apoptosis Definition
Apoptosis är en process som sker i multicellulär när en cell avsiktligt ”bestämmer” att dö. Detta sker ofta för större nytta av hela organismen, såsom när cellens DNA har blivit skadad och det kan bli cancer.
apoptos kallas ”programmerad” celldöd eftersom det händer på grund av biokemiska instruktioner i cellens DNA; detta motsätter sig processen med ”nekros” när en cell dör på grund av yttre trauma eller deprivation.,
liksom många andra komplexa cellulära processer utlöses apoptos av signalmolekyler som berättar för cellen att det är dags att begå cellulärt ”självmord.”
de två huvudtyperna av apoptosvägar är ”inneboende vägar”, där en cell tar emot en signal för att förstöra sig från en av sina egna gener eller proteiner på grund av detektering av DNA-skada; och ”extrinsiska vägar”, där en cell tar emot en signal för att starta apoptos från andra celler i organismen., Den extrinsiska vägen kan utlösas när organismen erkänner att en cell har överlevt sin användbarhet eller inte längre är en bra investering för organismen att stödja.
apoptos spelar en roll för att orsaka och förebygga några viktiga medicinska processer. Hos människor spelar apoptos en viktig roll för att förebygga cancer genom att orsaka celler med skadat DNA att begå ”självmord” innan de kan bli cancerösa., Det spelar också en roll i muskelatrofi, där kroppen bestämmer att det inte längre är en bra idé att spendera kalorier på att upprätthålla muskelceller om cellerna inte används regelbundet.
eftersom apoptos kan förhindra cancer, och eftersom problem med apoptos kan leda till vissa sjukdomar, har apoptos studerats intensivt av forskare sedan 1990-talet.
funktion av apoptos
Apoptos är en viktig evolutionär anpassning eftersom det tillåter organismer att förstöra sina egna celler., Vid första anblicken kan det låta som en hemsk idé. Varför skulle du förstöra en del av dig själv?
Tja, kanske om den delen av dig själv hade blivit farlig för resten, som i fallet med celler med skadat DNA som kan bli cancerösa. Apoptos är en stor mördare av pre-cancerceller, och personer med mutationer som förhindrar apoptos från att fungera korrekt är mycket mer benägna att få cancer.
multicellulära organismer kan också vilja förlora celler som inte längre är användbara för organismen. Vi kommer att dela några riktigt spektakulära exempel på när celldöd är en bra sak nedan.,
exempel på apoptos
från grodyngel till groda
ett spektakulärt exempel på detta finns i grodyngel, som förstör och åter absorberar hela kroppsstrukturer när de genomgår sin omvandling till grodor.
celler från grodyngel gälar, fenor och svans är ”berättade” att dö av apoptos signaler som grodyngel mognar. Råvarorna i dessa dissembled celler blir byggmaterial och mat för sina nya växande lemmar.,
utveckling av det mänskliga nervsystemet
under den tidiga utvecklingen av det mänskliga nervsystemet dör ett stort antal celler genom apoptos. Varför skulle det vara så?
Sanningen är att forskare inte är helt säkra på varför så mycket programmerad celldöd uppstår i det utvecklande nervsystemet. Vissa tror att det beror på att bilda rätt anslutningar är en komplex och potentiellt svår process för unga neuroner; och eftersom maximal effektivitet i nervsystemet är definitivt i organismens bästa intresse.,
nerver kräver stora mängder energi för att fungera-i själva verket förbrukar nervsystemet cirka 20-25% av alla kalorier som konsumeras i människokroppen!
neuroner måste också hitta sin väg till mycket exakta mål. Tidigt i utvecklingen växer neuroner från rasande delande stamceller ”föräldrar” och följer kemiska signaler för att försöka hitta rätt målceller att ansluta till. Anslutningar måste bildas mellan hjärnan och huden, mellan hjärnan och musklerna, mellan neuroner i hjärnan och stång-och konceller i näthinnan etc..,
för att skapa denna otroligt komplexa inriktning växer det utvecklande nervsystemet helt enkelt alldeles för många celler. De som ansluter effektivt med rätt mål används ofta, och de bevaras. Men de som inte gör kontakt effektivt och används inte ofta dör bort av apoptos.
det kan vara att denna teori om varför neuroner dör under utvecklingen är korrekt; det kan också vara att forskare kommer att göra viktiga upptäckter som vi inte har drömt om ännu som kommer att förklara varför det finns så mycket apoptos i det utvecklande nervsystemet., Mer forskning behövs verkligen!
Musfötter
under embryonal utveckling börjar fötterna på möss som plana, spade-formade saker. När utvecklingen fortskrider, separerar fötterna i fem olika tår genom processen med – du gissade det-Apoptos! Celler som förbinder tårna dör av för att skapa de distinkta luckorna mellan dem.
detta är ett exempel på hur programmerad celldöd kan användas för att forma användbara strukturer och skapa användbara funktioner, förutom att bli av med onödiga.,
apoptos och Cancer
en primär funktion av apoptos är att förstöra celler som är farliga för resten av organismen. En vanlig orsak till apoptos är när en cell känner igen att dess DNA har skadats dåligt. I dessa fall utlöser DNA-skadorna apoptosvägar, vilket säkerställer att cellen inte kan bli en malign cancer.
det är dock tydligt att denna process ibland misslyckas. Alla fall av cancer är förmodligen fall där en skadad cell inte begått apoptos, men istället fortsatte att göra mer av sig själv.,
apoptos kan inte uppstå om väsentliga gener som krävs för det är bland de som är skadade. Vissa läkare och forskare har dock studerat apoptos intensivt i hopp om att de kanske kan lära sig att utlösa det specifikt i cancerceller med nya mediciner eller andra terapier.
som med alla läkemedel som är utformade för att döda cancerceller är utmaningen med läkemedel som är utformade för att inducera apoptos att säkerställa att dessa läkemedel endast påverkar cancerceller. En medicin som orsakar friska celler samt cancer som begår programmerad celldöd kan vara mycket farligt.,
bilden kan inte heller vara så enkel som ”cancer uppstår när apoptos misslyckas.”Forskning har föreslagit att vissa cancerformer kan uppstå i cellpopulationer där apoptos uppträder lättare än det borde. eventuellt har dessa celler tvingats ”lära sig” för att ignorera över entusiastiska apoptossignaler och begår därefter inte apoptos även när de har lidit allvarlig skada.,
annan forskning har visat att cancerceller som dör på grund av effekterna av medicinering dör ofta av apoptos – vilket tyder på att cancer som är särskilt apoptosresistenta också kan vara särskilt behandlingsresistenta.
mycket mer forskning behövs om cancerbehandling, och förståelse av apoptosvägar är en extremt lovande väg för att göra nya genombrott!
Apoptosväg
det finns två huvudtyper av apoptosvägar, som var och en illustrerar en viktig punkt om hur apoptos utlöses och varför det är användbart.,
båda huvudvägarna illustreras i bilden nedan. Stegen diskuteras mer detaljerat i följande listor:
Extrinsic Pathway
i” extrinsic ” vägen till apoptos, en signal tas emot från utanför cellen instruerar den att begå programmerad celldöd. Detta kan inträffa om cellen inte längre behövs, eller om den är sjuk.,
liksom många vägar för att åstadkomma komplexa förändringar i en cell innebär den extrinsiska vägen till apoptos många steg, som var och en kan ”uppregleras” eller ”nedregleras” genom genuttryck eller av andra molekyler:
Steg 1:
liksom de flesta signalering mellan celler, börjar den extrinsiska vägen för apoptos med en signalmolekyl som binder till en receptor på utsidan av cellmembranet.
två vanliga typer av kemiska budbärare som utlöser extrinsic vägen till apoptos är FAS och TRAIL., Dessa molekyler kan utsöndras av närliggande celler om en cell är skadad eller inte längre behövs.
receptorerna som binder till FAS och TRAIL kallas ” FASR ”för” FAS-Receptor ”eller” TRAILR ”för” SPÅRRECEPTOR.”
som med de flesta receptorproteiner, när FASR och TRAILR stöter på sin signalmolekyl – ibland kallad en” ligand ” – binder de till den.
bindningsprocessen orsakar förändringar i receptorns intracellulära domän.
steg 2:
som svar på förändringarna i den intracellulära domänen av TRAILR eller FASR ändras också ett protein inuti cellen som kallas FADD.,
FADDS namn är antingen underhållande eller skrämmande: det står för ”FAS-Associated Death Domain” protein.
När FADD har aktiverats genom förändringar i receptorn interagerar den med ytterligare två proteiner, som fortsätter att starta processen med celldöd.
steg 3:
Pro-caspas-8 och Pro-caspas-10 är inaktiva proteiner tills de interagerar med en aktiverad FADD. Men om två av dessa molekyler stöter på en aktiverad FADD, är de delar av proteinerna som håller dem inaktiva ”klyvda” eller ”skurna” bort.,
Pro-caspaserna blir sedan caspas-8 och caspas-10 – som romantiskt har refererats till av forskare som ”början av slutet” på grund av deras roll vid start av apoptos.
Caspases-8 och -10 sprider sig genom cytoplasman och utlöser förändringar till flera andra molekyler i hela cellen, inklusive budbärare som startar nedbrytningen av DNA efter att ha aktiverats av caspaserna.
steg 4:
en annan inaktiv molekyl som kallas BID omvandlas till tBID när de aktiverade caspaserna klyver den del av BID som håller molekylen inaktiv.,
efter Bud omvandlas till tBID flyttar tBID till mitokondrier. tbid aktiverar molekylerna BAX och BAK.
aktiveringen av BAX och BAK är de första stegen som delas av både extrinsiska och inneboende vägar till apoptos.
steg 1-4 som listas här är unika för den extrinsiska vägen. Men efter att BAX och BAK är aktiverade är de efterföljande stegen desamma mellan båda vägarna.
som sådan är steg 3-7 i den inneboende vägen, som listas nedan, också steg 5-9 i den extrinsiska vägen!,
Intrinsic Pathway
Steg 1:
den inneboende vägen till apoptos utlöses av stress eller skada på cellen. Typer av stress och skador som kan leda cellen till apoptos inkluderar skador på dess DNA, syrebrist och andra påfrestningar som försämrar en cells förmåga att fungera.
som svar på dessa skador eller påfrestningar bestämmer cellen ”att dess fortsatta existens kan vara farlig eller kostsam för organismen som helhet. Det aktiverar sedan en uppsättning proteiner som kallas ” BH3-bara proteiner.,”
steg 2:
BH3-endast proteiner är en klass av proteiner inklusive flera Pro – och anti-apoptosproteiner. Apoptos kan uppmuntras eller avskräckas, beroende på vilka BH3-bara proteiner som aktiveras eller uttrycks.
Pro-apoptotiska BH3-bara proteiner aktiverar BAX och BAK – samma proteiner som aktiveras av tBID efter det skapas genom den extrinsiska vägen till apoptos.
steg 3:
aktiverad BAX och BAK orsakar ett tillstånd som kallas ”MOMP.”MOMP står för” mitokondriell yttre membranpermeabilitet.,”
MOMP anses vara” punkt för ingen avkastning ” för apoptos. Stegen som leder fram till MOMP kan stoppas i sina spår av inhibitormolekyler, men när MOMP har uppnåtts kommer cellen att slutföra dödsprocessen.
MOMP spelar sin nyckelroll i apoptos genom att tillåta frisättning av cytokrom C i cytoplasman.
steg 4:
under normala omständigheter spelar Cytokrom c en nyckelroll i mitokondriella elektrontransportkedjan. Under MOMP kan dock Cytokrom c undkomma mitokondrierna och fungera som en signalmolekyl i cellcytoplasman.,
cytokrom-C i cellcytoplasman uppmanar bildandet av den olycksbådande ljudande ”apoptosomen”-ett komplex av proteiner som utför det sista steget till att börja cellulär nedbrytning.
Steg 5:
apoptosomen, när den bildas, blir pro-caspas-9 till caspas-9.
precis som med aktiveringen av caspaser-8 och -10 i den extrinsiska vägen till apoptos kan caspas-9 utlösa ytterligare förändringar i hela cellen.
steg 6:
Caspas-9 utför flera funktioner för att främja apoptos. Bland de viktigaste är aktiveringen av caspaser-3 och -7.,
Steg 7:
en gång aktiverad, caspases-3 och -7 börjar nedbrytningen av cellulära material. Caspas-3 kondenserar och bryter ner cellens DNA.
när uppstår apoptos?
apoptos uppstår när en Cells existens inte längre är användbar för organismen. Detta kan uppstå av några skäl.
om en cell har blivit svårt stressad eller skadad kan den begå apoptos för att förhindra att den blir farlig för organismen som helhet. Celler med DNA-skada kan till exempel bli cancerösa, så det är bättre för dem att begå apoptos innan det kan hända.,
andra cellulära påfrestningar, såsom syrebrist, kan också orsaka en cell att ”bestämma” att det är farligt eller kostsamt för värden. Celler som inte kan fungera korrekt kan initiera apoptos, precis som celler som har upplevt DNA-skada.
i ett tredje scenario kan celler begå apoptos eftersom organismen inte behöver dem längre på grund av sin naturliga utveckling.
ett känt exempel är tadpole, vars gill, fin och svans celler begår apoptos som grodyngel metamorfoser i en groda., Dessa strukturer behövs när grodyngel bor i vatten – men blir kostsamma och skadliga när den rör sig på torr mark.
frågesport
1. Vilken av följande skulle du inte förvänta dig att utlösa apoptos?
A. skador på en cells DNA
B. långvarig syrebrist
C. en organism flyttar till ett nytt skede av sin livscykel, vilket gör vissa celler föråldrade
D. ingen av ovanstående
2., Vilken av följande kan inträffa om en mutation gjorde apoptos omöjlig?
A. nervsystemet kanske inte utvecklas ordentligt
B. Cancer kan bli mycket mer sannolikt
C. en insekt kanske inte kan genomgå metamorfoser
D. alla ovanstående
3. Vad är skillnaden mellan de extrinsiska och inneboende vägarna för apoptos?
A., Den extrinsiska vägen utlöses av en signal från utsidan av cellen, medan den inneboende vägen utlöses av händelser inuti cellen.
B. den extrinsiska vägen har fler steg eftersom signalen måste förmedlas från cellmembranet.
C. Den extrinsiska vägen aktiverar BAK och BAX, medan den inneboende vägen inte gör det.
D. A och B