Mchakato ambao seli inaweza kujiua huitwa kifo cha seli kilichopangwa (PCD). Utaratibu huu una aina kadhaa na una jukumu muhimu katika fiziolojia ya viumbe mbalimbali, hasa wale wa seli nyingi. Aina ya kawaida na iliyosomwa vyema ya CHF ni apoptosis.
apoptosis ni nini
Apoptosis ni mchakato unaodhibitiwa wa kisaikolojia wa kujiangamiza kwa seli, unaojulikana kwa uharibifu wa taratibu na mgawanyiko wa yaliyomo kwa kuunda viambata vya membrane (miili ya apoptotic), ambayo humezwa na fagocytes. Utaratibu huu wa kijeni huwashwa chini ya ushawishi wa mambo fulani ya ndani au nje.
Kwa lahaja hii ya kifo, maudhui ya seli hayazidi utando na hayasababishi uvimbe. Kuharibika kwa apoptosis husababisha magonjwa makubwa kama vile mgawanyiko wa seli usiodhibitiwa au kuzorota kwa tishu.
Apoptosis ni mojawapo tu ya aina kadhaa za kifo cha seli iliyoratibiwa (PCD), kwa hivyo ni makosa kubainisha dhana hizi. Kwa maarufuaina za kujiangamiza kwa seli pia ni pamoja na janga la mitotic, autophagy, na nekrosisi iliyopangwa. Mbinu zingine za PCG bado hazijachunguzwa.
Sababu za apoptosis ya seli
Sababu ya kuanzisha utaratibu wa kifo cha seli inaweza kuwa michakato ya asili ya kisaikolojia na mabadiliko ya kiafya yanayosababishwa na kasoro za ndani au kukabiliwa na sababu mbaya za nje.
Kwa kawaida, apoptosisi husawazisha mchakato wa mgawanyiko wa seli, kudhibiti idadi yao na kukuza upyaji wa tishu. Katika kesi hii, sababu ya HGC ni ishara fulani ambazo ni sehemu ya mfumo wa udhibiti wa homeostasis. Kwa msaada wa apoptosis, seli zinazoweza kutolewa au seli ambazo zimetimiza kazi yao zinaharibiwa. Kwa hivyo, maudhui yaliyoongezeka ya leukocytes, neutrophils na vipengele vingine vya kinga ya seli baada ya mwisho wa mapambano dhidi ya maambukizi huondolewa kwa usahihi kutokana na apoptosis.
Kifo kilichopangwa ni sehemu ya mzunguko wa kisaikolojia wa mifumo ya uzazi. Apoptosis inahusika katika mchakato wa oogenesis, na pia huchangia kifo cha yai kwa kukosekana kwa utungisho.
Mfano asilia wa kuhusika kwa apoptosis ya seli katika mzunguko wa maisha wa mifumo ya mimea ni kuanguka kwa majani ya vuli. Neno lenyewe linatokana na neno la Kiyunani apoptosis, ambalo hutafsiri kihalisi kama "kuanguka".
Apoptosis ina jukumu muhimu katika kiinitete na ontogenesis, wakati tishu zinabadilika katika mwili na baadhi ya viungo kudhoofika. Mfano ni kutoweka kwa utando kati ya vidole vya miguu na mikono ya mamalia fulani au kifo cha mkia wakati wa metamorphosis.vyura.
Apoptosis inaweza kusababishwa na mkusanyiko wa mabadiliko yenye kasoro katika seli kutokana na mabadiliko, kuzeeka au hitilafu za mitotiki. Mazingira yasiyofaa (ukosefu wa virutubisho, upungufu wa oksijeni) na mvuto wa nje wa patholojia unaopatanishwa na virusi, bakteria, sumu, nk inaweza kuwa sababu ya uzinduzi wa CHC. Aidha, ikiwa athari ya uharibifu ni kubwa sana, basi kiini haifanyiki. kuwa na wakati wa kutekeleza utaratibu wa apoptosis na hufa kama matokeo.. maendeleo ya mchakato wa patholojia - necrosis.
Mabadiliko ya kimofolojia na kimuundo-kibayolojia katika seli wakati wa apoptosis
Mchakato wa apoptosis una sifa ya seti fulani ya mabadiliko ya kimofolojia, ambayo yanaweza kuzingatiwa kwa hadubini katika utayarishaji wa tishu katika vitro.
Sifa kuu za apoptosis ya seli ni pamoja na:
- kujenga upya cytoskeleton;
- weka muhuri maudhui ya seli;
- ufupisho wa chromatin;
- mgawanyiko wa msingi;
- kupunguza sauti ya seli;
- mikunjo ya mtaro wa utando;
- miundo ya viputo kwenye uso wa seli,
- uharibifu wa viungo.
Kwa wanyama, michakato hii huishia kwa kuundwa kwa apoptocytes, ambayo inaweza kumezwa na macrophages na seli za tishu jirani. Katika mimea, malezi ya miili ya apoptotic haifanyiki, na baada ya uharibifu wa protoplast, mifupa inabaki ndani.ukuta wa seli.
Mbali na mabadiliko ya kimofolojia, apoptosi huambatana na idadi ya mipangilio upya katika kiwango cha molekuli. Kuna ongezeko la shughuli za lipase na nuclease, ambayo inahusisha kugawanyika kwa chromatin na protini nyingi. Maudhui ya kambi huongezeka kwa kasi, muundo wa membrane ya seli hubadilika. Katika seli za mimea, uundaji wa vakuli kubwa huzingatiwa.
Apoptosis inatofautiana vipi na nekrosisi
Tofauti kuu kati ya apoptosisi na nekrosisi iko katika sababu ya uharibifu wa seli. Katika kesi ya kwanza, chanzo cha uharibifu ni zana za Masi ya seli yenyewe, ambayo hufanya kazi chini ya udhibiti mkali na inahitaji matumizi ya nishati ya ATP. Pamoja na nekrosisi, kukoma kwa maisha hutokea kutokana na madhara ya nje.
Apoptosis ni mchakato wa asili wa kisaikolojia ulioundwa kwa njia ambayo sio kudhuru seli zinazozunguka. Necrosis ni jambo lisilodhibitiwa la patholojia ambalo hutokea kutokana na majeraha makubwa. Kwa hiyo, haishangazi kwamba utaratibu, morphology, na matokeo ya apoptosis na necrosis ni kinyume chake katika mambo mengi. Hata hivyo, pia kuna mambo ya kawaida.
| Tabia ya mchakato | Apoptosis | Necrosis |
| kiasi cha seli | hupungua | inaongezeka |
| uadilifu wa utando | imedumishwa | imekiukwa |
| mchakato wa uchochezi | haipo | inakuza |
| Nishati ya ATP | inatumika | haijatumika |
| mgawanyiko wa chromatin | inapatikana | sasa |
| kupungua kwa kasi kwa mkusanyiko wa ATP | ni | ni |
| matokeo ya mchakato | phagocytosis | kutolewa kwa yaliyomo kwenye anga ya seli |
Ikitokea uharibifu, seli huanzisha utaratibu wa kifo kilichopangwa, ikiwa ni pamoja na ili kuzuia ukuaji wa necrotic. Hata hivyo, tafiti za hivi majuzi zimeonyesha kuwa kuna aina nyingine isiyo ya kiafya ya nekrosisi, ambayo pia inajulikana kama PCD.
Umuhimu wa kibiolojia wa apoptosis
Licha ya ukweli kwamba apoptosis husababisha kifo cha seli, jukumu lake katika kudumisha utendakazi wa kawaida wa kiumbe kizima ni kubwa sana. Kazi zifuatazo za kisaikolojia zinafanywa kwa sababu ya utaratibu wa PCG:
- kudumisha uwiano kati ya kuenea kwa seli na kifo;
- kusasisha tishu na viungo;
- kuondoa seli zenye kasoro na "zamani";
- kinga dhidi ya ukuaji wa nekrosisi ya pathojeni;
- mabadiliko ya tishu na viungo wakati wa embryogenesis na ontogenesis;
- kuondoa vipengele visivyo vya lazima ambavyo vimetimiza wajibu wao;
- kuondoa seli zisizohitajika au hatari kwa mwili (mutant, tumor, iliyoambukizwa na virusi);
- kuzuia maambukizi.
Kwa hivyo, apoptosis ni mojawapo ya njia za kudumisha homeostasis ya tishu za seli.
Kwenye mimeaapoptosis mara nyingi huanzishwa ili kuzuia kuenea kwa agrobacteria ya vimelea inayoambukiza tishu.
Hatua za kifo cha seli
Kinachofanyika kwa seli wakati wa apoptosisi ni matokeo ya msururu changamano wa mwingiliano wa molekuli kati ya vimeng'enya mbalimbali. Matendo huendelea kama mteremko, wakati baadhi ya protini huwasha nyingine, na hivyo kuchangia katika ukuzaji wa taratibu wa hali ya kifo. Mchakato huu unaweza kugawanywa katika hatua kadhaa:
- Induction.
- Uwezeshaji wa proapoptotic protini.
- Uwezeshaji wa caspase.
- Uharibifu na uundaji upya wa seli za seli.
- Uundaji wa apoptocytes.
- Maandalizi ya vipande vya seli kwa phagocytosis.
Mchanganyiko wa vipengele vyote muhimu ili kuzindua, kutekeleza na kudhibiti kila hatua unatokana na vinasaba, ndiyo maana apoptosisi inaitwa kifo cha seli kilichopangwa. Uwezeshaji wa mchakato huu uko chini ya udhibiti mkali wa mifumo ya udhibiti, ikiwa ni pamoja na vizuizi mbalimbali vya CHG.
Taratibu za molekuli za apoptosis ya seli
Ukuzaji wa apoptosisi hubainishwa na utendaji wa pamoja wa mifumo miwili ya molekuli: induction na athari. Kizuizi cha kwanza kinawajibika kwa uzinduzi uliodhibitiwa wa ZGK. Inajumuisha kile kinachoitwa vipokezi vya kifo, Cys-Asp-proteases (caspases), idadi ya vipengele vya mitochondrial, na protini za pro-apoptotic. Vipengele vyote vya awamu ya utangulizi vinaweza kugawanywa katika vichochezi (kushiriki katika uingizaji) na vidhibiti vinavyotoa upitishaji wa mawimbi ya kifo.
Mfumo wa athari unajumuisha zana za molekuli ambazo huhakikisha uharibifu na urekebishaji wa vipengele vya seli. Mpito kati ya awamu ya kwanza na ya pili hutokea katika hatua ya cascade ya proteolytic. Ni kutokana na vijenzi vya kizuizi cha athari kwamba kifo cha seli hutokea wakati wa apoptosis.
Vipengele vya apoptosis
Mabadiliko ya kimuundo-mofolojia na ya kibayolojia wakati wa apoptosisi hufanywa na seti fulani ya zana maalum za seli, kati ya hizo muhimu zaidi ni kaspasi, nukleasi na virekebisha utando.
Caspases ni kundi la vimeng'enya ambavyo hukata vifungo vya peptidi kwenye mabaki ya asparagine, na kugawanya protini katika peptidi kubwa. Kabla ya kuanza kwa apoptosis, ziko kwenye seli katika hali isiyofanya kazi kwa sababu ya vizuizi. Malengo makuu ya caspases ni protini za nyuklia.
Nyuklia huwajibika kwa kukata molekuli za DNA. Hasa muhimu katika maendeleo ya apoptosis ni CAD endonuclease hai, ambayo huvunja mikoa ya chromatin katika mikoa ya mlolongo wa viungo. Matokeo yake, vipande vilivyo na urefu wa jozi za nucleotide 120-180 huundwa. Athari changamano ya kaspasi za proteolytic na nukleasi husababisha kubadilika na kugawanyika kwa kiini.
Virekebishaji vya membrane ya seli - huvunja ulinganifu wa safu ya bilipid, na kuifanya kuwa shabaha ya seli za phagocytic.
Jukumu muhimu katika ukuzaji wa apoptosis ni caspases, ambayo huanzisha taratibu taratibu zote zinazofuata za uharibifu na upangaji upya wa kimofolojia.
Jukumu la caspase katika simu za mkononikifo
Familia ya caspase inajumuisha protini 14. Baadhi yao hawashiriki katika apoptosis, wakati wengine wamegawanywa katika vikundi 2: uanzishaji (2, 8, 9, 10, 12) na athari (3, 6, na 7), ambazo huitwa caspases za daraja la pili. Protini hizi zote zimeunganishwa kama vitangulizi - procaspases, iliyoamilishwa na cleavage ya proteolytic, kiini chake ambacho ni kikosi cha kikoa cha N-terminal na mgawanyiko wa molekuli iliyobaki katika sehemu mbili, ambayo baadaye inahusishwa katika dimers na tetramers.
Kapasi za kuanzisha zinahitajika ili kuwezesha kikundi cha athari ambacho kinaonyesha shughuli za protini dhidi ya protini mbalimbali muhimu za seli. Sehemu ndogo za caspase za daraja la pili ni pamoja na:
- vimeng'enya vya kurekebisha DNA;
- p-53 kizuizi cha protini;
- poly-(ADP-ribose)-polimasi;
- kizuizi cha DNase DFF (uharibifu wa protini hii husababisha kuwezesha CAD endonuclease), n.k.
Jumla ya idadi ya malengo ya athari ya caspases ni zaidi ya protini 60.
Uzuiaji wa apoptosis ya seli bado unawezekana katika hatua ya kuwezesha uanzishaji wa prokasi. Mara tu vipashio vya athari vinapowezeshwa, mchakato huwa hauwezi kutenduliwa.
njia za kuwezesha Apoptosis
Usambazaji wa mawimbi ili kuanzisha apotosisi ya seli unaweza kutekelezwa kwa njia mbili: kipokezi (au nje) na mitochondrial. Katika kesi ya kwanza, mchakato huo umeamilishwa kupitia vipokezi maalum vya kifo ambavyo huona ishara za nje, ambazo ni protini za familia ya TNF (tumor necrosis factor) au ligand za Fas ziko juu ya uso. T-killers.
Kipokezi ni pamoja na vikoa 2 vya utendaji: moja ya transmembrane (iliyoundwa ili kushikamana na ligand) na "kikoa cha kifo" kinachoelekezwa ndani ya seli, ambayo husababisha apoptosis. Utaratibu wa njia ya kipokezi unatokana na uundaji wa tata wa DISC ambao huwasha kaspasi za anzisha 8 au 10.
Mkusanyiko huanza na mwingiliano wa kikoa cha kifo na protini za adapta za ndani ya seli, ambazo nazo hufunga procaspases za kuanzisha. Kama sehemu ya changamano, mwisho hubadilishwa kuwa kasepa zinazofanya kazi na kusababisha mporomoko zaidi wa apoptotic.
Utaratibu wa njia ya ndani unatokana na kuwezesha mpororo wa proteolytic na protini mahususi za mitochondrial, kutolewa kwake kunadhibitiwa na mawimbi ya ndani ya seli. Kutolewa kwa vipengele vya organelle hufanywa kupitia uundaji wa pores kubwa.
Cytochrome c ina jukumu maalum katika uzinduzi. Mara moja kwenye cytoplasm, sehemu hii ya mlolongo wa electrotransport hufunga kwa protini ya Apaf1 (kipengele cha uanzishaji cha apoptotic protease), ambayo inaongoza kwa uanzishaji wa mwisho. Apaf1 basi inafungwa na vianzilishi procaspases 9, ambayo husababisha apoptosis kwa utaratibu wa kuteleza.
Udhibiti wa njia ya ndani unafanywa na kikundi maalum cha protini za familia ya Bcl12, ambayo hudhibiti kutolewa kwa vijenzi vya intermembrane vya mitochondria kwenye saitoplazimu. Familia ina protini zinazounga mkono apoptotic na anti-apoptotic, salio kati yake huamua ikiwa mchakato huo utazinduliwa.
Mojawapo ya sababu kuu zinazosababisha apoptosis kwa utaratibu wa mitochondrial ni tendajiaina za oksijeni. Kishawishi kingine muhimu ni protini ya p53, ambayo huwezesha njia ya mitochondrial kukiwa na uharibifu wa DNA.
Wakati mwingine mwanzo wa apoptosis ya seli huchanganya njia mbili kwa wakati mmoja: za nje na za ndani. Mwisho kwa kawaida hutumika kuimarisha uwezeshaji wa kipokezi.
