Розвиток одноклітинної зиготи в багатоклітинний організм відбувається внаслідок процесів росту та диференціювання клітин. Зростання є збільшення маси організму, що відбувається в результаті асиміляції речовини. Він може бути пов'язаний зі збільшенням розмірів клітини, так і їх числа; при цьому вихідні клітини витягують із навколишнього середовища необхідні їм речовини і використовують їх на збільшення своєї маси або на побудову нових подібних клітин. Так, зигота людини становить приблизно 110 бг, а новонароджена дитина важить у середньому 3200г, тобто. За час внутрішньоутробного розвитку відбувається збільшення маси у мільярди разів. З моменту народження і до досягнення середніх для дорослої людини розмірів маса збільшується ще в 20 разів.
Диференціювання являє собою творчий процес спрямованої зміни, в результаті якого із загальних рис, властивих усім клітинам, виникають структури та функції, властиві тим чи іншим спеціалізованим клітинам. Процес диференціювання зводиться до придбання (або втрати) різними структурними клітинами або функціональних особливостей, внаслідок чого ці клітини стають спеціалізованими для різних видів активностей, властивих живим організмам, та формують відповідні органи в організмі. У людини, наприклад, зростаючі клітини в результаті послідовних змін у процесі диференціювання перетворюються на різні клітини, з яких складається людський організм клітина нервової, м'язової, травної, видільної, серцево-судинної, дихальної та інших систем.
Встановлено, що диференціювання виникає внаслідок втрати чи додавання генетичної інформації. Диференціювання - це результат зміни генетичної потенції клітини, а диференціальне вираження цих потенцій під впливом середовища, у якому знаходяться клітина та її ядро. Диференціювання клітин - це по суті зміна складу клітинних білків - набору ферментів, і обумовлена вона тим, що в різних клітинах з загальної кількостігенів функціонують різні набори ген, що визначають синтез різних наборів білків. Виборчий вираз інформації, закодованої в генах цієї клітини, досягається шляхом активації або репресії процесу транскрипції цих генів, тобто. шляхом вибіркового синтезу первинного продукту генів - РНК, що містить ту інформацію, яку слід передати до цитоплазми.
У багатоклітинних організмів, на відміну одноклітинних, зростання і диференціювання однієї клітини координовані зі зростанням та розвитком інших клітин, тобто. між різними клітинами відбувається обміну інформацією. Таким чином, у цих організмах розвиток залежить від інтегрованого зростання та диференціювання всіх клітин і саме така інтеграція забезпечує гармонійний розвиток організму як цілого.
В онтогенезі кожен організм проходить послідовні стадії розвитку: зародковий (ембріональний), післязародковий та період розвитку дорослого організму. Кожен період онтогенезу для свого походження та завершення потребує певного комплексу умов. Формування видових особливостей організму (генотипу) закінчується настання статевої зрілості, а розвиток індивідуальних ознак (фенотипу) відбувається остаточно.
Розмноження клітин продовжується протягом усього життя організму зі швидкостями, що відповідають його внутрішнім потребам, а також залежно від умов його внутрішнього та зовнішнього середовища.
Для рослин характерний практично недетермінований ріст, що характеризується безперервною освітоюнових клітин у певних ділянках, за рахунок яких відбувається зростання коренів та пагонів у довжину, а за рахунок камбію збільшується товщина. Більшість тварин зростання детерміновано і після досягнення пропорцій, властивих дорослому організму, ділянки активного розмноження клітин забезпечують лише заміщення втрачених чи загиблих клітин, не збільшуючи загальної кількості клітин, що у цьому організмі. В організмі одні клітини внаслідок життєдіяльності старіють і вмирають, інші утворюються знову. Тривалість існування різних клітин неоднакова: від кількох днів для клітин епідермісу (шкіри) до сотень років для клітин деревини.
При диференціюванні, незважаючи на збереження всієї спадкової інформації, клітини втрачають здатність до поділу. При цьому чим більше спеціалізована клітина, тим важче змінити (а іноді неможливо) напрямок її диференціювання, що визначається обмеженнями, що накладаються на неї організмом загалом.
Гаструляція та наступні стадії розвитку організмів супроводжуються процесами росту та диференціювання клітин.
Зріст- це збільшення загальної маси та розмірів організму в процесі розвитку. Він відбувається на клітинному, тканинному, органному та організмовому рівнях. Збільшення маси в цілому організмі відображає зростання складових його структур.
Зростання забезпечується такими механізмами:
Збільшенням числа клітин;
збільшення розміру клітин;
Збільшенням обсягу та маси неклітинної речовини.
Розрізняють два типи зростання: обмежений та необмежений. Необмежене зростання продовжується протягом усього онтогенезу (протягом життя особини, до і після народження), аж до смерті. Таке зростання мають, наприклад, риби. Багато хребетних характеризуються обмеженим зростанням, тобто. досить швидко виходять на плато своєї біомаси.
Вирізняють кілька типів росту клітин.
Ауксентичний - зростання, що йде шляхом збільшення розмірів клітин. Це рідкісний тип росту, що спостерігається у тварин з постійною кількістю клітин, таких, як коловратки, круглі черви, личинки комах. Зростання окремих клітин нерідко пов'язане з поліплоїдизації ядер.
Проліфераційний – зростання, що протікає шляхом розмноження клітин. Він відомий у двох формах: мультиплікативний та акреційний.
Мультиплікативне зростання характеризується тим, що обидві клітини, що виникли від поділу родоначальної клітини, знову вступають у поділ. Мультиплікативне зростання дуже ефективне і тому в чистому виглядімайже не зустрічається або дуже швидко закінчується (наприклад, в ембріональному періоді).
Акреційне зростання полягає в тому, що після кожного наступного поділу лише одна з клітин знову ділиться, тоді як інша припиняє поділ. Цей тип зростання пов'язаний з поділом органа на камбіальну та диференційовану зони. Клітини переходять з першої зони до другої, зберігаючи постійні співвідношення між розмірами зон. Таке зростання характерне для органів, де відбувається оновлення клітинного складу.
Просторова організація зростання складна та закономірна. Саме з нею значною мірою пов'язана видова специфічність форми. Це проявляється у вигляді аллометричного зростання. Його біологічний сенс у тому, що організму під час зростання треба зберегти геометричне, а фізичне подобу, тобто. не перевищувати певних відносин між масою тіла та розмірами опорних та рухових органів. Так як зі зростанням тіла маса зростає в третьому ступені, а переріз кісток у другому ступені, то для того, щоб організм не був роздавлений власним вагою, кістки повинні рости в товщину непропорційно швидко.
Існує межа чи ліміт Хейфліка (англ. Hayflick limit) - межа кількості поділів соматичних клітин, названа на честь її відкривача Леонарда Хейфліка. У 1961 році Хейфлік спостерігав, як клітини людини, що діляться в клітинній культурі, помирають приблизно після 50 поділів і виявляють ознаки старіння при наближенні до цього кордону. Ця межа була знайдена у культурах усіх повністю диференційованих клітин як людини, так і інших багатоклітинних організмів. Максимальна кількість поділів по-різному в залежності від типу клітин і ще сильніше відрізняється в залежності від організму. Для більшості людських клітин межа Хейфліка становить 52 поділи.
Кордон Хейфліка пов'язаний із скороченням розміру теломер - ділянок ДНК на кінцях хромосом. Якщо клітина немає активної теломерази, як в більшості соматичних клітин, при кожному розподілі клітини розмір теломер скорочується, т.к. ДНК-полімераза не здатна реплікувати кінці молекули ДНК. Внаслідок даного явища теломери повинні коротшати дуже повільно - по кілька (3-6) нуклеотидів за клітинний цикл, тобто за кількість поділів, що відповідає ліміту Хейфліка, вони вкоротяться всього на 150-300 нуклеотидів. В даний час запропоновано епігенетичну теорію старіння, яка пояснює ерозію теломер насамперед активністю клітинних рекомбіназ, що активізуються у відповідь на пошкодження ДНК, спричинені, головним чином, віковою дерепресією мобільних елементів геному. Коли після певного числа поділів теломери зникають зовсім, клітина завмирає у певній стадії клітинного циклу або запускає програму апоптозу - відкритого в другій половині 20 століття явища плавного руйнування клітини, що проявляється у зменшенні розміру клітини та мінімізації кількості речовини, що потрапляє у міжклітинний простір після її руйнування.
Найважливішою характеристикоюзростання є його диференційність. Це означає, що швидкість зростання неоднакова, по-перше, у різних ділянках організму і, по-друге, на різних стадіяхрозвитку. Вочевидь, що диференціальний зростання дуже впливає на морфогенез. Зростання зародка різних стадіях супроводжується диференціюванням клітин. Диференціювання - це зміни у структурі клітин, пов'язані зі спеціалізацією їх функцій, і зумовлені активністю певних генів. Диференціювання клітин призводить до виникнення як морфологічних, і функціональних відмінностей, зумовлених їх спеціалізацією. У процесі диференціювання менш спеціалізована клітина стає більш спеціалізованою. Диференціювання змінює функцію клітини, її розмір, форму та метаболічну активність.
Розрізняють 4 етапи диференціювання.
1. Оотипове диференціюванняна стадії зиготи представлена ймовірними, презумптивними зачатками - ділянками заплідненої яйцеклітини.
2. Бластомірне диференціюванняна стадії бластули полягає у появі неоднакових бластомерів (наприклад, бластомери даху, дна крайових зон у деяких тварин).
3. Зачаткове диференціюванняна стадії ранньої гаструли. Виникають відокремлені ділянки – зародкові листки.
4. Гістогенетичне диференціюванняна стадії пізньої гаструли. У межах одного листка з'являються зачатки різних тканин (наприклад, у сомітах мезодерми). З тканин формуються зачатки органів та систем. У процесі гаструляції, диференціювання зародкових листків утворюється осьовий комплекс зародків органів.
Виникнення нових структур та зміна їхньої форми в ході індивідуального розвитку організмів називається морфогенезом. Морфогенез, як ріст і клітинне диференціювання, відноситься до циклічнимпроцесів, тобто. таким, що не повертається в колишній стан і здебільшого незворотним. Головною властивістю ациклічних процесів є їхня просторово-часова організація. Морфогенез на надклітинному рівні починається з гаструляції. У хордових тварин після гаструляції відбувається закладання осьових органів. У цей час, як і під час гаструляції, морфологічні перебудови охоплюють весь зародок. Наступні потім органогенези є місцеві процеси. Усередині кожного з них відбувається розчленовування на нові дискретні (окремі) зачатки. Так послідовно в часі та у просторі протікає індивідуальний розвиток, що призводить до формування особини зі складною будовою та значно багатшою інформацією, ніж генетична інформація зиготи.
Міністерство освіти РФ
Санкт-Петербурзький технологічний інститут
Кафедра молекулярної біотехнології
Реферат
Тема: Диференціювання ембріональних клітин
Виконав: Шилов С.Д. гр.295 курс 3
С-Петербург
2003 р.
Вступ ………………………………………………………………………………..3
Детермінація та диференціювання….…………………………………………….3
Дроблення яйцеклітини та утворення бластули ………………………………..4
Організаційні центри зародків, що розвиваються. Індукція …………..6
Хімічний аспект вивчення та диференціації клітин та тканин…………...8
Теорія полів.. ……………………………………………………………………….10
Висновок …………………………………………………………………………...12
Список використаної літератури ……………………………………………..13
Додаток …………………………………………………………………………..14
Вступ:
Організм будь-якої багатоклітинної тварини можна розглядати як клон клітин, що утворилися з однієї клітини – заплідненого яйця. Тому клітини тіла, зазвичай, генетично ідентичні, але різняться по фенотипу: одні стають м'язовими клітинами, інші – нейронами, треті – клітинами крові тощо. В організмі клітини різного типурозташовані строго певним упорядкованим чином, і завдяки цьому тіло має характерну форму. Усі ознаки організму визначаються послідовністю нуклеотидів у геномній ДНК, яка відтворюється у кожній клітині. Всі клітини отримують одні й ті ж генетичні «інструкції», але інтерпретують їх з належним врахуванням часу та обставин – так, щоб кожна клітина виконувала певну специфічну функцію в багатоклітинному співтоваристві.
Багатоклітинні організми часто бувають дуже складними, але їх побудова здійснюється за допомогою обмеженого набору. різних формклітинної активності. Клітини ростуть і діляться. Вони відмирають, з'єднуються механічно, створюють сили, що дозволяють їм пересуватися і змінювати свою форму, вони диференціюються, тобто починають або припиняють синтез певних речовин, що кодуються геномом, вони виділяють у навколишнє середовище або утворюють на своїй поверхні речовини, що впливають на активність сусідніх клітин. У цьому рефераті спробую пояснити, як реалізація різних форм клітинної активності у потрібний час і потрібному місці призводять до утворення цілісного організму.
Детермінація та диференціювання:
Найважливіші поняття еспериментальної ембріології – поняття диференціація і детермінації, що відбивають основні явища наступності, послідовності процесів розвитку організму. В онтогенезі безперервно відбуваються процеси диференціації, тобто з'являються нові та нові зміни між різними ділянками зародка, між клітинами та тканинами, виникають різні органи. У порівнянні з вихідною у розвитку яйцеклітиною організм здається надзвичайно складним. Диференціювання - це така структурна, біохімічна або інша зміна розвитку організму, при якому відносно однорідне перетворюється на все більш різне, чи це стосується клітин (цитологічна дмференціація), тканин (гістологічна диференціація) або органів та організму в цілому, йдеться про морфологічні або про фізіологічні зміни. При виявленні причинного механізму тих чи інших диференціювання вживається термін детермінація. Детермінована називають частину зародка з того моменту, коли вона несе в собі специфічні причинисвого подальшого розвитку, коли вона може розвиватися шляхом самодиференціювання відповідно до свого проспективного розвитку. Відповідно до Б.І. Балінському детермінацією треба називати стійкість процесів диференціації, що почалися, їх тенденцію розвиватися в наміченому напрямку, не дивлячись на зміну умов, незворотність минулих змін.
Тіло тварини побудоване з порівняно невеликої кількості легкорозрізних типів клітин - приблизно з 200. Відмінності між ними настільки зрозумілі тому, що, на додаток до численних білків, необхідних будь-якій клітині організму, клітини різних типів синтезують свій власний набір спеціалізованих білків. У клітинах епідермісу утворюється керотин, в еритроцитах – гемоглобін, у клітинах кишечника – травні ферменти тощо. Може виникнути питання: чи не пояснюється це просто тим, що клітини мають різні набори генів? Клітини кришталика могли б, наприклад, втратити гени кератину, гемоглобіну тощо, але зберегти гени кристаллінів; або ж у них могло б вибірково збільшуватись кількість копій кристалінових генів шляхом апліфікацій. Однак це не так, цілий ряд досліджень показує, що клітини майже всіх типів містять один і той же повний геном, який був у заплідненому яйці. Очевидно, клітини різняться не оскільки містять різні гени, тому що вони експресують різні гени. Активність генів схильна до регуляції: вони можуть включатися і вимикатися.
Найбільш переконливі дані від того, що незважаючи на видиму зміну клітин при їх диференціювання, сам геном залишається у них незмінним, були отримані в дослідах з пересадкою ядер в яйця амфібій. Ядро яйця попередньо руйнують, опромінюючи ультрафіолетом, і мікропіпеткою пересаджують ядро диференційованої клітини, наприклад, кишечника, в запліднене яйце. Таким чином, можна перевірити, чи містить ядро диференційованої клітини повний геном, рівноцінний геному заплідненого яйця і здатний забезпечити нормальний розвиток зародка. Відповідь виявилася позитивною; у цих дослідах вдавалося виростити нормальну жабу, здатну виробляти потомство.
Дроблення яйцеклітини та утворення бластули:
Багатьма шляхами відбувалася еволюція тварин. Дуже різноманітні і специфічні зв'язки організмів, що розвиваються з середовищем. Незважаючи на це і незважаючи на великі особливості в морфології та фізіології дроблення у різних видів тварин, дроблення яйцеклітини у більшості організмів відбувається подібним періодом розвитку, що називається бластулою (від грецького blaste, blastos – паросток, зачаток). Це один із численних показників спільності походження тваринного світу та один із прикладів паралелізму в еволюційному розвитку структур. Але це отже, що зародки всіх тварин абсолютно однаково влаштовані на стадії бластули; навпаки, поряд з основними загальними рисамиє і суттєві відмінності бластул різних тварин. Залежно від багатьох причин яйце, що дробиться, загалом зберігає свою початкову сферичну форму, а бластомери можуть чинити дуже великий тиск один на одного, набувати багатогранної форми і не залишати між собою ніяких щілин; при цьому утворюється морула - сукупність клітин, що діляться, що нагадує ожинову ягоду з більшою або меншою порожниною всередині, заповненою продуктами життєдіяльності клітин. (рис. 1) Ця порожнина називається порожниною дроблення чи честь вченого Бера у перші її описала – берівської порожниною. У міру поділу клітин порожнина поступово збільшується і перетворюється на порожнину бластули, яка називається бластоцілієм. Клітини, що обмежують бластоцелій, утворюють епітеліальний шар.
рис.1
Після того, як клітини бластули сформували епітеліальний шар, настає час для координованих рухів – гаструляції. Ця радикальна перебудова веде до перетворення порожнистої клітинної кульки на багатошарову структуру, що має центральну віссю і двосторонню симетрію. У міру розвитку у тварини повинні визначитися передній та задній кінці тіла, черевна та спинна сторони та серединна площина симетрії, що розділяє тіло на праву та ліву половини. Така полярність складається на дуже ранній стадіїрозвитку зародка. В результаті складного процесу інвагінації (вп'ячування) (рис.1) значна ділянка епітелію переміщається з зовнішньої поверхніусередину зародка, утворюючи первинну кишку. Подальший розвиток визначатиметься взаємодіями внутрішнього, зовнішнього та середнього шарів, що створюються при гаструляції. Після процесу гаструляції настає процес органогенезу – це локальне зміна певних ділянок тієї чи іншої зародкових пластів, і зачатка. При цьому часом неможливо виділити якийсь основний вид клітинного матеріалу, від якого залежав би механізм розвитку органу.
Організаційні центри зародків, що розвиваються. індукція.
У своїх пробах Шпеман зрізав у зародка тритону на стадії ранньої гаструли всю верхню половину (анімальну півкулю) і перевертав її на 180 ° і знову зрощував. В результаті утворювалася нервова пластинка на тому ж місці, де і повинна була бути, але не з нормального клітинного матеріалу, а з ектодермального шару. Шпеман вирішив, що в цьому районі поширюється якийсь вплив, який змушує клітини ектодермального шару розвиватися шляхом розвитку нервової пластинки, тобто індукує її утворення. Цю область він назвав організаційним центром, а сам матеріал, з якого виходить вплив – організатором чи індуктором. Надалі Шпеман пересаджував звані індуктори у різні ділянки інших зародків на стадії бластули чи ранньої гаструли. Не залежно від місця у зародка індукувалася вторинна нервова платівка з усіма атрибутами, але з трансплантата, та якщо з клітин господаря, сам трансплантат здебільшого рухався шляхом свого розвитку. Для аналізу даних явищ у 1938 році Гольтфетер культивував зі стандартних середовищ маленькі шматочки, вирізані з гаструли тритонів. Виявилося, що шматочки, вирізані з різних областей зародка, тобто різною мірою детерміновані, залежно від цього або розпадаються на різні окремі клітини (менше детерміновані), або можуть формувати різні тканинні структури (локально детерміновані). Ці структури, висловлюючись мовою школи Шпемана, розвивалися без організатора.
Цілком переконливий висновок з цих фактів зробили в 1955 році Ж.Гольтфретер і В.Гамбургер: всі ділянки крайової зони продукують в умовах експлантації ширше розмаїття тканин, ніж вони дали б, перебуваючи в системі зародка. Пізніше ці вчені аналізуючи дані дослідів зробили дуже важливий висновок, що неправильно було б розглядати поля та організатори як верховну владу у визначенні долі інших менш специфічно детермінованих частин зародка. Цінні результати численних дослідів та досліджень школи Шпемана та його послідовників з інших лабораторій, що дали ембріології блискучі докази взаємозалежності частин зародка, його інтеграції на будь-якій стадії розвитку, почали трактуватися все однобічно, як дія організаторів на нібито індиференційований клітинний матеріал. Це була смуга у розвитку ембріології, коли здавалося було знайдено основне пояснення процесів формоутворення та критичні зауваження окремих вчених проти односторонніх захоплень, розглядалося як щось заважає розвитку науки. Створена на той час теорія організаційних центрів, безсумнівно, містила в собі односторонні і навіть фанатичні погляди, які зазнали поразки перед обличчям нових, не менш захоплюючих фактів, виявлених згодом самою ж шпеманівською школою.
Перед дослідниками постало питання: наскільки специфічна дія організаторів, індукторів? При пересадці організатора від безхвостої амфібії (жаба-жерлянка)
Зародок хвостатої амфібії (тритон) виявили індукцію медулярної платівки. У разі пересадки від зародка птиці в зародок тритону організатор також надає індукувальну дію. Подібне явище відбувається і у разі пересадки зародка кролика організатора тритону. Виникли й інші питання. Чи однакові за своєю природою організатори у різних тварин? Чи залежать індукуючі властивості організатора від клітин, його складових, специфічного диференціювання, типу зв'язків між клітинами – словом від біологічної системи організатора чи йдеться про якийсь інший механізм? У 1931 році було виявлено, що організатор здатний індукувати і після повного руйнування його структури навіть повного руйнування його клітин. Перемішували розчавлені шматочки ембріона, робили грудочки з них і пересаджували в порожнину бластули іншого зародка. Індукція мала місце. У 1932 році з'явилося повідомлення про так званих мертвих організаторів. Група вчених досліджувала дію вбитих організаторів, для чого клітини висушували при 120 градусах, кип'ятили, заморожували, поміщали в спирт на 6 місяців, соляну кислотуі т.д. Виявилося, що після таких маніпуляцій організатор не втрачав своїх індукційних здібностей. Більшість ембріологів побачили у цьому відкритті нову ерув ембріології, пізнання хімічного механізму організаторів, знаходження формоутворювальних та органоутворюючих речовин. Деякі лабораторії намагалися довести, що дія мертвих організаторів відмінна від дії живих. Але незабаром, на подив дослідників, було виявлено неспецифічність організаторів. Убиті шматочки гідри, шматочки печінки, нирок, язика, різні тканини трупа людини, шматочки м'язів молюска, розчавлені дафнії, шматочки кишки риби, клітини саркоми щурів, тканини курки та людини виявилися індукторами. Почалося одностороннє захоплення хімією індукторів: почали намагатися розгадати формулу речовини, що індукує специфічний формоутворювальний процес, і за кілька років накопичився багатий матеріал. Справа доходила до абсурду: шматочки агару, нібито просочені такою речовиною, жирні кислотирослинних олій, отруйний для тварин цефалін, нафталін та ін. Виявилося, що навіть клітини рослин пересаджених у зародок дають ефект індуктора! В даний час ясно, що всі ці спроби знайти специфічну формоутворювальну речовину були простим захопленням і не досягли мети.
Повернемось знову до теорії організаторів. У звичайній схемі про індукційні впливи організаторів на клітинний матеріал, який реагує, індукується, мається на увазі як щось індиферентне, тобто тільки й чекає, щоб його підштовхнули до детермінації. Однак, це не так. Клітинний матеріал, який діє організатор, не індеферентен. М.Н.Рагозина показала, що закладка осьової мезодерми є не тільки індуктором нервової трубки, а й сама потребує своєї диференціації у формативному впливі з боку закладки нервової системи. При цьому має місце не одностороння індукція, а взаємодія елементів зародка, що розвивається. Один і той же індуктор може індукувати різні утворення, наприклад, слуховий пляшечку при пересадці на бік зародка амфібії може індукувати додаткову кінцівку, той же пляшечку при пересадці його в інше місце і на іншому етапі розвитку може індукувати слухову капсулу. Він може виступати в ролі індуктора додаткового ядра кришталика у разі зіткнення з зачатком кришталика і т.д.
Підсумки до сказаного краще підвести цитатою з роботи Уодінгтона, який із низкою інших вчених так енергійно намагався з'ясувати хімію організаторів: «Здавалося, ми знаходимося на порозі виключно важливого відкриття- Можливість отримати речовину, що впливає на розвиток. Складність полягала не в тому, що ми не могли знайти речовину, що діє подібно до організатора, що викликає диференціювання клітин, а в тому, що ми знайшли занадто багато таких речовин. Зрештою Дж.Нідгем, М.Браше та автор цієї статті переконливо показали, що навіть метиленовий синій – речовина, яку навіть людина з найпалкішою фантазією не шукатиме в ембріоні, – може індукувати утворення нервової тканини. Виявилося, що шукати в поодинокій клітинах реагуючу речовину, яка могла б дати ключ до розуміння диференціювання, марно. Причину диференціювання слід шукати в тканині, що реагує, в якій вона і відбувається».
Хімічний аспект вивчення та диференціації клітин та тканин:
У 50 - 60-х роках у зв'язку зі зростаючим взаємовпливом біології, фізики та хімії та використанням нових методик знову підвищився інтерес до хімії індукторів, хоча зміст цього поняття різко змінився. По-перше, вважається безпідставним шукати якусь одну формоутворювальну речовину, що викликає інтекцію. По-друге, дедалі менше дослідників уподібнює явище індукції, які у ході нормального розвитку зародків, феномену мертвих організаторів. По-третє, замість гіпотези Шпемана про індукційні впливи організатора на «індиферентний» клітинний матеріал утвердилася думка про взаємозалежність елементів у розвитку зародків.
У 1938 році С.Тойвонен, відчуваючи сотні різних тканин тварин на здатність до індукції осьових зачатків у амфібій, виявив, що деякі індуктори мають якісно різною дією, А саме: тканина печінки морських свинок індукує майже виключно передній мозок та його похідні, кістковий мозок – тулубові та хвостові структури. У 1950 р. Ф.Леман запропонував гіпотезу, прийняту Тойвоненом, Яматадою та іншими дослідниками. Відповідно до цієї гіпотези, первинна індукція може бути викликана всього двома агентами, що утворюють два градієнти, що взаємоперекриваються. Одна речовина індукує виключно переднеголовні (архенцефалічні) структури, а інша речовина – тулубно-хвостові (дейтеренцефалічні) структури. Якщо багато другого агента і мало першого, індукується передній мозок; якщо багато першого і мало другого, виникає тулубно-хвостова частина. Все це має місце, згідно з гіпотезою, у нормальному розвитку амфібій; треба уявити наявність певних індукуючих речовин у відповідних кількісних комбінаціях у різних ділянках зародка. Тойвонен
Провів серію дослідів з роздільною та одночасною дією тканини печінки та кісткового мозку і дані підтверджують цю теорію. При дії тканин печінки утворювався передній мозок та його похідні, при дії кісткового мозку – тулубно-хвостові тканини, а за одночасної дії печінки та кісткового мозку утворювалися структури всіх рівнів тіла нормальної личинки.
Тойвонен припускає, що кожен із двох індукторів утворює своє активне поле, при одночасному дії їх дії виникає комбіноване поле (рис. 2)
До 70-х років хімія «індукторів» виявляється так само неясною, як і в період односторонніх хімічних захоплень ембріологів у 30-ті роки. Незважаючи на великий прогрес у хімічній ембріології, всі основні питання про «організаційні центри» залишаються тими самими, що й у 40-х роках. Гіпотеза Тойвонена не дає, на жаль, нічого принципово нового в порівнянні зі старими однобічно хімічними схемами сутності індукторів та організаторів, тільки замість однієї речовини думають про дві або кілька. Повинні бути прийняті до уваги наступні очевидні недоліки гіпотези Тойвонена, на які вказує і сам автор. По-перше, ця гіпотеза говорить тільки про індукторів і зовсім не стосується головного питання - про системи, що реагують. По-друге, експериментальне її обгрунтування дано виходячи з дії якихось речовин тканин тварин, а робиться спроба пояснення явища розвитку зародків амфібії. Потрібно довести, що виділені речовини дійсно присутні у нормальній гаструлі ембріона. Якщо воно є, то яке їхнє розташування? Проте немає підстав ігнорувати цікаві дані Тойвонена та інших дослідників. З цими даними перегукуються давні досліди з анімальних і вегетативних тенденцій у морських їжаків. (Рис. 3)
У дослідах хірургічного втручанняна стадіях від 16 до 64 бластомерів видалялися різні частини зародка – анімальні та вегетативні. Нормальний розвиток виникало, якщо анімальні та вегетативні градієнти не домінували один над одним. По суті, ці досліди близькі до поглядів Товонена.
Теорія полів:
У поняття поля різні дослідники вкладали різний зміст. Деякі думали про поле як область, у межах якої певні чинники діють однаковим чином. Усередині поля, за їхніми уявленнями, існує стан рівноваги. Поле – це єдина системаа не мозаїка, де одні частини можна було б видалити або замінити так, щоб при цьому система не змінилася. Усередині поля системи може бути різна концентрація хімічних речовин, можуть бути градієнти метаболізму.
Теорія поля Кольцова. Уявлення Н.К.Кольцова про цілісність організму та її теорія поля – це спроба розгляду даних експериментальної ембріології та генетики у фізико-хімічному аспекті.
Ооцит і яйце - організовані системи, з певною полярністю, з певним розташуванням клітинних структур. Вже в ооцитах знаходяться різноманітні речовини та структури, що дають своєрідну реакцію на кислі та основні барвники, залежно від їхнього рН. Це означає, що різні частини клітини можуть мати ті чи інші позитивні чи негативні заряди. У цілій клітині поверхню її, зазвичай, заряджена негативно, а поверхню ядра і хромосом – позитивно. При дозріванні ооцита створюється відповідно до його будови електричне силове поле, що «закріплює» цю будову. Під впливом силового поля в клітині повинні виникати певні катафорезні точки переміщення речовин, що пояснюються різницею потенціалів. При активації яйця сперматозоїдом відбувається зміна дихання, іноді різка зміна рН, зміна проникності мембран та пересування речовин. По Кольцову, ці явища обумовлені, очевидно, напругою силових полів, що перезаряджаються, різницею потенціалів. Таким чином, зародок, що починає розвиватися, - це силове поле. У результаті розвитку різні пункти силового поля характеризуються різницею потенціалів. Йдеться не лише про електричних потенціалів, але й про хімічні, температурні, гравітаційні, дифузні, капілярні, механічні та ін.
Навіть такий фактор, як зменшення або збільшення проникності мембран клітини, неминуче спричиняє зміну струмів рідких речовин. Завдяки тому, що між бластомерами існують певні зв'язки, можна уявити, що зміна струмів рідких речовин може впливати і на просторове розташування бластомерів. Різного характеру потенціали, їх зміни як супроводжують розвиток зародків, як є відображенням стану його інтеграції, а й відіграють значної ролі у розвитку, визначаючи поведінка окремих бластомерів і всього зародка. У результаті розвитку силове поле зародка змінюється: воно ускладнюється, диференціюється, але залишається єдиним. Кольцов говорить про центри з високою різницею потенціалів, про центри другого, третього ступеня. Він говорить про градієнти з напругою, що зменшується від одного потенціалу до іншого. Від кожного центру поширюються градієнти, які визначаються всім силовим полем. При стані біофізики 30-х Кольцов було створити більш конкретних фізичних поглядів на полі зародка. Він вважав, що силове поле не є магнітним, але може бути порівняно з ним. Виникаючі в ході дроблення не однакові за структурою бластоміри виявляються в різних частинахєдиного поля зародка і відповідно до нового положення змінюють свої біохімічні особливості та структуру. Таким чином, поведінка кожної ділянки зародка залежить від його попередньої структури, впливу загального силового поля і впливу прилеглих областей цього поля.
Кольцов вводить також поняття «силове поле зовнішнього середовища» (гравітаційне, світлове та хімічне), приписуючи йому важливе значення, оскільки воно впливає на силове поле всередині зародка, наприклад, визначає напрям зростання у сидячих тварин.
На жаль, недостатньо розробляються питання фізики ембріонального розвитку. Наявні факти не суперечать думкам Кольцова про поля.
Близькі до поглядів Кольцова думки висловлювали й інші дослідники Б.Вейсберг у 1968 році запропонував єдине, фізичне трактування різних морфогенетичних процесів, створивши уявлення про коливальні поля. Він вивчав коливання електричних потенціалів у міксоміцетів, схожість деяких органічних формнаприклад колоній печериць з розташуванням дрібних частинок в акустичному полі. Вейсберг думає, що коливальні поя призводять до того, що клітинні комплекси повинні розділятися на території, всередині яких коливання синхронізуються по фазах, а між територіями створюється різниця фаз. Просторове роз'єднання, що відбувається в результаті цього, може призводити до морфогенетичних рухів: вп'ячування клітин при гаструляції, розташування напівкружних каналів внутрішнього вуха, формування гребних пластинок у ктенофор і т.п.
Аналіз всіх теорій не дозволяє визнати не одну з них як теорію індивідуального розвитку, яка може задовольнити ембріолога. Незалежно від методології досліджень слід брати до уваги той очевидний факт, що будь-які уявлення про зародок як про мозаїку частин, як суму бластомерів і т.д. неспроможні, що організм на будь-якій стадії розвитку так чи інакше інтегрований, є цілісною системою.
Список використаної литературы:
Б.П.Токін «Загальна ембріологія»
видавництво «Вища школа» Москва 1970р.
Б.Альберс, Д.Брей, Дж.Льюїс, М,Реф,К.Робертс, Дж,Уотсон «Молекулярна біологія клітини» том 4
видавництво «Світ» Москва 1987р.
ДИФЕРЕНЦІЮВАННЯ ДИФЕРЕНЦІЮВАННЯ
виникнення відмінностей між однорідними клітинами та тканинами, зміни їх у ході розвитку особини, що призводили до формування спеціаліз. клітин, органів та тканин. Д. лежить в основі морфогенезу і відбувається в осн. в процесі зародкового розвитку, а також у постембріональному розвитку і в деяких органах дорослого організму, напр. в кровотворних органах то-типотентні стовбурові кровотворні клітини диференціюються в разл. клітини крові, а в гонадах первинні статеві клітини – у гамети. Д. виявляється у зміні будови та функцій. властивостей (нервові клітини набувають здатності передавати нервові імпульси, залізисті - секретувати відповідні речовини і т. д.). Гол. фактори Д.- відмінності цитоплазми ранніх ембріональних клітин, зумовлені неоднорідністю цитоплазми яйця, та специфічні. впливу сусідніх клітин – індукція. На перебіг Д. впливають гормони. багато. фактори, що визначають Д. ще не відомі. Під впливом к.-л. фактора Д. спочатку відбувається детермінація, коли зовніш. ознаки Д. ще не виявляються, але подальший розвиток тканини вже може відбуватися незалежно від фактора, що викликає Д. Зазвичай Д. необоротна. Однак в умовах пошкодження тканини, здатної до регенерації, а також при злоякісності. переродженні клітини відбувається часткове дедиференціювання. при цьому можливі випадки придбання дедіференцірів. клітинами здатності до Д. в іншому напрямку (метаплазія). Молекулярно-генетичне. основа Д. - активність специфічних для кожної тканини генів. Хоча все соматич. клітини організму мають однаковий набір генів, у кожній тканині активна лише частина генів, відповідальних за дану Д. Роль факторів Д. зводиться, т. о., до обир. активації (включення) цих генів. Активність визнач. генів призводить до синтезу соотв. білків, що визначають Д. Вважають, що вирішальну роль у визначенні форми клітин, пх здатності до з'єднання один з одним (див. АДГЕЗІЯ), їх рухах в ході Д. грають цитоскелет і глікопротеїдний комплекс клітинної мембрани - глікокалікс.
.(Джерело: «Біологічний енциклопедичний словник.» Гл. ред. М. С. Гіляров; Редкол.: А. А. Бабаєв, Г. Г. Вінберг, Г. А. Заварзін та ін. - 2-ге вид. .- М.: Рад. Енциклопедія, 1986.)
диференціюванняp align="justify"> Процес виникнення відмінностей між спочатку однорідними клітинами, в ході якого утворюються спеціалізовані клітини, тканини і органи, здатні виконувати в організмі певні функції. Таким чином, диференціювання лежить в основі індивідуального розвитку багатоклітинних організмів від запліднення яйцеклітини до формування дорослої особини. У тварин диференціювання інтенсивно відбувається за зародковому розвитку, а також у постембріональний період, поки організм росте та розвивається. Клітинні диференціювання йдуть у дорослого організму, коли, напр., в кровотворних органах стовбурові клітинидиференціюються в клітини крові, що постійно оновлюються, а в статевих органах первинні статеві клітини - в гамети. На відміну від тварин, рослини ростуть все життя, і, отже, освіта нових органів та тканин у них йде доти, доки вони існують. Ці процеси забезпечуються освітніми тканинами, чи меристемами. Мерістеми складаються з неспеціалізованих, зовні однакових клітин, які в ході багаторазових поділів диференціюються і дають початок різним тканинам та органам рослини.
Клітинні процеси диференціювання визначаються ув'язненими у генах програмами. Так як всі соматичні клітини зародка, що розвивається, містять одну і ту ж генетичну інформацію, виникнення з генетично однотипних клітин таких по-різному спеціалізованих клітин, як, напр., клітини мозку, м'язів, шкіри у тварин або клітини листя і коренів у рослин, можна пояснити тільки роботою у яких різних генів чи т.зв. диференційною експресією (активністю) генів. Складні молекулярні та клітинні механізми, що регулюють включення та вимкнення різних генів та спрямовують клітини по різних шляхах диференціювання, вивчені недостатньо.
Раніше вважалося, що диференціювання соматичних клітин, особливо клітин вищих тварин, необоротна. Проте успіхи таких методів, як культура клітин та тканині клонування, показали, що у ряді випадків диференціювання оборотна: за певних умов із спеціалізованої клітини можна виростити повноцінний організм.
.(Джерело: «Біологія. Сучасна ілюстрована енциклопедія.» Гол. ред. А. П. Горкін; М.: Росмен, 2006.)
Синоніми:
Дивитись що таке "ДИФЕРЕНЦІЮВАННЯ" в інших словниках:
диференціювання- І, ж. differencier, нім. differenzieren. устар. Дія за знач. гол. диференціювати. Удосконалення при нашій цивілізації хилиться все більше і більше до розвитку лише деяких наших здібностей, до одностороннього розвитку, до… Історичний словник галицизмів російської
диференціювання- 1. Процес, в результаті якого індивід перестає реагувати на ті варіанти стимулу, після яких не пред'являються подразники безумовні або підкріплювальні агенти, і відтворює поведінкові реакції лише на ті подразники, які продовжують ... Велика психологічна енциклопедія
Перетворення в процесі індивідуального розвитку організму (онтогенезу) спочатку однакових, неспеціалізованих клітин зародка на спеціалізовані клітини тканин та органів. Великий Енциклопедичний словник
Процес перетворення стовбурових клітин на клітини, що дають початок якійсь одній лінії клітин крові. Цей процес призводить до утворення червоних кров'яних клітин (еритроцитів), тромбоцитів, нейтрофілів, моноцитів, еозинофілів, базофілів та лімфоцитів. Медичні терміни
Клітин процес реалізації генетично обумовленої програми формування спеціалізованого фенотипу клітин, що відображає їх здатність до тих чи інших профільних функцій. Іншими словами, фенотип клітин є результатом координованої ... Вікіпедія
Сущ., кіл у синонімів: 2 диференціація (11) диференціювання (6) Словник синонімів ASIS. В.М. Тришин. 2013 … Словник синонімів
диференціювання- Спеціалізація до цього однорідних клітин та тканин організму Тематики біотехнології EN differentiation … Довідник технічного перекладача
диференціювання- ЕМБРІОЛОГІЯ ТВАРИННИХ ДИФЕРЕНЦІЮВАННЯ – процес формування специфічних властивостей у клітин у ході індивідуального розвитку та появи відмінностей між однорідними клітинами та тканинами, що призводить до утворення спеціалізованих клітин, тканин та… Загальна ембріологія: Термінологічний словник
Перетворення в процесі індивідуального розвитку організму (онтогенезу) спочатку однакових, неспеціалізованих клітин зародка на спеціалізовані клітини тканин та органів. * * * ДИФЕРЕНЦІЮВАННЯ ДИФЕРЕНКУВАННЯ, перетворення в процесі… … Енциклопедичний словник
Диференціація диференціювання. Що лежить в основі морфогенезу
Диференціювання та патологія клітин
1. Диференціювання клітин. Фактори та регуляція диференціювання. Стовбурова клітина та дифферон
Це питання належить до найскладніших і водночас цікавих як цитології, так біології. Диференціювання - це процес виникнення та розвитку структурних та функціональних відмінностей між спочатку однорідними ембріональними клітинами, в результаті якого утворюються спеціалізовані клітини, тканини та органи багатоклітинного організму. Диференціювання клітин є найважливішою складовою процесу формування багатоклітинного організму. У випадку диференціювання незворотна, тобто. високодиференційовані клітини не можуть перетворюватися на клітини іншого типу. Це називається термінальної диференціюванням і властиво переважно клітинам тварин. На відміну від клітин тварин більшість клітин рослин навіть після диференціювання здатні переходити до поділу і навіть вступати на новий шлях розвитку. Такий процес називається дедиференціюванням. Наприклад, при надрізі стебла деякі клітини в зоні розрізу починають ділитися і закривають рану, інші взагалі можуть дедіференціюватися. Так клітини кори можуть перетворитися на клітини ксилеми і відновити безперервність судин у сфері ушкодження. В експериментальних умовах при культивуванні рослинної тканини у відповідному живильному середовищі клітини утворюють калюс. Каллус - це маса щодо недиференційованих клітин, отримана з диференційованих клітин рослин. За відповідних умов з одиночних клітин калюсу можна виростити нові рослини. При диференціюванні не відбувається втрат чи перебудови ДНК. Про це переконливо свідчать результати експериментів із пересадки ядер з диференційованих клітин у недиференційовані. Так ядро з диференційованої клітини вводили в енуклейовану яйцеклітину жаби. В результаті з такої клітини розвивався нормальний пуголовок. Диференціювання переважно відбувається в ембріональний період, а також на перших стадіях постембріонального розвитку. Крім того, диференціювання має місце у деяких органах дорослого організму. Наприклад, у кровотворних органах стовбурові клітини диференціюються у різні клітини крові, а в гонадах – первинні статеві клітини – у гамети.
Чинники та регуляція диференціації. На перших етапах онтогенезу розвиток організму відбувається під контролем РНК та інших компонентів, що перебувають у цитоплазмі яйцеклітини. Потім на розвиток починають впливати фактори диференціювання.
Виділяють два основні фактори диференціювання:
1.Відмінності цитоплазми ранніх ембріональних клітин зумовлені неоднорідністю цитоплазми яйця. 2.Специфічні впливи сусідніх клітин (індукція). Роль факторів диференціювання полягає у виборчій активації чи інактивації тих чи інших генів у різних клітинах. Активність певних генів призводить до синтезу відповідних білків, що спрямовують диференціацію. Синтезовані білки можуть блокувати або, навпаки, активувати транскрипцію. Спочатку активація чи інактивація різних генів залежить від взаємодії тотипотентних ядер клітин зі своєю специфічною цитоплазмою. Виникнення локальних відмінностей у властивостях цитоплазми клітин називається ооплазматичною сегрегацією. Причина цього явища полягає в тому, що в процесі дроблення яйцеклітини ділянки цитоплазми, що відрізняються за своїми властивостями, потрапляють у різні бластоміри. Поряд із внутрішньоклітинною регуляцією диференціювання з певного моменту включається надклітинний рівень регуляції. До надклітинного рівня регуляції належить ембріональна індукція. Ембріональна індукція - це взаємодія між частинами організму, що розвивається, в процесі якого одна частина (індуктор) входить в контакт з іншою частиною (реагує системою) і визначає розвиток останньої. Причому встановлено як вплив індуктора на реагує систему, а й вплив останньої на подальшу диференціювання індуктора. Під впливом будь-якого чинника спочатку відбувається детермінація. Детермінацією, або латентним диференціюванням, називають явище, коли зовнішні ознаки диференціювання ще не виявилися, але подальший розвиток тканини вже відбувається незалежно від фактора, що їх викликав. Клітинний матеріал вважають детермінованим зі стадії, де він вперше при пересадці в нове місце розвивається в орган, який з нього утворюється в нормі. Стовбурова клітина та дифферон. До числа перспективних напрямівбіології XXI століття відноситься вивчення стовбурових клітин. Сьогодні дослідження стовбурових клітин за значимістю можна порівняти з дослідженнями з клонування організмів. На думку вчених застосування стовбурових клітин у медицині дозволить лікувати багато "проблемних" захворювань людства (безпліддя, багато форм раку, діабет, розсіяний склероз, хвороба Паркінсона та ін.). Стовбурова клітина - це не зріла клітина, здатна до самооновлення та розвитку у спеціалізовані клітини організму. Стовбурові клітини поділяють на ембріональні стволові клітини (їх виділяють з ембріонів на стадії бластоцисти) і регіональні стволові клітини (їх виділяють з органів дорослих особин або з органів ембріонів пізніших стадій). У дорослому організмі стовбурові клітини знаходяться в основному в кістковому мозку і, в дуже невеликих кількостях, у всіх органах та тканинах. Властивості стовбурових клітин. Стовбурові клітини самопідтримуються, тобто. після поділу стовбурової клітини одна клітина залишається в стовбуровій лінії, а друга диференціюються спеціалізовану. Такий поділ називається несиметричним. Функції стовбурових клітин. Функція ембріональних стовбурових клітин полягає у передачі спадкової інформації та утворенні нових клітин. Основне завдання регіональних стовбурових клітин – відновлення втрат спеціалізованих клітин після природної вікової чи фізіологічної загибелі, а також в аварійних ситуаціях. Дифферон - це послідовний ряд клітин, що утворився із загального попередника. Включає стовбурові, напівстволові та зрілі клітини. Наприклад, стовбурова клітина, нейробласт, нейрон або стовбурова клітина, хондробласт, хондроцит і т.д. Нейробласт - малодиференційована клітина нервової трубки, що надалі перетворюється на зрілий нейрон. Хондробласт - малодиференційована клітина хрящової тканини, що перетворюється на хондроцит (зріла клітина хрящової тканини). Апоптоз та некроз Апоптоз (з грец. - Опад листя) - це генетично запрограмована форма загибелі клітини, необхідна у розвитку багатоклітинного організму і бере участь у підтримці тканинного гомеостазу. Апоптоз проявляється у зменшенні розміру клітини, конденсації та фрагментації хроматину, ущільненні плазматичної мембранибез виходу вмісту клітини у навколишнє середовище. Апоптоз зазвичай протиставляється іншій формі загибелі клітин - некрозу, який розвивається при дії зовнішніх по відношенню до клітини агентів, що ушкоджують, і неадекватних умов середовища (гіпоосмія, крайні значення рН, гіпертермія, механічні впливи, дія агентів, що ушкоджують мембрану). Некроз проявляється набуханням клітини та розривом мембрани внаслідок підвищення її проникності з виходом вмісту клітини в середу. Перші морфологічні ознакиапоптоза (конденсація хроматину) реєструються у ядрі. Пізніше з'являються вдавлення ядерної мембрани та відбувається фрагментація ядра. Відшнуровані фрагменти ядра, обмежені мембраною, виявляються поза клітиною, їх називають апоптотичними тільцями. У цитоплазмі відбувається розширення ендоплазматичної мережі, конденсація та зморщування гранул. Найважливішою ознакоюАпоптоз є зниження трансмембранного потенціалу мітохондрій. Клітинна мембрана втрачає ворсинчастість, утворює міхурові здуття. Клітини округляються та відокремлюються від субстрату. Проникність мембрани підвищується лише щодо невеликих молекул, причому це відбувається пізніше змін у ядрі. Однією з найбільш характерних рисапоптозу є зменшення об'єму клітини на противагу її набухання при некрозі. Апоптоз вражає індивідуальні клітини і практично не відбивається на їхньому оточенні. В результаті фагоцитозу, якому клітини піддаються вже в процесі розвитку апоптозу, їх вміст не виділяється у міжклітинний простір. Навпаки, при некрозі навколо клітин, що гинуть, накопичуються їх активні внутрішньоклітинні компоненти, закислюється середовище. У свою чергу це сприяє загибелі інших клітин та розвитку вогнища запалення. Порівняльна характеристикаапоптозу та некрозу клітин наведено в таблиці 1. Таблиця 1. Порівняльна характеристика апоптозу та некрозу клітин ОзнакаАпоптозНекрозРозповсюдженістьОдиночна клітинаГрупа клітинПусковий факторАктивується фізіологічними або патологічними стимуламиШвидкість розвитку, годин1-12В межах 1Зміна розміру клітиниЗменшення Збільшення Зміни клітинної мембраниВтрата мікроворсинок,утворення здуття,цілість , пікноз, фрагментація Набухання , порушення енергетики клітиниПорушення цілісності мембраниСтан ДНКРозриви з утворенням спочатку великих, потім дрібних фрагментівНеупорядкована деградаціяЕнергозалежністьЗалежитьНе залежитьЗапальна відповідьНемає Зазвичай єВидалення загиблих клітинФагоцитоз сусідніми клітинамиФагоцитоз нейтрофілів та макрофаз Апоптоз універсально поширений у світі багатоклітинних організмів: аналогічні йому прояви описані у дріжджів, трипаносом та деяких інших одноклітинних. Апоптоз сприймається як умова нормального існування організму. В організмі апоптоз виконує такі функції: § підтримка сталості чисельності клітин. Найбільш простою ілюстрацією значущості апоптозу для багатоклітинного організму є дані про роль цього процесу у підтримці постійної чисельності клітин нематоди Caenorhabditis elegans. § захист організму від збудників інфекційних захворюваньзокрема від вірусів. Багато вірусів викликають такі глибокі порушенняобмін речовин зараженої клітини, що вона реагує на ці порушення запуском програми загибелі. Біологічний сенс такої реакції полягає в тому, що смерть зараженої клітини на ранній стадії запобігає поширенню інфекції по організму. Щоправда, у деяких вірусів виробилися спеціальні пристосування для придушення апоптозу в клітинах, що заражаються. Так, в одних випадках у генетичному матеріалі вірусу закодовані речовини, що виконують роль клітинних антиапоптозних білків-регуляторів. В інших випадках вірус стимулює синтез клітиною власних антиапоптозних білків. Таким чином, створюються передумови безперешкодного розмноження вірусу. § видалення генетично дефектних клітин Апоптоз є найважливішим засобомприродної профілактики ракових новоутворень Існують спеціальні гени, які контролюють порушення в генетичному матеріалі клітини. У разі потреби ці гени зрушують рівновагу на користь апоптозу, і потенційно небезпечна клітина гине. Якщо такі гени мутують, то клітинах розвиваються злоякісні новоутворення. § визначення форми організму та його частин; § забезпечення правильного співвідношення чисельності клітин різних типів;
Інтенсивність апоптозу вища у початкові періоди онтогенезу, зокрема під час ембріогенезу. У дорослому організмі апоптоз продовжує відігравати велику роль лише в тканинах, що швидко оновлюються. клітина пухлинна диференціація 3. Пухлинна трансформація клітин Ми багато чого дізналися про те, як живе та еволюціонує клітина, хоча недостатньо – про те, як запобігати раку. Швидше навпаки: ми побачили різноманіття факторів та механізмів, що його індукують, а це послаблює надію на універсальні способи терапії. Тому згадуються слова Еклезіаста: багато мудрості багато печалі; і хто множить пізнання, множить скорботу. Але вчені працюють. Хесін Р.Б., радянський вчений Проблема онкологічних захворюваньє однією з головних для сучасного суспільства. За прогнозами Всесвітньої організації охорони здоров'я захворюваність і смертність на онкологічні захворювання у всьому світі за період з 1999 року по 2020 рік зросте в 2 рази (з 10 до 20 млн. нових випадків і з 6 до 12 млн. реєстрованих смертей). Пухлиною називають надмірні патологічні розростання тканин, що складаються з якісно змінених, що втратили диференціювання клітин організму. Термін "рак" прийшов до нас із давніх часів. У ті часи хворобу називали за основною, найбільш помітною ознакою захворювання. За аналогією між виростами злоякісної пухлинив оточуючі її тканини та кінцівками раку, це захворювання отримало назву рак (по лат. cancer). Цей стародавній термін у наш час добре відомий усім і лякає кожного. При спілкуванні із хворими його краще не використовувати. У виникненні пухлин визначальним є два фактори: виникнення зміненої клітини (трансформація) та наявність умов для її безперешкодного росту та розмноження в організмі. Протягом усього життя у багатоклітинному організмі відбувається величезна кількість клітинних поділів. Наприклад, в людському організміце число становить приблизно 10 16. Періодично у соматичних клітинах виникають мутації, у тому числі й ті, що можуть призвести до утворення пухлинних клітин. Причому що більше циклів поділу пройшла клітина, то більше ймовірність появи дефектних клітин у її потомстві. Це пояснює різке збільшенняймовірності виникнення онкологічних захворювань із віком. Більше 50% всіх випадків раку виявляються у людей віком 5 років і старше. Статистичні дані показують, що якщо прийняти смертність від раку у 20-річному віці за одиницю, то після 50 літнього вікуризик померти від цього захворювання збільшиться у десятки разів. З дефектними клітинами, що утворилися, організм бореться за допомогою імунної системи. Оскільки виникнення дефектних клітин неминуче, ймовірно, саме порушення імунної системи є визначальними у розвитку пухлин. Концепція ролі імунних механізміву розвитку злоякісних новоутвореньбула висунута ще 1909 р. Ерліхом. Дослідження останніх роківпідтвердили суттєву роль імунодефіцитних станів у розвитку пухлин. Очевидно, що чим більше в організмі з'являється дефектних клітин, тим вище ймовірність пропуску таких клітин імунної системи. Трансформацію клітин викликають канцерогенні чинники. Канцерогенними факторами називаються фактори зовнішнього та внутрішнього середовища, які можуть бути причинами виникнення та розвитку пухлин. До факторів внутрішнього середовища умови місцезнаходження клітини, генетичну схильність організму. Так, чим більш несприятливих умов знаходиться клітина, тим більша ймовірність виникнення помилок при її розподілі. Травматизація шкіри, слизових оболонок або інших тканин організму будь-якими механічними або хімічними подразниками призводить до збільшення ризику виникнення пухлини в цьому місці. Саме це визначає підвищений ризиквиникнення раку тих органів, слизова оболонка яких піддається найбільш інтенсивному природному навантаженню: раку легень, шлунка, товстого кишечника та ін. клітинному поділуу несприятливих умовах та підвищення цього ризику. У розвитку деяких пухлин важливе значення мають генетичні чинники. У тварин роль генетичної схильності експериментально підтверджена з прикладу високо- і низкораковых ліній мишей. Зовнішні канцерогенні фактори умовно можна поділити на три основні групи: фізичні, хімічні та біологічні. До фізичних факторів належить іонізуюче випромінювання- Радіація. В останні десятиліття виникло і досягло великих масштабів забруднення Землі радіонуклідами внаслідок господарської діяльності. Викид радіонуклідів відбувається внаслідок аварій на атомних електростанціяхта атомних підводних човнах, скидання в атмосферу слабоактивних відходів з ядерних реакторів та ін. хімічним факторамвідносяться різні хімічні речовини (компоненти тютюнового диму, бензпірен, нафтиламін, деякі гербіциди та інсектициди, азбест та ін.). Джерелом більшості хімічних канцерогенів у навколишньому середовищіє викиди промислового виробництва. До біологічним факторамвідносяться віруси (вірус гепатиту В, аденовірус та деякі інші). За характером та темпами зростання прийнято розрізняти доброякісні та злоякісні пухлини. Доброякісні пухлини ростуть відносно повільно та можуть існувати роками. Вони оточені власною оболонкою. При зростанні, збільшуючись, пухлина відсуває навколишні тканини, не руйнуючи їх. Клітини доброякісної пухлини трохи відрізняються від нормальних клітин, з яких пухлина розвивалася. Тому доброякісні пухлини носять назви тканин, у тому числі вони розвинулися, з додаванням суфікса " ома " від грецького терміна " онкома " (пухлина). Наприклад, пухлина з жирової тканини називається ліпома, з сполучної - фіброма, з м'язової - міома і т. д. Видалення доброякісної пухлини з її оболонкою веде до повному лікуваннюхворого. Злоякісні пухлини ростуть значно швидше та не мають власної оболонки. Пухлинні клітини та тяжи їх проникають у навколишні тканини та ушкоджують їх. Проростаючи в лімфатичний або корвоносна судина, вони струмом крові або лімфи можуть переноситися в лімфатичні вузлиабо віддалені органи з утворенням там вторинного вогнища пухлинного зростання – метастазу. Клітини злоякісної пухлини значно відрізняються від клітин, з яких вони розвинулися. Клітини злоякісної пухлини атипові, у них змінено клітинна мембранаі цитоскелет, через що вони мають більш менш округлу форму. Пухлинні клітини можуть містити декілька ядер, не типових за формою та розмірами. Характерною ознакоюпухлинної клітини є втрата диференціювання і внаслідок цього втрата специфічної функції. Навпаки, нормальним клітинам притаманні всі властивості повністю диференційованих клітин, які виконують в організмі певні функції. Ці клітини поліморфні та його форма визначається структурованим цитоскелетом. Нормальні клітини організму зазвичай діляться до утворення контактів із сусідніми клітинами, після чого поділ зупиняється. Таке явище відоме як контактне гальмування. Виняток становлять ембріональні клітини, епітелій кишечника (постійна заміна клітин, що відмирають), клітини кісткового мозку (кровотворна система) і пухлинні клітини. Таким чином, найважливішим відмітною ознакоюпухлинних клітин є неконтрольована проліферація вважається Перетворення нормальної клітини на трансформовану - процес багатостадійний. 1.Ініціація. Майже кожна пухлина починається із пошкодження ДНК в окремій клітині. Цей генетичний дефект може бути викликаний канцерогенними факторами, наприклад, компонентами тютюнового диму, УФ-випромінюванням, рентгенівськими променями, онкогенними вірусами. Очевидно, протягом людського життячимало клітин організму із загального їх числа 10 14зазнає пошкодження ДНК. Однак для ініціації пухлини важливими є лише пошкодження протоонкогенів. Ці ушкодження є найважливішим чинником, визначальним трансформацію соматичної клітинив пухлинну. До ініціації пухлини може призвести й ушкодження антионкогену (ген-онкосупресор). 2.Промоція пухлини це переважне розмноження змінених клітин. Такий процес може тривати роками. .Прогресія пухлини - це процеси розмноження малігнізованих клітин, інвазії та метастазування, що ведуть до появи злоякісної пухлини.
