Развитието на едноклетъчна зигота в многоклетъчен организъм става в резултат на процесите на клетъчен растеж и диференциация. Растежът е увеличаване на масата на организма в резултат на асимилацията на дадено вещество. Може да е свързано с увеличаване както на размера, така и на броя на клетките; в този случай първоначалните клетки извличат необходимите им вещества от околната среда и ги използват, за да увеличат масата си или да изградят нови клетки, подобни на себе си. Така човешката зигота е приблизително 110 g, а новороденото дете тежи средно 3200 g, т.е. По време на вътрематочно развитие масата се увеличава милиарди пъти. От момента на раждането до достигане на средния размер за възрастен, масата нараства още 20 пъти.[...]
Диференциацията е творчески процес на насочена промяна, в резултат на който от общите черти, присъщи на всички клетки, възникват структури и функции, характерни за определени специализирани клетки. Процесът на диференциация се свежда до придобиване (или загуба) на структурни или функционални характеристики, в резултат на което тези клетки се специализират за различни видове дейности, характерни за живите организми, и образуват съответните органи в тялото. При хората, например, растящите клетки в резултат на последователни промени в процеса на диференциация се трансформират в различни клетки, които изграждат човешкото тяло - клетки на нервната, мускулната, храносмилателната, отделителната, сърдечно-съдовата, дихателната и други системи. [...]
Установено е, че диференциацията не е резултат от загуба или добавяне на генетична информация. Диференциацията не е резултат от промяна в генетичната потентност на клетката, а диференциалното изразяване на тези потенции под въздействието на средата, в която се намира клетката и нейното ядро. Клетъчната диференциация е по същество промяна в състава на клетъчните протеини - набор от ензими, и се дължи на факта, че в различни клетки от общ бройгените функционират различни набори от гени, които определят синтеза на различни набори от протеини. Селективната експресия на информацията, кодирана в гените на дадена клетка, се постига чрез активиране или потискане на процеса на транскрипция (четене) на тези гени, т.е. чрез селективен синтез на първичния генен продукт – РНК, съдържащ информацията, която трябва да бъде пренесена в цитоплазмата.[...]
При многоклетъчните организми, за разлика от едноклетъчните, растежът и диференциацията на една клетка е съгласувана с растежа и развитието на други клетки, т.е. информацията се обменя между различни клетки. Така при тези организми развитието зависи от интегрирания растеж и диференциация на всички клетки и именно тази интеграция осигурява хармоничното развитие на организма като цяло. [...]
В онтогенезата всеки организъм преминава през последователни етапи на развитие: зародишен (ембрионален), постембрионален и период на развитие на възрастния организъм. Всеки период от онтогенезата изисква определен набор от условия за своето възникване и завършване. Формирането на видовите характеристики на организма (генотипа) завършва с настъпването на пубертета, а развитието на индивидуалните характеристики (фенотипа) става до края.[...]
Възпроизвеждането на клетките продължава през целия живот на организма със скорост, съответстваща на неговите вътрешни нужди, както и в зависимост от условията на неговата вътрешна и външна среда.[...]
Растенията се характеризират с практически индетерминиран растеж, характеризиращ се с продължаващо обучениенови клетки в определени области, поради което корените и издънките растат на дължина, а поради камбия дебелината се увеличава. При повечето животни растежът се определя и след достигане на пропорциите, присъщи на възрастен организъм, областите на активно клетъчно възпроизвеждане осигуряват само замяна на изгубени или мъртви клетки, без да се увеличава общият брой клетки, присъстващи в даден организъм. В тялото някои клетки стареят и умират в резултат на жизнената дейност, а други се образуват отново. Продължителността на съществуване на различните клетки не е еднаква: от няколко дни за епидермалните (кожните) клетки до стотици години за дървесните клетки.[...]
По време на диференциацията, въпреки запазването на цялата наследствена информация, клетките губят способността си да се делят. Освен това, колкото по-специализирана е една клетка, толкова по-трудно (а понякога и невъзможно) е да се промени посоката на нейната диференциация, която се определя от ограниченията, наложени й от организма като цяло.
Гаструлацията и следващите етапи на развитие на организмите са придружени от процеси на клетъчен растеж и диференциация.
Височина- това е увеличаване на общата маса и размери на организма по време на развитието. Проявява се на клетъчно, тъканно, органно и организмово ниво. Увеличаването на масата в целия организъм отразява растежа на съставните му структури.
Растежът се осигурява от следните механизми:
Увеличаване на броя на клетките;
Увеличаване на размера на клетките;
Увеличаване на обема и масата на неклетъчната материя.
Има два вида растеж: ограничен и неограничен. Неограниченият растеж продължава през онтогенезата (по време на живота на индивида, преди и след раждането), до смъртта. Например рибите имат този растеж. Много гръбначни се характеризират с ограничен растеж, т.е. Те бързо достигат плато на своята биомаса.
Има няколко вида клетъчен растеж.
Ауксентичен - растеж, който възниква чрез увеличаване на размера на клетката. Това е рядък тип растеж, наблюдаван при животни с постоянен брой клетки, като ротатории, кръгли червеи, ларви на насекоми. Растежът на отделни клетки често се свързва с ядрена полиплоидизация.
Пролиферативен - растеж, който възниква чрез размножаване на клетките. Известен е в две форми: мултипликативна и акреционна.
Мултипликативният растеж се характеризира с факта, че и двете клетки, възникващи от деленето на родителската клетка, започват да се делят отново. Мултипликативният растеж е много ефективен и следователно чиста формапочти никога не се появява или завършва много бързо (например в ембрионалния период).
Акреционният растеж означава, че след всяко следващо делене само една от клетките се дели отново, докато другата спира да се дели. Този тип растеж е свързан с разделянето на органа на камбиални и диференцирани зони. Клетките се придвижват от първата зона към втората, като поддържат постоянни съотношения между размерите на зоните. Този растеж е характерен за органи, където клетъчният състав се обновява.
Пространствената организация на растежа е сложна и естествена. Видовата специфика на формата е до голяма степен свързана с него. Това се проявява като алометричен растеж. Биологичният му смисъл е, че по време на растежа организмът трябва да поддържа не геометрично, а физическо сходство, т.е. да не се превишават определени съотношения между телесното тегло и размера на опорните и двигателните органи. Тъй като с растежа на тялото масата се увеличава до трета степен, а напречното сечение на костите до втора степен, тогава, за да не бъде смачкано тялото от собствената си тежест, костите трябва да растат на дебелина непропорционално бързо.
Има лимит или лимит на Хейфлик – лимит на броя на деленията на соматичните клетки, кръстен на своя откривател Леонард Хейфлик. През 1961 г. Хейфлик наблюдава как човешките клетки, делящи се в клетъчна култура, умират след около 50 деления и показват признаци на стареене, когато се доближат до тази граница. Тази граница е открита в култури от всички напълно диференцирани клетки както на хора, така и на други многоклетъчни организми. Максималният брой деления варира в зависимост от типа клетка и варира още повече в зависимост от организма. За повечето човешки клетки границата на Хейфлик е 52 деления.
Границата на Хейфлик е свързана с намаляване на размера на теломерите - участъци от ДНК в краищата на хромозомите. Ако клетката няма активна теломераза, както повечето соматични клетки, размерът на теломерите намалява с всяко клетъчно делене, т.к. ДНК полимеразата не е в състояние да репликира краищата на ДНК молекула. В резултат на това явление теломерите трябва да се съкращават много бавно - няколко (3-6) нуклеотида на клетъчен цикъл, тоест за броя на деленията, съответстващ на границата на Хейфлик, те ще се съкратят само със 150-300 нуклеотида. Понастоящем е предложена епигенетична теория за стареенето, която обяснява ерозията на теломерите предимно чрез активността на клетъчни рекомбинази, активирани в отговор на увреждане на ДНК, причинено главно от свързана с възрастта дерепресия на мобилни елементи на генома. Когато след определен брой деления теломерите изчезнат напълно, клетката замръзва на определен етап от клетъчния цикъл или започва програма на апоптоза - феномен на постепенно разрушаване на клетките, открит през втората половина на 20 век, изразяващ се в намаляване на размера на клетките и минимизиране на количеството вещество, навлизащо в междуклетъчното пространство след разрушаването му.
Най-важната характеристикарастежът е негов диференциалност. Това означава, че скоростта на растеж не е еднаква, първо, в различни части на тялото и, второ, на различни етапиразвитие. Ясно е, че диференциалният растеж има дълбок ефект върху морфогенезата. Растежът на ембриона на различни етапи е придружен от клетъчна диференциация. Диференциацията е промени в структурата на клетките, свързани със специализацията на техните функции и определени от активността на определени гени. Диференциацията на клетките води до появата както на морфологични, така и на функционални различия, дължащи се на тяхната специализация. По време на процеса на диференциация по-малко специализирана клетка става по-специализирана. Диференциацията променя клетъчната функция, размера, формата и метаболитната активност.
Има 4 етапа на диференциация.
1. Оотипична диференциацияна етап зигота е представен от предполагаеми рудименти - участъци от оплоденото яйце.
2. Бластомерна диференциацияна етапа на бластула се състои в появата на неравни бластомери (например бластомери на покрива, дъното на маргиналните зони при някои животни).
3. Рудиментарна диференциацияв ранния стадий на гаструла. Появяват се отделни зони - зародишни слоеве.
4. Хистогенетична диференциацияв късния стадий на гаструла. В рамките на един лист се появяват рудименти на различни тъкани (например в сомитите на мезодермата). Зачатъците на органите и системите се образуват от тъканите. По време на процеса на гаструлация и диференциация на зародишните слоеве се появява аксиален комплекс от органни примордии.
Появата на нови структури и изменението на тяхната форма по време на индивидуалното развитие на организмите се нарича морфогенеза. Морфогенезата, подобно на растежа и клетъчната диференциация, се отнася до a цикличенпроцеси, т.е. без връщане към предишното си състояние и в по-голямата си част необратимо. Основното свойство на ацикличните процеси е тяхната пространствено-времева организация. Морфогенезата на надклетъчно ниво започва с гаструлацията. При хордовите след гаструлацията се образуват аксиални органи. През този период, както и при гаструлацията, морфологичните промени обхващат целия ембрион. Последващата органогенеза е локален процес. Във всеки от тях се извършва разчленяване на нови дискретни (индивидуални) зачатъци. Така индивидуалното развитие протича последователно във времето и пространството, което води до формирането на индивид със сложна структура и много по-богата информация от генетичната информация на зиготата.
Министерство на образованието на Руската федерация
Технологичен институт в Санкт Петербург
Катедра по молекулярна биотехнология
Есе
Тема: Диференциация на ембрионалните клетки
Изпълнено от: Шилов С.Д. gr.295 курс 3
Санкт Петербург
2003 г
Въведение……………………………………………………………………………………..3
Определяне и разграничаване……………………………………………….3
Фрагментация на яйцеклетката и образуване на бластула……………………………..4
Организационни центрове на развиващи се ембриони. Индукция…………..6
Химически аспект на изследването и диференциацията на клетките и тъканите…………...8
Теория на полето.. ……………………………………………………………………………………….10
Заключение……………………………………………………………………………………...12
Списък на използваната литература……………………………………………..13
Приложение……………………………………………………………………………………..14
Въведение:
Тялото на всяко многоклетъчно животно може да се разглежда като клонинг на клетки, образувани от една единствена клетка - оплодена яйцеклетка. Следователно клетките на тялото по правило са генетично идентични, но се различават по фенотип: някои стават мускулни клетки, други стават неврони, трети стават кръвни клетки и т.н. Клетки в тялото различни видовеподредени по строго определен подреден начин и благодарение на това тялото има характерна форма. Всички характеристики на организма се определят от последователността на нуклеотидите в геномната ДНК, която се възпроизвежда във всяка клетка. Всички клетки получават едни и същи генетични „инструкции“, но ги тълкуват с надлежно отчитане на времето и обстоятелствата - така че всяка клетка да изпълнява своята специфична специфична функция в многоклетъчна общност.
Многоклетъчните организми често са много сложни, но са изградени с помощта на много ограничен набор от различни формиклетъчна активност. Клетките растат и се делят. Те умират, комбинират се механично, създават сили, които им позволяват да се движат и променят формата си, диференцират се, т.е. започват или спират синтеза на определени вещества, кодирани от генома, отделят се в околната среда или образуват вещества на повърхността си, които влияе върху дейността на съседните клетки. В това есе ще се опитам да обясня как прилагането на различни форми на клетъчна активност в точното време и на точното място води до формирането на цялостен организъм.
Определяне и разграничаване:
Най-важните понятия в експерименталната ембриология са понятията диференциация и детерминация, отразяващи основните явления на приемствеността, последователността на процесите в развитието на организма. В онтогенезата непрекъснато протичат процеси на диференциация, тоест възникват нови и нови промени между различните части на ембриона, между клетките и тъканите и различни органи. В сравнение с първоначалната яйцеклетка в процес на развитие, организмът изглежда необичайно сложен. Диференциацията е структурна, биохимична или друга промяна в развитието на организма, при която относително хомогенното се превръща във все по-различно, независимо дали става дума за клетки (цитологична диференциация), тъкани (хистологична диференциация) или органи и организма като цяло, говорим за морфологични или за физиологични изменения. При идентифициране на причинно-следствения механизъм на определени диференциации се използва терминът детерминация. Част от ембриона се нарича определена от момента, в който се носи в себе си конкретни причининеговото по-нататъшно развитие, когато то може да се развива чрез самодиференциране в съответствие с перспективното си развитие. Според B.I. Решителността на Балински трябва да се нарече стабилността на процесите на диференциация, които са започнали, тяхната тенденция да се развиват в желаната посока, въпреки променящите се условия, необратимостта на минали промени.
Тялото на животното е изградено от относително малък брой лесно различими видове клетки – около 200. Разликите между тях са толкова ясни, защото освен многобройните протеини, необходими на всяка клетка в тялото, различните видове клетки синтезират свои собствени набор от специализирани протеини. Керотинът се образува в епидермалните клетки, хемоглобинът се образува в еритроцитите, храносмилателните ензими се образуват в чревните клетки и др. Може да възникне въпросът: дали това не се дължи просто на факта, че клетките имат различни набори от гени? Клетките на лещите биха могли например да загубят гените за кератин, хемоглобин и т.н., но да запазят гените за кристалините; или те биха могли селективно да увеличат броя на копията на кристалиновите гени чрез амплификация. Това обаче не е вярно; редица изследвания показват, че клетките от почти всички видове съдържат същия пълен геном, който е бил в оплодената яйцеклетка. Клетките изглеждат различни не защото съдържат различни гени, а защото експресират различни гени. Генната активност подлежи на регулиране: те могат да се включват и изключват.
Най-убедителното доказателство, че въпреки видимите промени в клетките по време на диференциацията им, самият геном остава непроменен в тях, е получено при експерименти с трансплантация на ядра в яйца на земноводни. Ядрото на яйцеклетката първо се разрушава чрез облъчване с ултравиолетова светлина и ядрото на диференцирана клетка, например от червата, се трансплантира в оплодена яйцеклетка с помощта на микропипета. По този начин може да се провери дали ядрото на диференцирана клетка съдържа пълен геном, еквивалентен на генома на оплодена яйцеклетка и способен да осигури нормалното развитие на ембриона. Отговорът беше положителен; в тези експерименти беше възможно да се отгледа нормална жаба, способна да произвежда потомство.
Фрагментация на яйцеклетката и образуване на бластула:
Животните са се развили по много начини. Връзките между развиващите се организми и тяхната среда са много разнообразни и специфични. Въпреки това и въпреки големите особености в морфологията и физиологията на разцепването при различните животински видове, разцепването на яйцеклетката при повечето организми се осъществява чрез подобен период на развитие, наречен бластула (от гръцки blaste, blastos - издънка, зачатък ). Това е един от многото показатели за общия произход на животинския свят и един от примерите за паралелизъм в еволюционното развитие на структурите. Но това не означава, че ембрионите на всички животни са изградени по абсолютно същия начин на етапа на бластула; напротив, наред с осн общи характеристикиСъществуват и значителни разлики в бластулата на различните животни. В зависимост от много причини смачканото яйце обикновено запазва първоначалната си сферична форма, а бластомерите могат да упражняват много голям натиск един върху друг, да придобият многостранна форма и да не оставят празнини между тях; в този случай се образува морула - съвкупност от делящи се клетки, напомняща къпина с по-голяма или по-малка кухина вътре, пълна с отпадъчни продукти на клетките. (Фиг. 1) Тази кухина се нарича кухина на смачкване или в чест на учения Баер, който пръв я описва - кухина на Баер. Докато клетките се делят, кухината постепенно се разширява и се превръща в кухина на бластулата, наречена бластоцелиум. Клетките, граничещи с бластоцелума, образуват епителния слой.
Фиг. 1
След като клетките на бластулата са образували епителния слой, идва ред на координираните движения – гаструлацията. Това радикално преструктуриране води до превръщането на куха клетъчна топка в многослойна структура с централна ос и двустранна симетрия. Докато животното се развива, трябва да се определят предните и задните краища на тялото, вентралната и дорзалната страна и централната равнина на симетрия, разделяща тялото на дясна и лява половина. Тази полярност е много ранна фазаразвитие на ембриона. В резултат на сложния процес на инвагинация (инвагинация) (фиг. 1) значителна част от епитела се премества от външна повърхноствътре в ембриона, образувайки първичните черва. По-нататъшното развитие ще се определя от взаимодействията на вътрешния, външния и средния слой, създадени по време на гаструлацията. След процеса на гаструлация започва процесът на органогенеза - това е локална промяна в определени области на един или друг зародишен слой и образуването на зачатъка. В същото време понякога е невъзможно да се идентифицира доминиращ тип клетъчен материал, от който зависи механизмът на развитие на органите.
Организационни центрове на развиващи се ембриони. Индукция.
В своите изтезания Шпеман отряза цялата горна половина (животинско полукълбо) на ембриона на тритона в ранния стадий на гаструла, обърна го на 180° и го снади обратно. В резултат на това на същото място, където трябваше да бъде, се образува нервна пластина, но не от нормален клетъчен материал, а от ектодермален слой. Шпеман реши, че в тази област се разпространява някакво влияние, което кара клетките на ектодермалния слой да се развиват по пътя на развитие на нервната пластина, т.е. предизвикват нейното образуване. Тази област той нарича организационен център, а самия материал, от който идва влиянието – организатор или индуктор. Впоследствие Spemann трансплантира така наречените индуктори в различни области на други ембриони в стадия на бластула или ранна гаструла. Независимо от местоположението, в ембриона се индуцира вторична нервна пластина с всички атрибути, но не от присадката, а от клетките гостоприемници, докато самата присадка в повечето случаи се движи по пътя на нормалното си развитие. За да анализира тези явления, през 1938 г. Goldfeather култивира малки парчета, изрязани от гаструлата на тритони в стандартна среда. Оказа се, че парчета, изрязани от различни области на ембриона, тоест детерминирани в различна степен, в зависимост от това или се разпадат на различни отделни клетки (по-малко детерминирани), или могат да образуват различни тъканни структури (по-локално детерминирани). Тези структури, на езика на школата на Шпеман, се развиват в отсъствието на организатор.
Напълно убедително заключение от тези факти е направено през 1955 г. от J. Goltfreter и W. Hamburger: всички части на маргиналната зона произвеждат, при условия на експлантация, по-голямо разнообразие от тъкани, отколкото биха произвели, ако бяха в ембрионалната система. По-късно тези учени, анализирайки експериментални данни, направиха много важно заключение, че би било погрешно полетата и организаторите да се считат за върховна сила при определяне на съдбата на други по-малко специфични части от ембриона. Ценните резултати от многобройните експерименти и изследвания на школата на Шпеман и неговите последователи от други лаборатории, които дадоха на ембриологията блестящи доказателства за взаимозависимостта на частите на ембриона, неговата интеграция на всеки етап от развитието, започнаха да се тълкуват все повече и повече еднозначно. странично, като действието на организаторите върху предполагаемо диференциран клетъчен материал. Това е период от развитието на ембриологията, когато изглежда, че основното обяснение на процесите на морфогенеза е намерено и критичните коментари на отделни учени срещу едностранчивите хобита се смятат за нещо, което спъва развитието на науката. Създадената по това време теория организационни центрове, несъмнено, съдържаше едностранчиви и дори фанатични възгледи, които бяха победени пред лицето на нови, не по-малко очарователни факти, открити впоследствие от самата школа Шпеман.
Изследователите са изправени пред въпроса: колко специфично е действието на организаторите и индукторите? При трансплантация на организатор от земноводно без опашка (коремна жаба)
Индукцията на медуларната пластина е открита в ембриона на опашато земноводно (тритон). При трансплантация от ембрион на птица в ембрион на тритон органайзерът има и индуциращ ефект. Подобно явление възниква, когато организатор на тритон се трансплантира в заешки ембрион. Възникнаха и други въпроси. Еднакви ли са организаторите по природа при различните животни? Зависят ли индуциращите свойства на организатора от клетката, нейните компоненти, специфичната диференциация, вида на връзките между клетките - с една дума, от биологичната система на организатора, или говорим за някакъв друг механизъм? През 1931 г. е открито, че организаторът е способен да предизвика дори след пълно разрушаване на структурата си, дори пълно разрушаване на клетките си. Те смесват натрошените парчета от ембриона, правят от тях бучки и ги трансплантират в кухината на бластулата на друг ембрион. Индукцията се проведе. През 1932 г. се появява съобщение за така наречените мъртви организатори. Група учени изследваха ефекта на убитите организатори, за които клетките бяха изсушени на 120 градуса, варени, замразени, поставени в алкохол за 6 месеца, солна киселинаи т.н. Оказа се, че след подобни манипулации организаторът не е загубил индукционните си способности. Повечето ембриолози видяха в това откритие нова ерав ембриологията, познаване на химичния механизъм на организаторите, намиране на формообразуващи и органообразуващи вещества. Някои лаборатории се опитаха да докажат, че действието на мъртвите организатори е различно от действието на живите. Но скоро, за изненада на изследователите, беше открита неспецифичността на организаторите. Индуктори се оказаха убити парчета хидра, парчета черен дроб, бъбреци, език, различни тъкани от човешки труп, парчета мускули на мекотели, натрошени дафнии, парчета черва от риба, клетки от саркома на плъх, пилешки и човешки тъкани. Започва едностранчиво очарование от химията на индукторите: те започват да се опитват да разгадаят формулата на веществото, което предизвиква специфичен формообразуващ процес, и в течение на няколко години се натрупва богат материал. Въпросът стигна до абсурда: парчета агар, уж импрегнирани с такова вещество, мастна киселинарастителни масла, цефалин, нафталин, който е отровен за животните.Открито е, че дори растителни клетки, трансплантирани в ембрион, дават индукторен ефект! Сега е ясно, че всички тези опити за намиране на конкретна формообразуваща субстанция са били просто мода и не са постигнали целта си.
Да се върнем отново към теорията на организаторите. В обичайната схема за индуктивните влияния на организаторите върху клетъчния материал, който реагира, индуцира се, се подразбира като нещо безразлично, тоест просто чакащо да бъде тласнато към определяне. Обаче не е така. Клетъчният материал, върху който действа органайзерът, не е безразличен. М. Н. Рагозина показа, че анлагът на аксиалната мезодерма е не само индуктор на невралната тръба, но също така изисква за диференциацията си формиращо влияние от анлагето на нервната система. В този случай не се осъществява едностранна индукция, а взаимодействие на части от развиващия се ембрион. Един и същи индуктор може да индуцира различни образувания, например ушно мехурче, когато се трансплантира отстрани на ембрион на земноводни, може да индуцира допълнителен крайник; същото мехурче, когато се трансплантира на различно място и на различен етап на развитие, може индуцирайте ушна капсула. Може да действа и като индуктор на акцесорното ядро на лещата при контакт със зачатъка на лещата и др.
По-добре е да обобщим казаното с цитат от работата на Уодингтън, който, заедно с редица други учени, толкова енергично се опитва да разбере химията на организаторите: „Изглеждаше, че бяхме на прага на изключително важно откритие– възможност за получаване на вещество, което влияе върху развитието. Трудността не беше, че не можахме да намерим вещество, което да действа като организатор, за да предизвика клетъчна диференциация, а че открихме твърде много такива вещества. В крайна сметка J. Needham, M. Brachet и авторът на тази статия убедително показаха, че дори метиленово синьо - вещество, което дори и най-запаленият човек не би търсил в ембриона - може да предизвика образуването на нервна тъкан. Оказа се, че е безполезно да се търси реагиращо вещество в една клетка, което може да предостави ключа към разбирането на диференциацията. Причината за диференциацията трябва да се търси в реагиращата тъкан, в която се случва.
Химически аспект на изследването и диференциацията на клетките и тъканите:
През 50-те и 60-те години, поради нарастващото взаимно влияние на биологията, физиката и химията и използването на нови техники, интересът към химията на индукторите отново се увеличи, въпреки че съдържанието на тази концепция се промени драматично. Първо, счита се за неоснователно да се търси някакво формообразуващо вещество, което причинява инфекция. Второ, все по-малко изследователи оприличават феномена на индукцията, наблюдаван по време на нормалното развитие на ембрионите, с феномена на мъртвите организатори. Трето, вместо хипотезата на Спеман за индуктивните влияния на организатора върху „безразличния“ клетъчен материал, беше установена идеята за взаимозависимостта на частите в развитието на ембрионите.
През 1938 г. С. Тойвонен, тествайки стотици различни животински тъкани за способността да индуцират аксиални примордии при земноводни, открива, че някои индуктори имат качествено различни действия, а именно: чернодробната тъкан на морско свинче индуцира почти изключително предния мозък и неговите производни, костен мозък - структури на тялото и опашката. През 1950 г. Ф. Леман предлага хипотеза, приета от Тойвонен, Яматада и други изследователи. Според тази хипотеза, първичната индукция може да бъде причинена от най-малко два агента, образуващи два припокриващи се градиента. Едното вещество индуцира изключително предно-цефалични (архенцефални) структури, а другото вещество индуцира стволово-каудални (деутеренцефални) структури. Ако има много от втория агент и малко от първия, тогава се индуцира предният мозък; ако има много от първото и малко от второто, тогава се появява частта на багажника и опашката. Всичко това се случва, според хипотезата, в нормалното развитие на земноводните; трябва да си представим наличието на определени индуциращи вещества в подходящи количествени комбинации в различни части на ембриона. Тойвонен
Провежда серия от експерименти с отделно и едновременно действие на чернодробна тъкан и костен мозък и данните потвърждават тази теория. С действието на чернодробната тъкан се образува предният мозък и неговите производни, с действието на костния мозък се образуват стволно-каудалните тъкани, а с едновременното действие на черния дроб и костния мозък се образуват структури на всички нива на тялото на се образуват нормални ларва.
Тойвонен приема, че всеки от двата индуктора образува свое активно поле, при едновременното им действие се появява комбинирано поле (фиг. 2)
До 70-те години химията на „индукторите“ се оказва толкова неясна, колкото и през периода на едностранен химически ентусиазъм на ембриолозите през 30-те години. Въпреки големия напредък в химическата ембриология, всички основни въпроси относно „организационните центрове” остават същите като през 40-те години. Хипотезата на Тойвонен, за съжаление, не предоставя нищо фундаментално ново в сравнение със старите едностранчиви химични схеми на същността на индукторите и организаторите, само вместо едно вещество те мислят за две или повече. Трябва да се имат предвид следните очевидни недостатъци на хипотезата на Тойвонен, които самият автор отчасти посочва. Първо, тази хипотеза говори само за индуктори и изобщо не засяга основния въпрос - за реагиращите системи. Второ, дава се експериментална обосновка на базата на действието на някои вещества в животинските тъкани и се прави опит да се обясни феноменът на нормалното развитие на ембрионите на земноводните. Необходимо е да се докаже, че изолираните вещества действително присъстват в нормалната гаструла на ембриона. Ако има, какво е местоположението им? Въпреки това, няма причина да се пренебрегват интересните данни на Тойвонен и други изследователи. Тези данни отразяват дългогодишни експерименти върху животински и вегетативни тенденции в морски таралежи. (фиг. 3)
В експерименти хирургична интервенцияна етапи от 16 до 64 бластомера са отстранени различни части от ембриона - животински и вегетативни. Нормално развитие е настъпило, ако животинските и вегетативните градиенти не доминират взаимно. По същество тези експерименти са близки до възгледите на Товонен.
Теория на полето:
Различните изследователи влагат различно съдържание в понятието поле. Някои смятат полето за област, в която определени фактори действат по същия начин. Вътре в полето, според техните представи, има състояние на равновесие. Полето е една система, а не мозайка, където някои части могат да бъдат премахнати или заменени без промяна на системата. В рамките на полевата система може да има различни концентрации на химикали и може да има метаболитни градиенти.
Теория на полето на Колцов. Идеята на Н. К. Колцов за целостта на организма и неговата теория на полето е опит да се разгледат данните от експерименталната ембриология и генетика във физически и химичен аспект.
Ооцитът и яйцето са организирани системи, с ясно изразена полярност, с определено разположение на клетъчните структури. Вече в овоцитите има различни вещества и структури, които дават уникална реакция на киселинни и основни багрила, в зависимост от тяхното pH. Това означава, че различните части на клетката могат да имат различни положителни или отрицателни заряди. В цяла клетка нейната повърхност, като правило, е отрицателно заредена, а повърхността на ядрото и хромозомите е положително заредена. Когато овоцитът узрее, се създава електрическо силово поле в съответствие с неговата структура, което „фиксира“ тази структура. Под въздействието на силовото поле в клетката трябва да се появят определени катафоретични точки за движение на веществата, което се обяснява с разликата в потенциалите. Когато яйцеклетката се активира от сперма, настъпва промяна в дишането, понякога рязка промяна в pH, промяна в пропускливостта на мембраната и движението на веществата. Според Колцов тези явления очевидно са причинени от напреженията на презареждащите силови полета и потенциалните разлики. По този начин ембрионът, който започва да се развива, е силово поле. По време на развитието различните точки на силовото поле се характеризират с потенциални разлики. Не става въпрос само за електрически потенциали, но и за химически, температурни, гравитационни, дифузни, капилярни, механични и др.
Дори такъв фактор като намаляване или увеличаване на пропускливостта на клетъчните мембрани неизбежно причинява промяна в теченията на течните вещества. Поради факта, че има определени връзки между бластомерите, може да се предположи, че промените в теченията на течни вещества също могат да повлияят на пространственото разположение на бластомерите. Потенциали от различно естество и техните промени не само съпътстват развитието на ембрионите, не само отразяват състоянието на неговата интеграция, но и играят важна роля в развитието, определяйки поведението на отделните бластомери и целия ембрион. По време на развитието си силовото поле на ембриона се променя: то става по-сложно, диференцирано, но остава единно. Колцов говори за центрове с голяма потенциална разлика, за центрове от втора и трета степен. Той говори за градиенти с напрежение, намаляващо от един потенциал към друг. Градиенти, определени от цялото силово поле, се разпространяват от всеки център. Като се има предвид състоянието на биофизиката през 30-те години на миналия век, Колцов не може да създаде по-конкретни физически идеи за пола на ембриона. Той вярваше, че силовото поле не е магнитно, но може да се сравни с него. Бластомерите, които възникват по време на раздробяване и не са идентични по структура, завършват различни частина единното поле на ембриона и в съответствие с новата позиция променят своите биохимични характеристики и структура. По този начин поведението на всяка част от ембриона зависи от неговата предварителна структура, от влиянието на общото силово поле и влиянието на близките области на това поле.
Колцов въвежда и понятието „силово поле на външната среда“ (гравитационно, светлинно и химическо), като му приписва важно значение, тъй като влияе върху силовото поле вътре в ембриона, например, определяйки посоката на растеж при заседнали животни.
За съжаление въпросите на физиката на ембрионалното развитие са напълно недостатъчно разработени. Наличните факти не противоречат на мислите на Колцов за полетата.
Други изследователи също изразиха мисли, близки до възгледите на Колцов.През 1968 г. Б. Вайсберг предложи единна, физическа интерпретация на различни морфогенетични процеси, създавайки идеята за колебателни полета. Той изучава колебанията в електрическите потенциали в миксомицетите, приликите на някои органични форми, например, колонии от гъби с подреждане на малки частици в акустичното поле. Вайсберг смята, че осцилаторните полета водят до факта, че клетъчните комплекси трябва да бъдат разделени на територии, в рамките на които трептенията са синхронизирани по фази и между териториите се създава фазова разлика. Полученото пространствено разделяне може да доведе до морфогенетични движения: инвагинация на клетки по време на гаструлация, разположение на полукръглите канали на вътрешното ухо, образуване на пектални пластини в ктенофорите и др.
Анализът на всички теории не ни позволява да признаем нито една от тях като теория за индивидуалното развитие, която може да задоволи ембриолога. Независимо от методологията на изследването, трябва да се вземе предвид очевидният факт, че всяка представа за ембриона като мозайка от части, като сбор от бластомери и т.н. е несъстоятелно, че организмът на който и да е етап от развитието си е интегриран по някакъв начин и представлява цялостна система.
Списък на използваната литература:
Б. П. Токин „Обща ембриология“
Издателство "Висше училище" Москва 1970 г
Б. Албърс, Д. Брей, Дж. Луис, М. Раф, К. Робъртс, Дж. Уотсън „Молекулярна биология на клетката” том 4
издателство "Мир" Москва 1987 г
ДИФЕРЕНЦИАЦИЯ ДИФЕРЕНЦИАЦИЯ
появата на различия между хомогенни клетки и тъкани, техните промени по време на развитието на индивида, водещи до образуването на специализирани клетки. клетки, органи и тъкани. D. лежи в основата на морфогенезата и се среща главно. в процеса на ембрионалното развитие, както и в постембрионалното развитие и в някои органи на възрастния организъм, напр. в хемопоетичните органи тотипотентните хематопоетични стволови клетки се диференцират в различни типове. кръвни клетки, а в половите жлези първичните зародишни клетки се образуват в гамети. Г. се изразява в промени в структурата и функцията. свойства (нервните клетки придобиват способността да предават нервни импулси, жлезистите клетки - да отделят съответни вещества и др.). гл. Г. фактори - разлики в цитоплазмата на ранните ембрионални клетки, дължащи се на хетерогенността на цитоплазмата на яйцето и специфични. влияние на съседни клетки - индукция. Курсът на D. се влияе от хормони. Мн. факторите, определящи Д., все още не са известни. Под влияние на к.-л. фактор Г. детерминацията възниква първо при външни. признаците на D. все още не са се появили, но по-нататъшното развитие на тъканта вече може да настъпи независимо от фактора, причиняващ D. Обикновено D. е необратимо. Но в условия на увреждане на тъкан, способна на регенерация, както и в случаи на злокачествено заболяване. По време на клетъчна дегенерация настъпва частична дедиференциация. В този случай са възможни случаи на придобиване на дедиференциация. клетки, способни на D. в различна посока (метаплазия). Молекулярна генетика основата на D. е активността на гени, специфични за всяка тъкан. Въпреки че всичко е соматично. Клетките на тялото имат един и същ набор от гени, във всяка тъкан са активни само част от гените, отговорни за дадена D. Ролята на факторите на D. следователно се намалява до селекция. активиране (включване) на тези гени. Определена дейност. гени води до синтеза на съотв протеини, които определят D. Смята се, че цитоскелетът и гликопротеиновият комплекс на клетъчната мембрана играят решаваща роля при определянето на формата на клетките, тяхната способност да се свързват помежду си (вижте АДХЕЗИЯ) и техните движения по време на D. - гликокаликса.
.(Източник: „Биологичен енциклопедичен речник“. Главен редактор М. С. Гиляров; Редакционна колегия: А. А. Бабаев, Г. Г. Винберг, Г. А. Заварзин и др. - 2-ро изд., коригирано - М.: Сов. Енциклопедия, 1986.)
диференциацияПроцес на различия, възникващи между първоначално хомогенни клетки, по време на който се образуват специализирани клетки, тъкани и органи, които са способни да изпълняват определени функции в тялото. По този начин диференциацията е в основата на индивидуалното развитие на многоклетъчните организми от оплождането на яйцето до образуването възрастен. При животните диференциацията протича интензивно, когато ембрионално развитие, както и в постембрионалния период, докато тялото расте и се развива. Клетъчната диференциация се случва и при възрастен организъм, когато например в хемопоетичните органи стволови клеткисе диференцират в постоянно обновяващи се кръвни клетки, а в гениталните органи първичните зародишни клетки гамети. За разлика от животните, растенията растат през целия си живот и следователно образуването на нови органи и тъкани продължава, докато съществуват. Тези процеси са осигурени учебни тъкани, или меристемите. Меристемите се състоят от неспециализирани, външно идентични клетки, които по време на многократно делене се диференцират и пораждат различни тъкани и органи на растението.
Процесите на клетъчна диференциация се определят от програми, съдържащи се в гените. Тъй като всички соматични клетки на развиващия се ембрион съдържат една и съща генетична информация, появата от генетично подобни клетки на различни специализирани клетки като например клетки на мозъка, мускулите, кожата при животните или клетките на листата и корените при растенията, може се обяснява само с работата, която съдържат различни гени или т.нар. диференциална експресия (активност) на гените. Сложните молекулярни и клетъчни механизми, които регулират включването и изключването на различни гени и насочват клетките по различни пътища на диференциация, не са добре разбрани.
Преди това се смяташе, че диференциацията на соматичните клетки, особено на клетките на висшите животни, е необратима. Въпреки това успехът на методи като напр клетъчна и тъканна култураИ клониране, показа, че в някои случаи диференциацията е обратима: при определени условия от специализирана клетка може да се отгледа пълноценен организъм.
.(Източник: „Биология. Съвременна илюстрована енциклопедия“. Главен редактор А. П. Горкин; М.: Росман, 2006.)
Синоними:
Вижте какво е „ДИФЕРЕНЦИАЦИЯ“ в други речници:
диференциация- и, f. différencier, немски. differentieren. остарял Действие по стойност гл. диференцират. Подобренията в нашата цивилизация все повече клонят към развитие само на някои от нашите способности, към едностранчиво развитие, към... ... Исторически речник на галицизмите на руския език
диференциация- 1. Процес, в резултат на който индивидът спира да реагира на тези стимули, след които не се представят безусловни или подсилващи агенти, и възпроизвежда поведенчески реакции само към онези стимули, които продължават... ... Голяма психологическа енциклопедия
Трансформация в процеса на индивидуално развитие на организма (онтогенеза) на първоначално идентични, неспециализирани клетки на ембриона в специализирани клетки на тъкани и органи... Голям енциклопедичен речник
Процесът на превръщане на стволови клетки в клетки, които дават началото на една линия кръвни клетки. Този процес води до образуването на червени кръвни клетки (еритроцити), тромбоцити, неутрофили, моноцити, еозинофили, базофили и лимфоцити... Медицински термини
Клетките са процес на осъществяване на генетично обусловена програма за формиране на специализиран клетъчен фенотип, отразяващ способността им да изпълняват определени профилни функции. С други думи, клетъчният фенотип е резултат от координирана... ... Уикипедия
Съществително име, брой синоними: 2 диференциация (11) диференциация (6) ASIS Речник на синонимите. В.Н. Тришин. 2013… Речник на синонимите
диференциация- Специализация на предварително хомогенни клетки и тъкани на тялото Теми на биотехнологиите EN диференциация ... Ръководство за технически преводач
диференциация- ДИФЕРЕНЦИАЦИЯТА В ЕМБРИОЛОГИЯТА НА ЖИВОТНИТЕ е процесът на формиране на специфични свойства в клетките по време на индивидуалното развитие и появата на различия между хомогенни клетки и тъкани, което води до образуването на специализирани клетки, тъкани и... ... Обща ембриология: Терминологичен речник
В процеса на индивидуално развитие на организма (онтогенеза), трансформацията на първоначално идентични, неспециализирани клетки на ембриона в специализирани клетки на тъкани и органи. * * * ДИФЕРЕНЦИАЦИЯ ДИФЕРЕНЦИАЦИЯ, трансформация в процеса... ... енциклопедичен речник
Диференциация Подлежаща морфогенеза
Клетъчна диференциация и патология
1. Клетъчна диференциация. Фактори и регулация на диференциацията. Стволови клетки и диферон
Този въпрос е един от най-сложните и в същото време интересен както за цитологията, така и за биологията. Диференциацията е процесът на възникване и развитие на структурни и функционални различия между първоначално хомогенни ембрионални клетки, в резултат на което се образуват специализирани клетки, тъкани и органи на многоклетъчен организъм. Клетъчната диференциация е критичен компонент от процеса на формиране на многоклетъчен организъм. В общия случай диференциацията е необратима, т.е. силно диференцираните клетки не могат да се трансформират в друг вид клетка. Това явление се нарича терминална диференциация и е характерно предимно за животинските клетки. За разлика от животинските клетки, повечето растителни клетки, дори след диференциация, са способни да преминат към делене и дори да поемат по нов път на развитие. Този процес се нарича дедиференциация. Например, когато едно стъбло се отреже, някои клетки в областта на среза започват да се делят и затварят раната, докато други могат дори да претърпят дедиференциация. По този начин кортикалните клетки могат да се трансформират в ксилемни клетки и да възстановят съдовата непрекъснатост в зоната на увреждане. При експериментални условия, когато растителната тъкан се култивира в подходяща хранителна среда, клетките образуват калус. Калусът е маса от относително недиференцирани клетки, получени от диференцирани растителни клетки. При подходящи условия нови растения могат да се отгледат от единични калусни клетки. По време на диференциацията няма загуба или пренареждане на ДНК. Това убедително се доказва от резултатите от експериментите за трансплантация на ядра от диференцирани клетки към недиференцирани. По този начин ядрото от диференцирана клетка беше въведено в енуклеирано яйце на жаба. В резултат на това от такава клетка се развила нормална попова лъжица. Диференциацията се извършва главно през ембрионалния период, както и в първите етапи на постембрионалното развитие. Освен това се извършва диференциация в някои органи на възрастния организъм. Например в хемопоетичните органи стволовите клетки се диференцират в различни кръвни клетки, а в половите жлези първичните зародишни клетки се диференцират в гамети.
Фактори и регулация на диференциацията. В първите етапи на онтогенезата развитието на организма протича под контрола на РНК и други компоненти, разположени в цитоплазмата на яйцето. Тогава факторите на диференциация започват да влияят на развитието.
Има два основни фактора на диференциация:
1.Разлики в цитоплазмата на ранните ембрионални клетки, дължащи се на хетерогенността на цитоплазмата на яйцето. 2.Специфични влияния на съседни клетки (индукция). Ролята на факторите на диференциация е селективно да активират или инактивират определени гени в различни клетки. Активността на определени гени води до синтеза на съответните протеини, които насочват диференциацията. Синтезираните протеини могат да блокират или, напротив, да активират транскрипцията. Първоначално активирането или инактивирането на различни гени зависи от взаимодействието на тотипотентните клетъчни ядра с тяхната специфична цитоплазма. Появата на локални различия в свойствата на цитоплазмата на клетките се нарича ооплазмена сегрегация. Причината за това явление е, че по време на фрагментирането на яйцеклетката участъци от цитоплазмата, които се различават по свойствата си, попадат в различни бластомери. Наред с вътреклетъчната регулация на диференциацията от определен момент се включва и надклетъчното ниво на регулация. Супрацелуларното ниво на регулация включва ембрионална индукция. Ембрионалната индукция е взаимодействие между части на развиващ се организъм, при което една част (индукторът) влиза в контакт с друга част (отговарящата система) и определя развитието на последната. Освен това беше установено не само влиянието на индуктора върху реагиращата система, но и влиянието на последната върху по-нататъшното диференциране на индуктора. Под въздействието на някакъв фактор първо възниква решимостта. Детерминацията или латентната диференциация е явление, когато външни признаци на диференциация все още не са се появили, но по-нататъшното развитие на тъканта вече се случва, независимо от фактора, който ги е причинил. Клетъчният материал се счита за определен от етапа, на който той за първи път, когато е трансплантиран на ново място, се развива в органа, който обикновено се формира от него. Стволови клетки и диферон. Към номера обещаващи посокиБиологията на 21 век включва изучаването на стволовите клетки. Днес изследването на стволови клетки е сравнимо по важност с изследването на клонирани организми. Според учените използването на стволови клетки в медицината ще направи възможно лечението на много „проблемни” заболявания на човечеството (безплодие, много форми на рак, диабет, множествена склероза, болест на Паркинсон и др.). Стволовата клетка не е зряла клетка, способни на самообновяване и развитие в специализирани клетки на тялото. Стволовите клетки се делят на ембрионални стволови клетки (изолирани са от ембриони в стадий на бластоциста) и регионални стволови клетки (изолирани са от органи на възрастни или от органи на по-късни ембриони). В тялото на възрастен стволовите клетки се намират главно в костния мозък и в много малки количества във всички органи и тъкани. Свойства на стволовите клетки. Стволовите клетки се самоподдържат, т.е. След като стволовата клетка се раздели, една клетка остава в стволовата линия, а втората се диференцира в специализирана клетка. Това разделение се нарича асиметрично. Функции на стволовите клетки. Функцията на ембрионалните стволови клетки е да предават наследствена информация и да образуват нови клетки. Основната задача на регионалните стволови клетки е да възстановят загубата на специализирани клетки след естествена възрастова или физиологична смърт, както и при извънредни ситуации. Differenton е последователна серия от клетки, образувани от общ прекурсор. Включва стволови, полустволови и зрели клетки. Например стволова клетка, невробласт, неврон или стволова клетка, хондробласт, хондроцит и др. Невробластът е слабо диференцирана клетка на невралната тръба, която по-късно се превръща в зрял неврон. Хондробластът е слабо диференцирана клетка от хрущялна тъкан, която се превръща в хондроцит (зряла клетка от хрущялна тъкан). Апоптоза и некроза Апоптозата (от гръцки - падане на листа) е генетично програмирана форма на клетъчна смърт, необходима за развитието на многоклетъчен организъм и участваща в поддържането на тъканната хомеостаза. Апоптозата се проявява в намаляване на размера на клетките, кондензация и фрагментация на хроматин, уплътняване плазмената мембранабез изпускане на съдържанието на клетката в околната среда. Апоптозата обикновено се противопоставя на друга форма на клетъчна смърт - некроза, която се развива под въздействието на външни за клетката увреждащи агенти и неадекватни условия на околната среда (хипоосмия, екстремни стойности на pH, хипертермия, механичен стрес, действието на агенти, които увреждат мембраната) . Некрозата се проявява чрез подуване на клетката и разкъсване на мембраната поради увеличаване на нейната пропускливост с освобождаване на клетъчното съдържание в околната среда. Първо морфологични характеристикиапоптоза (кондензация на хроматин) се записват в ядрото. По-късно се появяват депресии на ядрената мембрана и настъпва фрагментация на ядрото. Отделените фрагменти на ядрото, ограничени от мембраната, се намират извън клетката, те се наричат апоптотични тела. Разширяването става в цитоплазмата ендоплазмения ретикулум, кондензация и набръчкване на гранули. Най-важната характеристикаапоптозата е намаляване на трансмембранния потенциал на митохондриите. Клетъчната мембрана губи вълнестостта си и образува мехурчета. Клетките са заоблени и отделени от субстрата. Пропускливостта на мембраната се увеличава само по отношение на малки молекули и това се случва по-късно от промените в ядрото. Един от най характерни особеностиАпоптозата е намаляване на обема на клетката, за разлика от нейното подуване по време на некроза. Апоптозата засяга отделните клетки и практически няма ефект върху околната среда. В резултат на фагоцитозата, на която клетките се подлагат още по време на развитието на апоптоза, тяхното съдържание не се освобождава в междуклетъчното пространство. Напротив, по време на некроза техните активни вътреклетъчни компоненти се натрупват около умиращите клетки и средата се подкислява. От своя страна това допринася за смъртта на други клетки и развитието на възпаление. Сравнителна характеристикаапоптоза и некроза на клетки е дадена в таблица 1. Таблица 1. Сравнителни характеристики на апоптоза и клетъчна некроза Знак Апоптоза Некроза Разпространение Единична клетка Група клетки Провокиращ фактор Активиран от физиологични или патологични стимули Скорост на развитие, часове 1-12 В рамките на 1 Промяна в размера на клетката Намаляване Увеличаване Промени в клетъчната мембрана Загуба на микровили, образуване на отоци, целостта не е нарушена Нарушаване на целостта Промени в ядрото Кондензация на хроматина, пикноза, фрагментация Подуване Промени в цитоплазмата Кондензация на цитоплазма, уплътняване на гранули Лизис на гранули Локализация на първично увреждане В ядрото В мембраната Причини за клетъчна смърт Деградация на ДНК, нарушаване на клетъчната енергия Нарушаване на целостта на мембраната Състояние на ДНК се разпада с образуването първо на големи, а след това на малки фрагменти Нарушено разграждане Енергийна зависимост Зависи Не зависи Възпалителна реакция Няма Обикновено присъства Отстраняване на мъртви клетки Фагоцитоза от съседни клетки Фагоцитоза от неутрофили и макрофаги Примери за прояви Метаморфоза Клетъчна смърт от хипоксия, токсини Апоптозата е широко разпространена в света на многоклетъчните организми: подобни прояви са описани в дрожди, трипанозоми и някои други едноклетъчни организми. Апоптозата се разглежда като условие за нормалното съществуване на организма. В тялото апоптозата изпълнява следните функции: § поддържане на постоянен брой клетки. Най-простата илюстрация на значението на апоптозата за многоклетъчния организъм са данните за ролята на този процес за поддържане на постоянен брой клетки в нематода Caenorhabditis elegans. § защита на тялото от патогени инфекциозни заболявания, по-специално от вируси. Много вируси причиняват дълбоки нарушенияв метаболизма на заразената клетка, че тя реагира на тези смущения, като стартира програма за смърт. Биологичният смисъл на тази реакция е, че смъртта на заразената клетка на ранен етап ще предотврати разпространението на инфекцията в тялото. Вярно е, че някои вируси са развили специални адаптации за потискане на апоптозата в заразените клетки. Така в някои случаи генетичният материал на вируса кодира вещества, които действат като клетъчни антиапоптотични регулаторни протеини. В други случаи вирусът стимулира клетката да синтезира свои собствени антиапоптотични протеини. Така се създават предпоставки за безпрепятствено размножаване на вируса. § премахване на генетично дефектни клетки. Апоптозата е най-важното средствоестествена профилактика на рака. Има специални гени, които контролират нарушенията в генетичния материал на клетката. Ако е необходимо, тези гени изместват баланса в полза на апоптозата и потенциално опасната клетка умира. Ако такива гени мутират, тогава в клетките се развиват злокачествени новообразувания. § определяне на формата на организъм и неговите части; § осигуряване на правилното съотношение на броя на клетките различни видове;
Интензивността на апоптозата е по-висока в началните периоди на онтогенезата, по-специално по време на ембриогенезата. В тялото на възрастен апоптозата продължава да играе основна роля само в бързо обновяващите се тъкани. клетъчна туморна диференциация 3. Туморна трансформация на клетките Научихме много за това как клетките живеят и се развиват, но не достатъчно за това как да предотвратим рака. Точно обратното: виждаме различни фактори и механизми, които го предизвикват, и това отслабва надеждата за универсални методи на лечение. Затова идват на ум думите на Еклесиаст: в много мъдрост има много скръб; и който увеличава знанието, увеличава скръбта. Но учените работят." Хесин Р.Б., съветски учен проблем онкологични заболяванияе един от основните за модерно общество. Според прогнозите на Световната здравна организация заболеваемостта и смъртността от рак в целия свят ще се удвои от 1999 г. до 2020 г. (от 10 на 20 милиона нови случая и от 6 на 12 милиона регистрирани смъртни случая). Туморът е прекомерно патологично разрастване на тъкан, състояща се от качествено променени клетки на тялото, които са загубили своята диференциация. Терминът "рак" дойде при нас от древни времена. В онези дни болестта се наричаше по основния, най-забележим признак на болестта. По аналогия между израстъци злокачествен туморв околните тъкани и крайници на рак, това заболяване се нарича рак (на латински рак). Този древен термин вече е добре познат на всички и плаши всички. По-добре е да не го използвате, когато общувате с пациенти. При възникването на тумори решаващи са два фактора: появата на изменена клетка (трансформация) и наличието на условия за нейния безпрепятствен растеж и размножаване в организма. През целия живот в многоклетъчния организъм се случват огромен брой клетъчни деления. Например в човешкото тялотова число е приблизително 10 16. Периодично се появяват мутации в соматичните клетки, включително тези, които могат да доведат до образуването туморни клетки. Освен това, колкото повече цикли на делене е преминала една клетка, толкова по-голяма е вероятността дефектни клетки да се появят в нейното потомство. Това обяснява рязко увеличениевероятността от развитие на рак с възрастта. Повече от 50% от всички случаи на рак се откриват при хора на възраст 65 и повече години. Статистиката показва, че ако вземем за една смъртността от рак на 20 години, то след 50 лятна възрастрискът от смърт от това заболяване ще се увеличи десетократно. Тялото се бори с получените дефектни клетки с помощта на имунна система. Тъй като появата на дефектни клетки е неизбежна, по всяка вероятност именно смущенията в имунната система са определящи за развитието на тумори. Ролева концепция имунни механизмив развитие злокачествени новообразуванияе предложен през 1909 г. от Ерлих. Проучване последните годинипотвърди значителната роля на имунодефицитните състояния в развитието на тумори. Очевидно колкото повече дефектни клетки се появяват в тялото, толкова по-голяма е вероятността такива клетки да бъдат пропуснати от имунната система. Клетъчната трансформация се причинява от канцерогенни фактори. Канцерогенните фактори са фактори на външната и вътрешната среда, които могат да причинят появата и развитието на тумори. Факторите на вътрешната среда включват условията на местоположението на клетката, генетичното предразположение на организма. И така, в колкото по-неблагоприятни условия се намира клетката, толкова по-голяма е вероятността да възникнат грешки по време на нейното делене. Травматизирането на кожата, лигавиците или други тъкани на тялото от всякакви механични или химични дразнители води до повишен риск от развитие на тумор на това място. Това е определящото повишен рискпоявата на рак на онези органи, чиято лигавица е изложена на най-интензивен естествен стрес: рак на белите дробове, стомаха, дебелото черво и др. Постоянно наранените бенки или белези, дълготрайните незарастващи язви също водят до интензивни клетъчно деленепри неблагоприятни условия и увеличаване на този риск. Генетичните фактори играят важна роля в развитието на някои тумори. При животните ролята на генетичната предразположеност е експериментално потвърдена с помощта на примера на високо и ниско ракови щамове мишки. Външните канцерогенни фактори могат да бъдат разделени на три основни групи: физични, химични и биологични. Физическите фактори включват йонизиращо лъчение- радиация. През последните десетилетия се появи и достигна големи мащаби замърсяването на Земята с радионуклиди в резултат на стопанската дейност на човека. Изпускането на радионуклиди става в резултат на аварии при атомни електроцентралии ядрени подводници, изхвърляне на нискоактивни отпадъци в атмосферата от ядрени реактори и др. K химични факторивключват различни химикали (компоненти тютюнев дим, бензопирен, нафтиламин, някои хербициди и инсектициди, азбест и др.). Източникът на повечето химически канцерогени в заобикаляща средаса емисиите от промишленото производство. ДА СЕ биологични факторивключват вируси (вирус на хепатит В, аденовирус и някои други). Въз основа на естеството и скоростта на растеж е обичайно да се прави разлика между доброкачествени и злокачествени тумори. Доброкачествените тумори растат сравнително бавно и могат да съществуват с години. Те са заобиколени от собствена черупка. Тъй като туморът расте, той отблъсква околните тъкани, без да ги разрушава. Клетките на доброкачествения тумор се различават леко от нормалните клетки, от които се е развил туморът. Следователно, доброкачествените тумори се наричат на името на тъканите, от които са се развили, с добавянето на наставката "oma" от гръцкия термин "oncoma" (тумор). Например, тумор от мастна тъкан се нарича липома, от съединителна тъкан - фиброма, от мускулна тъкан - фиброиди и т.н. Отстраняването на доброкачествен тумор с неговата мембрана води до пълно излекуванеболен. Злокачествените тумори растат много по-бързо и нямат собствена черупка. Туморните клетки и техните връзки проникват в околните тъкани и ги увреждат. Прорастване в лимфните или кръвоносен съд, те могат да бъдат транспортирани чрез кръв или лимфен поток до Лимфните възлиили отдалечени органи с образуването там на вторичен фокус на туморен растеж - метастази. Клетките на злокачествения тумор се различават значително от клетките, от които са се развили. Злокачествените туморни клетки са нетипични, видоизменени клетъчната мембранаи цитоскелет, поради което имат повече или по-малко заоблена форма. Туморните клетки могат да съдържат няколко ядра, които не са типични по форма и размер. Характерна особеносттуморната клетка е загуба на диференциация и в резултат на това загуба на специфична функция. Напротив, нормалните клетки имат всички свойства на напълно диференцирани клетки, които изпълняват специфични функции в тялото. Тези клетки са полиморфни и формата им се определя от структуриран цитоскелет. Нормалните клетки в тялото обикновено се делят, докато образуват контакт със съседни клетки, след което деленето спира. Това явление е известно като контактно инхибиране. Изключенията са ембрионални клетки, чревен епител (постоянна подмяна на умиращи клетки), клетки от костен мозък (хемопоетична система) и туморни клетки. По този начин най-важното отличителен белегСчита се, че туморните клетки имат неконтролирана пролиферация Трансформацията на нормална клетка в трансформирана е многоетапен процес. 1.Посвещение. Почти всеки тумор започва с увреждане на ДНК в една клетка. Този генетичен дефект може да бъде причинен от канцерогенни фактори, като компоненти на тютюневия дим, UV радиация, рентгенови лъчи и онкогенни вируси. Очевидно, вътре човешки животзначителен брой телесни клетки от общо 10 14претърпява увреждане на ДНК. Въпреки това, само увреждането на протоонкогените е важно за инициирането на тумора. Тези лезии са най-важният фактор, определящ трансформацията соматична клеткакъм тумора. Увреждането на антионкоген (туморен супресорен ген) също може да доведе до започване на тумора. 2.Стимулирането на тумора е преференциалната пролиферация на променени клетки. Този процес може да отнеме години. .Туморната прогресия е процесът на пролиферация на злокачествени клетки, инвазия и метастази, водещи до появата на злокачествен тумор.
