Ақпарат

Адам жасушасы бақыланатын ортада шексіз өмір сүре ала ма?

Адам жасушасы бақыланатын ортада шексіз өмір сүре ала ма?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Барлық қажетті қоректік заттар, температуралар, қалдықтарды шығару механизмдері және басқа да талаптар қарастырылған жағдайда адам жасушасы бақыланатын ортада қанша уақыт өмір сүре алады? Басқаша айтыңыз:

  • Адам жасушасы шексіз өмір сүре ала ма?
  • Бақыланатын ортада адам жасушасының ең ұзақ өмір сүру ұзақтығы қандай?

Бұл сұрақ кем дегенде екі сұрақтан тұрады.

Бөлінетін жасушалар

Бөлінетін адамның жасушалық желісі тұрғысынан, бөліну пайда болған сайын хромосомалардың ұштарын жабатын теломерлер аздап қысқарады. Теломерлер жеткілікті қысқа болғаннан кейін олар апоптозды тудыратын және жасушаны бұзатын сигнал ретінде әрекет етеді. Теломерлердің бастапқы ұзындығында адамнан адамға дейін әр түрлі өзгерістер бар, бірақ мен жасуша биологтарының арасында болудан алған әсерім-бөліну шегі бір жерде 10-100 аралығында.

Сонымен қатар теломераза деп аталатын ақуыздың белсенділігі реттелетін жасушалар бар. Теломераза – теломерлерге қосымша ұзындық қосу үшін әрекет ететін полимеразаның бір түрі (ДНҚ синтездейтін фермент). Теломераза+ жасушаларына бөліну шегі қалыпты түрде әсер етпейді. Теломераза+ жасушаларының кейбір мысалдары - бағаналы жасушалар мен рак клеткаларының көптеген түрлері.

Стационарлық жасушалар

Шын мәнінде, жасуша бөлінген кезде «өледі». Бөлінгеннен кейін жасуша екі еншілес жасушаға бөлінеді, бірақ аналық жасушаның екеуі де бастапқы жасуша деп айтуға болмайды. Бір сұраққа жауап берудің қанағаттанарлық әдісі-бұл бір жасушаны қанша уақыт бойы тірі күйде сақтауға болатынын қарастыру (стационарлық фазада).

Егер сіз жасушаны сұйық азот температурасында (78 К) алдап, қатырсаңыз, онда ондаған жылдар бойы өмір сүретін жасушалардың көптеген мысалдары бар, олар мәдениетті сақтап, содан кейін ерітуге болады, ал қалыпты өмірлік процестер кем дегенде біршама қалпына келеді уақыттың.

Өкінішке орай, бұл сұрақтың нұсқасына дұрыс жауап болмауы мүмкін. Жылдам іздеу көп нәтиже бермеді. Кем дегенде кейбір жасушалар (әсіресе нейрондар) адам ағзасында ондаған жылдар бойы бөлінбей өмір сүреді деп есептеледі, бірақ мұны дәлелдеу таңқаларлық қиын.


10: Қоршаған орта факторлары

  • Линда Бруслинд үлес қосты
  • Орегон мемлекеттік университетінің аға нұсқаушысы II және жетекші кеңесші (микробиология)
  • Ашық Орегон штатынан алынған

Микробтар әлемінде (микробтық емес әлемде де!) бәсекелестік күшті және ресурстар тапшы болуы мүмкін. Қатаң орта деп есептелуі мүмкін жағдайға бейімделуге дайын және қабілетті микробтар үшін бұл бәсекелестіктің төмендеуін білдіруі мүмкін. Сонымен, қандай экологиялық жағдайлар микробтардың өсуіне әсер етуі мүмкін? Температура, оттегі, рН, судың белсенділігі, қысым, сәулелену, қоректік заттардың жетіспеушілігі мен гелифте негізгі болып табылады. Біз метаболизм туралы көбірек білеміз (яғни олар қандай тағамды жеуге болады?), Сондықтан қазір қоршаған ортаның физикалық сипаттамалары мен микробтардың бейімделуіне тоқталайық.


Кванттық өлім – “Адам жасушалары жан ретінде бар кванттық ақпаратты алып жүреді ”

Біз өмір сүретін физикалық ғалам - бұл біздің қабылдауымыз, ал біздің физикалық денелеріміз өлгеннен кейін шексіз шекаралар бар. Кейбіреулер сана өлгеннен кейін параллель ғаламдарға саяхат жасайды деп ойлайды. «Артқы дүние – бұл дүниенің тамыры тереңде жатқан әлдеқайда үлкен шексіз шындық. Осылайша, біздің осы болмыс жазықтығындағы өміріміз ақырғы дүниемен қамтылған, қоршалған. Дене өледі, бірақ рухани кванттық өріс. жалғастыруда. Осылайша мен өлмеймін », - дейді Мюнхендегі Макс Планк атындағы физика институтының зерттеушілері

Макс Планк физиктері британдық физик сэр Роджер Пенроузмен келіседі, ол егер адам уақытша өлсе, бұл кванттық ақпарат микротүтікшелерден және ғаламға шығады деген пікірде. Алайда, егер олар реанимацияланса, кванттық ақпарат микротүтікшелерге қайта жіберіледі және бұл өлімге жақын тәжірибені тудырады. «Егер олар қайта тірілмесе және пациент өлсе, бұл кванттық ақпарат денеден тыс, мүмкін шексіз, жан ретінде болуы мүмкін.”.

Стив Паулсон Nautil.us сайтында жазады, 88 жастағы Пенроуз теориясын сананың кванттық шығу тегі туралы есте қаларлық және, мүмкін, крекпот теориясы ретінде сипаттайды. Ол біздің бай психикалық өмірімізді түсіндіру үшін неврологиядан және кванттық механиканың жұмбақ әлеміне шығуымыз керек деп санайды. Американдық анестезиолог Стюарт Хамероффпен бірге әзірлеген бұл теорияны не істеу керектігін ешкім білмейді, бірақ дәстүрлі даналық келесідей: Олардың теориясы дұрыс емес дерлік, бірақ Пенроуз соншалықты керемет болғандықтан (‘Мен өте аз адамдардың бірі «Мен өзімді данышпан деп атайтын адамды өмірімде кездестірдім», - деді физик Ли Смолин), олардың теориясын жоққа шығару ақымақтық болар еді.”.

Ғалымдар әлі де сана дегеннің не екендігі туралы қызу пікірталастар жүргізіп жатқанда, Аризона университетінің Хамерофф пен Пенроуз бұл кванттық деңгейде сақталған ақпарат деп тұжырымдайды. Пенроуз келіседі және ол мен оның тобы протеинге негізделген микротүтікшелер-адам жасушаларының құрылымдық компоненті-кванттық ақпаратты-атомдық деңгейде сақталатын ақпаратты алып жүретінін дәлелдеді.

Бұл Хамероффтың идеясы, - деп жазады Полсон, - микротүтікшелерде, мидың нейрондарындағы ақуыздық құрылымдарда кванттық үйлесімділік болады. Сіз микротүтікшелер дегеніміз не? Бұл эукариотты жасушалардың ішіндегі құбырлы құрылымдар (цитоскелеттің бір бөлігі), олар жасушаның бөлінуін, митоз кезінде хромосомалардың бөлінуін қамтитын жасушаның пішінін анықтауда маңызды рөл атқарады. Гамерофф микротүтікшелерді Пенроуз өз теориясында іздеген кванттық құрылғы деп болжайды. Нейрондарда микротүтікшелер синаптикалық қосылыстардың беріктігін басқаруға көмектеседі, ал олардың түтік тәрізді пішіні оларды үлкен нейронның қоршаған шуынан қорғайды. Микротүтікшелердің симметриясы мен тор құрылымы Пенроузды ерекше қызықтырады. Ол «бұл кванттық механикалық нәрсенің иісі» деп санайды.

«Әйтеуір, біздің санамыз ғаламның осында болуының себебі», - деді Пенроуз Паулсонға сұхбат кезінде. Ғарыштың басқа бір жерінде интеллектуалды өмір немесе сана бар, деп қосты Пенроуз. «Бірақ бұл өте сирек болуы мүмкін». Бірақ егер сана осы бүкіл шебангтың мәні болса, сіз Жерден Паулсон сұрағаннан басқа дәлелдер табасыз ба? «Мен өзіміздің ғаламның санаға бейім екеніне сенімді емеспін», - деп жауап берді Пенроуз.

«Биоцентризмнен тыс: Уақытты, кеңістікті, сана мен өлім елесін қайта ойластыру, ” Роберт Ланза жан бар ма деп сұрайды. Ол ұсынған жаңа ғылыми теория біз өлмейтін және уақыттан тыс өмір сүретінімізді айтады. Биоцентризм кеңістік пен уақыт біз ойлайтын қиын нысандар емес деп есептейді. Уақытсыз, кеңістіксіз әлемде өлім жоқ. Оның жаңа ғылыми теориясы өлім біз ойлаған соңғы оқиға емес екенін көрсетеді.

«Ғаламдардың шексіз саны бар және болуы мүмкін нәрсенің бәрі бір ғаламда болады. Бұл сценарийлерде өлім нақты мағынада болмайды. Барлық мүмкін ғаламдар бір мезгілде болады, олардың қайсысында болмасын. Жеке денелер өзін-өзі жоюға арналған болса да, «Мен кіммін?» Деген тірі сезім-бұл мидағы 20 ватт энергия көзі. Бірақ бұл энергия өлгенде кетпейді. Ғылымның ең сенімді аксиомаларының бірі - энергия ешқашан өлмейді, оны құруға да, жоюға да болмайды. Бірақ бұл энергия бір әлемнен екінші әлемге ауыса ма? »


Адам жасушасы бақыланатын ортада шексіз өмір сүре ала ма? - Биология

Жасушалық және тіндік функцияның іргелі табиғаты туралы сыни түсінік беру үшін, әсіресе қазіргі уақытта флуоресцентті протеин мен синтетикалық флюорофор технологиясында байқалып отырған жылдам жетістіктерге байланысты зерттеулердің көбеюі тірі жасушаларды бейнелеу әдістерін пайдалануда. Осы жетістіктердің арқасында тірі жасушаны бейнелеу көптеген жасушалық биология зертханаларында қажетті аналитикалық құралға айналды, сонымен қатар нейробиологияның, даму биологиясының, фармакологияның және басқа да көптеген биомедициналық зерттеу пәндерінің көптеген салаларында қолданылатын күнделікті әдіснамаға айналды. . Сәтті тірі жасушаларды бейнелеу эксперименттерін жүргізудің маңызды техникалық міндеттерінің бірі-жасушаларды сау күйде ұстау және микроскоп сахнасында синтетикалық флуорофорлар және/немесе флуоресцентті ақуыздардың қатысуымен жарықтандыру.

Микроскоп сахнасында тірі жасушаларды ұстау - мәдени ортаны қатаң бақылау - тірі жасушаны бейнелеудегі сәтті эксперименттердің маңызды факторларының бірі. Атап айтқанда, микроскоп сатысында жасушаларды ұстау жағдайлары, ағзаға байланысты көптеген талаптарда кеңінен өзгеретін болса да, көбінесе эксперименттің сәтті немесе сәтсіздігін белгілейді. Оңай өңделетін ортаның аспектілеріне жасушалар өсірілетін және бейнеленетін камераның физикалық параметрлері, температураны бақылау, атмосфералық жағдайлар (газ қоспасы мен ылғалдылық), тағамдық қоспалар, өсу ортасының буферлігі (рН) және осмолярлығы жатады. мәдениет ортасы.

Тірі жасушаларды бейнелеу мәдениет палаталары-Үлгі камералары тірі жасушаларды бейнелеу тарихының ажырамас және маңызды саласы болып табылады және үлгілердің сақталуына мүмкіндік беретін тамаша оптикалық қасиеттерді ұсынатын жүйелерді сипаттайтын көптеген жылдар бойы дизайнның кең спектрі жарық көрді. әр түрлі уақыт. Микроскоптық слайдта тығыздалған қабықшаның қарапайым дайындалуынан бастап, қоршаған ортаның барлық айнымалыларын қатаң бақылауға мүмкіндік беретін күрделі перфузиялық камераларға дейін, мәдениет камералары тірі үлгілерді минималды инвазиямен жоғары ажыратымдылықта бақылауға мүмкіндік беретін етіп жасалған.

Тірі жасушаны бейнелеуге арналған оптикалық жүйе және детекторға қойылатын талаптар - Тірі жасушаны зерттеуге арналған оптикалық микроскопиялық жүйені жобалау кезінде детектордың сезімталдығы (сигнал-шу), кескінді алудың қажетті жылдамдығы және үлгінің өміршеңдігі басты назарға алынады. Тірі жасушалармен жұмыс істеу кезінде әдетте бекітілген жасушалар мен тіндердің суреттерін жазуда пайдаланылатын салыстырмалы түрде жоғары жарық интенсивтілігі мен ұзақ әсер ету уақытын қатаң түрде болдырмау керек. Іс жүзінде барлық жағдайда тірі жасушалық микроскопия ең жақсы сурет сапасына қол жеткізу мен жасушалардың денсаулығын сақтау арасындағы ымыраға келеді. Уақыт нүктелерін шамадан тыс іріктеп алудың және ұяшықтарды шамадан тыс жарықтандырудың әсерінен гөрі, эксперимент орнатқан кеңістіктік және уақыттық шешімдер тергеу мақсаттарына сәйкес келуімен шектелуі керек.

Автоматты микроскоп: жапқыштар, сүзгі дөңгелектері, фокустау, сахнаны басқару және жарықтандыру жүйелері - моторлы микроскоптың құрамдастары мен керек-жарақтары зерттеушіге тірі ұяшықтағы кескінді алуды автоматтандыруға мүмкіндік береді және миллисекундтардан бастап уақыт аралықтарында өзгеретін уақыт аралығымен эксперименттер үшін әсіресе пайдалы. ондаған немесе жүздеген минуттар. Электромеханикалық жапқыштар, микропроцессормен басқарылатын сүзгі ауыстырғыштары (сүзгі дөңгелектері), моторлы сатылар және осьтік фокусты басқару механизмдері сияқты көмекші компоненттерді зерттеу микроскопына жаңартуға болады және әр түрлі коммерциялық қол жетімді суреттерді алу бағдарламалық жасақтамасын қолдана отырып, жұмыс станциясының компьютерімен интерактивті басқаруға болады. пакеттер. Дегенмен, толық автоматтандырылған және оңтайландырылған көпөлшемді оптикалық бейнелеу жүйесін құрастыру өте күрделі міндет екенін атап өткен жөн.

Флуоресцентті ақуыздарға кіріспе - 1960 -шы жылдардың басында жасыл флуоресцентті ақуыздың ашылуы, ақырында, тергеушілерге молекулалық клондау әдістерін қолдануға, ақуыз мен ферменттің көптеген мақсаттарына флуорофорлық бөлікті біріктіруге мүмкіндік беру арқылы жасуша биологиясының жаңа дәуірін көрсетті. оптикалық микроскопияны және соған байланысты әдістемені қолдана отырып, тірі жүйелердегі жасушалық процестер. Жасыл флуоресцентті ақуыз және оның түсі ауысқан генетикалық туындылар, мыңдаған тірі жасушаларды бейнелеу эксперименттерінде баға жетпес қызмет көрсетті, кең ауқымды флуоресцентті және конфокальды микроскопиядағы, соның ішінде өте төмен жылдамдықтағы сандық фотокамералар мен мультитрекингтік лазерлік басқару жүйелерін қоса алғанда, соңғы техникалық жетістіктермен бірге. .

Флуоресцентті протеиндерге арналған кескіндеу параметрлері - Осы уақытқа дейін ашылған флуоресцентті ақуыздар мен туындылардың кең спектрі өте жан-жақты және микробиологиядан жүйелік физиологияға дейінгі барлық дерлік биологиялық пәндерде сәтті қолданылған. Бұл бірегей зондтар мәдени жасушаларда да, тұтас жануарларда да гендердің экспрессиясын зерттеу үшін репортер ретінде өте пайдалы болды. Тірі жасушаларда флуоресцентті ақуыздар ақуыздардың, органеллалардың және басқа жасушалық бөлімдердің локализациясы мен динамикасын бақылау үшін, сондай -ақ жасуша ішіндегі ақуыз трафигін бақылау үшін жиі қолданылады. Флуоресцентті ақуыздарды сандық кескіндеу жасушалық құрылым мен функцияның қыр -сырын ашатын бірегей терезені қамтамасыз ету үшін кең өрісті, конфокальды және мультифотонды микроскопияны қамтитын әр түрлі әдістермен оңай орындалады.

Жасуша қозғалғыштығы - Жануарлар мен адамдардағы сияқты көп жасушалы тіндерде жеке жасушалар жасушадан тыс матрицадағы кеңістіктер мен басқа жасушалардың беттері арқылы маневр жасау үшін әртүрлі қозғалыс механизмдерін пайдаланады. Мысалдар-эмбриондардың дамуындағы жасушалардың жылдам қозғалысы, қатерлі ісік жасушаларының органнан органға таралуы және жүйке аксондарының синаптикалық нысандарға қоныс аударуы. Бір клеткалы жүзу организмдерінен айырмашылығы, мәдениеттегі жорғалаушы жасушаларда кірпікшелер немесе жалаушалар болмайды, бірақ олар жасушаның барлық түрін деформациялайтын қайталанатын созылу мен тартылу циклдерінде цитоплазманың үйлестірілген проекциясы бойынша қозғалуға бейім. Осы галереяда ұсынылған сандық бейнелер морфологиялық жағынан әртүрлі үлгілердің кең ауқымындағы жануарлар жасушаларының қозғалғыштығы үлгілерін зерттейді.

Таңдалған әдебиеттер тізімі

Жалпы әдебиет көздері - микроскоп сатысында тірі жасушаларды бейнелеу әдістемесі жасушаішілік құрылым мен динамиканың сапалы және сандық репортерлері ретінде қызмет ету үшін синтетикалық флюорофорлар мен флуоресцентті ақуыздардың пайда болуымен барған сайын пайдалы құралға айналды. Тікелей ұяшықты бейнелеу енді кең өрісті (флуоресценция, фазалық контраст және дифференциалды кедергі контрастын), лазерлік сканерлеу конфокальды, мультифотонды және айналдыру дискінің микроскопиясын қоса алғанда, көптеген әдістерді қамтиды. Бұл бөлімде кітаптарға арналған әдебиет көздерінің библиографиясы, шолу мақалалары және қазіргі уақытта тірі жасушаларды зерттеуге арналған әдістемелердің кең спектрі туралы түпнұсқалық зерттеу есептері бар.

ZEISS кампусының тірі жасушаларды бейнелеу бойынша анықтамалық кітапханасы-тірі жасушаларда локализация белгісі ретінде генетикалық кодталған флуоресцентті ақуызды біріктірудің енгізілуі жасуша биологиясы саласында төңкеріс жасады және фото тұрақтылық кванттық нүктелерді қолдану көкжиекте. Тірі жасушаларды бейнелеу әдістері енді кең өрісті флуоресценция, конфокальды, мультифотонды, жалпы ішкі шағылысу, ФРЭТ, өмір бойы бейнелеу, суперрезолюция және берілетін жарық микроскопиясын қамтитын бейнелеу әдістерінің кең спектрін қамтиды. Осы бөлімде тізімделген сілтемелер тірі ұяшықты бейнелеуді толық түсіну үшін бастапқы нүктені қамтамасыз ететін мақалаларды шолуға нұсқайды.

Тірі жасушаларды бейнелеу камералары - Үлгі камералары микроскопия тарихының ажырамас бөлігі болды және үлгілерді әр түрлі уақыт бойы сақтауға мүмкіндік беретін, сонымен қатар тамаша оптикалық қасиеттерді ұсынатын жүйелерді сипаттайтын көптеген конструкциялар шығарылды. Тірі жасушалық бейнелеу камерасының конфигурациясына қойылатын негізгі талаптар қоршаған ортаның айнымалыларын басқаратын күрделі және күрделі конструкцияларға дейін жабық жапқыштары бар микроскоптың қарапайым слайдтарынан тұрады. Бұл бөлімдегі әдебиеттерде қарапайым камералар, перфузиялық жүйелер және жабық микроскопты инкубаторлар сипатталған, олар бейнелеу ортасын айтарлықтай бақылауға мүмкіндік береді.

Моторлы микроскоптың керек-жарақтары - тірі ұяшықты бейнелеуге арналған микроскоп конфигурациялары сүзгіні жылдам өзгертуді, фокусты, кезеңді аударуды және жарықтандыру жапқыштарын басқаруды автоматтандыру үшін моторлы компоненттерді қолданудың үлкен пайдасын көреді. Төменде жоғары жылдамдықты сүзгі дөңгелектерін, электромеханикалық жапқыштарды, осьтік фокустау жүйелерін және тірі ұяшықты бейнелеуге жарамды трансляциялық моторлы кезеңдерді өндірушілер мен дистрибьюторларға арналған веб-сайттарға сілтемелер берілген.

Тірі жасушаларды бейнелеу және перфузия камералары-Көптеген тергеушілер көптеген жылдар бойы белгілі бір талаптарды қанағаттандыруға арналған тірі жасушаларды бейімдеу үшін арнайы камералар жасағанына қарамастан, қазір коммерциялық перфузия мен бейнелеу камераларының кең спектрі қол жетімді. Бұл камералар көптеген конструкцияларды ұсынады, соның ішінде шыны түбіндегі Петри табақтары, микроскоптық слайдтарға орнатылған көп ұңғымалы камералар, әр түрлі алмастырылатын перфузиялық адаптерлері бар жылыту сатылары және температураны қатаң бақылауға арналған өткізгіш жабындылары бар арнайы камералар. Бұл бөлімде тірі жасушаларды бейнелеуге арналған үлгілік камералардың өндірушілері мен дистрибьюторларының сілтемелері келтірілген.

Майкл Э. Дейли - Биология ғылымдары мен неврология бағдарламасы бөлімі, 369 биология ғимараты, Айова университеті, Айова қаласы, Айова, 52242.

Дэниел Си Фохт - Bioptechs Inc., 3560 Бек Роуд, Батлер, Пенсильвания, 16002.

Алексей Ходжаков пен Конли Л.Райдер - Вадсворт орталығы, Нью -Йорк штатының денсаулық сақтау басқармасы, Олбани, Нью -Йорк, 12201, және теңіз биологиялық зертханасы, Вудс Хоул, Массачусетс, 02543.

Джордж Х.Паттерсон мен Дженнифер Липпинкотт -Шварц - Жасушалық биология және метаболизм филиалы, Ұлттық балалар денсаулығы және адам дамуы институты, Ұлттық денсаулық институттары, Бетезда, Мэриленд, 20892 ж.

Дэвид В.Пистон – Молекулярлық физиология және биофизика кафедрасы, Вандербилт университеті, Нэшвилл, Теннесси, 37232.

Мелпомени Платани - гендік экспрессия бағдарламасы, Еуропалық молекулалық биология зертханасы, Meyerhofstrasse 1, D -69117, Гейдельберг, Германия.

Джейсон Р. Сведлоу және Пол Д. Эндрюс – Гендерді реттеу және экспрессия бөлімі, MSI/WTB кешені, Данди университеті, Данди DD1 5EH, Шотландия.

Кеннет Р. Спринг - ғылыми кеңесші, Лусби, Мэриленд, 20657 ж.

Ю -ли Ванг - Массачусетс университетінің медициналық мектебі, 377 Плантация көшесі, 327 люкс, Вустер, Массачусетс, 01605.

Дженнифер С. Уотерс - Nikon кескіндеу орталығы, LHRRB бөлмесі 113C, Гарвард медициналық мектебінің жасушалық биология бөлімі, Лонгвуд авеню 240, Бостон, Массачусетс, 02115.

Натан С.Клахтон, Скотт Г.Оленич, Джон Д.Гриффин және Майкл В.Дэвидсон - Ұлттық жоғары магниттік өріс зертханасы, 1800 Шығыс Пол Дирак докторы, Флорида штат университеті, Таллахасси, Флорида, 32310.


Өсімдіктер, жануарлар, адамдар, тіпті өмір сүретін микроорганизмдер қоршаған әлемге бейімделе алады. Бейімделу тірі организмнің қоршаған ортада өмір сүруіне көмектесетін қасиеттерді қамтиды. Мұндай ерекшеліктерге жануарлардың пальтосының жыл мезгілінде өзгеруі, жыртқыш пен жыртқыштың көрінуін қиындату кіреді.

Тірі организм басқа тірі организммен өзара әрекеттеседі - бұл организмнің бір түрі болсын, қауіп пе, бейтарап организм болсын, екеуінің өзара әрекеттесуінің қандай да бір түрі бар. Мысалы, гүлдер аралармен өзара әрекеттеседі, оларды өсіру кезінде тозаңды шығарып, аналық өсімдіктер арасында таратады. Венера шыбын тұзағы сияқты өсімдіктер шыбындардың, кесірткелердің және оның қолына түсетін басқа жеуге жарамды жәндіктердің үстінен қоршау арқылы табиғатпен әрекеттеседі.


Жасуша циклін басқару

The Эмукионды емес эукариотты жасушаның «өмірлік циклі» жасуша циклге ену үшін басталған жасушадан басталады және цитокинез кезінде генетикалық материалдың бөлінуімен және жасушаның бөлінуімен аяқталады. Барлық процесс жасушалық цикл деп аталады және тұрады төрт негізгі кезең.

Циклге кіру Gap 1 (G1) фазасында жүзеге асады, содан кейін ДНҚ синтезі (S) фазасы, Gap 2 (G2) фазасы және Митоз (M) жүреді. Митоздан кейін (M) кейбір жасушалар жаңа жасушалық циклдің G1 фазасына енеді, ал басқалары G1 басында Gap O (нөл) деп аталатын фазаға бөлінуі мүмкін. G1, S және G2 фазалары жиі «интерфаза» деп аталады.

G-0 (нөл) ұяшықтары тыныш және бөлінбейді (демек, нөл), бұл тұрақты немесе уақытша болуы мүмкін.
Митоз (М фазасы) 20 ғасырдың басында байқалып, егжей-тегжейлі сипатталған болатын, бірақ шамамен 50 жылдан кейін ғана ДНҚ синтезі митоздан бұрын бөлек процесс ретінде орын алғаны анықталды. Алдыңғы жасушалық циклдегі митоз (M) мен ДНҚ синтезі (S) арасында уақыт аралығы болды. Бұл Gap 1 (G1) деп белгіленді. ДНҚ синтезі (S) мен митоз (M) арасындағы уақыт аралығы 2 (G2) саңылауымен белгіленді.

Жасушалар бөлінгеннен кейін, жасушалар бірнеше жолдардың бірімен жүреді:

  • қайтадан бөлінетін жасушалар бірден жаңа жасуша циклінің G1 фазасына енеді.
  • басқа жасушалар G-0 фазасына енеді. Олардың кейбіреулері тыныштықта болады, бірақ G1 фазасына қайта енеді.
  • кейбір арнайы жасушалар, мысалы жүйке жасушалары, қайтадан бөлінбейді.
  • басқа жасушалар қажет болған жағдайда бөліну үшін жасуша циклінің G1 фазасына ену үшін жараларды жөндеу сияқты әрекеттерді қоздыруы мүмкін.

Митоз визуалды түрде өте әсерлі, бірақ ол жасуша циклінің жалпы уақытының шамамен 5% ғана алады. Бөлінетін жасушаның өмірлік циклінің «үлкен суретінде» интерфаза (G1, S және G2 фазалары) жасуша циклінің қалған 95% -ын құрайды. Зерттеу дәлелдері интерфазаның (бір кездері демалу кезеңі деп аталатын!) Әдемі реттелген жүйелі түрде жұмыс істейтінін көрсетеді. Ол сондай -ақ бұрын ойластырылғаннан да күрделірек болып шықты.

Эукариотты жасушаның бөліну уақыты жасуша түріне және қоршаған ортаға байланысты әр түрлі болады. Ашытқы жасушалары 1,5 сағаттан 3 сағатқа дейін, ішек эпителий жасушалары шамамен 12 сағатты және культурадағы жасушаларды шамамен 22 сағатты алады. Әр түрлі организмдерде және әртүрлі даму уақыттарында жасушалық циклдің егжей-тегжейлері әртүрлі болады. Көптеген организмдердің эмбриональды жасушалары ересек адамның ұқсас жасушаларына қарағанда қысқа циклді жүргізеді. Ашытқы мен сүтқоректілердің жасушалары циклдің егжей -тегжейлі айырмашылығын көрсетеді, бірақ жасуша циклінің жалпы механизмі көптеген жылдар бойы сақталған.

Жасушалық цикл кезінде цитоплазмалық химия көп жағдайда бүкіл жасушаның қызметіне әсер етеді. Басқа уақытта біз цитоплазмалық белсенділікті анықтайтын жасуша ядросы тұрғысынан ойлаймыз.
НЕГІЗГІ ТҮСІНІКТЕР:

  • Жасуша циклі - бұл жоғары сапалы жасуша өндірісі.
  • Тиімді өндірісте өнім өндірудің бақыланатын, үйлестірілген және дәйекті жүйесі болуы керек. Сондай-ақ кіріс шикізатын, өнімді өңдеуді, өңдеу ортасын және өндіріс проблемаларын болжау және шешу үшін объектіні бақылау жүйесі қажет.
  • Эукариотты жасуша - «жақсы өндіруші» - көбінесе! Жасушалардың бөліну циклі кезінде ол келесі жүйелердің биологиялық эквивалентіне ие: Сапаны қамтамасыз ету (QA), Сапаны бақылау (QC) және QC бөлігі ретінде, Ішкі қауіпсіздік (АЖ).
  • Циклдің белгілі бір кезеңдерінде QA мен QC сыни «шолулар мен шешімдерді» қабылдайды. Бұл оқиғалар «бақылау нүктелері» деп аталады.

Эукариотты организмнің жасушалық циклдік жүйесі мыналарды қамтиды:

  1. жасушадан тыс және жасушаішілік сигналдарды біріктіретін және жасушаның QA және QC туралы ақпарат беретін биомолекулярлық бақылау мүмкіндігі: жаңа жасушаға қажеттілік, микроортаның жасушаның бөлінуіне қолайлы ма, жоқ па, химиялық энергияның айтарлықтай мөлшері, шикізаттың болуы және оның тұтастығы. геномы және оның репликациясының сенімділігі (негізінен QA).
  2. циклдің циклін бақылайтын және жасушаның келесі фазаға тек алдыңғы кезеңнен өту аяқталған кезде ғана кіруін қамтамасыз ететін жүйе, сонымен қатар жасуша циклінің фазалары дұрыс ретпен енгізілген. Барлық төрт фазадан қанағаттанарлық өту және әдетте жасушалық циклдің әртүрлі бақылау нүктелері жасушаның бөлінуі (QC) үшін өте маңызды.
  3. жасушалық циклдегі химиялық реакцияларды бастайтын және тоқтататын және «лицензиялау» түрін қолданатын басқару жүйесі ДНҚ -ның S фазасында (QC және IS) бір реттік қайталануын қамтамасыз етеді.
  4. жасушалық циклды тоқтату және кешіктіру функциялары (QC).
  5. ДНҚ зақымдануын анықтау және жөндеу құрылғылары және репликацияланбаған ДНҚ-ны анықтайтын жүйе және митозда, шпиндельдің барабар жиналуын және хромосомалардың қосылуын (QA/QC) қамтамасыз ететін жүйе, әйтпесе «бақылау нүктелері» деп аталады және
  6. жасушаның бағдарламаланған өлімін (апоптоз) (QC) іске қосу мүмкіндігі мен мүмкіндігі.

Жасуша белгілі бір циклиндер мен циклинге тәуелді киназаларды (cdks) қоса алғанда, ақуыздардың әрекеті арқылы әр фазада және фазадан фазаға «айналады». Әр түрлі циклиндер мен cdks жасушалық цикл кезінде белсенділікте көтеріліп, төмендейді.

Кейде ақаулар анықталмайды (өнеркәсіптегідей). Сапаны бақылау мен қамтамасыз ету жүйесі де істен шығуы мүмкін. Сапаны бақылау жүйесінің істен шығуы жасушалар мен мүшелердің ауруларымен байланысты болуы мүмкін және онкологиялық аурулардың 50% -на дейін (бірақ бұл жүйенің бір ғана істен шығуы қатерлі ісікке әкеледі дегенді білдірмейді).
НЕГІЗГІ ТҮСІНІКТЕР: ҚОЛДАУШЫ АҚПАРАТТЫ КІРУ ДЕҢГЕЙІЭукариоттардың жасушалары әдетте бұйырылған кезде ғана бөлінеді. Митогендер деп аталатын химиялық заттар жасушаларға бөлінуді бастайды. Бөлінуге қабілетті жасушалар G1 фазасында жасушалық циклге қосылады және бұл фазада жасуша циклінің жалпы уақытының жартысынан сәл аз уақыт ішінде қалады. Бұл ең ұзақ фаза және микроорта жағдайлары мен басқа жасушалардан алынған сигналдар G1 -ді қысқартады немесе ұзартады.G1 ерте кезеңі
Соңғы зерттеулер көрсеткендей, «тек бір ДНҚ көшірмесі» лицензиялау жүйесі G1 фазасының басында орнатылады және S фазасында ДНҚ репликациясы басталғаннан кейін ғана аяқталады. G1 фазасында геномның тек бір жиынтығы болады.

Кеш G1 фазасы
Жасушалық цикл бойынша прогрессияның негізгі қозғаушылары протеинкиназалар деп аталады. Олардың бірнешеуі бар және олардың әрқайсысы циклин мен циклинге тәуелді киназа (cdk) деп аталатын каталитикалық фермент комбинациясынан тұрады.
Әр түрлі комбинациялар жасуша циклінің белгілі бір бөліктерінде жұмыс істейді және цикл кезінде белсенділікті жоғарылатады және төмендетеді. Осылайша олар фазалық кіру мен шығу механизміне үлес қосады. Әр түрлі циклин мен cdk комбинацияларының белсенділігінің жоғарылауы полиубиквитинациядан кейін циклиндердің протеолизі арқылы тоқтатылады. (Убикитиндер - деградацияға бағытталған ақуыздармен ковалентті байланысқан ақуыздар тобы. Молекулалық байланысқаннан кейін мақсатты ақуыздар, бұл жағдайда циклиндер протеолиз арқылы ыдырайды - грек лусисінен ақуыздың босауы, «қопсыту»)

Бірінші циклдік комбинация (циклин D және cdk 4 және 6) G1 фазасы арқылы жолдың төрттен үш бөлігінде жүреді, кейінірек циклин E және cdk 2 комбинациясы арқылы қосылады, екі цикл де жасушаны S фазасына апарады.

Шамамен осы уақытта жасуша «Шектеу нүктесінен» өтеді (БАСТАУ деп аталатын ашытқыларда). Бұл «қайтарылмайтын» нүкте, жасушалық цикл «Цезарь Рубиконды кесіп өтуге» тең. Жасуша осы нүктеден өткеннен кейін ол шектеледі, кері қайтару жоқ, жасуша «S» фазасында репликациялауға міндеттеледі.

Бақылау пункттері

Жасуша цикл арқылы ілгерілеген сайын бақылау нүктелері кездеседі. Жасушаның бөлінуі үшін өте маңызды болмаса да, олар көптеген жасушалардың жақсы қалыптасқан ерекшеліктері болып табылады.
Ұяшық цикліндегі бақылау пункттері төлқұжаттар, құжаттар мен тауарлар тексерілетін кейбір шекара бекеттерінен табылмайды. Молекулалық деңгейде жасушалық циклды бақылау нүктесі (1) сенсордан/детектордан (2) сигнал жіберушіден және (3) қабылдағыштан/эффектордан тұрады.

G1 бақылау пункті
«Бақылау -өткізу пункттерінің» біріншісі Gap1 (G1) фазасының соңынан табылған және G1 ДНҚ зақымдануының бақылау нүктесі болып табылады. Бұл бақылау бекетінде және оның алдында бөліну үшін таңдалған жасушаның ДНҚ -сы тұтастық үшін биомолекулалық бақылаудан өтеді. Адамдарда ДНҚ-ның зақымдануы «зақымдалған ДНҚ-ның» әсерінен белгілі бір гендердің, әсіресе 17-ші хромосомадан ісікті басатын р53 генінің ақуыз өнімдерінің деңгейі мен белсенділігін жоғарылатады. геномды құрайды және жасушаны келесі синтез (S) фазасына жіберу керектігін анықтауға жауапты. Егер ДНҚ тым зақымдалмаса, жөндеу мүмкін болады, ал жасуша циклы тоқтатылады және жөндеу жүргізілгенше баяулайды. Жасуша циклі «сапаны бақылау» зақымдануды жөндеу мүмкін еместігін анықтауы мүмкін. Бұл жағдайда 'p53' бағдарламаланған жасуша өлімін (апоптоз) қамтамасыз етеді.

ДНҚ қатты зақымдалған жасушаның бөліну циклі осы бақылау нүктесінде аяқталуы мүмкін.

Өкінішке орай, жасушалардағы сапаны бақылау мінсіз емес. Кейде ДНҚ зақымдалуын QC өткізіп жібереді және аздап өзгерген ДНҚ жүйе арқылы сырғып кетеді. Кейде бұл зақымдалған ДНҚ бақылау пункті жүйесін іске қоспауымен байланысты. Сапаны бақылау жүйесі де зақымдалуы мүмкін. p53 генінің ДНҚ-сы күн сәулесінің әсерінен (УК-сәулелену) және мутагендік химиялық заттармен, соның ішінде темекі түтінінен және көгерген жержаңғақтардың афлатоксинінен зақымдалуы мүмкін.

Ашытқы жасушаларының цикліндегі G1 бақылау -өткізу пунктінде жасуша мөлшерінің бөлінуге сәйкес екеніне көз жеткізу үшін тексеру жүргізіледі, бірақ жасуша өлшемі жоғары эукариоттардың кейбір жасушаларында маңызды фактор емес екені анықталды.

S (ДНҚ синтезі) фазасы

S фазасы жасуша циклінің жалпы уақытының шамамен үштен бірін алады. Дәл осы жерде «лицензиялау» жүйесі бойынша жасуша ДНҚ-ның бір ғана жаңа көшірмесі синтезделеді. Бұған рұқсат етілген өзгертулер кіреді, сонымен қатар жүйе қателері мен бұзылуына байланысты QC анықтамаған күмәнді өзгертулер де бар. «Геномның қамқоршысы» p53 генінің өз ДНҚ-сының зақымдалуына байланысты жұмыс істемеуі осының мысалы болып табылады.

S фазасында қос тізбекті ДНҚ екі компонентті тізбекке бөлінеді, олар әрқайсысында жаңа тізбектің синтезі үшін үлгі болады. Аденин (А), тимин (Т), гуанин (G) және цитозин (С) негіздерінің жаңадан түзілген бірліктері ашылмаған ДНҚ-дағы комплимент негіздеріне бекітіледі. Енді екі қыз жасушаның әрқайсысы үшін бір ДНҚ жиынтығы шығарылады. ДНҚ синтезі процесі көп энергия жұмсайды. (Бұл процестің егжей -тегжейін біздің веб -сайтта көрсетілген оқулықтардан қараңыз, мысалы: Поллард, Т.Д. & Эрншоу, В.С., «Жасуша биологиясы» 1 -ші редакция. 2002. 2 -баспа, 2004 ж. Қосымшалармен. Баспа: В.В. Сондерс).

S фазалық бақылау бекеттері
S фазасында бақылау пунктінің үш түрі бар сияқты. Таңқаларлық емес, барлығы ДНҚ репликациясымен байланысты мәселелерге жауап береді. Бұл проблемалар жаңа ДНҚ жасау үшін дезоксирибонуклеотидтердің жетіспеушілігінен ферменттерді тежейтін химиялық заттардың болуына және ДНҚ молекуласындағы үзілістерге дейін жетеді. ДНҚ репликацияланбаған немесе қандай да бір жолмен толық емес және G2 фазасына өтуге құзыретті болмаса, бұл жерде жасушалық цикл тоқтатылуы мүмкін.
Егер S фазасының соңына дейін бәрі бірқалыпты болса, жасушада оның геномының екі бірдей жиынтығы болады.

Цикл A және cdk 2 комбинациясы арқылы S фазасы арқылы және G2 фазасына ауысады.

G2 (2 саңылауы) фазасы
G2 phase is generally shorter than that of G1. Much of this time is spent in developing and preparing organelles for dividing and sharing during cytokinesis at the end of mitosis. Cyclins A and B coupled to cdk 1 drive the cell through the end of S phase, through G2 phase and M phase This phase contains the G2 checkpoint. After G2 the cell is committed to division.

G2 Checkpoint
This DNA structure checkpoint is encountered towards the end of the G2 phase. The G2 checkpoint is very critical in that it has the ‘responsible’ function of providing a quality assurance check before the cell enters mitosis.

  1. monitoring takes place to ensure that there is no unreplicated DNA and that TWO identical sets of the genome are now present and intact.
  2. both sets of the genome are ‘proof-read’ with a high level of surveillance. A check is made for molecular damage within the DNA and this evidence will determine whether the genome will be retained, repaired or rejected.
  3. if repair of the damaged DNA is possible the cell cycle is arrested for as long as the repair takes. Cell cycles operate in ‘real time’ so delay can be accommodated within the system by QC delaying future events.
  4. badly damaged DNA will be identified and the p53 gene products will trigger the programmed death (apoptosis) programme.
  5. ‘Quality control’ will check the overall competence of the cell to enter mitosis. On the list of competences will be such items as “is the mechanism leading to the separation of the sister chromatids in place?”<

M phase (mitosis)
Mitosis presents the drama of division. An awesome and beautiful presentation, it occupies just 5% of the total cell cycle time, or roughly an hour in higher eukaryotic cultured cells. It is the shortest phase but the final production is the culmination of work done during the rest of the cell cycle.

Cyclin A and B coupled to cdk 1 drives the cell through mitosis (the student is referred to a textbook at the desired level for detailed information about mitosis). At the end of mitosis the sister chromatids, joined as pairs by cohesive ‘glue’ since they were replicated in S phase, are separated to form two new equivalent sets of chromosomes. This event is chromosome segregation.

Some organelles in the cytoplasm are disassembled into molecular units to be divided during division of the cytoplasm (kinesis), and then new ones constructed in the daughter cells. Other cytoplasmic inclusions are shared (not always evenly) between the daughter cells.

M phase (mitosis) checkpoints

The working of one checkpoint within mitosis, the metaphase checkpoint, is well established. There may be more checkpoints but further work is needed to establish their existence.

Metaphase checkpoint

Also called ‘spindle assembly or kinetochore attachment checkpoint’ it operates during metaphase and before the cell enters anaphase. It checks for misaligned chromosomes and also that microtubules are attached to kinetochores – a very critical mechanism. The start of anaphase is delayed until all the chromosomes are aligned and appropriately attached.

When telophase is complete cytokinesis – (the division of cytoplasm) takes place. After this the two daughter cells will be directed to G-0 (zero) or G1 phase.

КОНЦЕПЦИЯЛЫҚ ХАБАРЛАР:

  1. Research evidence shows very clearly that cell division in eukaryotes should now be viewed as an active multiphase process called the CELL CYCLE. The process is highly conserved and covers all the phases of preparation as well as the actual cell division. Satisfactory passage through the phases and checkpoints of the cycle are critical for cell division to take place.
  2. Mitosis whilst obviously very important and dramatic should be viewed as part of the ‘Big Picture’ of cell division. Mitosis occupies just 5% of the total cell cycle time.
  3. Working within the cell cycle are various forms of molecular quality assurance and control. These controls operate to assist the cell division programme and prevent damage to the genome.

CHALLENGE YOUR CRITICAL THINKING:

  • Cancer is about cells dividing in an unregulated way. The nature of the cell cycle control system lends itself to the design of anti-cancer drugs that disrupt the cell cycle and initiate programmed cell death.
    Consider the total cell cycle. Select two or more strategic sites as possible targets for the action of anti-cancer drugs? Think through in terms of cell and molecular biology what you would want the drug to do in order to interfere with the cell cycle.
  • If DNA replication and cell division were always perfect in every case what would be the implications for evolution?

SELECTED WEBSITES:
http://nobelprize.org
Click on Cell Cycle game in the education panel.

http://www.cancerresearchuk.org
Click on ‘Science & Research’ in the text. (Then select Annual Reports especially LRI 2002 & Sc.Yearbook 02/03)

http://www.cellsalive.com
Click on ‘cell cycle’ (select ‘checkpoints for animation’).

Grateful thanks are due to Margarete Heck for her valuable contribution.


Can a human cell live indefinetely in a controlled environment? - Биология

Мақаланың қысқаша мазмұны:

The planet earth is full of bacteria and they play an important role in the different functions whether they are related to humans, animals or plants. All the bacteria are біржасушалы. They do not have the proper cell structure and cell organelles are scattered in the cytoplasm including the genetic material because they also lack nucleus. There is only a thick cell wall which encloses all the organelles and gives the proper shape to the bacteria. The cell wall is covered with a structure called as капсула.

Bacteria are considered living organisms because they divide by binary fission unlike viruses which need a host cell to multiply and usually cause infection in the host cell. Bacteria are the part of the environment and ecosystem. Almost all types of bacteria are helpful to mankind except few species which cause diseases in the human body. There are various functions and characteristics of bacteria which work either against or for the human beings.

Beneficial Bacteria:-
Some species of bacteria live in the human intestines where they help in digestion of food by releasing certain components. They also produce some vitamins which are helpful for the human body. E. coli is the specie which resides in the digestive tract of humans and help in breaking down the lactose. The new born babies do not suffer or have fewer chances of suffering from diarrhea if they are administered with the bacteria Lactobacillus reuteri or Bifidobacterium.

The process of fermentation takes place with the help of bacteria. If the milk is fermented and contains live bacteria Lactobacillus casei, it removes the harmful bacteria Helicobacter pylori from children's body. Similarly, Saccharomyces boulardii also helps to reduce the risk of antibiotic associated diarrhea from the children. Some bacterial species live on our skin and protect it from getting fungal infections. If the DNA molecule undergoes some internal damage in its structure or function, six strains or bacteria help to reduce the damage.

It can be said that human body is just like a home to bacteria. They live within almost every part of the body as well as outside the body. There are many bacteria which live inside mouth, throat, nose and intestines and perform various useful functions. They also do not let the harmful microorganisms live inside or on the human body and in return provide benefit to the human body. Various species of bacteria live in the humans' intestine and work with the immune system to protect the body against various diseases. Some intestinal bacteria are able to produce Vitamin A and K. the main function of bacteria residing in the stomach is to maintain the ph and acidity level in the stomach.

Harmful Bacteria:-

Along with the beneficial importance of bacteria, they also have some harmful effect on the human body. Some bacterial species are the source of causing diseases like typhoid fever, tuberculosis, cholera, syphilis and food borne illness. Streptococcus bacterium causes throat infections and some streptococcus species are even fatal. Though bacteria are mostly beneficial for the human body but if the person is weak and his immune system does not fight against diseases then these beneficial bacteria can also cause infections in the body. For example, AIDS is a disease in which person's immune system becomes very weak and all the viruses and bacteria start causing infections in the body.

Not all the bacteria which live in the human intestines are beneficial but some of them which enter the intestines through mouth cause infections and can be fatal sometimes. Bacteria present in food are the source of causing botulism. In this disease paralysis can occur and it can be fatal if one millionth of a bacterium is ingested through mouth.

To kill harmful bacteria, antibiotics are used. Some precautionary measures should also be taken so that they do not cause infections in the body, like washing hands before meal will kill the bacteria. Eating and drinking from unhealthy places causes bacterial infections. A person should himself take care of his health by staying clean, frequently washing hands and taking bath regularly.

Автор туралы / Қосымша ақпарат:

Маңызды жауапкершіліктен бас тарту: Осы веб-сайттағы барлық мақалалар тек жалпы ақпаратқа арналған және кәсіби немесе сарапшылардың кеңесі емес. Біз осы мақалада келтірілген ақпараттың дұрыстығына немесе шынайылығына немесе одан туындаған шығын мен жарақатқа жауапкершілік көтермейміз. Біз бұл мақалаларды мақұлдамаймыз, біз осы мақалалардың авторларымен байланысты емеспіз және олардың мазмұнына жауапты емеспіз. Толық шарттар үшін жауапкершіліктен бас тарту бөлімін қараңыз.


Homeostasis and Regulation in the Human Body

The human body is made up of trillions of cells that all work together for the maintenance of the entire organism. While cells, tissues, and organs may perform very different functions, all the cells in the body are similar in their metabolic needs. Maintaining a constant internal environment by providing the cells with what they need to survive (oxygen, nutrients, and removal of waste) is necessary for the well-being of individual cells and of the entire body. The many processes by which the body controls its internal environment are collectively called homeostasis. The complementary activity of major body systems maintains homeostasis.

Гомеостаз

Гомеостаз refers to stability, balance, or equilibrium within a cell or the body. It is an organism’s ability to keep a constant internal environment. Homeostasis is an important characteristic of living things. Keeping a stable internal environment requires constant adjustments as conditions change inside and outside the cell. The adjusting of systems within a cell is called homeostatic regulation. Because the internal and external environments of a cell are constantly changing, adjustments must be made continuously to stay at or near the set point (the normal level or range). Homeostasis can be thought of as a dynamic equilibrium rather than a constant, unchanging state.

Feedback Regulation Loops

The endocrine system plays an important role in homeostasis because hormones regulate the activity of body cells. The release of hormones into the blood is controlled by a stimulus. For example, the stimulus either causes an increase or a decrease in the amount of hormone secreted. Then, the response to a stimulus changes the internal conditions and may itself become a new stimulus. This self-adjusting mechanism is called feedback regulation.

Feedback regulation occurs when the response to a stimulus has an effect of some kind on the original stimulus. The type of response determines what the feedback is called. Теріс кері байланыс occurs when the response to a stimulus reduces the original stimulus. Жағымды пікір occurs when the response to a stimulus increases the original stimulus.

Thermoregulation: A Negative Feedback Loop

Negative feedback is the most common feedback loop in biological systems. The system acts to reverse the direction of change. Since this tends to keep things constant, it allows the maintenance of homeostatic balance. For instance, when the concentration of carbon dioxide in the human body increases, the lungs are signaled to increase their activity and exhale more carbon dioxide, (your breathing rate increases). Thermoregulation is another example of negative feedback. When body temperature rises, receptors in the skin and the hypothalamus sense the temperature change. The temperature change (stimulus) triggers a command from the brain. This command, causes a response (the skin makes sweat and blood vessels near the skin surface dilate), which helps decrease body temperature. Figure 1 shows how the response to a stimulus reduces the original stimulus in another of the body’s negative feedback mechanisms.

Figure 1: Control of blood glucose level is an example of negative feedback. Blood glucose concentration rises after a meal (the stimulus). The hormone insulin is released by the pancreas, and it speeds up the transport of glucose from the blood and into selected tissues (the response). Blood glucose concentrations then decrease, which then decreases the original stimulus. The secretion of insulin into the blood is then decreased.

Positive feedback is less common in biological systems. Positive feedback acts to speed up the direction of change. An example of positive feedback is lactation (milk production). As the baby suckles, nerve messages from the mammary glands cause the hormone prolactin, to be secreted by the pituitary gland. The more the baby suckles, the more prolactin is released, which stimulates further milk production.

Not many feedback mechanisms in the body are based on positive feedback. Positive feedback speeds up the direction of change, which leads to increasing hormone concentration, a state that moves further away from homeostasis.

System Interactions

Each body system contributes to the homeostasis of other systems and of the entire organism. No system of the body works in isolation and the well-being of the person depends upon the well-being of all the interacting body systems. A disruption within one system generally has consequences for several additional body systems. Most of these organ systems are controlled by hormones secreted from the pituitary gland, a part of the endocrine system. Table 1 summarizes how various body systems work together to maintain homeostasis.

Main examples of homeostasis in mammals are as follows:

• The regulation of the amounts of water and minerals in the body. This is known as osmoregulation. This happens primarily in the kidneys.
• The removal of metabolic waste. This is known as excretion. This is done by the excretory organs such as the kidneys and lungs.
• The regulation of body temperature. This is mainly done by the skin.
• The regulation of blood glucose level. This is mainly done by the liver and the insulin and glucagon secreted by the pancreas in the body.

Table 1: Types of Homeostatic Regulation in the Body

Endocrine System

The endocrine system, shown in Figure 2, includes glands which secrete hormones into the bloodstream. Hormones are chemical messenger molecules that are made by cells in one part of the body and cause changes in cells in another part of the body. The endocrine system regulates the metabolism and development of most body cells and body systems through feedback mechanisms. For example, Thyrotropin-Releasing Hormone (TRH) and Thyroid Stimulating Hormone (TSH) are controlled by a number of negative feedback mechanisms. The endocrine glands also release hormones that affect skin and hair color, appetite, and secondary sex characteristics of males and females.

Figure 2: The endocrine system controls almost every other body system through feedback mechanisms. Most of the mechanisms of the endocrine system are negative feedback.

The endocrine system has a regulatory effect on other organ systems in the human body. In the muscular system, hormones adjust muscle metabolism, energy production, and growth. In the nervous system, hormones affect neural metabolism, regulate fluid and ion concentration and help with reproductive hormones that influence brain development.

Зәр шығару жүйесі

Toxic wastes build up in the blood as proteins and nucleic acids are broken down and used by the body. The urinary system rids the body of these wastes. The urinary system is also directly involved in maintaining proper blood volume. The kidneys also play an important role in maintaining the correct salt and water content of the body. External changes, such as a warm weather, that lead to excess fluid loss trigger feedback mechanisms that act to maintain the body’s fluid content by inhibiting fluid loss. The kidneys also produce a hormone called erythropoietin, also known as EPO, which stimulates red blood cell production.

Репродуктивті жүйе

The reproductive system does little for the homeostasis of the organism. The reproductive system relates instead to the maintenance of the species. However, sex hormones do have an effect on other body systems, and an imbalance in sex hormones can lead to various disorders. For example, a woman whose ovaries are removed early in life is at higher risk of developing osteoporosis, a disorder in which bones are thin and break easily. The hormone estrogen, produced by the ovaries, is important for bone growth. Therefore, a woman who does not produce estrogen will have impaired bone development.

Disruption of Homeostasis

Many homeostatic mechanisms keep the internal environment within certain limits (or set points). When the cells in your body do not work correctly, homeostatic balance is disrupted. Homeostatic imbalance may lead to a state of disease. Disease and cellular malfunction can be caused in two basic ways: by deficiency (cells not getting all they need) or toxicity (cells being poisoned by things they do not need). When homeostasis is interrupted, your body can correct or worsen the problem, based on certain influences. In addition to inherited (genetic) influences, there are external influences that are based on lifestyle choices and environmental exposure. These factors together influence the body’s ability to maintain homeostatic balance. The endocrine system of a person with diabetes has difficulty maintaining the correct blood glucose level. A diabetic needs to check their blood glucose levels many times during the day, as shown in Figure 3, and monitor daily sugar intake.

Figure 3: A person with diabetes has to monitor their blood glucose carefully. This glucose meter analyses only a small drop of blood.

Internal Influences: Heredity

Генетика: Genes are sometimes turned off or on due to external factors which we have some control over. Other times, little can be done to prevent the development of certain genetic diseases and disorders. In such cases, medicines can help a person’s body regain homeostasis. An example is the metabolic disorder Type 1 diabetes, which is a disorder where the pancreas is no longer producing adequate amounts of insulin to respond to changes in a person’s blood glucose level. Insulin replacement therapy, in conjunction with carbohydrate counting and careful monitoring of blood glucose concentration, is a way to bring the body’s handling of glucose back into balance. Cancer can be genetically inherited or be due to a mutation caused by exposure to toxin such as radiation or harmful drugs. A person may also inherit a predisposition to develop a disease such as heart disease. Such diseases can be delayed or prevented if the person eats nutritious food, has regular physical activity, and does not smoke.

External Influences: Lifestyle

Тамақтану: If your diet lacks certain vitamins or minerals your cells will function poorly, and you may be at risk to develop a disease. For example, a menstruating woman with inadequate dietary intake of iron will become anemic. Hemoglobin, the molecule that enables red blood cells to transport oxygen, requires iron. Therefore, the blood of an anemic woman will have reduced oxygen-carrying capacity. In mild cases symptoms may be vague (e.g. fatigue), but if the anemia is severe the body will try to compensate by increasing cardiac output, leading to weakness, irregular heartbeats and in serious cases, heart failure.

Physical Activity: Physical activity is essential for proper functioning of our cells and bodies. Adequate rest and regular physical activity are examples of activities that influence homeostasis. Lack of sleep is related to a number of health problems such as irregular heartbeat, fatigue, anxiety, and headaches. Being overweight and obesity, two conditions that are related to poor nutrition and lack of physical activity greatly affect many organ systems and their homeostatic mechanisms. Being overweight or obese increases a person’s risk of developing heart disease, Type 2 diabetes, and certain forms of cancer. Staying fit by regularly taking part in aerobic activities such as walking, shown in Figure 4, has been shown to help prevent many of these diseases.

Figure 4: Adding physical activity to your routine can be as simple as walking for a total of 60 minutes a day, five times a week.

Mental Health: Your physical health and mental health are inseparable. Our emotions cause chemical changes in our bodies that have various effects on our thoughts and feelings. Negative stress (also called distress) can negatively affect mental health. Regular physical activity has been shown to improve mental and physical well-being, and helps people to cope with distress. Among other things, regular physical activity increases the ability of the cardiovascular system to deliver oxygen to body cells, including the brain cells. Medications that may help balance the amount of certain mood-altering chemicals within the brain are often prescribed to people who have mental and mood disorders. This is an example of medical help in stabilizing a disruption in homeostasis.

Environmental Exposure

Any substance that interferes with cellular function and causes cellular malfunction is a cellular toxin. There are many different sources of toxins, for example, natural or synthetic drugs, plants, and animal bites. Air pollution, another form of environmental exposure to toxins is shown in Figure 5. A commonly seen example of an exposure to cellular toxins is by a drug overdose. When a person takes too much of a drug that affects the central nervous system, basic life functions such as breathing and heartbeat are disrupted. Such disruptions can results in coma, brain damage, and even death.

Figure 5: Air pollution can cause environmental exposure to cellular toxins such as mercury.

The six factors described above have their effects at the cellular level. A deficiency or lack of beneficial pathways, whether caused by an internal or external influence, will almost always result in a harmful change in homeostasis. Too much toxicity also causes homeostatic imbalance, resulting in cellular malfunction. By removing negative health influences and providing adequate positive health influences, your body is better able to self-regulate and self-repair, which maintains homeostasis.


Not-quite-immortal lobsters

Lobsters also do not experience senescence. Ұнайды Гидра’s reliance on particular genes, however, their longevity is thanks to them being able to endlessly repair their DNA.

Normally, during the process of DNA copying and cell division, the protective end-caps on chromosomes, called telomeres, slowly get shorter and shorter, and when they are too short, a cell enters senescence and can no longer keep dividing.

Lobsters can live for a very long time, but they’re not biologically immortal. Image adapted from: Cefaclor / Wikipedia CC BY SA 3.0

Lobsters don’t have this problem thanks to a never-ending supply of an enzyme called telomerase, which works to keep regenerating telomeres. They produce lots of this enzyme in all of their cells throughout their adult lives, allowing them to maintain youthful DNA indefinitely.

Telomerase is not unique to lobsters. It is present in most other animals, including humans, but after passing the embryonic life stage, levels of telomerase in most other cells decline and are not sufficient for constantly re-building telomeres.

Unfortunately for lobsters though, there’s a catch: they literally grow too big for their own shells. Lobsters continually grow larger and larger, but their shells can’t change size, meaning a lifetime of ditching too-small shells and growing a brand-new exoskeleton each time. That takes a fair amount of energy. Eventually, the amount of energy required to moult a shell and grow another new one is simply too much. The lobster succumbs to exhaustion, disease, predation or shell collapse.


Neural Stimulation of a Muscle Fiber

Muscle fibers contract by the action of actin and myosin sliding past each other. The signal to initiate the contraction comes from the brain as a part of the somatic nervous system.

The illustration below is a schematic representation of the process from the arrival of a nerve signal to the terminal bundle of the nerve axon to the contration of a muscle fiber. The stimulation of muscle action is associated with the neurotransmitter chemical acetylcholine.

When the nerve signal from the somatic nerve system reaches the muscle cell, voltage-dependent calcium gates open to allow calcium to enter the axon terminal. This calcium moves the acetylcholine-containing miceles to fuse with the presynaptic membrane and release their acetylcholine into the synapse, where it is bound by acetylcholine receptors on the postsynaptic surface. The acetylcholine receptors are examples of ligand-gated ion channels: upon binding the acetylcholine molecule, they open up a channel for sodium and potassium ions to enter the cell. In this case acetylcholine is the "ligand" that opens the gate for sodium.

When the opening of the Na channels sends a rush of Na into the cell, which, if it is strong enough, causes nearby voltage-gated Na channels to open and produces an action potential. This action potential is not one in a nerve cell, but in the muscle cell.

The muscle fiber structure has lots of tubes called T-tubules or transverse tubules. When the action potential travels down these tubules, it eventually triggers the voltage-sensitive proteins that are linked to the calcium channels in the structure called the sarcoplasmic reticulum (Wiki) that surrounds the nerve fibers. This membrane-enclosed structure has similarities to the endoplasmic reticulum in other cells. In the rest state, the sarcoplasmic reticulum will have a reserved supply of calcium because its walls have many Ca pumps which use ATP energy to store calcium. With the stimulus of the action potential, calcium rushes into the cell and interacts with the actin. Associated with the actin are the troponin complex and the tropomyosin strand which block the binding of myosin. The supplied calcium ions bind to the troponin and pulls the "gaurding" troponin and tropomyosin strand away from the site where myosin can bind.

In order to bind to the actin, the myocin must have a supply of energy, which it obtains from ATP . Having absorbed energy from ATP, a unit of the myosin fiber will be in a stressed or high energy state, like a stretched spring. With the action of the calcium to withdraw the troponin and tropomyosin, the myosin structure can bind and use the energy to pull the actin fiber, shortening or contracting the muscle fiber.

While the contraction of a muscle can be repeated by following the above steps, there must be a pathway back to a rest state since you don't want your muscles to be in a permanently contracted state. Those mechanisms for return to rest are provided. The initial stimulus by the motor nerve which started the process is under conscious control, so you can decide to relax the muscle. The free acetylcholine in the synaptic gap is removed by another molecule, acetylcholinesterase. The calcium pumps in the sarcoplasmic reticulum work to reclaim the calcium, and upon removal of the calcium from the receptors on the muscle, the "bodygaurd" troponin and tropomyocin move back to their blocking positions. The myosin and actin fibers return to their relaxed state.


Бейнені қараңыз: Биология.23 Цитоплазма, оның органоидтары (Желтоқсан 2022).