Войти
Повреждение клетки ( также известное как повреждение клетки ) - это различные изменения стресса, которым клетка подвергается из-за внешних, а также внутренних изменений окружающей среды. Среди других причин это может быть связано с физическими, химическими, инфекционными, биологическими, пищевыми или иммунологическими факторами. Повреждение клеток может быть обратимым или необратимым. В зависимости от степени повреждения клеточный ответ может быть адаптивным и, где возможно, восстанавливается гомеостаз. Смерть клетки происходит, когда серьезность повреждения превышает способность клетки к самовосстановлению. Гибель клеток зависит как от продолжительности воздействия вредного раздражителя, так и от тяжести нанесенного ущерба. Гибель клеток может происходить в результате некроза или апоптоза.
Наиболее заметными компонентами клетки, которые являются мишенями повреждения клетки, являются ДНК и клеточная мембрана.
Некоторые повреждения клеток можно обратить вспять после снятия стресса или при возникновении компенсирующих клеточных изменений. Полноценная функция может вернуться к клеткам, но в некоторых случаях степень повреждения останется.
Набухание клеток (или мутное набухание) может возникнуть из-за клеточной гипоксии, которая повреждает натрий-калиевый мембранный насос; это обратимо, если устранить причину. Набухание клеток - первое проявление практически всех форм повреждения клеток. Когда он поражает множество клеток в органе, он вызывает некоторую бледность, повышение тургора и увеличение веса органа. При микроскопическом исследовании в цитоплазме можно увидеть небольшие прозрачные вакуоли; они представляют собой расширенные и защемленные сегменты эндоплазматической сети. Этот образец несмертельного повреждения иногда называют отечностью или вакуолярной дегенерацией. Водянка - тяжелая форма мутного отека. Возникает при гипокалиемии из-за рвоты или диареи.
Ультраструктурные изменения обратимого клеточного повреждения включают:
Клетка повреждена и не может адекватно метаболизировать жир. Небольшие жировые вакуоли накапливаются и рассредоточиваются в цитоплазме. Легкие жировые изменения могут не влиять на функцию клеток; однако более серьезные жировые изменения могут нарушить клеточную функцию. В печени увеличение гепатоцитов из-за жировых изменений может сдавливать соседние желчные каналы, что приводит к холестазу. В зависимости от причины и степени накопления липидов жировые изменения обычно обратимы. Жировое изменение также известно как жировая дегенерация, жировой метаморфоз или жировой стеатоз.
Некроз характеризуется набуханием цитоплазмы, необратимым повреждением плазматической мембраны и распадом органелл, ведущим к гибели клеток. Стадии клеточного некроза включают пикноз; слипание хромосом и сокращение ядра клетки, кариорексис; фрагментация ядра и распад хроматина на неструктурированные гранулы и кариолиз; растворение ядра клетки. Компоненты цитозоля, которые просачиваются через поврежденную плазматическую мембрану во внеклеточное пространство, могут вызывать воспалительную реакцию.
Существует шесть типов некроза:
Апоптоз - это запрограммированная гибель избыточных или потенциально вредных клеток в тело. Это энергозависимый процесс, опосредованный протеолитическими ферментами, называемыми каспазами, которые вызывают гибель клеток за счет расщепления определенных белков в цитоплазме и ядре. Умирающие клетки сжимаются и конденсируются в апоптотические тельца. Поверхность клетки изменяется таким образом, чтобы проявлять свойства, которые приводят к быстрому фагоцитозу макрофагами или соседними клетками. В отличие от некротической гибели клеток, соседние клетки не повреждаются апоптозом, так как продукты цитозола безопасно изолированы мембранами до того, как подвергнуться фагоцитозу. В среднем от 50 до 70 миллиардов клеток умирают каждый день из-за апоптоза. Подавление апоптоза может привести к ряду видов рака, аутоиммунных заболеваний, воспалительных заболеваний и вирусных инфекций. Гиперактивный апоптоз может привести к нейродегенеративным заболеваниям, гематологическим заболеваниям и повреждению тканей.
Когда клетка повреждена, организм пытается восстановить или заменить клетку, чтобы продолжить нормальные функции. Если клетка умирает, тело удаляет ее и заменяет другой функционирующей клеткой или заполняет промежуток соединительной тканью, чтобы обеспечить структурную поддержку оставшимся клеткам. Девиз процесса восстановления - заполнить пробел, вызванный поврежденными клетками, чтобы восстановить структурную целостность. Нормальные клетки пытаются регенерировать поврежденные клетки, но это не всегда происходит. Бесполое размножение - это то, что восстанавливает клетки
Регенерация клеток паренхимы или функциональных клеток организма. Организм может производить больше клеток, чтобы заменить поврежденные клетки, сохраняя целостность и функциональность органа или ткани.
Когда клетка не может быть регенерирована, организм заменяет ее стромальной соединительной тканью для поддержания функции ткани / органа. Стромальные клетки - это клетки, которые поддерживают паренхиматозные клетки любого органа. Фибробласты, иммунные клетки, перициты и воспалительные клетки являются наиболее распространенными типами стромальных клеток.
Истощение запасов АТФ (аденозинтрифосфата) - частое биологическое изменение, которое происходит при клеточное повреждение. Это изменение может произойти, несмотря на провоцирующий агент повреждения клетки. Снижение внутриклеточного АТФ может иметь ряд функциональных и морфологических последствий во время повреждения клетки. Эти эффекты включают:
повреждение ДНК ( или повреждение РНК в случае некоторых вирусных геномов) представляется фундаментальной проблемой для жизни. Как отметил Хейнс, субъединицы ДНК не наделены какой-либо особой квантово-механической стабильностью, и поэтому ДНК уязвима для всех «химических ужасов», которые могут случиться с любой такой молекулой в теплой водной среде. Эти химические ужасы представляют собой повреждения ДНК, которые включают различные типы модификаций оснований ДНК, одно- и двухцепочечные разрывы и межцепочечные перекрестные связи (см. повреждение ДНК (встречающееся в природе). Повреждения ДНК - это отличаются от мутаций, хотя обе являются ошибками в ДНК. В то время как повреждения ДНК представляют собой аномальные химические и структурные изменения, мутации обычно включают в себя четыре нормальных основания в новых структурах. Мутации могут реплицироваться и, таким образом, унаследоваться при репликации ДНК. Напротив, повреждения ДНК представляют собой измененные структуры, которые сами по себе не могут быть реплицированы.
Несколько различных процессов восстановления могут удалить повреждения ДНК (см. диаграмму в Ремонт ДНК ). Однако те повреждения ДНК, которые остаются не восстановленными, могут имеют пагубные последствия. Повреждения ДНК могут блокировать репликацию или транскрипцию генов. Эти блокировки могут привести к гибели клеток. В многоклеточных организмах гибель клеток в ответ на повреждение ДНК может происходить в результате запрограммированного процесса - апоптоза. когда ДНК-полимераза реплицирует матричную цепь, содержащую поврежденный сайт, она может неточно обходить повреждение и, как следствие, вводить неправильное основание, что приводит к мутации. Экспериментально частота мутаций существенно возрастает в клетках, дефектных в репарации ошибочного спаривания ДНК или в гомологичной рекомбинационной репарации (HRR).
Как у прокариот, так и у эукариот геномы ДНК уязвимы атаковать реактивными химическими веществами, которые естественным образом образуются во внутриклеточной среде, и агентами из внешних источников. Важным внутренним источником повреждения ДНК как у прокариот, так и у эукариот являются активные формы кислорода (АФК), образующиеся как побочные продукты нормального аэробного метаболизма. Для эукариот окислительные реакции являются основным источником повреждения ДНК (см. повреждение ДНК (естественное происхождение) и Седельникова и др.). У человека в сутки на клетку приходится около 10 000 окислительных повреждений ДНК. У крысы, у которой скорость метаболизма выше, чем у людей, на клетку в день происходит около 100000 окислительных повреждений ДНК. У аэробно растущих бактерий ROS, по-видимому, являются основным источником повреждения ДНК, о чем свидетельствует наблюдение, что 89% спонтанно возникающих мутаций с заменой оснований вызваны введением индуцированных ROS однонитевых повреждений с последующей подверженной ошибкам репликацией после этих убытки. Окислительные повреждения ДНК обычно затрагивают только одну из цепей ДНК на любом поврежденном участке, но около 1-2% повреждений затрагивают обе цепи. Двухцепочечные повреждения включают двухцепочечные разрывы (DSB) и межцепочечные сшивки. Для людей расчетное среднее количество эндогенных DSB ДНК на клетку, возникающих в каждом поколении клеток, составляет около 50. Этот уровень образования DSB, вероятно, отражает естественный уровень повреждений, вызванных, в значительной степени, АФК, продуцируемых активным метаболизмом.
Для восстановления различных типов повреждений ДНК используются пять основных путей. К этим пяти путям относятся эксцизионная репарация нуклеотидов, эксцизионная репарация оснований, репарация ошибочного спаривания, негомологичное соединение концов и гомологичная рекомбинационная репарация (HRR) (см. Диаграмму в репарация ДНК ) и ссылки. Только HRR может точно исправить двухнитевые повреждения, такие как DSB. Путь HRR требует наличия второй гомологичной хромосомы, чтобы обеспечить восстановление информации, потерянной первой хромосомой из-за двухцепочечного повреждения.
Повреждение ДНК, по-видимому, играет ключевую роль в старении млекопитающих, и адекватный уровень репарации ДНК способствует долголетию (см. Теория старения повреждений ДНК и ссылки). Кроме того, повышенная частота повреждения ДНК и / или снижение репарации ДНК вызывает повышенный риск рака (см. Рак, Канцерогенез и Новообразование ) и ссылки). Кроме того, способность HRR точно и эффективно восстанавливать повреждения двухцепочечной ДНК, вероятно, сыграла ключевую роль в эволюции полового размножения (см. Эволюция полового размножения и ссылки). У современных эукариот HRR во время мейоза обеспечивает основное преимущество сохранения фертильности.
