Apoptóza Definice
Apoptóza je proces, který se vyskytuje u mnohobuněčných když buňka záměrně „rozhodne“ zemřít. K tomu často dochází pro větší dobro celého organismu, jako když buňka DNA se stal poškozen a může stát se rakovinný.
apoptóza je označována jako“ naprogramovaná „buněčná smrt, protože se to děje v důsledku biochemických pokynů v DNA buňky; to je proti procesu „nekrózy“, když buňka zemře v důsledku vnějšího traumatu nebo deprivace.,
stejně jako mnoho jiných komplexních buněčných procesů je apoptóza vyvolána signálními molekulami, které říkají buňce, že je čas spáchat buněčnou „sebevraždu.“
dva hlavní typy drah apoptózy jsou „vnitřní cesty“, kde se buňky obdrží signál, aby se zničit sám sebe z jednoho z jeho vlastní geny nebo proteiny, vzhledem k detekci poškození DNA; a „vnější cesty“, kde se buňka dostává signál k zahájení apoptózy z jiných buněk v organismu., Vnější dráha může být spuštěna, když organismus rozpozná, že buňka přežila svou užitečnost nebo již není dobrou investicí pro organismus na podporu.
apoptóza hraje roli při způsobování a prevenci některých důležitých lékařských procesů. U lidí hraje apoptóza hlavní roli v prevenci rakoviny tím, že způsobuje, že buňky s poškozenou DNA spáchají „sebevraždu“ dříve, než se mohou stát rakovinnými., Hraje také roli v atrofii svalů, kde se tělo rozhodne, že již není dobré utrácet kalorie za udržování svalových buněk, pokud se buňky pravidelně nepoužívají.
Protože apoptóza může zabránit rakovině, a protože problémy s apoptózy může vést k některým chorobám, apoptóza byla studována intenzivně vědci od roku 1990.
Funkce Apoptózy
Apoptóza je důležitý evoluční adaptace, protože to umožňuje organismům, aby zničil své vlastní buňky., Na první pohled to může znít jako hrozný nápad. Proč jsi zničil část sebe sama?
No, možná kdyby se tato část sebe sama stala nebezpečnou pro zbytek, jako v případě buněk s poškozenou DNA, které by se mohly stát rakovinnými. Apoptóza je hlavním zabijákem předrakovinných buněk a lidé s mutacemi, které zabraňují správnému fungování apoptózy, mají mnohem větší pravděpodobnost vzniku rakoviny.
mnohobuněčné organismy mohou také chtít ztratit buňky, které již nejsou pro organismus užitečné. Níže se podělíme o několik opravdu velkolepých příkladů, kdy je buněčná smrt dobrá věc.,
Příklady Apoptózy
Od Pulce k Žábě
nádherný příklad najdeme v žabích pulců, které ničí a znovu absorbovat celé struktury těla, jako jsou podrobeny jejich přeměnu v žáby.
buňky z žabí žábry, ploutve, a ocas jsou“ řekl “ zemřít apoptóza signály jako pulec zraje. Suroviny těchto členitých buněk se stávají stavebními materiály a potravinami pro jejich nové rostoucí končetiny.,
vývoj lidského nervového systému
během raného vývoje lidského nervového systému umírá obrovské množství buněk apoptózou. Proč by to tak mělo být?
pravdou je, že vědci si nejsou zcela jisti, proč se ve vyvíjejícím se nervovém systému vyskytuje tolik naprogramované buněčné smrti. Někteří si myslí, že je to proto, že tvoří správné připojení je složitý a potenciálně obtížný proces pro mladé neuronů; a protože maximální účinnost nervový systém je určitě v organismu je nejlepší zájem.,
nervy vyžadují obrovské množství energie, aby fungovaly-ve skutečnosti nervový systém spotřebovává asi 20-25% všech kalorií spotřebovaných v lidském těle!
neurony také musí najít cestu k velmi přesným cílům. Brzy ve vývoji, neurony rostou z zuřivě dělení kmenových buněk „rodiče“ a postupujte podle chemické signály, aby se pokusili najít správné cílové buňky, které chcete připojit. Připojení musí být vytvořena mezi mozkem a kůží, mezi mozkem a svaly, mezi neurony v mozku a tyče a kužele buněk v sítnici, atd..,
Chcete-li vytvořit toto neuvěřitelně složité cílení, vyvíjející se nervový systém jednoduše roste příliš mnoho buněk. Ty, které se efektivně spojují se správnými cíli, se často používají a jsou zachovány. Ale ty, které se efektivně nedotýkají a nejsou používány, často odumírají apoptózou.
To může být, že tato teorie o tom, proč neurony umírají během vývoje je správné; to může také být, že vědci budou dělat důležité objevy ještě jsme se ani nesnilo, že bude vysvětlovat, proč tam je tolik apoptózy ve vyvíjející se nervový systém., Další výzkum je určitě potřeba!
nohy myši
během embryonálního vývoje začínají nohy myší jako ploché věci ve tvaru rýče. Jak vývoj pokračuje, nohy se oddělují do pěti odlišných prstů procesem-uhodli jste – apoptózy! Buňky, které spojují prsty, odumírají, aby se vytvořily zřetelné mezery mezi nimi.
Toto je příklad toho, jak lze programovanou buněčnou smrt použít k utváření užitečných struktur a vytváření užitečných funkcí, kromě toho, že se zbavíte nepotřebných.,
apoptóza a rakovina
jednou z primárních funkcí apoptózy je zničení buněk, které jsou nebezpečné pro zbytek organismu. Častým důvodem apoptózy je, když buňka rozpozná, že její DNA byla vážně poškozena. V těchto případech poškození DNA spouští cesty apoptózy, což zajišťuje, že se buňka nemůže stát maligní rakovinou.
tento proces však zjevně někdy selže. Všechny případy rakoviny jsou pravděpodobně případy, kdy poškozená buňka nespáchala apoptózu, ale místo toho pokračovala, aby se více sama o sobě.,
apoptóza se nemusí vyskytnout, pokud jsou pro ni nezbytné základní geny mezi těmi, které jsou poškozeny. Někteří lékaři a vědci však intenzivně studují apoptózu v naději, že se ji mohou naučit spouštět konkrétně v rakovinných buňkách pomocí nových léků nebo jiných terapií.
stejně jako u všech léků určených k zabíjení rakovinných buněk je výzvou u léků určených k vyvolání apoptózy zajistit, aby tyto léky působily pouze na rakovinné buňky. Lék, který způsobuje, že zdravé buňky i rakovinné buňky spáchají naprogramovanou buněčnou smrt, může být velmi nebezpečný.,
obraz také nemusí být tak jednoduchý jako „rakovina nastane, když apoptóza selže.“Výzkumy naznačují, že některé druhy rakoviny mohou vzniknout v buněčných populací, kde apoptózy dochází snadněji, než by mělo; případně tyto buňky byly nuceni „učit se“ ignorovat přes-nadšený apoptózy signály, a následně nepáchají apoptózy, i když mají trvalé závažné poškození.,
Další výzkum ukázal, že rakovinné buňky, které umírají v důsledku účinků léků často umírají apoptózy – což naznačuje, že nádory, které jsou zejména apoptózy-odolné, může také být obzvláště rezistentní na léčbu.
je zapotřebí mnohem více výzkumu na téma léčby rakoviny a porozumění apoptózovým cestám je jednou z velmi slibných cest pro vytváření nových průlomů!
apoptóza
existují dva hlavní typy apoptózových cest, z nichž každá ilustruje důležitý bod o tom, jak je apoptóza spuštěna a proč je užitečná.,
obě hlavní cesty jsou znázorněny na obrázku níže. Tyto kroky jsou podrobněji popsány v následujících seznamech:
Vnější Cestou
V „vnější“ dráhy do apoptózy, je přijat signál z vně buňky pokyn ke spáchání programované buněčné smrti. K tomu může dojít, pokud buňka již není potřebná nebo pokud je nemocná.,
stejně Jako mnoho cest pro dosažení komplexní změny v buňce, vnější dráhy apoptózy zahrnuje mnoho kroků, z nichž každý může být „přesměrován“ nebo „downregulated“ genové exprese nebo u jiné molekuly,
Krok 1:
stejně Jako většina signalizace mezi buňkami, vnější dráhy apoptózy začíná signální molekuly vazbou na receptor na vnější straně buněčné membrány.
dva běžné typy chemických poslů, které spouštějí vnější cestu k apoptóze, jsou FAS a TRAIL., Tyto molekuly mohou být vylučovány sousedními buňkami, pokud je buňka poškozena nebo již není potřeba.
receptory, které se váží na FAS a TRAIL, se nazývají „FASR“ pro „Fas Receptor“ nebo „TRAILR“ pro “ TRAIL Receptor.“
jako u většiny receptorových proteinů, když se FASR a TRAILR setkají s jejich signální molekulou – někdy nazývanou „ligand“ – vážou se na ni.
proces vazby způsobuje změny v intracelulární doméně receptoru.
Krok 2:
V reakci na změny v intracelulární doméně TRAILR nebo FASR, protein uvnitř buňky, která se jmenuje FADD také změny.,
FADDOVO jméno je buď zábavné nebo děsivé: znamená to protein „Fas-Associated Death Domain“.
jakmile je FADD aktivován změnami receptoru, interaguje se dvěma dalšími proteiny, které pokračují v zahájení procesu buněčné smrti.
Krok 3:
pro-kaspáza-8 a pro-kaspáza-10 jsou neaktivní proteiny, dokud interagují s aktivovaným FADD. Pokud se však dvě z těchto molekul setkají s aktivovaným výstřelem, části proteinů, které je udržují neaktivní, jsou „štěpeny“ nebo „odříznuty“.,
pro-caspases pak stal kaspázy-8 a kaspázy-10 – které byly romanticky uvedených vědci jako „začátek konce“ vzhledem k jejich roli ve spouštění apoptózy.
Caspases-8 a -10 rozešli do cytoplazmy a vyvolat změny na několika dalších molekul po celé buňce, včetně poslů, které začínají členění DNA poté, co byl aktivován caspases.
Krok 4:
Další neaktivní molekula zvaná BID se přemění na tBID, když aktivované kaspázy odštěpí část BID, která udržuje molekulu neaktivní.,
po přeměně BID na tBID se tbid přesune do mitochondrií. tBID aktivuje molekuly BAX a BAK.
aktivace BAX a BAK jsou prvními kroky sdílenými jak vnější, tak vnitřní cestou k apoptóze.
kroky 1-4 zde uvedené jsou jedinečné pro vnější dráhu. Ale po aktivaci BAX a BAK jsou následující kroky stejné mezi oběma cestami.
jako takové jsou kroky 3-7 vnitřní dráhy, uvedené níže, také kroky 5-9 vnější dráhy!,
vnitřní cesta
Krok 1:
vnitřní cesta k apoptóze je vyvolána stresem nebo poškozením buňky. Typy stresu a poškození, které mohou vést buňku k apoptóze, zahrnují poškození její DNA, deprivaci kyslíku a další napětí, která zhoršují schopnost buňky fungovat.
v reakci na tato poškození nebo stres se buňka „rozhodne“, že její pokračující existence může být pro organismus jako celek nebezpečná nebo nákladná. Poté aktivuje sadu proteinů nazývaných “ BH3-pouze proteiny.,“
Krok 2:
BH3-only proteiny jsou třída proteinů, včetně několika pro – a anti-apoptózy proteiny. Apoptóza může být podporována nebo odrazována, v závislosti na tom, které proteiny pouze BH3 jsou aktivovány nebo exprimovány.
Pro-apoptotických BH3-only proteinů, aktivaci BAX a BAK – stejné proteiny, které jsou aktivovány tBID poté, co je vytvořen pomocí vnější cestu apoptózy.
Krok 3:
aktivovaný BAX a BAK způsobují stav známý jako “ MOMP.“MOMP znamená“ propustnost mitochondriální vnější membrány.,“
MOMP je považován za“ bod bez návratu “ pro apoptózu. Kroky vedoucí k MOMP mohou být zastaveny v jejich stopách molekulami inhibitoru, ale jakmile bude dosaženo MOMP, buňka dokončí proces smrti.
MOMP hraje svou klíčovou roli v apoptóze tím, že umožňuje uvolňování cytochromu C do cytoplazmy.
Krok 4:
za normálních okolností hraje cytochrom C klíčovou roli v transportním řetězci mitochondriálních elektronů. Během MOMP však cytochrom C může uniknout mitochondriím a působit jako signalizační molekula v buněčné cytoplazmě.,
Cytochromu-C v buněčné cytoplazmě vyzve tvorbu zlověstně znějící „apoptosome“ – komplex proteinů, který provádí poslední krok k začátku rozpadu buněk.
Krok 5:
apoptosom, jakmile se vytvoří, změní pro-kaspázu-9 na kaspázu-9.
stejně jako u aktivace caspases-8 a -10 vnější cesta apoptózy kaspázy-9 je schopen vyvolat další změny v celé buňce.
Krok 6:
Caspase-9 plní několik funkcí pro podporu apoptózy. Mezi nejdůležitější patří aktivace kaspáz-3 a -7.,
Krok 7:
po aktivaci začnou kaspázy-3 a -7 rozpadat buněčné materiály. Caspase-3 kondenzuje a rozkládá DNA buňky.
kdy se vyskytuje apoptóza?
apoptóza nastává, když existence buňky již není pro organismus užitečná. K tomu může dojít z několika důvodů.
Pokud se buňka stala špatně stresovanou nebo poškozenou, může se dopustit apoptózy, aby se zabránilo nebezpečí pro organismus jako celek. Například buňky s poškozením DNA se mohou stát rakovinnými, takže je lepší, aby se dopustili apoptózy dříve, než se to může stát.,
jiné buněčné napětí, jako je deprivace kyslíku, mohou také způsobit, že buňka „rozhodne“, že je pro hostitele nebezpečná nebo nákladná. Buňky, které nemohou správně fungovat, mohou vyvolat apoptózu, stejně jako buňky, u kterých došlo k poškození DNA.
ve třetím scénáři se buňky mohou dopustit apoptózy, protože organismus je již nepotřebuje kvůli svému přirozenému vývoji.
Jeden slavný příklad je, že pulec, jehož žábry, ploutve a ocas buňky páchají apoptózu jako pulec proměny v žábu., Tyto struktury jsou potřebné, když pulec žije ve vodě – ale stane se nákladným a škodlivým, když se přesune na suchou půdu.
kvíz
1. Který z následujících kroků byste neočekávali, že vyvolá apoptózu?
A. Poškození buněčné DNA,
B. dlouhodobý nedostatek kyslíku,
C. organismus se stěhuje do nové etapy jeho životního cyklu, čímž se některé buňky zastaralé
D. Žádná z výše
2., Která z následujících možností může nastat, pokud mutace znemožnila apoptózu?
A. nervový systém nemusí správně vyvíjet
B. Rakoviny by se mohl stát mnohem pravděpodobnější,
C. hmyz nemusí být schopen podstoupit proměny
D. Všechny výše uvedené
3. Jaký je rozdíl mezi vnější a vnitřní cestou apoptózy?
a., Vnější dráha je vyvolána signálem zvnějšku buňky, zatímco vnitřní dráha je vyvolána událostmi uvnitř buňky.
b. vnější dráha má více kroků, protože signál musí být přenášen z buněčné membrány.
C. vnější dráha aktivuje BAK a BAX, zatímco vnitřní cesta ne.
D.A a b