Mire valók a zárványok a sejtben? Zárványok, osztályozásuk, kémiai és morfofunkcionális jellemzőik. A sejtek reakciója a külső hatásokra. Regeneráció. A sejthalál típusai. Apoptózis. Típusok és formák

Ide tartoznak a fehérje-, zsír- és poliszacharid zárványok.

Fehérje zárványok . A sejtben vannak olyan vegyületek, amelyek jelentőségét az határozza meg, hogy szükség esetén számos más, a sejt számára létfontosságú anyag prekurzoraivá válhatnak. Ezek a vegyületek aminosavakat tartalmaznak. A sejtekben energiaforrásként használhatók szénhidrátok, zsírok, hormonok és egyéb metabolitok szintéziséhez. Ezért a fehérjezárványok valójában egyfajta sejtes nyersanyagot jelentenek az aminosavak előállításához.

A fehérjezárványok sorsa minden sejtben megközelítőleg azonos. Először is egyesülnek a lizoszómával, ahol speciális enzimek bontják le a fehérjéket aminosavakra. Ez utóbbiak kilépnek a lizoszómákból a citoplazmába. Némelyikük kölcsönhatásba lép a citoplazmában lévő tRNS-sel, és ebben a formában a riboszómákba transzportálódik fehérjeszintézis céljából. A másik rész speciális biokémiai ciklusokba kerül, ahol zsírok, szénhidrátok, hormonok és egyéb metabolitok szintetizálódnak belőlük. Végül pedig az aminosavak részt vesznek a sejt energia-anyagcseréjében.

Poliszacharid zárványok . Az állati sejtek és a gombasejtek esetében a fő tartalék tápanyag a glikogén. A növények esetében ez a zárvány keményítő.

Az emberben a glikogén főként a májsejtekben rakódik le, és nem csak magának a sejtnek a szükségleteinek kielégítésére szolgál, hanem az egész szervezet energiaforrásaként is. Utóbbi esetben a glikogén a sejtben glükózzá bomlik le, amely a sejtből a vérbe kerül és szétterjed a szervezetben.

A glikogén egy nagy, elágazó molekula, amely glükózmaradékokból áll. Speciális intracelluláris folyamatok, ha szükséges, leválasztják a glükózmaradványokat a glikogén molekulából, és glükózt szintetizálnak. Ez utóbbi bejut a vérbe, és a sejt szükségleteire költik el. Úgy tűnik, hogy magát a glükózt könnyebb lenne tárolni a sejtben anélkül, hogy glikogénné alakítaná, különösen mivel a glükózmolekula oldható, és a plazmamembránon keresztül gyorsan bejut a sejtbe. Ezt azonban nehezíti, hogy a glükóz is gyorsan, megállás nélkül távozik a sejtből. Tiszta formájában szinte lehetetlen ketrecben tartani. Ezenkívül a glükóz nagy mennyiségben történő lerakódása veszélyes, mert ez olyan koncentráció gradiens kialakulásához vezethet, hogy a sejt először megduzzad a víz beáramlása miatt, majd elpusztul. Ezért egy speciális enzimrendszer, amely kissé módosítja a glükózmolekulát, megköti ugyanazzal a molekulával. Egy óriási elágazó molekula jön létre, amely glükóz-maradékokból - glikogénből áll. Ez a molekula már nem oldódik, mint a glükóz, és nem képes megváltoztatni a sejt ozmotikus tulajdonságait.

Zsírzárványok. Ezek a zárványok a hialoplazmában cseppek formájában lehetnek. Sok növény tartalmaz olajat, például napraforgó, földimogyoró stb. Az emberi zsírszövet gazdag zsírzárványokban, amelyek megvédik a szervezetet a hőveszteségtől, energiaraktárként és lengéscsillapítóként szolgálnak mechanikai igénybevétel esetén.

Meg kell jegyezni, hogy egy átlagos felnőtt testének glikogéntartaléka egy nap normál tevékenységhez elegendő, míg a zsírtartalék egy hónapig elegendő. Ha testünk fő energiatartaléka a glikogén lenne, és nem a zsírok, akkor a testsúly átlagosan 25 kg-mal nőne.

Egyes esetekben a zsíros zárványok megjelenése a sejtben a baj riasztó jele. Így diftéria esetén a mikroorganizmus toxinja gátolja a zsírsavak hasznosulását, és ezek nagy mennyiségben halmozódnak fel a citoplazmában. Ebben az esetben az anyagcsere megszakad, és a sejt elpusztul. Leggyakrabban az ilyen rendellenességek a szívizom sejtjeiben fordulnak elő. A betegséget diftériás szívizomgyulladásnak nevezik.

A sejt minden tápanyag-zárványt felhasznál az intenzív élettevékenység pillanataiban. Az embriogenezis során nagy mennyiségű tápanyagra van szükség. Ezért a tojás még az oogenezis szakaszában is intenzíven tárol különféle tápanyagokat (sárgája stb.) zárványok formájában, amelyek biztosítják az embrionális fejlődés első szakaszainak áthaladását.

b. Szekretoros zárványok

Az állatok mirigysejtjeiben képződő különféle szekréciós szemcsék kémiai természetükben változatosak, és ionokkal, enzimekkel, hormonokkal, glikoproteinekkel stb. képviselhetik őket, például a hasnyálmirigysejtek által szintetizált emésztőenzimek. A szekréciós zárványok kialakulásának és kiürülésének jele a hasnyálmirigyben a táplálékfelvétel. Evés előtt a zárványok felhalmozódnak a citoplazmában. A hasnyálmirigy sejtjeiben lévő zárványok számának meghatározásával nagyjából kitalálhatjuk, kinek a sejtjei ezek - éhes vagy jól táplált ember.

Az organellumok mellett a sejtek sejtzárványokat is tartalmaznak. Nemcsak a citoplazmában, hanem egyes organellumokban, például mitokondriumokban és plasztidokban is megtalálhatók.

Mik azok a sejtzárványok?

Ezek olyan képződmények, amelyek nem állandóak. Az organoidokkal ellentétben nem olyan stabilak. Ezenkívül sokkal egyszerűbb a felépítésük, és passzív funkciókat látnak el, például biztonsági mentést.

Hogyan épülnek fel?

Legtöbbjük csepp alakú, de néhányuk eltérő lehet, például egy folthoz hasonló. Ami a méreteket illeti, ez változhat. A sejtzárványok kisebbek lehetnek, mint az organellumok, ugyanakkora méretűek vagy akár nagyobbak is.

Főleg egy meghatározott anyagból állnak, a legtöbb esetben szerves. Ez lehet zsír, szénhidrát vagy fehérje.

Osztályozás

Attól függően, hogy az őket alkotó anyag honnan származik, a következő típusú sejtzárványok léteznek:

• exogén;
• endogén;
• vírusos.

Az exogén sejtzárványok olyan kémiai vegyületekből épülnek fel, amelyek kívülről kerültek a sejtbe. Azokat, amelyek a sejt által termelt anyagokból képződnek, endogénnek nevezzük. Bár a víruszárványokat maga a sejt szintetizálja, ez a vírus DNS bejutásának eredményeként következik be. A sejt egyszerűen DNS-ért veszi, és szintetizálja belőle a vírusfehérjét.

Attól függően, hogy a sejtzárványok milyen funkciókat látnak el, pigmentes, szekréciós és trofikus csoportokra oszthatók.

Sejtzárványok: funkciók

Ezekben az organizmusokban a fő trofikus zárványok a következők keményítő szemek. Formájukban a növények glükózt tárolnak. A keményítőzárványok jellemzően lencse alakúak, gömb alakúak vagy tojásdad alakúak. Méretük a növény típusától és a szervtől függően változhat, amelynek sejtjei tartalmazzák. 2 és 100 mikron között lehet.

Lipid zárványok növényi sejtekre is jellemző. Ezek a második leggyakoribb trofikus zárványok. Gömb alakúak és vékony membránjuk van. Néha szferoszómáknak is nevezik őket.

Fehérje zárványok csak a növényi sejtekben vannak jelen, állatokra nem jellemzőek. Egyszerű fehérjékből állnak - fehérjékből. Kétféle fehérjezárvány létezik: az aleuronszemcsék és a fehérjetestek. Az aleuronszemcsék kristályokat vagy egyszerűen amorf fehérjét tartalmazhatnak. Tehát az elsőket összetettnek, a másodikat pedig egyszerűnek nevezik. Az amorf fehérjéből álló egyszerű aleuronszemcsék ritkábban fordulnak elő.

Ami a pigmentzárványokat illeti, a növényekre jellemző plasztoglobulusok. A karotinoidok felhalmozódnak bennük. Az ilyen zárványok a plasztidokra jellemzőek.

A sejtzárványok, amelyek felépítésével és funkcióival foglalkozunk, többnyire szerves kémiai vegyületekből állnak, de a növényi sejtekben vannak olyanok is, amelyek szervetlen anyagokból képződnek. Ez kalcium-oxalát kristályok.

Csak sejtvakuólumokban vannak jelen. Ezek a kristályok sokféle formájúak lehetnek, és gyakran egyediek bizonyos növényfajokra.

Sejtszerkezetek: mitokondriumok, plasztidok, mozgásszervek, zárványok. Mag

A sejtszervecskék, szerkezetük és funkcióik

A sejtzárványok összetételének és funkcióinak vázlata

Fagocitózis – a szilárd részecskék befogása a plazmamembrán által és befelé húzása.

A plazmamembrán egy vékony tubulus formájában invaginációt képez, amelybe folyadék jut, benne oldott anyagokkal. Ezt a módszert hívjákpinocitózis .

Mag

Minden olyan élőlényt nevezünk, amelynek sejtszerkezete nincs kialakult magnakprokarióták . Minden olyan élőlényt nevezünk, amelynek sejtszerkezete sejtmaggal rendelkezikeukarióták .

A magszerkezetek, felépítésük és funkcióik

A sejtmag felépítésének diagramja

A sejtmag funkciói:

• az anyagcsere folyamatok szabályozása a sejtben;
• örökletes információk tárolása és sokszorosítása;
• RNS szintézis;
• riboszómák összeállítása.

Következtetések az előadásból

1. A mitokondriumokban a szerves anyagok lebomlanak és energia szabadul fel, amit az ATP szintézisére használnak fel.
2. A plasztidok fontos szerepet játszanak a növényi sejt létfontosságú folyamatainak biztosításában.
3. A mozgásszervek közé tartoznak a sejtszerkezetek: csillók, flagellák, myofibrillumok.
4. Minden sejtes organizmus prokariótákra (mag nélkül) és eukariótákra (maggal) van felosztva.
5. A mag egy szerkezeti és funkcionális központ, amely koordinálja az anyagcserét, irányítja az önreprodukciós folyamatokat és az öröklött információk tárolását.

Kérdések az önkontrollhoz

1. Miért nevezik a mitokondriumokat képletesen a sejt „erőműveinek”?
2. Milyen sejtstruktúrák járulnak hozzá mozgásához?
3. Mik azok a sejtzárványok? Mi a szerepük?
4. Milyen funkciói vannak a sejtmagnak egy sejtben?

Önálló munkavégzés

Az absztraktok és beszámolók témái:

1. Történelmi vázlat. – A sejtszerkezet tanulmányozása.
2. Kiváló biológus, R. Hooke.
3. Kiváló biológus A. Levenguk.
4. Kiváló biológusok, T. Schwann és M. Schleiden.
5. Kiváló biológus R. Virchow.

>> Sejtzárványok

Sejtzárványok

A sejtközpont található citoplazma a sejtmaghoz közeli összes sejt. Kritikus szerepet játszik a sejt belső vázának - a citoszkeleton - kialakulásában. A sejtközpont területéről számos mikrotubulus származik, amelyek megtartják a sejt alakját, és egyfajta sínek szerepét töltik be az organellumoknak a citoplazmán keresztül történő mozgásához. Az állatokban és az alacsonyabb rendű növényekben a sejtközpontot két centriol alkotja. Mindegyik centriole körülbelül 0,3 µm hosszú és 0,1 µm átmérőjű henger, amelyet a legvékonyabb mikrotubulusok alkotnak. A mikrotubulusok a centriolák kerülete mentén hármasban helyezkednek el (hármasok), és a két centriol tengelye mentén további két mikrotubulus található. A centriolák a citoplazmában egymásra merőlegesen helyezkednek el. A sejtcentrum szerepe nagyon fontos a sejtosztódás során, amikor a centriolok az osztódó sejt pólusaihoz térnek el. sejteketés orsót alkotnak. A magasabb rendű növényekben a sejtközpont másképp épül fel, és nincsenek centrioljai.

A mozgás szervei.

Sok sejt képes mozogni, például a csillós papucs, a zöld euglena és az amőbák. Ezen organizmusok egy része speciális mozgásszervek - csillók és flagellák - segítségével mozog.

A zászlók viszonylag hosszúak, például emlős spermájában eléri a 100 µm-t. A csillók sokkal rövidebbek - körülbelül 10-15 mikron. A csillók és a flagellák belső szerkezete azonban megegyezik: ugyanazok a mikrotubulusok alkotják őket, mint a sejtközpont ceptrioljai. A flagellák és a csillók mozgását a mikrotubulusok okozzák, amelyek egymás mellett elcsúsznak, és ezek az organellumok meggörbülnek. Mindegyik csilló vagy flagellum alján egy bazális test található, amely megerősíti őket a sejt citoplazmájában. Tovább munka a flagellák és a csillók energiát fogyasztanak ATP.

A mozgásszervek gyakran megtalálhatók a többsejtű szervezetek sejtjeiben. Például az emberi hörgők hámját sok (1 cm2-enként kb. 10 e) csilló borítja. Az egyes hámsejtek összes csillója szigorú koordinációban mozog, sajátos hullámokat képezve, amelyek mikroszkóp alatt jól láthatóak. A csillók ilyen „villogó” mozgásai segítenek megtisztítani a hörgőket az idegen részecskéktől és a portól. A speciális sejtek, például a spermiumok flagellákkal rendelkeznek.

Sejtzárványok.

A sejtben a kötelező organellumok mellett vannak olyan képződmények, amelyek állapotától függően jelennek meg és tűnnek el. Ezeket a képződményeket sejtzárványoknak nevezzük. Leggyakrabban a sejtzárványok a citoplazmában találhatók, és az e sejt által szintetizált anyagok tápanyagait vagy granulátumait képviselik. Ezek lehetnek kis zsírcseppek, keményítő vagy glikogén granulátumok, ritkábban granulátumok mókusok, sókristályok.

Sejtközpont. Citoszkeleton. Mikrotubulusok. Centrioles. Orsó. Cilia. Flagella. Alaptest. Sejtzárványok.

1. Milyen funkciói vannak a sejtközpontnak?
2. Hol helyezkednek el a centriolák?
3. Milyen funkciói vannak a centrioloknak egy sejtben?
4. Mi a hasonlóság és a különbség a csillók és a flagellák között?
5. Nevezzen meg példákat sejtzárványokra!

Kamensky A. A., Kriksunov E. V., Pasechnik V. V. Biológia 9. osztály
A honlap olvasói küldték be

Ezek a sejt instabil szerkezeti összetevői. A sejt funkcionális és metabolikus állapotától függően jelennek meg és tűnnek el, létfontosságú tevékenységének termékei, és tükrözik a sejt funkcionális állapotát a vizsgálat időpontjában. A zárványok több csoportra oszthatók: trofikus, szekréciós, kiválasztó, pigment stb.

A zárványok osztályozása

Trófiai zárványok

- a sejt tápanyagellátása. Vannak szénhidrát-, zsír- és fehérjezárványok. Például a májsejtekben lévő glikogén csomók és zsírcseppek szénhidrát- és lipidutánpótlást jelentenek, amely evés után képződik a szervezetben, és koplaláskor eltűnik. A tojásban lévő sárgája zárványok (lipoprotein granulátumok) az embrió fejlődéséhez szükséges tápanyag-utánpótlást jelentik a kelésének első napjaiban.

Szekretoros zárványok

– a sejtben a szervezet szükségleteihez szintetizált anyagok szemcséi és cseppjei (például emésztőenzimek a gyomor- és bélnedvhez), amelyek a sejt apikális részének Golgi-komplexumának vakuólumaiban halmozódnak fel, és eltávolítják a sejtből exocitózissal.

Kiválasztó zárványok

– a szervezetre káros anyagok szemcséi és cseppjei, amelyeket a sejtek vizelettel és széklettel választanak ki a külső környezetbe. Például kiválasztó zárványok a vesetubulus sejtekben.

Pigment zárványok

– a sejt színét adó anyagok szemcséi vagy cseppjei. Például melanin fehérjecsomók, amelyek barna a bőr melanocitáiban, vagy hemoglobin a vörösvérsejtekben.

A citoplazma szerkezetein kívül, amelyek egyértelműen organellumok vagy zárványok közé sorolhatók, folyamatosan rengeteg különféle szállító vezikulát tartalmaz, amelyek biztosítják az anyagok átvitelét a sejt különböző összetevői között.

Hyaloplasma – a sejtet kitöltő biopolimerek valódi oldata, amelyben az organellumok és zárványok, valamint a sejtmag szuszpendálva (mint a szuszpenzióban). A hyaloplasma biopolimerek közé tartoznak a fehérjék, zsírok, szénhidrátok, nukleinsavak, valamint ezek komplexei, amelyek ásványi sókban és egyszerű szerves vegyületekben gazdag vízben vannak feloldva. Ezenkívül a hyaloplasma tartalmaz citomatrix – 2-3 nm vastag fehérjeszálak hálózata. A hialoplazmán keresztül a sejt különféle szerkezeti komponensei kölcsönhatásba lépnek egymással, anyag- és energiacsere történik. A hialoplazma folyékony (szol) állapotból zselészerű (gél) állapotba változhat. Ugyanakkor a hialoplazmában az anyagok és az energia áramlási sebessége, az organellumok, zárványok és a sejtmag mozgása csökken, ezért a sejt funkcionális aktivitása gátolt.

A sejtek reakciója a külső hatásokra.

A leírt sejtmorfológia nem stabil (konstans). Amikor a szervezetet különféle kedvezőtlen tényezőknek teszik ki, különféle változások jelennek meg a különböző struktúrák felépítésében. A sejtszerkezetek változásai az impakt faktoroktól függően eltérően nyilvánulnak meg a különböző szervek és szövetek sejtjeiben. Ebben az esetben a sejtszerkezetekben bekövetkező változások lehetnek alkalmazkodó(adaptív) és reverzibilis, ill rosszul alkalmazkodó, irreverzibilis (kóros). Azonban nem mindig lehet egyértelmű határvonalat meghatározni az adaptív és a maladaptív változások között, mivel az adaptív változások kórossá válhatnak. Mivel a szövettan vizsgálatának tárgya az egészséges emberi test sejtjei, szövetei és szervei, itt mindenekelőtt a sejtszerkezetek adaptív változásairól lesz szó. Változások figyelhetők meg mind a sejtmag, mind a citoplazma szerkezetében.

Kernel változások- a sejtmag duzzanata és eltolódása a sejt perifériájára, a perinukleáris tér kitágulása, a karyolemma invaginációinak kialakulása (héjának behatolása a sejtmagba), kromatin kondenzáció. NAK NEK kóros elváltozások a sejtmagban a következők:

piknózis - a mag zsugorodása és a kromatin koagulációja (tömörítése);

karyorrhexis - a mag szétesése töredékekre;

kariolízis - a mag feloldása.

Változások a citoplazmában- a mitokondriumok tömörödése, majd duzzanata, a szemcsés endoplazmatikus retikulum degranulációja (riboszómák hámlása), majd a tubulusok külön vakuólumokká töredezése, a ciszternák tágulása, majd a lamellás Golgi komplex vakuólumokra való szétesése, a lizoszómák duzzanata, ill. hidrolázaik aktiválódása, az autofagoszómák számának növekedése, a mitózis folyamatában - az orsó lebomlása és a kóros mitózisok kialakulása.

Citoplazmatikus változások oka lehet a plazmalemma szerkezeti elváltozása, ami a hyaloplasma fokozott permeabilitásához és hidratálásához vezet, anyagcserezavarok, amelyek az ATP-tartalom csökkenésével, a zárványok (glikogén, lipidek) szintézisének csökkenésével és túlzott felhalmozódásával járnak együtt. .

A szervezetre gyakorolt ​​káros hatások megszüntetése után reaktív(adaptív) változások a struktúrákban eltűnnek, és a sejtmorfológia helyreáll. A fejlesztés során kóros(maadaptív) változások, még a káros hatások megszűnése után is fokozódnak a szerkezeti változások és a sejt elpusztul.

Regeneráció.

Regeneráció(helyreállítás) - az élő szervezetek azon képessége, hogy idővel helyreállítsák a sérült szöveteket, és néha egész elveszett szerveket.

A sejthalál típusai.

A sejthalálnak két típusa van: a károsodás által okozott erőszakos halál - elhalásés programozott sejthalál apoptózis.

Elhalás

- Ezek a sejtben bekövetkező irreverzibilis természetű post mortem változások, amelyek fehérjéinek fokozatos enzimatikus megsemmisüléséből és denaturálódásából állnak. Akkor alakul ki, ha a sejt túlzott mértékű elváltozása van, nem igényel energiafogyasztástés nem függ a helyi és központi eredetű vezérlőjelektől („anarchikus halálút”). A biológiailag aktív anyagok (prosztaglandinok) károsodott sejt általi szintézise és a membránok integritásának megsértése (különböző enzimek felszabadulása) miatt a nekrózis bizonyos veszélyt jelent a környező struktúrákra - ez gyakran hozzájárul a sejtek fejlődéséhez. gyulladásos folyamat.

Az erőszakos sejthalált a következők okozzák:

élelem és oxigén megvonása;

visszafordíthatatlan szerkezeti és működési változások a legfontosabb anyagcsere-folyamatok gátlásával különböző kórokozók által.

A nekrózist mély, részben visszafordíthatatlan sejtkárosodás stádiuma - nekrobiózis (1. ábra). A nekrobiózis és nekrózis kialakulását végső soron kiváltó etiológiai tényezők sokfélesége ellenére a sejthalál során észlelt molekuláris sejtváltozások a legtöbb esetben azonosak (Zaichik A.Sh., Churilov L.P., 1999). Szerintük fontos megkülönböztetni hipoxiás és szabad gyökös necrobiosis. A szabadgyökös sejtkárosodás mechanizmusai (lásd fent) primer hipoxia nélkül, sőt néha túlzott mértékű állapotában is beindulhatnak. Hipoxiás necrobiosis(lásd a „Hipoxia” részt) különböző patogén tényezők indítják el, amelyek hosszan tartó hipoxiát okoznak. A necrobiosis mindkét típusa kombinálható és kiegészítheti egymást. Mindkét típusú nekrobiózis eredménye a sejt olyan károsodása, amelyben az már nem képes önálló energiaellátásra. azaz visszafordíthatatlanság, rizs. 1) és nekrózison megy keresztül.

Egyes kutatók néha úgy vélik, hogy a nekrobiózis a sejt saját halálának folyamata. I. V. Davydovsky szerint a nekrobiózis a sejthalál folyamata. A nekrózis nagyobb mértékben a sejthalál után megfigyelhető morfológiai jellemző, nem pedig maga a halál mechanizmusa.

A nekrózisnak két fő típusa van:

koagulációs (száraz) nekrózis. Ezzel jelentős acidózis alakul ki a sejtben, fehérje koaguláció következik be, és a citoszkeletális elemek aggregációjával megnövekszik a kalcium felhalmozódása. Nagyon gyakran megfigyelhető súlyos hipoxia esetén, például szívizomsejtekben szívizominfarktus során. Ez a nekrózis túlnyomórészt fehérjében és kalciumban gazdag szövetekben alakul ki, és a mitokondriumok korai és mély károsodása jellemzi;

cseppfolyósodási nekrózis. Jellemzője a lizoszómális autolízis vagy heterolízis hidrolitikus folyamatainak túlsúlya fagociták részvételével. A nekrózis fókusza lágyul, aktív hidroxilgyökök felhalmozódása és a sejtek endogén elszappanosítása figyelhető meg, ami struktúráinak, például különféle membránoknak a pusztulásához vezet.

Nincsenek egyértelmű határok a koaguláció és a cseppfolyósodási nekrózis között. Ez azzal magyarázható, hogy fejlődésük mechanizmusai nagyrészt közösek. Számos kutató azonosítja az ún kazeos (sajtos) nekrózis (tuberkulózisban), miközben feltételezzük, hogy ez a két előző típus kombinációja.

Apoptózis.

Az apoptózis programozott sejthalál (amely extra- vagy intracelluláris faktorok hatására indul be), melynek kialakulásában speciális és genetikailag programozott intracelluláris mechanizmusok játszanak aktív szerepet.. A nekrózissal ellentétben ez egy aktív folyamat, amely bizonyosságot igényel energia fogyasztás. Kezdetben megpróbálták megkülönböztetni a fogalmakat " programozott sejthalál"És" apoptózis": az első kifejezés az embriogenezisben lévő sejtek eliminációját, a második pedig csak az érett differenciált sejtek programozott halálát foglalta magában. Mára kiderült, hogy ebben nincs semmi gyakorlatiasság (a sejthalál kialakulásának mechanizmusai megegyeznek), és a két fogalom szinonimává vált, bár ez az összefüggés nem vitathatatlan.

Mielőtt elkezdenénk bemutatni az apoptózis szerepét a sejt (és a szervezet) életében normális és patológiás körülmények között, megvizsgáljuk az apoptózis mechanizmusát. Megvalósításuk a következő szakaszok fokozatos fejlesztése formájában mutatható be:

1. szakasz – iniciációs (indukciós) szakasz .

Az apoptózist stimuláló jel eredetétől függően:

az apoptózis intracelluláris ingerei. Ezek közül a legismertebbek a különböző típusú sugárzások, a túlzott H +, a nitrogén-monoxid, az oxigén és lipid szabad gyökök, a hipertermia stb. kromoszóma károsodás(DNS törések, konformációjának zavarai stb.) ill intracelluláris membránok(főleg a mitokondriumok). Vagyis ebben az esetben az apoptózis oka „maga a sejt nem kielégítő állapota” (Mushkambirov N.P., Kuznetsov S.L., 2003). Ezenkívül a sejtszerkezetek károsodásának elég erősnek kell lennie, de nem romboló. A sejtnek meg kell tartania az energiát és az anyagi erőforrásokat ahhoz, hogy aktiválja az apoptózisgéneket és azok effektormechanizmusait. A programozott sejthalál stimulálására szolgáló intracelluláris útvonal a következőképpen jelölhető: apoptózis belülről»;

Az apoptózis transzmembrán ingerei, azaz ebben az esetben külső „jelzés” aktiválja, amely membránon vagy (ritkábban) intracelluláris receptorokon keresztül továbbítódik. Lehet, hogy egy sejt meglehetősen életképes, de az egész szervezet vagy az apoptózis „hibás” stimulálása szempontjából el kell pusztulnia. Az apoptózisnak ezt a típusát " apoptózis parancsra».

A transzmembrán ingerek a következőkre oszthatók:

« negatív» jeleket. A sejt normális működéséhez, osztódásának és szaporodásának szabályozásához különböző biológiailag aktív anyagok receptorain keresztül szükséges befolyásolni: növekedési faktorok, citokinek, hormonok. Egyéb hatások mellett elnyomják a sejthalál mechanizmusait. És természetesen ezeknek a biológiailag aktív anyagoknak a hiánya vagy hiánya aktiválja a programozott sejthalál mechanizmusait;

« pozitív» jeleket. A jelzőmolekulák, mint például a TNFα, glükokortikoidok, egyes antigének, adhéziós fehérjék stb., a sejtreceptorokkal való kölcsönhatás után kiválthatják az apoptózis programot.

A sejtmembránokon a receptorok egy csoportja található, amelyeknek az apoptózis kialakulásához szükséges jelek továbbítása a fő, talán az egyetlen funkciója. Ilyenek például a DR csoport fehérjéi (death receptos - " halálreceptorok"): DR 3, DR 4, DR 5. A leginkább tanulmányozott Fas receptor, amely a sejtek (hepatociták) felszínén spontán vagy aktiváció hatására (érett limfociták) jelenik meg. A Fas-receptor, amikor kölcsönhatásba lép a gyilkos T-sejt Fas-receptorával (ligandum), elindítja a célsejt-halál programot. Azonban a Fas-receptor és a Fas-ligandum kölcsönhatása az immunrendszertől izolált területeken magának a T-gyilkosnak a halálával végződik (lásd alább).

Emlékeztetni kell arra, hogy egyes apoptózist jelző molekulák, a helyzettől függően, éppen ellenkezőleg, gátolhatják a programozott sejthalál kialakulását. Ambivalencia(ellentétes tulajdonságok kettős megnyilvánulása) jellemző a TNF, IL-2, interferon γ stb.

Az eritrociták, vérlemezkék, leukociták, valamint a tüdő- és bőrsejtek membránján speciális marker antigének. Fiziológiai szintetizálják autoantitestek, és ők, betöltve a szerepet opszoninok, elősegítik ezen sejtek fagocitózisát, azaz. sejthalál következik be autofagocitózis. Kiderült, hogy a marker antigének az „öreg” (ontogenetikai fejlődésükön átesett) és a sérült sejtek felszínén jelennek meg, míg a fiatal és sértetlen sejtek nem rendelkeznek velük. Ezeket az antigéneket „öregedő és sérült sejtek markerantigénjeinek” vagy „harmadik sávos fehérjének” nevezik. A harmadik sáv fehérje megjelenését a sejtgenom szabályozza. Ezért az autofagocitózis a programozott sejthalál egyik változatának tekinthető.

Vegyes jeleket. Ez az első és második csoport jeleinek együttes hatása. Például az apoptózis a mitogon által aktivált limfocitákban történik (pozitív jel), de nem érintkeznek az antigénnel (negatív jel).

2. szakasz – programozási szakasz (az apoptózis mechanizmusok szabályozása és integrációja).

Ezt a szakaszt két egymással homlokegyenest ellentétes folyamat jellemzi a beindítás után. Bármelyik megtörténik:

az apoptózis trigger szignáljának megvalósítása programjának aktiválásával (az effektorok a kaszpázok és az endonukleázok);

az apoptózis trigger hatása blokkolva van.

A programozási szakasz végrehajtására két fő, de egymást nem kizáró lehetőség van (14. ábra):

Rizs. 14. Kaszpáz kaszkád és célpontjai

R – membránreceptor; K – kaszpáz – AIF – mitokondriális proteáz; Idézet C – citokróm c;

1. A közvetlen jelátvitel (az apoptózis effektor mechanizmusainak közvetlen aktiválási útvonala, amely megkerüli a sejtgenomot) a következő módon valósul meg:

adapter fehérjék. Például így váltják ki az apoptózist a gyilkos T-sejtek. Aktiválja a kaszpáz-8-at (adapter protein). A TNF hasonlóan működhet;

citokróm C és proteáz AIF (mitokondriális proteáz). Kilépnek a sérült mitokondriumokból és aktiválják a kaszpáz-9-et;

granzimek. A gyilkos T-sejtek a perforin fehérjét szintetizálják, amely csatornákat képez a célsejt plazmalemmájában. A proteolitikus enzimek ezeken a csatornákon keresztül jutnak be a sejtbe. granzimek, amelyeket ugyanaz a T-gyilkos választ ki, és beindítják a kaszpáz hálózat kaszkádját.

2. Közvetett jelátvitel. A sejtgenom segítségével valósítja meg:

az apoptózist gátló fehérjék szintézisét szabályozó gének elnyomása (Bcl-2, Bcl-XL stb.). A normál sejtekben a Bcl-2 fehérjék a mitokondriális membrán részei, és lezárják azokat a csatornákat, amelyeken keresztül a citokróm C és az AIF proteáz kilép ezekből az organellumokból;

az apoptózis aktivátor fehérjék szintézisét szabályozó gének expressziója, aktiválása (Bax, Bad, Bak, Rb, P 53 stb. gének). Ezek viszont aktiválják a kaszpázokat (k-8, k-9).

ábrán. A 14. ábra a kaszpázaktiválás kaszpázelvének hozzávetőleges diagramját mutatja. Látható, hogy bárhol is kezdődik a kaszkád, kulcspontja a kaszpáz 3. A 8-as és 9-es kaszpázok is aktiválják. Összesen több mint 10 enzim található a kaszpázcsaládban. A sejt citoplazmájában lokalizálódik inaktív állapotban (prokaspázok). Az összes kaszpáz helyzete ebben a kaszkádban nem teljesen tisztázott, ezért néhányuk hiányzik a diagramból. Amint a 3, 7, 6 kaszpázok (talán más típusaik) aktiválódnak, az apoptózis 3. szakasza következik be.

3. szakasz – program végrehajtási szakasza (végrehajtó, effektor).

A közvetlen végrehajtói (a sejt „végrehajtói”) a fent említett kaszpázok és endonukleázok. Hatásuk (proteolízis) alkalmazási helyei (14. ábra):

citoplazmatikus fehérjék – citoszkeletális fehérjék (fodrin és aktin). A fodrin hidrolízise magyarázza a sejtfelület változását - a plazmalemma „hullámosodását” (invaginációk és kiemelkedések megjelenése rajta);

egyes citoplazmatikus szabályozó enzimek fehérjéi: foszfolipáz A 2, protein kináz C stb.;

nukleáris fehérjék. A nukleáris fehérjék proteolízise nagy szerepet játszik az apoptózis kialakulásában. A strukturális fehérjék, a replikációs és javító enzimek (DNS-protein kinázok stb.), a szabályozó fehérjék (pRb stb.) és az endonukleáz inhibitor fehérjék elpusztulnak.

Az utolsó csoport inaktiválása – endonukleáz inhibitor fehérjék endonukleázok aktiválódásához vezet, a második "pisztoly » apoptózis. Jelenleg az endonukleázok és különösen kb 2+ , Mg 2+ -függő endonukleáz, a programozott sejthalál központi enzimének tekintik. Nem véletlenszerű helyeken hasítja a DNS-t, hanem csak linker régiókban (nukleoszómák közötti összekötő régiókban). Ezért a kromatin nem lizálódik, hanem csak fragmentálódik, ami meghatározza az apoptózis jellegzetes szerkezeti jellemzőit.

A fehérje és a kromatin sejtben történő megsemmisülése miatt különféle fragmentumok képződnek és rügyeznek belőle - apoptotikus testek. Citoplazma maradványokat, organellumokat, kromatint stb. tartalmaznak.

4. szakasz – színpad apoptotikus testek eltávolítása (sejtfragmensek).

A ligandumok az apoptotikus testek felszínén expresszálódnak, és a fagocita receptorok felismerik őket. Az elhalt sejt fragmentumainak kimutatásának, felszívódásának és metabolizmusának folyamata viszonylag gyorsan megy végbe. Ez segít elkerülni, hogy az elhalt sejt tartalma bejusson a környezetbe, és így, ahogy fentebb megjegyeztük, a gyulladásos folyamat nem alakul ki. A sejt „nyugodtan”, „szomszédai” zavarása nélkül távozik („néma öngyilkosság”).

A programozott sejthalál sokak számára fontos élettani folyamatok . Apoptózissal kapcsolatos:

a normál morfogenezis folyamatok fenntartása– programozott sejthalál az embriogenezis (implantáció, organogenezis) és metamorfózis során;

a sejtek homeosztázisának fenntartása(beleértve a genetikai rendellenességekkel küzdő és vírusokkal fertőzött sejtek eltávolítását). Az apoptózis megmagyarázza a mitózisok fiziológiai involúcióját és kiegyensúlyozását az érett szövetekben és szervekben. Például sejthalál az aktívan szaporodó és önmegújuló populációkban - bélhámsejtek, érett leukociták, eritrociták. Hormonfüggő involúció - az endometrium halála a menstruációs ciklus végén;

sejtfajták kiválasztása egy populáción belül. Például az immunrendszer antigén-specifikus komponensének kialakítása és effektormechanizmusai végrehajtásának ellenőrzése. Az apoptózis segítségével a szükségtelen és a szervezetre veszélyes (autoagresszív) limfocita klónok selejteződnek. Viszonylag nemrég (Griffith T.S., 1997) kimutatta a programozott sejthalál fontosságát az „immunológiailag kiváltságos” területek (a szem és a herék belső környezete) védelmében. Ezen zónák hiszto-hematológiai gátjain (ami ritkán fordul elő) áthaladva az effektor T-limfociták elpusztulnak (lásd fent). Elpusztulásuk mechanizmusának aktiválását a barrier sejtek Fas ligandjának a T-limfocita Fas receptoraival való kölcsönhatása biztosítja, megakadályozva ezzel az autoagresszió kialakulását.

Az apoptózis szerepe a patológiában és a károsodott apoptózissal összefüggő betegségek típusait diagram (15. ábra) és 1. táblázat formájában mutatjuk be.

Természetesen az apoptózis jelentősége a patológiában kisebb, mint a nekrózisé (talán az ilyen ismeretek hiánya miatt). A patológiás problémája azonban némileg eltérő természetű: az apoptózis súlyossága - egyes betegségekben erősödése vagy gyengülése - alapján értékelik.