиление контроля при трансплантации тканей;

- использование резиновых перчаток при работе с биологическими жидкостями больных.

2.3 Клеточные формы жизни

Клеточная теория и ее значение для медицины

Клеточная теория – одно из наиболее важных биологических обобщений, согласно которому все организмы имеют клеточное строение. Клеточная теория наряду с законом превращения энергии и эволюционной теории Чарльза Дарвина является одним из трех великих открытий естествознания XIX века.

Клеточное строение впервые наблюдал Р. Гук (1665) у растений и впервые применил термины «клетка». Значительный вклад в изучении клетки внес Антон Левенгук, открывший в 1874 г одноклеточные организмы – инфузории, амебы, бактерии. Он также наблюдал эритроциты крови и сперматозоиды. В начале XIX века целенаправленно изучается внутреннее содержимое клетки.

В 1825 г. Ян Пуркине открыл ядро в яйцеклетке птиц. В 1831 г Р.Броун впервые описал ядро в клетках растений, а в 1833 г он пришел к выводу, что ядро является обязательной частью растительной клетки. М. Шлейден в 1838 г установил, что тело растений состоит из клеток, обязательными компонентами которых является ядро. Томас Шванн на основе собственных исследований и данных литературы в 1839 г сделал ряд выводов, которые легли в основу клеточной теории.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ КЛЕТОЧНОЙ ТЕОРИИ Т. ШВАННА:

· Все ткани растений и животных состоят из клеток;

· Все клетки образуются и растут по одним и тем же законам;

· Общий принцип развития для элементарных частей организма – клеткообразование.

Клеточная теория получила дальнейшее развитие в работах Р.Вирхова (1858), который предположил:

- клетки образуются из предшествующих материнских клеток;

- вне клетки нет жизни.

И.Д. Чистяков (1874) и Э. Страсбург (1875) открыли деление клетки – митоз, и таким образом, подтвердили предположение Р. Вирхова.

Еще до появления клеточной теории Т.Шванна, К.Бер (1827) открыл яйцеклетку млекопитающих и показал, что многоклеточные организмы начинают свое развитие с одной клетки – оплодотворенной яйцеклетки (зиготы). Следовательно, клетка – не только единица строения, но и единица развития живых организмов.

ОСНОВЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СОВРЕМЕННОЙ КЛЕТОЧНОЙ ТЕОРИИ:

· Клетка – наименьшая структурно-функциональная единица живого;

· Все клетки сходны по строению, химическому составу и обмену веществ

· «каждая клетка из клетки», т.е. новая клетка образуется исключительно

из исходной материнской путем деления;

· Клетка – единица развития живых организмов, так как многие организмы

развиваются из одной клетки – зиготы, споры;

· В многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой

функции и образуют ткани: из тканей образуются органы, которые тесно

связаны между собой и подчинены нервным и гуморальным системам

регуляции.

ЗНАЧЕНИЕ КЛЕТОЧНОЙ ТЕОРИИ ДЛЯ МЕДИЦЫНЫ

Создание клеточной теории стало одним из решающих доказательств единства живой природы и дало мощный толчок для развития живой природы на клеточном уровне. В связи с этим клеточная теория сыграла огромную мобилизирующую роль в развитии биологии как науки, а также послужила фундаментом для развития таких дисциплин как эмбриология, гистология, анатомия и физиология.

Клеточная теория стала важной вехой в развитии не только биологии, но и медицины.

В 1858 г вышла в свет работа немецкого ученого Р. Вирхова «Целлюлярная патология». В этой работе Р.Вирхов впервые высказал новые взгляды на причину патологических процессов в организме человека. Он отбросил традиционные представления о том, что причиной болезней является изменение жидкостей организма, борьба нематериальных сил и противопоставил этим представлениям идею о том, что причиной всех патологических процессов является изменения в строении и функции клетки.

Исследования Р.Вирхова знаменовали появлению новой науки – патологии, которая является основой теоретической и клинической медицины

Идея Р.Вирхова о клеточной патологии как первопричине болезненного состояния организма получила полное экспериментальное подтверждение, дальнейшее развитие. По большому счету, если отбросить представление об автономии клетки, то она не потеряла своего значения и в настоящее время.

Уже давно ни у кого не вызывает сомнения тот факт, что клетка не только единица строения, но и основное звено патологического процесса. Практически все врожденные и приобретенные болезни связаны с нарушением структуры и функции клеток. Широко распространенными причинами болезней являются нарушения в структуре и функции лизосом, митохондрий, плазматических мембран, рецепторов, наследственного аппарата клетки.

Изучение этих причин с использованием современных методов исследования дает материал для понимания механизма патологического процесса, разработки методов диагностики, лечения и профилактики болезней человека.

Для врача – в его практической деятельности очень важно всегда помнить о том, что процессы, которые происходят в клетке, нельзя рассматривать оторвано от организма как целостной системы с ее нервной и гуморальной регуляцией и всегда уметь выделять основные факторы риска для здоровья, которым подвергается организм больного в повседневной жизни и работе.

Клетка (CELLULA, CYTOS) – СТРУКТУРНАЯ И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ЕДИНИЦА ЖИЗНИ, СПОСОБНАЯ К САМООБНОВЛЕНИЮ, САМОВОСПРОИЗВЕДЕНИЮ И РАЗВИТИЮ.

Клетка может существовать как отдельный организм (бактерии, простейших, некоторые грибы, водоросли) и в составе многоклеточных организмов.

Размеры клеток варьируют в пределах 0,1- 0,23мкм (некоторые бактерии) до 155мм (яйцо страуса в скорлупе). Средние размеры клеток 10-100мкм.

Различают округлые, овальные, многогранные, звездочные, дисковидные и другие формы клеток (рис. 2.2.)

Рис.2.2. Различные формы клеток одноклеточных и многоклеточных организмов: а-бактерии (1-кокки, 2-диплококки, 3-стрептококки, 4-вибрионы, 5-спириллы, 6-бактерии со джгутиками); б-одноклеточные ядерные организмы (7-хлорклла, 8-хламидомонада, 9-стаурастум); в-животные клетки (10-эпителия трахеи, 11-эритроциты, 12-нервная клетка сетчатки глаза с отростками); г-растительная клетка (13-эпидермальная клетка чешуи лука).

По наличию или отсутствию ядра выделяют прокариотические и эукариотические клетки. Этот термин происходит от греческого слова karion, что означает ядро. Соответственно этому, все живые организмы разделяют на две основные группы: эукариоты и прокариоты.

Прокариоты – это древнейшие одноклеточные организмы, не имеющие оформленного ядра (рис. 2.3.). К ним относятся бактерии и сине-зеленые водоросли. Большинство прокариот имеет размер 1-5 мкм. Из внутриклеточных органелл имеются рибосомы, но меньших размеров, чем у эукариот. Мембрана клетки образует выпячивания плазмолеммы (мезосомы), выполняющие функции мембранных органоидов. На них расположены ферменты, обеспечивающие протекание процессов обмена веществ и энергии (ассимиляции и диссимиляции). Генетический материал прокариотических клеток (нуклеоид) представлен в виде кольцевой молекулы ДНК, связанный с небольшим количеством негистоновых белков. ДНК прокариот часто называют хромосомой, хотя структурно она существенно отличается от хромосом эукариот. В цитоплазме бактерий могут содержаться автономные генетические элементы – плазмиды. Размножаются прокариоты путем деления.

Рис. 2.3. Строение прокариотической клетки.

Эукариоты – все организмы, кроме бактерий и цианобактерий. Они обладают, в отличии от прокариот, оформленным клеточным ядром, ограниченным от цитоплазмы ядерной оболочкой (рис 2.4.).

Рис. 2.4. Строение эукариотической клетки

В цитоплазме эукариотических клеток имеются различные органоиды, выполняющие специфические функции (рибосомы, митохондрии, аппарат Гольджи, эндоплазматическая сеть и др.). Размножаются они митотическим или мейотическим делением (в последнем случае при образовании половых клеток или при образовании спор у растений). Средний размер эукариотических клеток порядка 23мкм.

Сравнительная характеристика прокариотических и эукариотических клеток представлена в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Отличительные признаки про- и эукариотических клеток

Признак	Прокариоты	Эукариоты
цитоплазматическая мембрана	Есть	есть
клеточная стенка	Есть	у животных нет, у растений есть
ядро	Нет	есть
хромосомы	нуклеотид (кольцевая молекула ДНК)	Есть (ДНК+белок)
митохондрии	Нет	есть
комплекс Гольджи	Нет	есть
эндоплазматичесая сеть	Нет	есть
лизосомы	Нет	есть
рибосомы	Есть	есть
мезосомы	Есть	нет
способ размножения	простое деление	непрямое деление

Не смотря на многообразие форм, все клетки имеют сходный химический состав и единый принцип организации, они обладают всеми свойствами живой системы. Вне клетки не существует настоящей жизнедеятельности. Поэтому ей пренадлежит роль структурной и функциональной единицы жизни.