BUNKOVÁ SMRŤ: TYPY A ICH VLASTNOSTI - BIOLÓGIE - 2026

Bunková smrť je proces deštrukcii bunkových zložiek v ktorých všetky živé organizmy v rôznych fázach. Vo všetkých mnohobunkových organizmoch musí existovať optimálna rovnováha medzi bunkovou smrťou a bunkovou proliferáciou.

Bunková smrť nastáva dvoma hlavnými mechanizmami: nekrózou alebo náhodnou bunkovou smrťou a apoptózou alebo programovanou bunkovou smrťou. Každý mechanizmus má špecifickú morfológiu buniek.

Rozdiely medzi apoptózou a nekrózou.
Zdroj: Národný inštitút pre zneužívanie alkoholu a alkoholizmus (NIAAA)

Apoptóza alebo programovaná bunková smrť zahrnuje dráhu vysoko regulovanú genetickými komponentmi. Často, keď organizmus zažije patologické okolnosti (napríklad degeneratívne choroby), môže byť apoptický program implementovaný nesprávne, čo má za následok neprimerané ničenie buniek.

Programovaná bunková smrť je všeobecne dôležitou súčasťou vývojových ciest a homeostázy (kontrola medzi bunkovou smrťou a proliferáciou).

Druhým typom bunkovej smrti je náhodná bunková smrť alebo nekróza. Ak ju porovnáme s apoptózou, predstavuje to radikálne rozdiely. Tento jav sa vyskytuje, keď sú bunky vystavené nepriaznivému alebo extrémnemu prostrediu, čo vedie k poškodeniu bunkových štruktúr.

Programovaná bunková smrť alebo apoptóza

Historická perspektíva

V roku 1972 sa prvýkrát použil termín apoptóza. Objavil sa v klasickom vedeckom článku napísanom autormi Kerr, Wyllie a Currie. Pre Kerra a kol., Termín apoptóza opisuje výraznú morfologickú formu bunkovej smrti.

Aj keď boli tieto črty už podrobne opísané, autori sú prví, ktorí pomenovali tento fenomén.

definícia

Viacbunkový organizmus sa skladá z viacerých buniek, ktoré si musia navzájom vytvoriť spojenie. Komunita musí byť prísne organizovaná, a to sa dosiahne zavedením kontroly medzi proliferáciou nových buniek a elimináciou už prítomných buniek.

Týmto spôsobom bunky, ktoré už nie sú potrebné z viacerých dôvodov, podstúpia určitý druh molekulárnej "samovraždy" nazývanej apoptóza.

Programovaná bunková smrť je normálny fyziologický jav. Zahŕňa kontrolované vylučovanie určitých buniek. Tento mechanizmus je nevyhnutný na správne fungovanie tkanív dospelých. Zohráva tiež úlohu pri vývoji embrya.

Vlastnosti

Zachovať rovnováhu šírenia zbraní

Hlavným cieľom programovanej bunkovej smrti je udržiavať rovnováhu bunkovej proliferácie. Napríklad v našom tele je takmer 5 x 10 ¹¹ erytrocytov alebo krvných buniek denne vylučovaných prostredníctvom bunkovej smrti.

Chráňte bunky

Okrem toho umožňuje vytvorenie ochranného mechanizmu proti bunkám, ktoré by potenciálne mohli mať vplyv na organizmus. V prípade buniek, ktoré sa stali obeťami vírusovej infekcie, sa zvyčajne usmrtia programovanou bunkovou smrťou. Vírus sa teda nebude ďalej šíriť vo vnútri hostiteľa.

Programovaná bunková smrť nielen eliminuje bunky infikované externými patogénmi, ale je tiež schopná vylúčiť bunky organizmu, ktoré poškodzujú genetický materiál. V tomto prípade sú bunky, ktoré nesú mutácie škodlivé pre organizmus, vylúčené.

V prípade, že vývoj týchto abnormálnych buniek môže pokračovať a mechanizmy bunkovej smrti nefungujú, môžu sa objaviť nádory a vývoj rôznych typov rakoviny.

Koordinovať vývoj embrya

Programovaná bunková smrť zohráva pri vývoji embrya kľúčovú úlohu. Počas ich vytvárania musí byť odstránených niekoľko nepotrebných buniek.

Napríklad je zodpovedný za odstránenie tkanív lariev v organizmoch, ktoré podstupujú metamorfózu: larvy a obojživelníky. Okrem toho sa niektoré formy mladistvých vyznačujú tým, že majú medzi prstami membrány, ktoré sú charakteristické pre vodný život.

Keď sa organizmus stane dospelým, tieto membrány zmiznú, pretože bunky, ktoré ho tvoria, podliehajú programovanej bunkovej smrti. Vo všeobecnosti proces apoptózy formuje končatiny ľudí a myší: lopatkovité štruktúry končiace dobre tvarovanými číslicami.

Počas vývoja cicavcov sa programovaná bunková smrť podieľa na tvorbe nervového systému. Keď sa telo vyvíja, vytvára sa nadmerný počet nervových buniek, ktoré sa neskôr eliminujú programovanou bunkovou smrťou.

Neuróny, ktoré prežívajú (asi 50%), vytvárajú správne spojenie s cieľovými bunkami. Keď je zistené spojenie, začne sa vylučovanie radu rastových faktorov, ktoré umožňujú prežitie bunky, pretože inhibuje program bunkovej smrti.

Bunkové charakteristiky apoptózy

Počas programovanej bunkovej smrti vykazuje bunka konkrétny fenotyp. Prvým rozlíšiteľným znakom je fragmentácia chromozomálnej DNA.

V tomto prípade nastáva rozklad nukleozómov, štruktúr vytvorených DNA a proteínmi. Kondenzáciou chromatínu sa jadro rozpadne na malé kúsky.

Ako proces pokračuje, bunka sa významne zmenšuje. Nakoniec sa bunka rozpadne na viac segmentov obklopených bunkovou membránou. Každá z týchto častí je známa ako apoptické telá.

Neskôr sú bunky imunitného systému nazývané makrofágy zodpovedné za rozpoznávanie a fagocytovanie týchto umierajúcich štruktúr.

Teda „mŕtvola“ bunky, ktorá podstupuje apoptózu, účinne zmizne z organizmu, do ktorého patrila - na rozdiel od toho, čo sa stane, keď bunka zomrie na zranenie. V druhom prípade bunky napučiavajú a nakoniec lyzujú, čím zapaľujú danú oblasť.

Počas apoptózy dochádza k poškodeniu mitochondrií, ktoré sú charakterizované uvoľňovaním série molekúl, ktoré okrem iného stimulujú mechanizmus smrti, ako sú napríklad cytochróm c, proteíny Smac / Diablo.

Genetické aspekty

Striktná regulácia programovanej bunkovej smrti nastáva vďaka organizovanému fungovaniu rôznych génov.

Prvé štúdie týkajúce sa genetického mechanizmu apoptózy sa vykonali na nematode Caenorhabditis elegans. V tomto organizme boli identifikované 3 gény súvisiace s vykonávaním a reguláciou celého apoptického procesu.

U cicavcov sa našli gény veľmi podobné génom nematód. Preto boli vysoko evolučnými entitami počas evolúcie.

Ced-3 je príklad rodiny tvorenej viac ako tuctom proteáz (enzýmov, ktoré hydrolyzujú proteíny), známych pod názvom kaspázy.

V prípade programovanej smrti kaspázy hydrolyzujú viac ako 100 proteínov nájdených v príslušnej bunke. Medzi cieľovými proteínmi kaspáz nájdeme inhibítory DNAázy, ktoré spôsobujú rozklad DNA v bunkovom jadre.

Kaspázy sú tiež zodpovedné za pretrhnutie jadrovej laminy, čo vedie k fragmentácii jadra a cytoskeletu všeobecne. Okamžitými dôsledkami všetkých týchto degradačných udalostí je fragmentácia buniek.

Spúšťanie apoptózy

Existuje celý rad stimulov, ktoré spúšťajú apoptické mechanizmy. Tieto stimuly môžu byť fyziologické alebo patologické. Je zaujímavé, že nie všetky bunky reagujú na podnety rovnakým spôsobom.

Ožarovanie a lieky používané na liečbu rakoviny (chemoterapia) vedú k apoptóze z dráhy nazývanej dráha závislá od p53.

Niektoré hormóny, ako sú kortikosteroidy - hormóny zo skupiny steroidov a ich derivátov - môžu v niektorých bunkách viesť k apoptickej dráhe. Avšak jej prítomnosť nie je ovplyvnená väčšina buniek.

Náhodná bunková smrť alebo nekróza

definícia

K náhodnej smrti buniek alebo nekróze dochádza, keď sú bunky vystavené nepriaznivému prostrediu, ktoré spôsobuje vážne poškodenie bunkových štruktúr.

Medzi tieto faktory, ktoré spôsobujú traumu, patria okrem iného veľmi vysoké alebo veľmi nízke teploty, abnormálne hladiny kyslíka, vystavenie toxínom, vystavenie reaktívnym metabolitom kyslíka, nedostatok živín, abnormálne hodnoty pH.

Rôzne zdravotné stavy zahŕňajú nekrózu, vrátane neurodegeneratívnych chorôb, ako je Alzheimerova choroba, Huntingtonova choroba, Parkinsonova choroba, amyotrofická laterálna skleróza a epilepsia.

Aj keď je nekrotický proces zapojený do rôznych zdravotných stavov, mechanizmus vzniku udalosti nebol úplne objasnený. Historicky bola nekróza vnímaná jednoducho ako chaotické reakcie, ktoré ničia bunku.

Súčasné dôkazy z baktérií Caenorhabditis elegans a Drosophila však spochybňujú túto dogmu.

Rôzne typy buniek, ktoré podstupujú nekrózu, vykazujú veľmi špecifické morfologické charakteristiky buniek v reakcii na poškodenie, čo naznačuje, že existuje centrálny program vykonávania nekrózy.

Úplné a podrobné pochopenie nekrotického procesu by mohlo viesť k vývoju nových metodológií na kontrolu chorôb, ktoré zahŕňajú smrť nekrotických buniek.

Bunkové charakteristiky nekrózy

Rovnako ako v prípade apoptózy má nekróza charakteristické morfologické znaky. Ďalej sú úplne odlišné od toho, čo pozorujeme v bunke, ktorá umiera apoptickou cestou.

Úmrtie je sprevádzané výrazným zápalom v bunke, tvorbou vakuol v cytoplazme, distenziou endoplazmatického retikula, pľuzgierom cytoplazmy, kondenzáciou mitochondrií, dezagregáciou a vylučovaním ribozómov, roztrhnutím membrán, zapálenými lyzozómami a zlomené, medzi ostatnými.

Nekróza je „pasívny“ proces, pretože nevyžaduje ďalšiu syntézu proteínov, potreba energie na jej uskutočnenie je minimálna a nemá žiadny ďalší homeostatický regulačný mechanizmus.

mechanizmy

Poranenia spôsobené nekrotickými bunkami môžu byť sprostredkované dvoma hlavnými mechanizmami: rušením dodávky energie a priamym poškodením bunky vyššie uvedenými faktormi.

Porovnanie apoptózy a nekrózy

rozdiely

Kontrola procesu : Apoptóza je pomerne vysoko riadený aktívny proces, zatiaľ čo nekróza je toxický proces, pri ktorom je bunka pasívnou obeťou energeticky nezávislého spôsobu smrti. Ako sme už spomenuli, súčasné dôkazy spochybňujú nereguláciu nekrózy.

Miesto úmrtia : Normálne sa apoptóza vyskytuje v jednej bunke alebo v malom bunečnom zhluku, zatiaľ čo nekróza sa vyskytuje v kontinuu buniek.

Stav plazmatickej membrány : Pri apoptóze zostáva bunková membrána neporušená a cytoplazma si zachováva apoptotické telá. Pri nekróze dochádza k prasknutiu plazmatickej membrány a uvoľneniu cytoplazmy.

Zápalové procesy : pri apoptóze sa nepozoruje žiadny typ zápalu, zatiaľ čo inflácia je jednou z najvýraznejších charakteristík nekrózy. Strata membrány a celulárna integrita vysiela chemotaktické signály, ktoré získavajú bunkové činidlá súvisiace so zápalovým procesom.

Dokážete rozlíšiť medzi apoptózou a nekrózou?

Čo záleží na tom, či bunka zomrie na apoptózu alebo na nekrózu? Na tomto rozhodnutí sa okrem iného podieľajú rôzne faktory vrátane povahy signálu smrti, typu príslušného tkaniva, stavu vývoja organizmu.

Pri použití konvenčných histologických techník nie je ľahké rozlíšiť tkanivo odumreté na apoptózu alebo nekrózu. Morfologické výsledky smrti vyvolané nekrotickými a apoptickými dráhami sa líšia v niekoľkých ohľadoch a prekrývajú sa v iných.

Dôkazy naznačujú, že apoptóza a nekróza predstavujú morfologické vyjadrenie zdieľanej biochemickej dráhy nazývanej kontinuum apoptózy-nekrózy. Napríklad do premeny apoptózovej dráhy na nekrózu sú zapojené dva faktory: znížená dostupnosť kaspáz a ATP v bunke.

Cytotoxická smrť

V mnohobunkových organizmoch existujú špecifické typy buniek patriacich do imunitného systému - alebo sekrécie, ktoré produkujú - ktoré sú toxické pre iné bunky.

Tieto bunky sú zodpovedné za iniciáciu dráh zodpovedných za deštrukciu cieľových buniek (ktorými môžu byť bunky infikované patogénom alebo rakovinovými bunkami). Autori však radšej nezahrňujú ani jednu z týchto dvoch kategórií (nekróza alebo apoptóza), pretože k tomu nedochádza prostredníctvom špecifického mechanizmu.

Zoberme si špecifický prípad bunkovej smrti, ktorá je sprostredkovaná bunkovým typom nazývaným cytotoxické CD8 ⁺ T lymfocyty . V tomto príklade bunka kombinuje aspekty náhodnej aj programovanej bunkovej smrti.

Referencie

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Základná bunková biológia. Garland Science.
2. Cooper, GM, Hausman, RE a Hausman, RE (2000). Bunka: molekulárny prístup. Washington, DC: ASM press.
3. Elmore, S. (2007). Apoptóza: prehľad programovanej bunkovej smrti. Toxikologická patológia, 35 (4), 495-516.
4. Ross, MH, a Pawlina, W. (2006). Histológie. Lippincott Williams & Wilkins.
5. Syntichaki, P., & Tavernarakis, N. (2002). Smrť nekrózou. Nekontrolovateľná katastrofa alebo je za chaosom poriadok? Správy EMBO, 3 (7), 604-9.