Apoptoza i jej znaczenie w rozwoju organizmów wielokomórkowych

Komórki mogą umierać na różne sposoby. Czasem śmierć komórki jest wynikiem nagłego i niekontrolowanego działania szkodliwych czynników, takich jak urazy mechaniczne czy toksyny – taki typ śmierci określa się nekrozą. W przeciwieństwie do niej, komórki potrafią także umierać w sposób kontrolowany, według mechanizmów zapisanych w materiale genetycznym. Taki proces zamierania komórek nosi nazwę programowanej śmierci komórki i odgrywa kluczową rolę w rozwoju oraz funkcjonowaniu organizmu. Jednym z najlepiej poznanych i najbardziej charakterystycznych typów programowanej śmierci komórki u zwierząt jest apoptoza.

R1F740xi0Dw70

Zdjęcie przedstawia komórki mysiej wątroby. Widocznych jest dużo owalnych, sferycznych bądź nieregularnych kształtów komórek. Strzałką zaznaczono komórkę w fazie apoptozy.

Przebieg apoptozy

RG4MgenzEJt6g1

Na rysunku przedstawiono proces apoptozy. Komórka rozpada się na mniejsze części, w których znajdują się jej organella.

W trakcie apoptozy w komórce zachodzą charakterystyczne zmiany morfologiczne i biochemiczne. Są to w kolejności:

1. Odwodnienie (dehydratacja) i zmiana kształtu komórki.

2. Obkurczenie jądra komórkowego i kondensacja chromatyny w jednym z jego biegunów.

3. Cięcie materiału genetycznego przez enzymy (nukleazy) na fragmenty o podobnej długości.

4. Zanik otoczki jądrowej i rozpad jądra.

5. Rozpad cytoszkieletu.

6. Rozpad komórki z wytworzeniem ciałek apoptotycznych, czyli pęcherzyków, które otaczają fragmenty cytoplazmy.

Ciałka apoptyczne są następnie fagocytowane przez odpowiednie komórki układu odpornościowego, które oczyszczają miejsce śmierci komórki z jej resztek. Dzięki temu, w miejscu apoptozy nie powstaje stan zapalny.

Znaczenie apoptozy

Apoptoza odgrywa kluczową rolę w rozwoju zarodkowym, umożliwiając kształtowanie się struktur ciała właściwych dla danego gatunku. Dotyczy ona m.in. neuronów, które we wczesnych etapach rozwoju płodowego tworzą się w nadmiarze – aż około 50% z nich obumiera w trakcie formowania się mózgu. Apoptoza warunkuje również oddzielenie palców rąk i nóg, powodując eliminację komórek z rejonów międzypalcowych zarodka. Zaburzenia apoptozy w tym procesie prowadzi do powstania wady wrodzonej zwanej syndaktylią, czyli zrośnięcia się dwóch lub więcej palców dłoni czy stóp.

R131g9U7eje7I

Na zdjęciu dłonie mężczyzny trzymają dłoń noworodka, w której dwa palce są zrośnięte ze sobą.

Proces apoptozy zapobiega również starzeniu się komórek oraz związanej z tym pogorszeniem ich funkcjonalności.

Dzięki apoptozie eliminowane są także komórki uszkodzone, a także nowotworowe.  Jeżeli proces apoptozy zostanie zaburzony, to możliwe jest niekontrolowane namnażanie się tych komórek i rozwój choroby nowotworowej.

Apoptoza a nekroza

Apoptoza różni się znacząco od nekrozy, która następuje na skutek uszkodzenia komórki przez czynniki fizyczne lub mechaniczne. W czasie nekrozy dochodzi do obrzęku komórki i jej oganelli, przez co szybko następuje rozerwania błony komórkowej. W rezultacie treść komórki wylewa się do otoczenia, co powoduje powstanie stanu zapalnego. W przeciwieństwie do apoptozy, procesowi temu ulegają zazwyczaj całe grupy komórek, a nie pojedyncze komórki.

Więcej na temat apoptozy dowiesz się z materiałów zamieszczonych w module „Podsumowanie wątku 3” w „Wejdź na wyższy poziom”.

Podsumowanie

• Apoptoza – jest rodzajem programowanej śmierci komórki. Zachodzi w sposób kontrolowany, zgodny z programem genetycznym i bez wywoływania stanu zapalnego.

• W pierwszych etapach apoptozy komórka ulega odwodnieniu, kurczy się, a jej DNA ulega pocięciu na fragmenty o zbliżonej długości.

• W ostatnim etapie apoptozy komórka ulega rozpadowi, a jej fragmenty otaczane są błoną biologiczną tworząc ciałka apoptotyczne, które są następnie fagocytowane przez komórki układu odpornościowego.

• Apoptoza jest potrzebna m.in. w rozwoju organizmu i eliminacji uszkodzonych komórek.

• Nekroza – to niekontrolowana śmierć komórki, najczęściej w wyniku urazu.

• W przebiegu nekrozy komórka i jej organelle pęcznieją, błona komórkowa ostatecznie pęka uwalniając zawartość do otoczenia, co wywołuje stan zapalny i może uszkadzać sąsiednie komórki.

Ćwiczenia utrwalające