Все клетки имеют запрограммированную продолжительность жизни, в течение которой они синтезируются, размножаются и в конечном итоге подвергаются апоптозу (смерти клетки), когда они больше не функционируют.
Часто полезно думать о клеточной репликации как о старомодной фотокопировальной машине: чем больше клетка копирует себя, тем более размытым и неровным становится изображение. Со временем генетический материал клетки ( ДНК ) начинает разрушаться, и сама клетка становится бледной копией оригинала. Когда это происходит, запрограммированная смерть клетки позволяет новой клетке взять на себя управление и поддерживать работу систем.
Число делений клетки ограничено явлением, известным как предел Хейфлика. Он описывает действие, посредством которого процесс деления (известный как митоз) постепенно разрушает генетический материал, в частности часть ДНК, называемую теломером.
Предел Хейфлика гласит, что средняя клетка будет делиться от 40 до 60, от 50 до 70 раз перед апоптозом.
Содержание
Понимание теломер
Хромосомы — это нитевидные структуры, расположенные внутри ядра клетки. Каждая хромосома состоит из белка и одной молекулы ДНК.
На каждом конце хромосомы находится теломера, которую люди часто сравнивают с пластиковыми кончиками на концах шнурка. Теломеры важны, поскольку они не дают хромосомам распутываться, слипаться друг с другом или срастаться в кольцо.
Каждый раз, когда клетка делится, двухцепочечная ДНК разделяется, чтобы скопировать генетическую информацию. Когда это происходит, код ДНК дублируется, но не теломера. Когда копирование завершено и начинается митоз, место, где клетка разрезается, находится в теломере.
Таким образом, с каждым поколением клеток теломера становится все короче и короче, пока она больше не может поддерживать целостность хромосомы. Именно тогда происходит апоптоз.
Связь теломер со старением и раком
Ученые могут использовать длину теломеры, чтобы определить возраст клетки и сколько еще репликаций у нее осталось. По мере замедления клеточного деления происходит прогрессирующее ухудшение, известное как старение , которое мы обычно называем старением . Клеточное старение объясняет, почему наши органы и ткани начинают меняться по мере того, как мы становимся старше. В конце концов, все наши клетки «смертны» и подвержены старению .
Все, то есть, кроме одного. Раковые клетки — единственный тип клеток, который действительно можно считать «бессмертным». В отличие от нормальных клеток, раковые клетки не подвергаются запрограммированной клеточной смерти, а могут продолжать размножаться без конца.
Это само по себе нарушает баланс клеточной репликации в организме. Если позволить одному типу клеток бесконтрольно размножаться, он может вытеснить все остальные и подорвать ключевые биологические функции. Вот что происходит с раком и почему эти «бессмертные» клетки могут вызывать болезнь и смерть.
Считается, что рак возникает из-за того, что генетическая мутация может вызвать выработку фермента, известного как теломераза, который предотвращает укорачивание теломер.
Хотя каждая клетка в организме имеет генетическую кодировку для производства теломеразы, только некоторые клетки на самом деле нуждаются в этом. Например, сперматозоидам необходимо отключить укорачивание теломер, чтобы сделать более 50 копий самих себя; в противном случае беременность никогда не наступит.
Если генетическая ошибка непреднамеренно включает выработку теломеразы, это может привести к размножению аномальных клеток и образованию опухолей. Считается, что по мере того, как продолжительность жизни продолжает расти, вероятность этого не только увеличится, но и в конечном итоге станет неизбежной.