Змістовий модуль 2 Лекція 12 Основні властивості клітини. Старіння та загибель

клітин

білки.
Старіння клітин.
Загибель клітин.
Некроз.
Апоптоз, його значення для

розвитку тканин і тканинного гомеостазу.
 

в діяльний стан у відповідь на дію будь-якої сили, яку

називають подразником, процес дії цієї сили — подразненням, а відповідь на нього — біологічною реакцією.

відповідь на подразнення
Якщо завдати слабкого удару по нерву, то зв’язаний

з нервом м’яз відповість на це різким скороченням, сила якого в багато разів може перевищувати силу подразника.

віддалятися від нього (негативний таксис).

пригнічення енергетичного обміну, зараження вірусами, нестача кисню чи глюкози, пошкодження)

усі клітини відповідають стереотипною реакцією, яка охоплює ядерний апарат і компоненти цитоплазми. В основі цієї реакції лежить зміна характеру експресії генів. Вона проявляється в посиленні синтезу захисних стресорних білків і пригніченні синтезу інших білкових молекул.

пошкоджуючих факторів – перегрівання (гіпертермії), переохолодження (гіпотермії), нестачі кисню (гіпоксії),

механічних травм, дії отрут і т. ін.

припиняється діяльність іонних насосів. Як наслідок спостерігається дисперсія рибосом, розширення

цистерн ЕПС. Цитоплазма і мітохондрії набухають. Підвищується концентрація Ca2+ в цитоплазмі. Це призводить до активації фосфоліпаз, які руйнують фосфоліпідні мембрани клітини;
На пізніх стадіях некрозу руйнування клітини прискорюється внаслідок виділення літичних ферментів із пошкоджених лізосом. Під дією лізосомної ДНКази ДНК ядра розщеплюється на фрагменти різної довжини;
каріопікноз (від гр. karyon – ядро і pyknosis – ущільнення): ядро зменшується, ущільнюється, розпадається (розпад ядра називається каріорексис) і лізується (це явище називається каріолізис).;
розривання мембран органел та плазмолеми, втрата базофілії цитоплазмою, зникнення меж клітини і її розпадання;
Продукти розпаду клітин приваблюють лейкоцити та макрофаги, які поглинають рештки клітин.

загибель клітин
Апоптоз являє собою активний, контрольований генами процес загибелі

клітини, який регулюється внутрішньою програмою, яка запускається зовнішніми факторами.
Розвиток апоптозу індукується особливими генами (генами-кілерами), які забезпечують синтез речовин, котрі зумовлюють загибель клітини.
Виявлені також “гени-рятувальники”, експресія яких протидіє розгортанню програми апоптозу.

підтримують нормальну диференціацію та функціональну активність клітини (наприклад, дефіцит стимулюючих

факторів (гормонів, факторів росту і т. ін.), втрата контакту з іншими клітинами чи міжклітинною речовиною, сигнали, що виникають при старінні).
Вплив фізіологічних активаторів (індукторів) апоптозу. Такими є: ФНП (фактор некрозу пухлин), ІФНγ (інтерферон-γ), ТФРβ (трансформуючого фактора росту-β), глікокортикоїдів та інших речовин. Цікаво, що в одних тканинах ці речовини індукують апоптоз, а в інших – виконують роль інгібіторів (факторів виживання).
Вплив різноманітних пошкоджуючих фізичних та хімічних факторів, які при більшій інтенсивності призводять до розвитку некрозу.
Деякі інфекції, зокрема вірусні.

методами світлової мікроскопії, є втрата клітинами спеціалізованих структур на їх

поверхні (наприклад, мікроворсинок). Згодом ущільнюється ядро, у ньому накопичуються брилки хроматину. Відбувається конденсація цитоплазми, вона ущільнюється, зморщується і зменшується в розмірах. Ущільнення цитоплазми призводить до дедалі компактнішого розміщення органел, які при апоптозі, на відміну від некрозу, зберігають свою цілісність.
При апоптозі відбувається впорядковане розщеплення геномної ДНК на окремі нуклеосомні сегменти. Хроматин у ядрі укладається у вигляді великих півмісяців, після цього ядро розпадається на фрагменти, які оточені мембраною. Таким чином, на відміну від некрозу, при апоптозі в ядрі відбуваються лише каріопікноз і своєрідний каріорексис (без руйнування каріолеми). Каріолізису немає.
У міру прогресування апоптозу поряд із конденсацією цитоплазми відбувається зміна форми клітини. Поверхня її ніби закипає – утворюються здуття та випини, а також “кратери”. Випини, які містять життєздатні органели, та фрагменти ядра відшнуровуються і формують апоптозні тіла. Це крупні, оточені мембраною фрагменти круглої або овальної форми. Утворення пов’язане з перетвореннями цитоскелета. Так, перешнуровування цитоплазми здійснюється за участю актинових мікрофіламентів (якщо їх зруйнувати – хід апоптозу блокується). Апоптозні тіла швидко захоплюються сусідніми клітинами шляхом фагоцитозу і перетравлюються ними.
Через це апоптоз часто називають “некрозом, який зморщує”.

ряд етапів:
передача сигналу в ядро клітини (здійснюється за допомогою іонів

Са2+, фосфоліпазою, протеїнкіназами та іншими хімічними речовинами);
активацію летальних генів (генів-убивць), які відповідають за розгортання програми апоптозу;
вмикання процесів транскрипції та трансляції, які забезпечують синтез апоптоз-специфічних білків;
активацію ряду ферментних систем, які викликають незворотні зміни в ядрі та цитоплазмі клітини.

у зрілих тканинах.
Інволюція зрілих тканин.
Імунні реакції.
Реакції тканин на

дію шкідливих факторів.
Розвиток дегенеративних та інфекційних захворювань.
Ріст пухлин.

помилок біосинтетичних механізмів клітини. Клітини можуть “помилятися” під час утворення

нових молекул ДНК, РНК, білків. Дехто вважає, що основною причиною старіння є помилки в ДНК – мутації. Це призводить до того, що клітина синтезує змінені РНК, а це, у свою чергу, призводить до синтезу змінених білків — ферментів, які працюють гірше, ніж нормальні, або зовсім не працюють, унаслідок чого реакції обміну речовин припиняються й клітина перестає виконувати свої функції або навіть гине

постійно зазнають атак із боку інших молекул – продуктів обміну

або чужорідних речовин. При цьому утворюються особливі молекули, які називаються вільними радикалами. Це кінетично незалежні частинки (атоми, молекули), які мають неспарені електрони. У вільних радикалів висока реакційна здатність. Вони можуть завдавати шкоди клітинним мембранам, молекулам ДНК і РНК. Це робить вільні радикали визначальним фактором біологічного старіння.

старіння організму можна пояснити виникненням містків між білковими молекулами. Такі

містки клітинні ферменти не можуть розірвати. Пізніше він виявив наявність ще одного типу зшивок, зокрема, у молекулах ДНК. Зшивки між двома ланцюгами ДНК не можуть бути зруйновані клітиною. Такі містки заважають синтезу РНК на ДНК, а це порушує процеси утворення життєво необхідних білків. Крім того, зшивки заважають участі ДНК у поділі клітини.

здатності зберігати гомеостаз. При цьому знижується контроль за утворенням гормонів,

життєві процеси розбалансовуються. Це пов’язано з порушенням контролю гіпоталамуса над гіпофізом.

раку шляхом обмеження можливостей росту клітин. Відомо, що імунна система

організму захищає його від різних хвороб. Припускають, що з віком В- і Т-лімфоцити функціонують дедалі слабше. З віком вони починають нападати не лише на непотрібні, як-от ракові, клітини, а й на нормальні, здорові. Руйнування тіла його власною захисною системою називається автоімунітетом.

запропонований, засновуючись на накопиченні мутацій в мітохондріальній ДНК, що призводить

до порушень у синтезі АТФ та енергетичного дисбалансу.

поділу пов'язана із втратою теломер на кінцях хромосом, що зникають

після певної кількості поділів. Це трапляється через відсутність ферменту теломерази, який звичайно експресується тільки у зародкових та стовбурових клітинах. Нещодавно було встановлено, що окислювальний стрес (надмірне виділення активних форм кисню) також може сприяти втраті теломер, значно прискорюючи цей процес у певних тканинах.

причиною якої є придбання в процесі еволюції тероморфной лінії хребетних

усього лише однієї ознаки: трансформації клітин радіальної глії (РГ) в зірчасті астроцити в постнатальний період розвитку , тобто зникнення ембріональних радіальних шляхів міграції нейронів з проліферативних зон до місць їх кінцевої локалізації в мозку дорослих особин, що є причиною постмітотичності мозку ссавців. Зникнення РГ індукує каскад системних процесів , які названі механізмом вікозалежного самознищення ссавців .

про прийнятність двох концепцій старіння: смерть від старості як результат:

(1) накопичення випадкових поломок або (2) вмикання програми самознищення.
У ряді оглядів (Халявкін , Яшин , 2003) зроблено висновок про те , що навіть вільно-радикальна і теломерна гіпотези не цілком придатні для пояснення першопричини старіння. Вільямс (Williams, 1957) підсумовував аргументи проти ідеї програмованої смерті: 1 . У природі практично всі тварини вмирають у відносно молодому віці від випадкових причин. Іншими словами - якщо існує механізм програмованої смерті, то він не може визначати тривалість життя (ТЖ) у переважної кількості особин популяції; 2 . Пошуки механізму програмованої смерті успіхом не увінчалися ; 3 . Важко уявити те , як така ознака [ програма смерті ] могла б виникнути в процесі природного добору.

і ті що мають нехтувані темпи старіння.
Термін "нехтуване старіння" позначає

темп старіння , який важко статистично відрізнити від нуля в масштабах певної вибірки, а також і " нестаріння " , - нульову кореляцію між віком і ризиком смерті.
Запропоновані (Finch , Austad , 2001 ) й мінімальні критерії для віднесення конкретного виду в цю категорію. Відсутність:
1 ) збільшення темпу смертності з віком після статевого дозрівання;
2 ) захворюваності;
3 ) зниження темпу розмноження;
4) ряду фізіологічних показників, характерних для старіння - тобто , ці істоти повинні старіти так повільно, що зафіксувати якісь вікові зміни було б практично неможливо.

значна частина видів роду морський окунь ( Sebastes ) (у

природних популяціях багатьох видів цього роду, трапляються особини з дивовижним довголіттям . Наприклад, 205 років для (Sebastes aleutianus ) ( Leaman , Beamish , 1984 ; Cailliet et al . , 2001; Munk , 2001 )] ;
з черепах - прісноводна черепаха Блендінга ( Emydoidea blandingii), розписна черепаха ( Chrysemys picta );
значна частина деревних форм судинних рослин (Finch , Austad, 2001 );
морські їжаки, які можуть жити невизначено довго , розмножуючись в будь-якому віці, причому, чим старші - тим активніше (Ebert , Southon, 2003) .
Петнейк (Patnaik , 1994) до видів з нехтуваним старінням відносить крокодилів , а Кара (Kara , 1994) - хвостатих амфібій. Дуже правдоподібн , що видів з нехтує старінням дуже багато. Не виключено, що в найближчому майбутньому в цю категорію віднесуть багато видів двостулкових молюсків, види роду омарів (Homarus ) і птахів .

musculus) до 211 років у гренландського кита (Balaena mysticetus) (George

et al., 1999). Однак старіння з дивовижно схожою патофізіологією спостерігається у всіх ссавців, і його протікання мало, чим відрізняється серед їхніх видів (Lamberts et al., 1997). Артрит, зміна гормонального статусу, менопауза, остеопороз, судинні порушення, стирання зубів, посивіння і облисіння, катаракта, накопичення міжклітинної колагену, збільшення кількості ліпофусцину в клітинах зустрічаються у всіх вивчених видів ссавців.

старіння ссавців. Але, ряд видів демонструє нехтуване старіння (Guerin, 1996).

(МТЖ) більшості з них не перевищує 700 років, але, є

й такі види, МТЖ яких нараховує тисячоліття. Наприклад, сосна остиста ( Pinus longaeva) - понад 4 тис. років; секвойя гігантська ( Sequoia gigantea) - понад 2.5 тис. років; фіцройя (Fizroya cupressoides) - приблизно 2 тис. років; арча Juniperus turkestanica ) - приблизно 1,3 тис. років (Ваганов та ін, 2000).
Також і клони: і ті що виникають природно і культурних деревних рослин, що перевиваються протягом тисячоліть і не втрачають своїх ювенільних якостей, що надає їм риси безмежного довголіття. Клон гостролисту королівського (Lomatia tasmanic ) має вік 43 тис. років (Lynch et al . , 1998).

мозку й тіла. І це при більш високому рівні метаболізму

й температури тіла, що незрозуміло з точки зору існуючих теорій старіння. Ця тенденція досить суттєва. Наприклад, серед тварин з масою до 30 г ссавці мають МТЖ від 2-х до 12-и разів меншу, ніж птахи того ж ваги тіла (Boyko, 2004).
У птахів МТЖ, як і у ссавців зберігає тенденцію збільшуватися із збільшенням розміру тіла. Однак МТЖ птахів набагато довша (іноді на порядок), ніж у ссавців того ж розміру.
У деяких колібрі (маса тіла 1,5 г) МТЖ складає 15 років, хоча рівень метаболізму у них найвищий серед хребетних.

у ссавців. Сьогодні немає інтерпретації фізіологічної функції цієї ознаки.

ССАВЦІВ І, МОЖЛИВО, ЇХ СТАРІННЯ

світлі відомих фактів, може бути суттєвим аргументом на користь ідеї

програмованого старіння, принаймні, для ссавців, оскільки трансформація РГ в зірчасті астроцити процес, безумовно, програмований.
На жаль, не можна виключати припущення, що старіння ссавців виникло, як побічний продукт еволюції інших механізмів.
Программоване самознищення ссавців, мабуть, є проявом загального еволюційного принципу, - заміни зовнішніх факторів смерті нестаріючих багатоклітинних організмів, на внутрішні.

ОЧЕРК ОБЩЕЙ ТЕОРИИ СТАРЕНИЯ И ГДЕ ОШИБАЮТСЯ СОВРЕМЕННЫЕ ГЕРОНТОЛОГИ. -

http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/8600.html
Бойко А.Г. ДИФФЕРЕНЦИРОВКА КЛЕТОК РАДИАЛЬНОЙ ГЛИИ В АСТРОЦИТЫ – ВЕРОЯТНЫЙ МЕХАНИЗМ СТАРЕНИЯ МЛЕКОПИАЮЩИХ. - http://aginginfo.narod.ru/Boyko.html