Информация

Может ли человеческая клетка бесконечно жить в контролируемой среде?

Может ли человеческая клетка бесконечно жить в контролируемой среде?


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.

Как долго человеческая клетка может жить в контролируемой среде с учетом всех необходимых питательных веществ, температуры, механизмов удаления отходов и других требований? Иначе говоря:

  • Может ли человеческая клетка жить бесконечно?
  • Какая самая длинная зарегистрированная продолжительность жизни человеческой клетки в контролируемой среде?

В этом вопросе минимум два вопроса.

Делящиеся клетки

Что касается делящейся линии клеток человека, каждый раз, когда происходит деление, теломеры, закрывающие концы хромосом, становятся немного короче. Как только теломеры становятся достаточно короткими, они действуют как сигнал, запускающий апоптоз, разрушающий клетку. Есть некоторые различия в начальной длине теломер от человека к человеку, но впечатление, которое я получил от биологов-биологов, таково, что предел деления составляет где-то порядка 10-100.

Есть также клетки, в которых активность протеина теломеразы повышена. Теломераза - это тип полимеразы (фермента, который синтезирует ДНК), который увеличивает длину теломер. На клетки теломераза + предел деления не влияет обычным образом. Некоторыми примерами клеток теломераза + являются стволовые клетки и многие виды раковых клеток.

Стационарные ячейки

В самом прямом смысле, клетка «умирает» при делении. При делении клетка разделяется на две дочерние клетки, но нельзя сказать, что какая-либо дочерняя клетка «является» исходной клеткой. Таким образом, более удовлетворительный способ ответить на исходный вопрос - это посмотреть, как долго отдельная ячейка может сохраняться как есть и распознаваться живой (то есть в стационарной фазе).

Если обмануть и заморозить клетку при температуре жидкого азота (78 К), то есть множество примеров клеток, выживших десятилетиями, в том смысле, что культура может храниться, а затем размораживаться, и нормальные жизненные процессы возобновятся, по крайней мере, на некоторые из них. времени.

К сожалению, на эту версию вопроса может не быть правильного ответа. Быстрый поиск не дал особого результата. Считается, что по крайней мере некоторые клетки (в частности, нейроны) существуют в человеческом теле десятилетиями, не делясь, хотя это неудивительно трудно доказать.


10: Факторы окружающей среды

  • Предоставлено Линдой Бруслинд
  • Старший инструктор II и ведущий консультант (микробиология) в Университете штата Орегон
  • Источник из Open Oregon State

В мире микробов (а также в немикробном мире!) Идет жесткая конкуренция, а ресурсов может быть недостаточно. Для тех микробов, которые хотят и могут адаптироваться к тому, что может считаться суровой окружающей средой, это, безусловно, может означать меньшую конкуренцию. Итак, какие условия окружающей среды могут повлиять на рост микробов? Температура, кислород, pH, активность воды, давление, радиация, недостаток питательных веществ и др. - вот основные из них. Мы рассмотрим подробнее метаболизм (т.е. какую пищу они могут есть?) Позже, поэтому давайте сосредоточимся на физических характеристиках окружающей среды и адаптации микробов.


Квантовая смерть & # 8211 & # 8220 Человеческие клетки несут квантовую информацию, существующую в виде души & # 8221

Физическая вселенная, в которой мы живем, - это только наше восприятие, и как только наши физические тела умирают, появляется бесконечность за ее пределами. Некоторые считают, что после смерти сознание отправляется в параллельные вселенные. «Потустороннее - это бесконечная реальность, которая намного больше & # 8230, в которой коренится этот мир. Таким образом, наши жизни на этом плане существования уже охвачены, окружены загробным миром». Тело умирает, но духовное квантовое поле продолжается. Таким образом, я бессмертен », - предполагают исследователи из Института физики Макса Планка в Мюнхене.

Физики Макса Планка согласны с британским физиком сэром Роджером Пенроузом, который утверждает, что если человек временно умирает, эта квантовая информация высвобождается из микротрубочек во Вселенную. Однако, если они реанимируются, квантовая информация направляется обратно в микротрубочки, и именно это вызывает околосмертный опыт. «Если они не возродятся и пациент умрет, вполне возможно, что эта квантовая информация может существовать вне тела, возможно, бесконечно долго, как душа».

Стив Полсон, пишущий для Nautil.us, описывает теорию Пенроуза 88-летней давности как «умную и, вполне возможно, чокнутую» теорию о квантовом происхождении сознания. Он считает, что мы должны выйти за рамки нейробиологии и погрузиться в загадочный мир квантовой механики, чтобы объяснить нашу богатую ментальную жизнь. Никто точно не знает, что делать с этой теорией, разработанной американским анестезиологом Стюартом Хамероффом, но общепринятое мнение звучит примерно так: их теория почти наверняка неверна, но поскольку Пенроуз настолько гениален (& # 8216 Один из очень немногих людей, которых я «Я встречал в своей жизни кого-то, кого я безоговорочно называю гением, - сказал физик Ли Смолин), - было бы глупо отвергать их теорию сразу».

В то время как ученые все еще ведут горячие споры о том, что такое сознание, исследователи из Аризонского университета Хамерофф и Пенроуз пришли к выводу, что это информация, хранящаяся на квантовом уровне. Пенроуз соглашается, что «он и его команда обнаружили доказательства того, что микротрубочки на основе белков - структурный компонент клеток человека - несут квантовую информацию - информацию, хранящуюся на субатомном уровне».

Это была идея Хамероффа, пишет Полсон, & # 8220, что квантовая когерентность происходит в микротрубочках, белковых структурах внутри нейронов мозга. А что такое микротрубочки, спросите вы? Они представляют собой трубчатые структуры внутри эукариотических клеток (часть цитоскелета), которые играют роль в определении формы клетки, а также ее движений, включая деление клетки - разделение хромосом во время митоза. Хамерофф предполагает, что микротрубочки - это квантовое устройство, которое Пенроуз искал в своей теории. В нейронах микротрубочки помогают контролировать силу синаптических связей, а их трубчатая форма может защищать их от окружающего шума более крупного нейрона. Симметрия микротрубочек и структура решетки представляют особый интерес для Пенроуза. Он считает, что «от этого пахнет чем-то квантово-механическим».

«Каким-то образом наше сознание является причиной того, что Вселенная здесь», - сказал Пенроуз Полсону во время интервью. "Есть разумная жизнь - или сознание - где-то еще в космосе", - добавил Пенроуз. «Но это может быть очень редко». Но если сознание - это суть всей этой ссоры, разве вы не ожидали бы найти какие-то доказательства этого за пределами Земли, как спросил Полсон? «Что ж, я не уверен, что наша собственная Вселенная так благосклонно настроена к сознанию», - ответил Пенроуз.

В книге «За пределами биоцентризма: переосмысление времени, пространства, сознания и иллюзии смерти» Роберт Ланца спрашивает, существует ли душа? Новая научная теория, которую он предлагает, гласит, что мы бессмертны и существуем вне времени. Биоцентризм постулирует, что пространство и время не являются твердыми объектами, о которых мы думаем. Смерти не существует во вневременном и внепространственном мире. Его новая научная теория предполагает, что смерть не является крайним событием, о котором мы думаем.

«Существует бесконечное количество вселенных, и все, что может произойти, происходит в какой-то вселенной. В этих сценариях смерти не существует в реальном смысле. Все возможные вселенные существуют одновременно, независимо от того, что происходит в любой из них. Хотя отдельные тела обречены на самоуничтожение, живое чувство - «Кто я?» - всего лишь 20-ваттный источник энергии, действующий в мозгу. Но эта энергия не уходит со смертью. Одна из самых верных аксиом науки состоит в том, что энергия никогда не умирает, ее нельзя ни создать, ни уничтожить. Но переходит ли эта энергия из одного мира в другой? »


Может ли человеческая клетка бесконечно жить в контролируемой среде? - Биология

Все большее количество исследований использует методы визуализации живых клеток, чтобы обеспечить критическое понимание фундаментальной природы функции клеток и тканей, особенно в связи с быстрым прогрессом, который в настоящее время наблюдается в технологии флуоресцентных белков и синтетических флуорофоров. Благодаря этим достижениям визуализация живых клеток стала необходимым аналитическим инструментом в большинстве лабораторий клеточной биологии, а также рутинной методологией, которая практикуется в самых разных областях нейробиологии, биологии развития, фармакологии и многих других связанных биомедицинских исследовательских дисциплинах. . Одной из наиболее значительных технических проблем для выполнения успешных экспериментов по визуализации живых клеток является поддержание клеток в здоровом состоянии и нормального функционирования на предметном столике микроскопа при освещении в присутствии синтетических флуорофоров и / или флуоресцентных белков.

Поддержание живых клеток на предметном столике микроскопа. Жесткий контроль культуральной среды является одним из наиболее важных факторов в успешных экспериментах по визуализации живых клеток. В частности, условия, при которых клетки поддерживаются на предметном столике микроскопа, хотя и широко варьируются в зависимости от многих требований в зависимости от организма, часто определяют успех или неудачу эксперимента. Аспекты окружающей среды, которыми легко управлять, включают физические параметры камеры, в которой клетки выращивают и визуализируют, контроль температуры, атмосферные условия (газовая смесь и влажность), пищевые добавки, буферность среды для выращивания (pH) и осмолярность клеток. питательная среда.

Камеры для культивирования живых клеток - камеры для образцов являются неотъемлемой и важной ветвью в истории визуализации живых клеток, и за эти годы был опубликован широкий спектр конструкций, описывающих системы, которые предлагают превосходные оптические свойства, позволяя сохранять образцы в течение длительного времени. различное количество времени. От простого приготовления запечатанного покровного стекла на предметном стекле микроскопа до сложных перфузионных камер, которые позволяют строго контролировать практически все параметры окружающей среды, культуральные камеры предназначены для наблюдения за живыми образцами с минимальной инвазией и высоким разрешением.

Требования к оптической системе и детектору для визуализации живых клеток - при разработке системы оптической микроскопии для исследования живых клеток в первую очередь учитываются чувствительность детектора (отношение сигнал-шум), требуемая скорость получения изображения и жизнеспособность образцов. При работе с живыми клетками следует строго избегать относительно высокой интенсивности света и длительного времени экспозиции, которые обычно используются при записи изображений фиксированных клеток и тканей (где фотообесцвечивание является основным фактором). Практически во всех случаях микроскопия живых клеток представляет собой компромисс между достижением наилучшего качества изображения и сохранением здоровья клеток. Вместо того, чтобы излишне передискретизировать временные точки и подвергать клетки чрезмерному освещению, пространственное и временное разрешение, установленное экспериментом, должно быть ограничено, чтобы соответствовать целям исследования.

Автоматический микроскоп: жалюзи, колеса фильтров, фокусировка, управление предметным столиком и системы освещения - компоненты и аксессуары моторизованного микроскопа позволяют исследователю автоматизировать получение изображений живых клеток и особенно полезны для покадровых экспериментов с интервалом времени от миллисекунд до десятки или сотни минут. Вспомогательные компоненты, такие как электромеханические заслонки, управляемые микропроцессором устройства смены фильтров (фильтрующие колеса), моторизованные столики и механизмы управления осевым фокусом, могут быть дооснащены микроскопом исследовательского класса и интерактивно управляться с компьютера-компаньона с помощью разнообразного имеющегося в продаже программного обеспечения для получения изображений. пакеты. Однако следует отметить, что сборка полностью автоматизированной и оптимизированной системы многомерной оптической визуализации - чрезвычайно сложная задача.

Введение в флуоресцентные белки - открытие зеленого флуоресцентного белка в начале 1960-х годов в конечном итоге ознаменовало новую эру в клеточной биологии, позволив исследователям применять методы молекулярного клонирования, объединяя флуорофорную составляющую с широким спектром целевых белков и ферментов, чтобы контролировать клеточные процессы в живых системах с использованием оптической микроскопии и связанной с ней методологии. В сочетании с последними техническими достижениями в области широкополосной флуоресценции и конфокальной микроскопии, включая сверхбыстрые цифровые камеры с низким уровнем освещенности и системы многодорожечного лазерного управления, зеленый флуоресцентный белок и его генетические производные со сдвигом цвета продемонстрировали неоценимую услугу во многих тысячах экспериментов по визуализации живых клеток. .

Параметры визуализации для флуоресцентных белков - Широкий спектр обнаруженных к настоящему времени флуоресцентных белков и производных весьма универсален и успешно используется почти во всех биологических дисциплинах от микробиологии до системной физиологии. Эти уникальные зонды оказались чрезвычайно полезными в качестве репортеров для исследований экспрессии генов как в культивируемых клетках, так и в целых животных. В живых клетках флуоресцентные белки чаще всего используются для отслеживания локализации и динамики белков, органелл и других клеточных компартментов, а также для отслеживания внутриклеточного транспорта белков. Количественная визуализация флуоресцентных белков легко выполняется с помощью различных методов, включая широкопольную, конфокальную и многофотонную микроскопию, чтобы обеспечить уникальное окно для выявления тонкостей клеточной структуры и функций.

Подвижность клеток. В многоклеточных тканях, таких как ткани животных и человека, отдельные клетки используют различные механизмы передвижения, чтобы маневрировать через пространства внеклеточного матрикса и по поверхности других клеток. Примерами являются быстрое перемещение клеток в развивающихся эмбрионах, распространение злокачественных раковых клеток от одного органа к другому и миграция нервных аксонов к синаптическим мишеням. В отличие от одноклеточных плавающих организмов, ползающие клетки в культуре не обладают ресничками или жгутиками, но имеют тенденцию перемещаться посредством скоординированной проекции цитоплазмы в повторяющихся циклах растяжения и ретракции, которые деформируют всю клетку. Цифровые видеоролики, представленные в этой галерее, исследуют паттерны подвижности клеток животных у самых разных морфологически различных образцов.

Избранные источники литературы

Общие источники литературы. Техника визуализации живых клеток на предметном столике микроскопа становится все более полезным инструментом с появлением синтетических флуорофоров и флуоресцентных белков, которые служат качественными и количественными репортерами внутриклеточной структуры и динамики. Визуализация живых клеток теперь охватывает несколько модальностей, включая широкопольное (флуоресценцию, фазовый контраст и дифференциальный интерференционный контраст), конфокальную сканирующую лазерную микроскопию, многофотонную микроскопию и микроскопию с вращающимся диском. В этом разделе представлена ​​библиография литературных источников для книг, обзорных статей и оригинальных отчетов об исследованиях по широкому спектру методологий, применяемых в настоящее время для изучения живых клеток.

Справочная библиотека по визуализации живых клеток ZEISS Campus - Введение генетически закодированных флуоресцентных слияний белков в качестве маркера локализации в живых клетках произвело революцию в области клеточной биологии, и применение фотостабильных квантовых точек вырисовывается на горизонте. В настоящее время методы визуализации живых клеток включают широкий спектр методов визуализации, включая широкопольную флуоресценцию, конфокальную, многофотонную, полное внутреннее отражение, FRET, визуализацию в течение всего срока службы, сверхразрешение и микроскопию в проходящем свете. Ссылки, перечисленные в этом разделе, относятся к обзорным статьям, которые должны стать отправной точкой для полного понимания визуализации живых клеток.

Камеры для визуализации живых клеток - камеры для образцов были неотъемлемой частью истории микроскопии, и за эти годы был опубликован ряд проектов, описывающих системы, которые предлагают превосходные оптические свойства, позволяя сохранять образцы в течение различного времени. Основные требования к конфигурациям камеры для визуализации живых клеток варьируются от простых предметных стекол микроскопа с запечатанными покровными стеклами до сложных и сложных конструкций, которые контролируют множество переменных окружающей среды. Литературные ссылки в этом разделе описывают простые камеры, перфузионные системы и закрытые инкубаторы для микроскопов, которые позволяют в значительной степени контролировать среду визуализации.

Принадлежности для моторизованных микроскопов - конфигурации микроскопов для получения изображений живых клеток значительно выигрывают от применения моторизованных компонентов для автоматизации быстрой смены фильтров, фокусировки, перемещения сцены и управления заслонками освещения. Ниже перечислены ссылки на веб-сайты производителей и дистрибьюторов высокоскоростных фильтровальных колес, электромеханических заслонок, систем аксиальной фокусировки и трансляционных моторизованных столиков, подходящих для визуализации живых клеток.

Камеры для визуализации живых клеток и перфузии. Хотя многие исследователи создали индивидуальные камеры для визуализации живых клеток, разработанные с учетом конкретных требований на протяжении многих лет, в настоящее время доступен широкий спектр коммерческих камер для перфузии и визуализации. Эти камеры имеют множество конструкций, включая чашки Петри со стеклянным дном, многолуночные камеры, установленные на предметных стеклах микроскопа, нагревательные столики с множеством сменных перфузионных адаптеров и специализированные камеры с проводящими покрытиями для жесткого контроля температуры. В этом разделе перечислены ссылки на производителей и дистрибьюторов камер для образцов для визуализации живых клеток.

Майкл Э. Дейли - Департамент биологических наук и программы неврологии, 369 Биологическое здание, Университет Айовы, Айова-Сити, Айова, 52242.

Дэниел К. Фохт - Bioptechs Inc., 3560 Бек-роуд, Батлер, Пенсильвания, 16002.

Алексей Ходжаков и Конли Л. Ридер - Центр Уодсворта, Департамент здравоохранения штата Нью-Йорк, Олбани, Нью-Йорк, 12201, и Морская биологическая лаборатория, Вудс-Хоул, Массачусетс, 02543.

Джордж Х. Паттерсон и Дженнифер Липпинкотт-Шварц - Отделение клеточной биологии и метаболизма, Национальный институт здоровья детей и развития человека, Национальные институты здоровья, Бетесда, Мэриленд, 20892.

Дэвид У. Пистон - Департамент молекулярной физиологии и биофизики, Университет Вандербильта, Нэшвилл, Теннесси, 37232.

Мелпомени Платани - Программа экспрессии генов, Европейская лаборатория молекулярной биологии, Мейерхофштрассе 1, D-69117, Гейдельберг, Германия.

Джейсон Р. Сведлоу и Пол Д. Эндрюс - Отдел регуляции и экспрессии генов, MSI / WTB Complex, Университет Данди, Данди DD1 5EH, Шотландия.

Кеннет Р. Спринг - научный консультант, Ласби, Мэриленд, 20657.

Ю-ли Ван - Медицинская школа Массачусетского университета, 377 Plantation Street, Suite 327, Worcester, Massachusetts, 01605.

Дженнифер С. Уотерс - Центр визуализации Nikon, LHRRB Room 113C, Департамент клеточной биологии, Гарвардская медицинская школа, 240 Longwood Avenue, Бостон, Массачусетс, 02115.

Натан С. Клэкстон, Скотт Г. Оленич, Джон Д. Гриффин и Майкл В. Дэвидсон - Национальная лаборатория сильных магнитных полей, 1800 г. Ист. Пол Дирак, доктор философии, Государственный университет Флориды, Таллахасси, Флорида, 32310.


Растения, животные, люди и даже живые микроорганизмы могут адаптироваться к окружающему миру. Адаптивность включает в себя черты, которые помогают живому организму выжить в окружающей его среде. Одна из таких черт заключается в том, что шерсть разных животных меняется в зависимости от времени года, что затрудняет наблюдение за добычей или хищником.

Живой организм будет взаимодействовать с другим живым организмом - будь то организм того же типа, угроза или нейтральный организм, между ними существует какая-то форма взаимодействия. Например, цветы взаимодействуют с пчелами, выделяя пыльцу для сбора и распространения среди женских растений во время размножения. Такие растения, как венерина мухоловка, взаимодействуют с природой, закрываясь над мухами, ящерицами и другими съедобными насекомыми, которые приземляются у них на расстоянии вытянутой руки.


Контроль клеточного цикла

В «Жизненный цикл» делящейся эукариотической неэмбриональной клетки начинается с того, что клетка запускается в клеточный цикл, и заканчивается равным разделением генетического материала и расщеплением клетки во время цитокинеза. Весь процесс называется клеточным циклом и состоит из четыре основных этапа.

Вход в цикл осуществляется в фазе разрыва 1 (G1), за которой последовательно следуют фаза синтеза ДНК (S), фаза разрыва 2 (G2) и митоз (M). После митоза (M) некоторые клетки входят в фазу G1 нового клеточного цикла, в то время как другие могут расходиться в начале G1 в фазу, называемую Gap O (ноль). Фазы G1, S и G2 часто группируются и называются «межфазными».

Ячейки в G-0 (ноль) неподвижны и не делятся (следовательно, ноль), это может быть постоянным или временным.
Митоз (фаза М) наблюдался и подробно описывался к началу 20 века, но только примерно через 50 лет было обнаружено, что синтез ДНК происходил как отдельный процесс, предшествующий митозу. Между митозом (M) в предыдущем клеточном цикле и синтезом ДНК (S) был временной промежуток. Это было обозначено Gap 1 (G1). Промежуток времени между синтезом ДНК (S) и митозом (M) был обозначен как Gap 2 (G2).

После деления клетки дочерние клетки следуют ОДНОМ из нескольких путей:

  • клетки, которые могут снова делиться, сразу же переходят в фазу G1 нового клеточного цикла.
  • другие клетки входят в фазу G-0. Некоторые из них некоторое время находятся в состоянии покоя, но затем снова входят в фазу G1.
  • некоторые специализированные клетки, например нервные, снова не делятся.
  • другие клетки могут быть вызваны такими действиями, как заживление ран, для перехода в фазу G1 клеточного цикла для деления по мере необходимости.

Митоз визуально очень драматичен, но он занимает всего около 5% от общего времени клеточного цикла. В «большой картине» жизненного цикла делящейся клетки на интерфазы (фазы G1, S и G2) приходится остальные 95% времени клеточного цикла. Исследования показывают, что интерфаза (когда-то называемая фазой покоя!) Работает красиво упорядоченным и систематическим образом. Также было показано, что это сложнее, чем считалось ранее.

Время, необходимое для деления эукариотической клетки, широко варьируется в зависимости от типа клетки и окружающей среды. Дрожжевым клеткам требуется от 1,5 до 3 часов, эпителиальным клеткам кишечника около 12 часов и клеткам в культуре около 22 часов. У разных организмов и в разное время развития детали клеточного цикла различаются. Эмбриональные клетки многих организмов имеют более короткий цикл, чем аналогичные клетки взрослого человека. Клетки дрожжей и млекопитающих демонстрируют различия в деталях цикла, но общий механизм клеточного цикла остается в высокой степени консервативным на протяжении многих лет.

Во время клеточного цикла химический состав цитоплазмы в значительной степени влияет на деятельность всей клетки. В остальное время мы думаем о ядре клетки, определяющем цитоплазматическую активность.
КЛЮЧЕВЫЕ ИДЕИ:

  • Клеточный цикл - это высококачественное производство клеток.
  • Эффективное производственное предприятие должно иметь управляемую, скоординированную и последовательную систему производства продукции. Также необходима система для мониторинга поступающего сырья, обработки продукта, производственной среды и оборудования, чтобы предвидеть и решать производственные проблемы.
  • Эукариотическая клетка - «хороший производитель» - в большинстве случаев! Во время цикла деления клетки он имеет биологический эквивалент следующих систем: обеспечение качества (QA), контроль качества (QC) и, как часть QC, внутренняя безопасность (IS).
  • В определенные моменты цикла критические «обзоры и решения» делают QA и QC. Эти события называются «контрольными точками».

Система клеточного цикла эукариотического организма включает:

  1. возможность биомолекулярного наблюдения, которая объединяет внеклеточные и внутриклеточные сигналы и информирует QA и QC клетки о: потребности в новой клетке, доступности сырья, включая значительное количество химической энергии, подходит ли микросреда для деления клеток и целостности геном и точность его репликации (в основном QA).
  2. система, которая контролирует цикличность цикла и гарантирует, что клетка входит в следующую фазу только после завершения перехода через предыдущую, а также за то, что фазы клеточного цикла вводятся в правильном порядке. Удовлетворительное прохождение через все четыре фазы и обычно различные контрольные точки клеточного цикла имеют решающее значение для деления клеток (QC).
  3. система управления, которая инициирует и прекращает химические реакции в клеточном цикле и с использованием формы «лицензирования» гарантирует, что ДНК реплицируется один раз и только один раз во время фазы S (QC и IS).
  4. функции остановки и задержки клеточного цикла (QC).
  5. Средства обнаружения и восстановления повреждений ДНК и система, которая обнаруживает нереплицированную ДНК и, в митозе, систему, обеспечивающую адекватную сборку веретена и прикрепление хромосом (QA / QC) & # 8211, иначе известные как «контрольные точки», и
  6. способность и возможность запускать запрограммированную гибель клеток (апоптоз) (QC).

Клетка «совершает цикл» через каждую фазу и от фазы к фазе под действием белков, включая специфические циклины и циклинзависимые киназы (cdks). Активность различных циклинов и CDK увеличивается и уменьшается в течение клеточного цикла.

Иногда неисправности остаются незамеченными (как в промышленности). Системы контроля и обеспечения качества также могут дать сбой. Отказ системы контроля качества связан с заболеваниями клеток и органов и, вероятно, с 50% случаев рака (но это не означает, что один единственный сбой системы вызовет рак).
КЛЮЧЕВЫЕ ПОНЯТИЯ: ПОДДЕРЖКА УРОВНЯ ВХОДАКлетки эукариот обычно делятся только по указанию. Химические вещества, называемые митогенами, сигнализируют клеткам о начале деления. Клетки, способные делиться, присоединяются к клеточному циклу в фазе G1 и остаются в этой фазе чуть меньше половины общего времени клеточного цикла. Это самая длинная фаза, и условия микросреды, и сигналы, полученные от других клеток, могут укорачивать или удлинять G1.Ранняя фаза G1
Недавняя работа предполагает, что система лицензирования «только для одной копии ДНК» устанавливается на ранних этапах фазы G1 и истекает только после того, как репликация ДНК началась в фазе S. Во время фазы G1 присутствует только один набор генома.

Поздняя фаза G1
Основные движущие силы прохождения клеточного цикла называются протеинкиназами. Их несколько, и каждый представляет собой комбинацию циклина и каталитического фермента, называемого циклинзависимой киназой (cdk).
Различные комбинации действуют в определенных частях клеточного цикла и нарастают или падают в течение цикла. Тем самым они вносят свой вклад в механизм входа и выхода из фазы. Повышенный уровень активности различных комбинаций циклина и cdk прекращается протеолизом циклинов после полиубиквитинирования. (Убиквитины - это группа белков, которые ковалентно связаны с белками, предназначенными для разложения. После молекулярного связывания целевые белки, в данном случае циклины, разрушаются протеолизом - разрыхлением белка от греческого lusis, «разрыхление»)

Первая комбинация циклинов (циклин D и cdk 4 и 6) проходит примерно три четверти пути через фазу G1, чтобы позже присоединиться к комбинации циклина E и cdk 2, причем оба циклина переводят клетку в фазу S

Примерно в это время клетка проходит через «точку ограничения» (у дрожжей она называется СТАРТ). Это точка «невозврата», эквивалент клеточного цикла «Цезарь пересекает Рубикон». Как только клетка проходит эту точку, она ограничивается, нет возврата, клетка фиксируется для репликации в "S" фазе.

Контрольно-пропускные пункты

По мере того, как ячейка проходит цикл, встречаются контрольные точки. Хотя они не являются абсолютно необходимыми для деления клеток, они являются хорошо известными особенностями большинства клеток.
Контрольно-пропускные пункты в клеточном цикле мало чем отличаются от контрольно-пропускных пунктов на некоторых пограничных переходах, где проверяются паспорта, документы и товары. На молекулярном уровне контрольная точка клеточного цикла состоит из (1) датчика / детектора (2) отправителя сигнала и (3) приемника / эффектора.

КПП G1
Первая из «контрольных точек наблюдения» находится ближе к концу фазы Gap1 (G1) и является контрольной точкой повреждения ДНК G1. В этой контрольной точке и непосредственно перед ней ДНК клетки, выбранной для деления, подвергается биомолекулярному контролю на целостность. У человека повреждение ДНК «сигнализируется самим собой» в основном за счет самой поврежденной ДНК, повышающей уровень и активность белковых продуктов определенных генов, особенно гена супрессора опухолей р53 из хромосомы 17. Ген р53 называется «хранителем всего». геном »и в значительной степени отвечает за определение того, следует ли допустить клетку к следующей фазе синтеза (S). Если ДНК не слишком повреждена, возможно восстановление, а клеточный цикл остановится и замедлится до тех пор, пока не будет произведен ремонт. «Контроль качества» клеточного цикла может определить, что повреждение не может быть устранено. В этом случае «p53» запустит средство запрограммированной гибели клеток (апоптоза).

На этой контрольной точке может закончиться цикл деления клетки с сильно поврежденной ДНК.

К сожалению, контроль качества в камерах несовершенен. Очень редко повреждение ДНК пропускается QC, и немного измененная ДНК проскальзывает через систему. Иногда это происходит потому, что поврежденная ДНК не запускает систему контрольных точек. Сама система контроля качества может быть повреждена. ДНК гена p53 может быть повреждена солнечным светом (ультрафиолетовым излучением) и мутагенными химическими веществами, включая те, которые образуются от сигаретного дыма и афлатоксина, например, от плесневого арахиса.

В контрольной точке G1 в клеточном цикле дрожжей выполняется проверка, чтобы убедиться, что размер клеток является правильным для деления, но было обнаружено, что размер клетки не является столь важным фактором для некоторых клеток высших эукариот.

Фаза S (синтез ДНК)

S-фаза занимает около трети всего времени клеточного цикла. Именно здесь в рамках системы «лицензирования» синтезируется только одна новая копия ДНК клетки. Это включает в себя допустимые изменения, но также и сомнительные, не обнаруженные QC из-за системных ошибок и поломки. Примером этого является неспособность гена р53 «хранителя генома» работать из-за повреждения его собственной ДНК.

В S-фазе двухцепочечная ДНК раскручивается на две составляющие цепи, которые служат матрицами для синтеза новой цепи на каждой. Вновь образованные единицы оснований аденина (A), тимина (T), гуанина (G) и цицозина (C) присоединяются к основаниям комплемента на размотанной ДНК. Теперь для каждой из двух дочерних клеток производится один набор ДНК. Процесс синтеза ДНК требует значительного количества энергии. (Подробнее об этом процессе см. В учебниках, перечисленных на нашем веб-сайте, например: Pollard, T. D. & amp Earnshaw, W. C., «Cell Biology», 1st Edit. 2002. 2-е издание, с дополнениями, 2004. Publ: W. B. Saunders).

Контрольные точки фазы S
Похоже, что в S-фазе есть три типа контрольных точек. Неудивительно, что все так или иначе реагируют на проблемы с репликацией ДНК. Эти проблемы варьируются от нехватки дезоксирибонуклеотидов для создания новой ДНК до присутствия химикатов, ингибирующих ферменты, и разрывов в молекуле ДНК. Клеточный цикл может остановиться здесь, если ДНК не реплицируется или каким-либо образом неполна и не способна перейти к фазе G2.
Если все пройдет гладко к концу S-фазы, клетка будет содержать два идентичных набора своего генома.

Цикл управляется через фазу S и фазу G2 комбинацией циклина A и cdk 2.

Фаза G2 (Gap 2)
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.

КОНЦЕПЦИЯ СООБЩЕНИЙ:

  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

Резюме статьи:

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 одноклеточный. 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.

Об авторе / Дополнительная информация:

Важный отказ от ответственности: Все статьи на этом веб-сайте предназначены только для общей информации и не являются советом профессионалов или экспертов. Мы не несем ответственности за правильность или достоверность информации, представленной в этой статье, а также за любые убытки или ущерб, возникшие в результате этого. Мы не поддерживаем эти статьи, мы не связаны с авторами этих статей и не несем ответственности за их содержание. Пожалуйста, ознакомьтесь с полными условиями в нашем разделе об отказе от ответственности.


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. Негативный отзыв occurs when the response to a stimulus reduces the original stimulus. Положительный отзыв 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.

Urinary System

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.

Репродуктивная система

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

Питание: 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. В отличие от 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.


Смотреть видео: Jurnaliştii de mediu și ONG-urile au aflat despre funcţionarea Registrului emisiilor de poluanți (February 2023).