Завдання. 1. Механізми відтворення і загибелі клітин

План

План

Завдання

План

1. Механізми відтворення і загибелі клітин.

1. Прочитати теоретичний матеріал

2. Законспектувати основні аспекти за планом:

1. Які способи загибелі клітин існують.

2. Фактори, що викликають загибель клітин.

3. Що таке апоптоз і якими процесами він характеризується?

4. Значення апоптозу.

5. Що таке некроз і які причини його викликають?

Питання для закріплення нового матеріалу

1. Що таке апоптоз?

2. Чим некроз відрізняється від апоптозу?

3. Яке біологічне значення має апоптоз?

Література

1. Тагліна О. В. Біологія 10 клас (рівень стандарту, академічний рівень), Підруч. для загальноосвіт. навч. закл., - Х.: Веста, Вид-во «Ранок», 2010

2. Балан П.Г. Біологія, 10 кл., Підруч. для загальноосвіт. навч. закл. (рівень стандарту, академічний рівень), П.Г. Балан, Ю.Г. Верес, В.П. Поліщук – К.: Генеза, 2010.

3. Межерін С.В., Межеріна Я.О., Біологія, 10 кл., Підруч. для загальноосвіт. навч. закл. (рівень стандарту, академічний рівень) – К.: Освіта, 2010.

Механізми відтворення і загибелі клітин

У багатоклітинних живих організмів виділяють два основні спо­соби загибелі клітин — апоптоз і некроз. Загибель клітин може від­буватися внаслідок дії зовнішніх або.внутрішніх факторів. До зо­внішніх факторів можна віднести будь-які впливи, що призводять до пошкодження організму в цілому або його окремих клітин. Це і механічні пошкодження, і дія низьких або високих температур, і вплив різноманітних хімічних реагентів. Серед внутрішніх факторів найпоширенішим є старіння клітин. Вважається, що старіння може бути важливим механізмом стабілізації чисельності клітин в організмі. Безпосередні механізми старіння клітин досі зали­шаються нез'ясованими. Можливо, вони пов'язані з накопиченням у клітинах помилок біосинтетичних механізмів. Загибель клітин може також відбуватися і внаслідок утрати ними своїх функцій.

Тривалість життя різних клітин людського організму може бути дуже різною. Так, деякі лейкоцити живуть лічені хвилини, клітини епітелію кишечнику - кілька діб, еритроцити — три мі­сяці, а нейрони головного мозку - десятки років.

Апоптоз — це явище запрограмованої клітинної смерті. Інши­ми словами,— це сукупність клітинних процесів, що призводять до загибелі клітини. На відміну від іншого виду клітинної смер­ті — некрозу — під час апоптозу не відбувається руйнування цито­плазматичної клітинної мембрани і, відповідно, вміст клітини не потрапляє в позаклітинне середовище.

Апоптоз, можливо, індукується після накопичення певної кіль­кості генетичних помилок або через зменшення чутливості клітин до ростових сигналів, а ініціюється спеціальними сигналами й фермен­тами. Спочатку синтезуються ферменти, необхідні для здійснення загибелі клітин. Але не всі клітини з активованими ферментами ги­нуть, частина з них виживає завдяки активації генів-рятувальників і трофічних факторів. Далі процес апоптозу розгортається під впли­вом сигналів, які передаються до ядра, активацією летальних (кілерних) генів і шляхом синтезу апоптоз-специфічних білків.

Характерною ознакою є фрагментація ДНК у міжнуклеосомальних ділянках специфічною ендонуклезою — CAD (caspase activated DNase) на фрагменти розміром, кратним 180-200 нуклеотидам. У результаті апоптозу відбувається утворення апоптичних тілець — мембранних везикул, які містять цілісні органели і фрагменти ядерного хроматину. Ці тільця поглинаються сусідніми клітинами чи макрофагами в результаті фагоцитозу. Так як позаклітинний матрикс не уражається клітинними ферментами, навіть за великої кількості апоптизуючих клітин, запалення не спостерігається.

Процес апоптозу є необхідним для фізіологічного регулювання кількості клітин організму, для знищення старих клітин, для фор­мування лімфоцитів, що не є реактивними до своїх антигенів (ауто-антигенів), для осіннього опадіння листків рослин, для цитоток­сичної дії Т-лімфоцитів кіллерів, для ембріонального розвитку ор­ганізму (зникнення шкірних перетинок між пальцями в ембріонів птахів) та ін. Так, за рахунок апоптозу в пуголовків жаб відбува­ється редукція хвоста під час переходу до життя в наземному середовищі. Порушення нормального апоптозу клітин призводить до yеконтрольованого розмноження клітини й появи пухлини.

Некроз (від грец. некрос; — смерть) — процес випадкової або па­тологічної смерті живих клітин або тканин. Це менш організова­ний процес, ніж апоптоз клітин і запрограмована смерть тканин.

Некроз може відбуватися в результаті таких факторів, як при­пинення кровопостачання, дія органічних токсинів, чужорідних білків, механічне пошкодження, опіків. На відміну від апопто­зу, прибирання клітинних уламків вмираючої клітини сусідніми клітинами та, у випадку хребетних тварин, фагоцитами імунної системи загалом стає важчим, оскільки неконтрольована смерть не супроводжується генерацією клітинних сигналів, які могли би вказати на наявність мертвих клітин та необхідність фагоцитозу їх уламків. Виділення внутрішньоклітинної речовини під час некро­зу часто призводить до запалень.

Розділ ІІ Клітинний рівень організації життя

Тема: Клітина як цілісна система. Тканини

Мета: розглянути досягнення і перспективи сучасних цитотехнологій.

1. Цитотехнології – можливості і перспективи використання

1. Опрацювати даний теоретичний матеріал.

2. Зробити короткий опорний конспект у вигляді таблиці.

Цитотехнології

Технологія	Галузь застосування і значення

Питання для закріплення нового матеріалу

1. В чому суть клітинної інженерії.

2. Які перспективи застосування гібридизації соматичних клітин.

3. Як реконструкція клітин змінює їх властивості.

4. Що дасть поліпшення рослин і тварин на основі клітинних технологій?

Література

1. Тагліна О. В. Біологія 10 клас (рівень стандарту, академічний рівень), Підруч. для загальноосвіт. навч. закл., - Х.: Веста, Вид-во «Ранок», 2010

2. Балан П.Г. Біологія, 10 кл., Підруч. для загальноосвіт. навч. закл. (рівень стандарту, академічний рівень), П.Г. Балан, Ю.Г. Верес, В.П. Поліщук – К.: Генеза, 2010.

3. Межерін С.В., Межеріна Я.О., Біологія, 10 кл., Підруч. для загальноосвіт. навч. закл. (рівень стандарту, академічний рівень) – К.: Освіта, 2010.

Цитотехнології – можливості і перспективи використання

Клітинна інженерія – галузь біотехнології, у якій використовують методи виділення клітин з організму і перенесення їх на штучні поживні середовища, де ці клітини продовжують жити та розмножуватись. Вона займається створенням клітин нового типу на основі їх гібридизації, реконструкції і культивування. У вузькому значенні сло­ва під цим терміном розуміють гібридизації протопластів або тваринних клітин, у широкому — різні маніпуляції з ними, направлені на розв'язання наукових і практичних задач. Використовується для розв'язання теоретичних проблем у біотехнології, для створення нових форм рослин, що володіють корисними ознаками й одночасно є стійкими до хвороб. Вона займається сполучення соматичних клітин різних видів, родів, родин і порядків (рядів) організмів, завдяки чому вдається схрещувати організми, гібридизація яких статевим шляхом неможлива.

Ще одним перспективним напрямом досліджень клітинної інженерії є гібридизація соматичних клітин.

В основі методу лежить злиття клітин, унаслідок чого соматичних утворюються гетерокаріони, що містять ядра обох батьківських типів. Гетерокаріони, що утворилися, дають початок двом одноядерним гібридним клітинам. Таку штучну гібридизацію можна здійснювати між соматичними клітинами, що належать далеким у систематичному відношенні організмам, і навіть між рослинними і тваринними клітинами (людини і миші, людини і шпорцевої жаби, людини і комара, людини і моркви, миші і курки, курки і дріжджів). Слід зазначити, що гібридні клітини від організмів, далеких у систематичному відношенні, часто відрізняються тим, що їхні ядра не зливаються, а існують окремо. Такі клітини нездатні до поділу, але можуть існувати тривалий час на поживному середовищі.

Гібридизація соматичних клітин дає можливість створювати препарати, які підвищують стійкість організму проти різноманітних інфекцій, а також дають можливість лікувати ракові захворювання. Так, гібридизацією клітин, здатних виробляти певні антитіла, із раковими одержано гібридні клітини. Найпродуктивніші з цих клітин переносили на поживні середовища і вирощували клони, які виробляли ці антитіла.

Гібридизація соматичних клітин тварин зіграла важливу роль у дослідженні механізмів реактивації генома і ступеня фенотипичного вияву (експресивності) окремих генів, клітинного поділу, у картируванні генів у хромосо­мах людини, в аналізі причин злоякісного переродження клітин. З допомогою цього методу створені гібридоми, що використовуються для отримання моноклональних (одно­рідних) антитіл

Перспективною є реконструкція клітин. Змінювати властивості клітин можна, вводячи клітинні органели (ядра, хлоропласти), ізольовані з одних клітин, у протопласти інших клітин. Так, одним зі шляхів активізації фотосинтезу рослинної клітини може слу­жити введення в неї високоефективних хлоропластів. Штучні асоціації рослинних клітин з мікроорганізма­ми використовують для моделювання на клітинному рівні природних симбіотичних відносин, що відіграють важливу роль у забезпеченні рослин азотним живлен­ням у природних екосистемах. Реконструкцію клітин проводять також шляхом злиття клітинних фрагментів (без'ядерних, каріопластів з ядром, мікроклітин, що містять лише частину генома інтактної клітини) один з одним або з інтактними (непошкодженими) клітина­ми. У результаті отримують клітини з різними влас­тивостями, наприклад цибриди, або клітини з ядром і цитоплазмою від різних батьків. Такі конструкції використовують для вивчення ролі цитоплазми в регулю­ванні активності ядра

Можливе поліпшення рослин і тварин на основі клітинних технологій. Клітини, що вирощуються на штучних поживних се­редовищах, і тканини рослин є основою різноманітних технологій у сільському господарстві. Одні з них направ­лені на отримання ідентичних вихідній формі рослин (оздоровлення і клональне мікророзмноження, кріозберігання генофонду під час глибокого заморожування меристем і клітин пилка), інші — на створення рослин, генетично відмінних від вихідних, шляхом або полегшен­ня і прискорення традиційного селекційного процесу, або створення генетичної різноманітності й пошуку та відбору генотипів з цінними ознаками. Таким шляхом отримані рослини, стійкі до вірусів та інших патогенів, гербіци­дів; рослини, здатні синтезувати токсини, патогенні для комах-шкідників; рослини з чужорідними генами, що контролюють синтез білків холодостійкості й білків з по­ліпшеним амінокислотним складом; рослини зі зміненим балансом фітогормонів тощо.

Мільярди клітин організму (людини або тварини), що росте, по­ходять лише з однієї клітини (зиготи), яка утворюється в результаті злиття чоловічої та жіночої гамет. Ця єдина клітина містить не лише інформацію про організм, але й схему його послідовного розвитку.

Термін «стовбурова клітина» (СК) був уведений у біологію О.О. Максимовим у 1908 р. Досліджуючи процеси кровотворення, Максимов дійшов висновку: у нашому організмі протягом усього життя зберігаються недиференційовані клітини, які можуть перетво­рюватися на лімфоцити та інші спеціалізовані клітини сполучної тка­нини й крові. Пізніше Максимов назвав ці клітини стовбуровими.

На ранніх стадіях розвитку ембріона клітини неспеціалізовані. Вони отримали назву стовбурових (СК), тому що розташовані біля основи уявного стовбура генеалогічного дерева клітин, яке вінчає ко­рона з різних спеціалізованих клітин. На відміну від звичайних клі­тин, приречених виконувати суворо визначені функції в організмі, СК у процесі розвитку мають можливість набувати спеціалізації.

ДНК у всіх клітинах одного організму (крім статевих), у тому числі й стовбурових, однакова. Клітини різних органів і тканин, наприклад клітини кістки й нервові клітини, відрізняються лише тим, які гени в них увімкнені, а які вимкнені, тобто регулюванням експресії генів, наприклад, з допомогою метилювання ДНК. Тобто геном у всіх клітин ідентичний, але режим роботи, у якому він перебуває, — різний.

Крім того, СК мають ще кілька відмітних властивостей. Вони неспеціалізовані, тобто не мають тканевоспецифічних структур, що дозволяють виконувати спеціалізовані функції. СК розмножу­ються шляхом поділу, як і всі інші клітини. Відмінність полягає в тому, що вони можуть ділитися необмежено, а зрілі клітини за­звичай мають обмежену кількість циклів поділу. Тож говорять, що СК здатна до проліферації, тобто до тривалого розмноження і ре­продукції великої кількості клітин.

Вони здатні до диференціювання — процесу необоротної спеціа­лізації клітин. Сили, що дають поштовх початку диференціювання, очевидно, можуть бути внутрішніми й зовнішніми. Внутрішні сиг­нали управляються генами клітини, а зовнішні — хімічними речо­винами, які виділяють інші клітини, фізичним контактом із сусід­німи клітинами, а також деякими молекулами навколишнього се­редовища. У всіх випадках ці впливи мають по суті інформаційний характер, а не фізичний, хімічний чи характер середовища.

Останніми роками в тканинах організму, що сформувався, було виявлено клітинні елементи, здатні до диференціювання не лише в тканевоспецифічних напрямах, але й у клітини іншого тканинно­го походження. При цьому відбувається втрата первинних тканин­них маркерів і функцій і набуття маркерів і функцій знову утворе­ного клітинного типу. Це явище отримало назву трансдиференціювання (пластичності). Сьогодні вже немає жодних сумнівів, що всі тканини організму людини утворюються із СК різних клітинних лі­ній у результаті процесів проліферації, міграції, диференціювання й дозрівання. Однак ще донедавна вважалося, що СК у дорослому організмі є тканевоспецифічними, тобто здатними виробляти лінії спеціалізованих клітин лише тих тканин, у яких вони знаходяться. Це концептуальне положення було спростовано фактами трансфор­мації гемопоетичних СК не лише в клітинні елементи периферич­ної крові, але й в овальні клітини печінки. Крім того, і нейрональні СК виявилися здатними давати початок як нейронам і гліальним елементам, так і лініям клітин — попередників гемопоезу. У свою чергу, мезенхімальні стовбурові клітини, що зазвичай продукують клітинні елементи кісткової, хрящової та жирової тканин, здатні трансформуватися в нейрональні стовбурові клітини.

Отже, останніми роками встановлено такі факти трансдиференціювання СК дорослого організму:

- гематопоетичні СК можуть диференціюватися в нейрони та інші клітини мозку, м'язові клітини, клітини печінки;

- стромальні клітини кісткового мозку можуть диференціювати­ся в клітини серцевого і скелетного м'язів;

- СК мозку можуть диференціюватися в клітини крові та скелетних м'язів.

Справа в тому, що в процесі дозрівання СК проходять кілька ста­дій. У результаті в організмі існує низка популяцій СК різного сту­пеня зрілості. У нормальному стані чим більш зрілою є клітина, тим менша ймовірність того, що вона зможе перетворитися на клітину ін­шого типу. У різних органах і тканинах дорослого організму існують такі частково дозрілі СК, готові швидко дозріти й перетворитися на клітини потрібного типу. Вони називаються бластними клітинами. Наприклад, частково дозрілі клітини мозку — це нейробласти, кіст­ки — остеобласти і так далі. Диференціювання можуть запускати як внутрішні причини, так і зовнішні. Будь-яка клітина реагує на зовнішні подразники, у тому числі й на спеціальні сигнали — цитокіни. Наприклад, є сигнальна речовина, що служить ознакою перенаселе­ності. Якщо клітин стає забагато, то вона стримує поділ. У відповідь на сигнали, що надходять, клітина може регулювати експресію генів. Сьогодні досліджуються механізми пластичності СК доросло­го організму. Імовірно, коли ці механізми будуть ідентифіковані й ними навчаться керувати, для відновлення ушкоджених тканин можна буде успішно використати СК дорослого організму.

Однією з основних характеристик СК є здатність до асиметрич­ного поділу. У результаті поділу спеціалізованих клітин утворю­ються пари таких самих клітин, абсолютно тотожних одна одній. А для СК це правило не обов'язкове: вони діляться несиметрич­но — лише одна дочірня клітина ідентична батьківській і залиша­ється стовбуровою, друга проходить низку перетворень і стає спе­ціалізованою. Клітина в проміжній стадії між стовбуровою і спеціалізованою називається камбіальною. Якби відбувалося інакше, організм швидко витратив би запас СК, і відновлення тканин стало б неможливим. Цей процес порущується з віком, у людей похилого віку менше СК, ніж у дітей і дорослих, але певна їх кількість збері­гається до глибокої старості.

Протягом життя в дорослому організмі постійно відбувається загибель клітин різних тканин, як у. результаті природного віднов­лення (апоптоз), так і через ушкодження (некроз). Унаслідок цього в організмі постійно відбуваються процеси відновлення (репарації) втрачених клітин. У результаті клітинного поділу зі стовбурових клітин виникають материнська й дочірня клітини. Материнські використовуються для самопідтримання популяції, а дочірні або перетворюються на камбіальну клітину, або безпосередньо дифе­ренціюються. Стовбурова клітина зберігає властивості ранніх емб­ріональних клітин — плюрипотентність, а камбіальна цю здатність утрачає й виробляє лише регіональні структури. Таким чином, камбіальні клітини забезпечують відновлення втрачених клітин відповідних тканин і органів.

Розділ ІІ Клітинний рівень організації життя

Тема: Клітина як цілісна система. Тканини

Мета: ознайомити з досягненнями й головними напрямками роботи сучасних гістотехнологій.

Дата добавления: 2015-05-23