Клітина – елементарна цілісна жива система. Стовбурові клітини. Взаємодія клітин.

Клітина складається з великої кількості чітко упорядкованих різноманітних молекул. Молекулярні комплекси утворюють органели, які є складовою частиною клітинної системи. Внутрішній простір клітини поділено мембранами на відсіки (компартменти), де відбуваються тільки специфічні для цього простору реакції. Таким чином, клітина є складною системою макромолекул кількох рівнів організації. Це цілісна неподільна система, в якій можна виділити ряд підсистем, відповідальних за специфічні функції: мембрани, цитозоль, ядро, мітохондрії тощо. Клітинні органели структурно і функціонально зв'язані між собою. Життєдіяльність клітин може здійснюватися тільки за умов скоординованого зв'язку між ними.

Клітина є відкритою системою, тому що вона не ізольована від зовнішнього середовища. Для життя та функціонування клітинам необхідно постійно взаємодіяти з навколишнім середовищем. Зокрема, між середовищем і клітинами постійно відбувається обмін речовиною, енергією й інформацією. Ці процеси забезпечують упорядкований у часі та просторі, координований перебіг усіх метаболічних і фізіологічних процесів.

Обмін речовиною. Між середовищем і клітинами (як відкритими системами) відбувається обмін молекулами. Клітина вибірково поглинає необхідні і виводить непотрібні їй речовини. Потік речовин зв'язаний насамперед із метаболізмом клітин, що являє собою єдність асиміляції і дисиміляції.

Обмін енергією. У клітину разом з органічними речовинами надходить енергія, акумульована в хімічних зв'язках між молекулами й атомами, яка потім звільняється і перетворюється в АТФ. Енергія необхідна для підтримки стабільності клітинної системи: забезпечення структури, гомеостазу, метаболізму і функцій. Обмін енергією в групах організмів забезпечується різними процесами: гліколізом, фотосинтезом, хемосинтезом, диханням. Для тварин основним є процес дихання. Як відомо, енергетичним матеріалом у клітині є молекула АТФ. Вона накопичує енергію, вільно переміщується в клітині й віддає енергію для здійснення ендотермічних процесів. АТФ утворюється в результаті приєднання до АДФ третьої фосфатної групи. Процеси утворення АТФ відбуваються на внутрішній мембрані мітохондрій, яка містить спеціальні ферменти – АТФ-синтетази.

Обмін інформацією.

1. Клітина сприймає зміни в навколишньому середовищі (сигнали) і здатна на них адекватно реагувати. Завдяки цьому клітина може пристосовуватися до мінливих умов існування. Це забезпечується утворенням нових, потрібних у даних умовах ферментів та інших макромолекул.

2. Спадкова інформація зберігається в молекулах ДНК у вигляді генетичного коду – послідовності триплетів нуклеотидів. Інформація переписується з ДНК на молекули РНК, що забезпечують синтез необхідних структурних білків і ферментів. Утворені білки причетні до появи певних властивостей клітини. Іншими словами, потік інформації в клітині спрямований від ДНК до ознаки:

3. Ще один інформаційний потік направлений від ДНК однієї клітини до ДНК дочірньої клітини. Цей потік пов'язаний із процесом розмноження. Він реалізується реплікацією молекул ДНК материнської клітини, утворенням хромосом, процесом рівномірного розподілу спадкового матеріалу між дочірніми клітинами (мітозом):

Цей потік інформації забезпечує відтворення і тривале існування популяцій клітин. Таким чином, життя клітин підтримується завдяки постійним потокам речовин, енергії й інформації.

Нобелівську премію з медицини розділили між собою піонери у сфері дослідження стовбурових клітин. Джон Гердон з Великої Британії та Сінья Яманака з Японії отримали найпочеснішу наукову відзнаку за трансформування спеціалізованих клітин у стовбурові, які, своєю чергою, можуть ставати клітинами будь-якого типу в людському тілі.

Професор Яманака зумів перепрограмувати клітини, а професор Гердон, маючи зразки кишковика, клонував жаб. Нобелівський комітет заявив, що вчені революціонували науку.

У 1962 році Джон Гердон взяв генетичну інформацію з клітини кишковика жаби та помістив її у жаб'ячу ікринку, з якої потім розвинулася нормальна особина. Сінья Яманака, своєю чергою, показав, що спеціалізовані клітини мишей можуть бути перепрограмовані на стовбурові, якщо матимуть ще чотири гени.Отримані стовбурові клітини можуть згодом бути перетворені в клітини будь-якого типу.

Як стверджує Нобелівський комітет, ці відкриття здійснили революцію у "нашому розумінні того, як розвиваються клітини та організми".

Пан Гердон народився у 1933 році в Британії, вчився в Оксфорді та в Технологічному інституті в Каліфорнії. З 1972 року працював у Кембріджі, де і лишається зараз - в Інституті Гердона. Пан Яманака народився у 1962 році в Осаці, вчився в Університеті Кобе та працював хірургом, перш ніж переключився на дослідження. Працював у Сан-Франциско, в Інституті Гладстоун, з яким співпрацює зараз так само, як і з Університетом Кіото.

Стовбурові клітини – неспеціалізовані клітини, здатні до необмеженого поділу, що дають початок новим клітинам при формуванні тканин і в процесі їхнього відновлення. У 1999 р. журнал «Science» визнав відкриття стовбурових клітин третьою за значимістю подією в біології після розшифровки подвійної спіралі ДНК і програми «Геном людини». Стовбурові клітини посідають центральне місце в клітинному гомеостазі організму насамперед тому, що їхньою основною функцією є заповнення природної втрати клітин, що виконують спеціалізовані функції. Відповідно до найбільш прийнятої характеристики, стовбурові клітини — це особлива група недиференційованих клітин, що мають дві фундаментальні властивості: здатність до самовідновлення і до диференціювання в спеціалізовані тканини. Крім того, до основних властивостей клітин можна віднести значний проліферативний потенціал, що дозволяє їм багаторазово ділитися і зберігатися як популяція протягом, як правило, усього життя організму. Однією з важливих властивостей є те, що вони не мають ніяких тканиноспецифічних структур, що дозволили б їм виконувати спеціалізовані функції. Стовбурова клітина не може як, напр. клітина серцевого м’яза, взаємодіяти з іншими клітинами, щоб доставляти кров до судин, не може переносити молекули оксигену, як еритроцити; вона не здатна проводити електрохімічні сигнали подібно нейронам та ін.

Все наше життя стовбурові клітини є ніби «резервуаром» будівельного матеріалу для будь-якого органа нашого організму. Таким чином, залежно від етапу індивідуального розвитку організму виділяють ембріональні і. дорослого організму (регіональні або соматичні). За здатністю до диференціювання умовно можна розділити на 4 типи: тотипотентні, поліпотентні, мультипотентні та уніпотентні.

1. Уніпотентні є попередниками тільки одного типу клітин. Вони виявлені тільки в периферичній нервовій системі і статевих залозах дрозофіли. Деякі автори відносять до уніпотентних базальні клітини епідермісу.

2. Тотипотентні здатні давати початок усім типам клітин організму. За умов внесення ядра тотипотентної клітини до яйцеклітини, а потім у матку розвивається повноцінний плід (клонування). Завдяки своїй тотипотентності ембріональні стовбурові клітини визнані зручною модельною системою для вивчення механізмів, що лежать в основі ранніх стадій розвитку ссавців.

3. Клітини внутрішньої маси бластоцисти є попередниками всіх типів клітин організму і називаються поліпотентними. За умов клонування клітини цього типу не здатні розвиватися в організм, оскільки не забезпечують ріст плаценти. Властивість поліпотентності зберігається тільки в клітинах первинного зародкового листка в ембріонів людини до 5–8 тижня внутрішньоутробного розвитку.

4. Плюри(мульти-)потентні є попередниками декількох, але не всіх типів клітин. Вони зберігають основну властивість — здатність до нелімітованого самовідновлення, тобто є умовно безсмертними. Мультипотентними клітинами є регіональні стовбурові клітини: а) кровотворні — попередники всіх клітин крові; б) епітеліальні; в) периферичної нервової системи — попередники периферичних нервів, нейроендокринних клітин, клітин Шванна, пігментних клітин; г) печінки — гепатобласти — попередники гепатоцитів і біліарних клітин; д) мезенхімальні — попередники клітин хряща, кісток, гладких і поперечносмугастих м’язів, жирових клітин. Ці клітини здатні утворювати кілька типів клітин у межах одного органа. До останнього часу вважалося, що вихідна спеціалізація мультипотентних клітин зміні вже не підлягає і що, напр., стовбурові клітини. шкіри за будь-яких обставин не можуть давати початок клітинам слизової оболонки кишечнику. Зовсім недавно вчені довели, що природа не дотримується цього закону суворо. Зокрема, ендодермальні стовбурові клітини ембріональної печінки дають початок не тільки всім тканинам цього органа, але й клітинам підшлункової залози і кишечнику. Такий феномен одержав назву пластичності, а сам процес диференціювання у невластивий тип клітин часто називають трансдиференціюванням, або трансдетермінацією.

На сьогодні проведено багато експериментів, які вказують на доцільність застосування стовбурових клітин у медицині та фармації, зокрема для корекції багатьох патологічних станів організму людини. Лікування за допомогою стовбурових клітин і тканин, а також біологічно активних речовин, що ними виділяються, називається клітинною терапією.

За допомогою клітинної терапії піддаються лікуванню або корекції такі захворювання, як цукровий діабет, атеросклероз, ішемічна хвороба серця, хронічні захворювання суглобів, застарілі травми, гепатити та цирози печінки, аутоімунні захворювання, хвороби Альцгеймера і Паркінсона, синдром хронічної утоми та ін. Завдяки стовбуровим клітинам ефективно загоюються опіки, рани, виразки та рубці шкіри, відбувається реабілітація після інсультів і черепно-мозкових травм, проводиться комплексна програма регенерації і мезотерапія різних частин тіла. У косметології можуть застосовуватися для корекції вікових змін шкіри обличчя, лікування шкірних захворювань, для усунення рубців на шкірі, при випадінні волосся. Однак існують серйозні перешкоди, які пов’язані з вирішенням багатьох етичних і наукових проблем. По-перше, є багато труднощів при одержанні та вирощуванні стовбурових клітин, що підходять конкретному хворому організму. По-друге, деякі експерименти проведено на тваринах, а який ефект подібної дії буде спостерігатися в організмі людини, поки що не визначено. По-третє, до кінця ще не встановлені негативні побічні ефекти і реакція організму людини через тривалий час після клітинної терапії. Крім того, потрібно вирішити ще багато етичних та юридичних проблеми щодо застосування стовбурових клітин в медицині, фармації та косметології, в тому числі й в Україні.

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Мітоз. Мейоз.	\|	Поняття про одноклітинні, колоніальні та багатоклітинні організми. Регуляція життєвих функцій організмів.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.