Клетки рождаются, работают и умирают
Клетка — не машина, которая работает вечно. Она появляется, выполняет свою работу, и однажды перестаёт жить. Много клеток в твоём теле гибнет каждый день, и на их место приходят новые.
В этом уроке две главные идеи: старение (медленные изменения со временем) и гибель клетки (конец). Гибель может быть запланированной (апоптоз) или случайной (некроз).
Признаки стареющей клетки
Старая клетка выглядит и работает не так, как молодая. Вот её признаки:
- Меньший размер: клетка теряет воду и немного сжимается.
- Медленная работа: ферменты работают хуже, поэтому клетка медленнее вырабатывает энергию и новые вещества.
- Накопление отходов: внутри собирается коричневый пигмент (например, липофусцин), потому что старые отходы убираются недостаточно быстро.
- Изменения ядра: оно может стать больше, темнее или необычной формы.
- Более слабая мембрана: клетка хуже пропускает нужные вещества внутрь и наружу.
- Перестаёт делиться: многие старые клетки уже не могут делиться.
Почему так происходит? Со временем в ДНК накапливаются повреждения, вредные вещества, образующиеся при обычной жизни (их называют свободными радикалами), портят части клетки, а защитные кончики хромосом (теломеры) становятся короче при каждом делении. Когда кончики слишком короткие, клетка перестаёт делиться.
Старение клеток медленное и постепенное. Старение всего организма — результат того, что стареют сразу много клеток.
Апоптоз: запланированная гибель клетки
Апоптоз (произносится: а-поп-тоз) — это программа гибели, которая есть внутри каждой клетки. Клетка получает сигнал, например «ты повреждена» или «ты больше не нужна», и включает ферменты каспазы, которые по плану разрезают части клетки.
- Клетка сжимается и отходит от соседей.
- Ядро и ДНК разрезаются на куски.
- На поверхности клетки появляются пузырьки, и она распадается на маленькие закрытые пакетики.
- Соседние клетки или особые клетки-уборщики (фагоциты) поедают пакетики.
Ничего не вытекает, поэтому нет отёка (нет воспаления). Апоптозу нужна энергия (АТФ), потому что клетка сама активно разбирает себя на части.
Некроз: смерть от травмы
Некроз возникает, когда клетку сильно повреждает что-то снаружи: ожог, сильный яд, нехватка кровоснабжения или инфекция. Клетка не может управлять тем, что происходит.
- Клетка набухает, потому что её мембрана перестаёт работать.
- Мембрана лопается.
- Содержимое выливается в пространство вокруг.
- Тело отвечает воспалением: краснотой, отёком и болью, и соседние клетки тоже могут пострадать.
Апоптоз и некроз: сравнение
| Признак | Апоптоз | Некроз |
|---|---|---|
| Причина | Внутренний сигнал; норма или найдено повреждение | Внешняя травма, яд, нет крови |
| Запланирован? | Да, это программа | Нет, случайный |
| Размер клетки | Сжимается | Набухает |
| Мембрана | Остаётся целой; образует пакетики | Лопается |
| Энергия (АТФ) | Нужна | Не нужна |
| Соседи | Не страдают; поедают пакетики | Страдают от вытекшего содержимого |
| Воспаление | Нет | Да |
Зачем нужен апоптоз
- Формирование тела: убирает перепонки между пальцами рук и ног и хвост головастика.
- Удаление старых клеток: старые клетки крови и клетки выстилки кишечника убираются и заменяются новыми.
- Удаление опасных клеток: клетке с сильно повреждённой ДНК дают команду погибнуть, чтобы она не превратилась в рак. Если апоптоз не срабатывает, повреждённые клетки могут выжить и делиться снова и снова. Подробнее читай в уроке Биология рака.
- Баланс: число клеток в ткани остаётся постоянным, когда образуется столько же клеток, сколько теряется.
Слишком мало апоптоза может привести к раку. Слишком много апоптоза вредит тканям, как при некоторых болезнях, когда гибнут нужные нервные клетки.
Попробуй сам: найди разницу
В 3D: перейди к последнему шагу. Нажми Апоптоз, медленно двигай ползунок времени и запиши, каким становится размер клетки. Сделай то же самое с Некрозом. Проверь: апоптоз сжимает, некроз раздувает.
Дома: возьми свежий виноград и сухой изюм. Изюм меньше и сморщенный, как старая, сжавшаяся клетка. Теперь положи изюм в воду на час и посмотри, как он набухнет. Что из этих двух (сжатие или набухание) похоже на апоптоз, а что на некроз?
Главные формулы и определения
- Апоптоз = запланирован, сжимается, закрытые пакетики, нет воспаления, нужна АТФ
- Некроз = от травмы, набухает, лопается, воспаление, вредит соседям
- Главные ферменты апоптоза: каспазы
- Число клеток в ткани постоянно, когда: образуется клеток = теряется клеток
- Признаки старения: меньше, медленнее, отходы (пигмент), изменённое ядро, более короткие теломеры
Разобранные примеры
1. В ткани 1000 клеток. Каждый день 10 клеток гибнут от апоптоза и образуются 10 новых клеток. Сколько клеток будет через 5 дней?
Сколько клеток образуется, столько и теряется, поэтому число не меняется. Через 5 дней по-прежнему 1000 клеток. Апоптоз помогает поддерживать такой устойчивый баланс.
2. Фермер обжёг руку горячим маслом. Кожа покраснела и опухла. Это апоптоз или некроз? Назови две причины.
Это некроз. Причина 1: источник — внешняя травма (жар), а не запланированный сигнал. Причина 2: есть отёк и покраснение (воспаление), которое возникает, когда клетки лопаются и содержимое выливается.
3. В жизни лягушки хвост головастика исчезает. Какой процесс это делает и чем он полезен?
Апоптоз. Клетки хвоста получают сигнал погибнуть по расписанию, и их поедают без вытекания содержимого. Так убирается часть, которая лягушке больше не нужна, и остальное тело не страдает.
Частые ошибки
- Думать, что любая гибель клетки — это плохо. Апоптоз здоровый и запланированный, он нужен твоему телу.
- Путать изменение размера: при апоптозе клетка сжимается, при некрозе набухает.
- Говорить, что апоптоз вызывает отёк. Это не так, потому что содержимое остаётся внутри закрытых пакетиков.
- Думать, что некроз — это программа. Это случайное повреждение, которым клетка не управляет.