În corpul uman, au fost izolate peste 200 de tipuri de celule, fiecare având același cod ereditar. Toate s-au dezvoltat mai întâi dintr-un embrion unicelular și apoi multicelular, care puțin mai târziu s-a împărțit în trei straturi germinale. Din fiecare dintre părțile sale s-au dezvoltat țesuturi ale corpului, unde se află aproximativ același tip de celule. În același timp, aproape toți s-au dezvoltat din același grup de predecesori. Acest proces se numește diferențiere celulară. Aceasta este o adaptare locală a celulei la nevoile reale ale organismului, implementarea funcțiilor programate în codul ei ereditar.
Caracterizarea celulelor și țesuturilor
Celulele somatice ale corpului au același set de cromozomi, indiferent de scopul funcțional. Cu toate acestea, ele diferă în fenotip, ceea ce se explică prin pregătirea lor pentru îndeplinirea diferitelor sarcini locale întesuturi biologice. Un fenotip este rezultatul exprimării unui set genetic specific într-un mediu specific. Și în condiții diferite, celulele cu același material genetic se dezvoltă diferit, au caracteristici morfologice diferite și îndeplinesc funcții specifice.
Un organism foarte dezvoltat are nevoie de acest lucru pentru formarea multor țesuturi care alcătuiesc organele sale. În acest caz, țesuturile sunt create dintr-un grup omogen de precursori tulpini. Acest proces se numește diferențiere celulară. Acesta este un lanț de evenimente care vizează creșterea unei populații de celule conform criteriilor predeterminate pentru creșterea și dezvoltarea țesuturilor biologice ale corpului. El stă la baza creșterii unui organism și a organizării sale multicelulare.
Esența diferențierii
În ceea ce privește biologia moleculară, diferențierea celulară este procesul de activare a unor părți ale cromozomilor și dezactivare a altora. Adică, împachetarea sau derularea compactă a secțiunilor de cromozomi, ceea ce le face disponibile pentru citirea informațiilor ereditare. În starea conjugată, când genele sunt împachetate în heterocromatină, citirea este imposibilă, iar în forma extinsă, secțiunile dorite ale codului genetic devin disponibile pentru ARN-ul mesager și exprimarea ulterioară. Aceasta înseamnă că diferențierea celulară este o tipare nestrictă reglementată a aceluiași tip de ambalare a cromatinei.
Citokine și mesageri
Ca urmare, un grup de celule s-a diferențiat în identicecondiții și având caracteristici morfologice asemănătoare, există o despriralizare a secțiunilor identice de cromozomi. Și în cursul expunerii la mesagerii intercelulari, regulatorii locali ai diferențierii celulare, secțiunile dorite ale genelor sunt activate și expresia lor are loc. Și, prin urmare, celulele țesuturilor biologice produc aceleași substanțe și îndeplinesc funcții similare, pentru care este prevăzut acest proces. Din acest punct de vedere, diferențierea celulară este un efect direcționat al factorilor moleculari (citokine) asupra expresiei informațiilor genetice.
Receptori de membrană
Celulele aceluiași țesut au un set similar de receptori membranari, a căror prezență este controlată de T-killers ai sistemului imunitar. Pierderea unui receptor celular de tipul dorit sau expresia altuia, nedestinat unei anumite localizări din cauza riscului de oncogeneză, provoacă o agresiune celulară direcționată împotriva „violatorului”. Rezultatul va fi distrugerea celulei, a cărei diferențiere nu a respectat regulile prevăzute de influența mesagerilor intercelulari față de regulatorii specializați.
Diferențierea imună
Celulele imune au molecule speciale de receptor numite grupuri de diferențiere. Aceștia sunt așa-numiții markeri, care pot fi folosiți pentru a înțelege condițiile în care s-au dezvoltat imunocitele și în ce scopuri sunt destinate. Ele trec printr-un proces lung și complex de diferențiere, în fiecare etapă în care sunt eliminate și distruse grupuri de limfocite care au dezvoltat un număr insuficient de receptori sau în interacțiunea lor cuanticorpi detectați „neconformitate”.
Grupuri de celule și țesuturi
Majoritatea celulelor corpului se împart în două în timpul reproducerii mitotice. În stadiul său pregătitor, informația genetică este dublată, după care se formează două celule fiice cu un set similar de gene. Nu numai părțile active ale cromozomilor sunt supuse copierii, ci și cele conjugate. Prin urmare, în țesuturi, celulele diferențiate după diviziune dau naștere la două noi celule fiice care au material genetic similar setului somatic complet de cromozomi. Cu toate acestea, ele nu se pot diferenția în alte celule, deoarece nu pot migra în mod natural către alte condiții de habitat, adică către alți mesageri de diferențiere.
Creșterea populației de celule
Imediat după divizarea a două celule fiice, ei primesc un set special de organele pe care le-au moștenit de la mamă. Aceste mai mici elemente funcționale sunt deja pregătite pentru a îndeplini sarcinile necesare într-un țesut biologic dat. Prin urmare, celula fiică trebuie doar să crească volumul cavităților reticulului endoplasmatic și să crească în dimensiune.
De asemenea, scopul dezvoltării celulelor este de a obține un aport adecvat de nutrienți și oxigen legat. Pentru a face acest lucru, în cazul înfometării cu oxigen sau energie, eliberează factori de angiogeneză în spațiul intercelular. Noi vase capilare răsar de-a lungul acestor ancore, care vor hrăni grupul.celule.
Procesul de creștere a dimensiunii, obținerea unui aport adecvat de oxigen și substraturi energetice și extinderea organelelor intracelulare cu o rată crescută de producție de proteine se numește creștere celulară. El stă la baza creșterii unui organism multicelular și este reglat de numeroși factori de proliferare. La un moment dat, la atingerea dimensiunii maxime, printr-un semnal din exterior sau prin coincidență, celula crescută se va împărți din nou în jumătate, mărind și mai mult dimensiunea țesutului biologic și a organismului în ansamblu.
Diferențierea mezodermică
Ca o demonstrație clară a diferențierii celulelor stem și a „descendenților” lor mai dezvoltați, ar trebui să luăm în considerare transformarea stratului germinal mezodermic al corpului uman. Din mezoderm - un grup de celule stem cu aceeași structură și care se dezvoltă în prezența factorilor de diferențiere, provin populații de celule precum nefrotom, somit, splanchnotome, mezenchim splanchnotomal și canal paramezonefric.
Din fiecare astfel de populație vor avea naștere forme intermediare de diferențiere, care ulterior vor da naștere la celulele unui organism adult. În special, trei grupuri de celule se dezvoltă din somit: miotom, dermatomul și sclerotom. Celulele miotome vor da naștere la celule musculare, sclerotom - cartilaj și os și dermatom - țesut conjunctiv al pielii.
Nefrotomul dă naștere epiteliului rinichilor și canalelor deferente, iar epiteliul uterin se va diferenția de canalul paramezonefrictrompe și uter. Fenotipul celulelor splanchnotome va fi pregătit prin factori de diferențiere pentru transformarea lor în mezoteliu (pleură, pericard și peritoneu), miocard, cortex suprarenal. Mezenchimul splanchnotomului este materialul de pornire pentru dezvoltarea populațiilor de celule din sânge, țesut conjunctiv și muscular neted, vasele de sânge și celulele microgliale.
Creșterea celulelor din aceste populații, diviziunea și diferențierea lor multiplă este baza pentru susținerea viabilității unui organism multicelular. Acest proces se mai numește și histogeneză - dezvoltarea țesuturilor din precursori celulari ca urmare a diferențierii lor și transformării fenotipului în conformitate cu influența factorilor extracelulari care reglează dezvoltarea acestora.
Diferentierea celulelor vegetale
Funcțiile unei celule vegetale depind de locația lor, precum și de prezența modulatorilor și supresoarelor de creștere. Embrionul unei plante din compoziția semințelor nu are zone vegetative și germinale și, prin urmare, după germinare, trebuie să le dezvolte, ceea ce este necesar pentru reproducere și creștere. Și până când va veni momentul favorabil pentru germinare, va rămâne latentă.
Din momentul primirii semnalului de creștere, funcțiile celulelor vegetale vor începe să se realizeze odată cu creșterea dimensiunii. Populațiile de celule depuse în embrion vor trece printr-o fază de diferențiere și se vor transforma în căi de transport, părți vegetative, structuri germinale.
