Определение цитолиза
Цитолиз, также известный как осмотический лизис, происходит, когда клетка взрывается и высвобождает его содержимое во внеклеточную среду из-за большого притока воды в клетку, намного превышающей возможности клеточная мембрана содержать дополнительный объем. Это особенно касается клеток, которые не имеют жесткой клеточная стенка противостоять внутреннему давлению воды.
Вода может медленно диффундировать через липидный бислой клеточной мембраны, но быстрый транспорт требует наличия селективных трансмембранных каналов, называемых аквапоринами. Эти интегральные мембранные белки обеспечивают движение воды, предотвращая доступ ко многим растворенным веществам и ионам.
Изображение показывает влияние концентрации внеклеточных ионов на структуру клетки. Цитолиз является причиной гибели клеток в многоклеточный организмы, когда их жидкости организма становятся гипотонический и рассматривается как побочный эффект страдания от инсульта. Осмотический лизис также используется некоторыми реплицированными вирусными частицами для выхода из клетки-хозяина и продолжения инфекционного процесса.
Однако цитолиз также играет функциональную роль и используется иммунной системой для избирательного уничтожения опухолевых клеток или клеток, зараженных некоторыми патогенами.
Типы Цитолиза
Цитолиз может быть вызван многими факторами, от тоничности внеклеточной жидкости на активность других клеток, влияющих на структуру клеточной мембраны.
Цитолиз гипотонической средой
Когда клетки помещаются в чистую водную среду, вода заливает клетку и вызывает ее взрыв. Например, красный кровь клетки будут подвергаться гемолизу при помещении в дистиллированную воду, и это можно измерить по появлению гемоглобина в решение, Рассматривается раствор, содержащий 0,9 г хлорида натрия (NaCl или поваренная соль) в 100 мл воды. изотонический или с той же концентрацией соли, что и внутри эритроцита. Растворы с более низкими концентрациями соли вызовут взрыв этих клеток. Поэтому внутривенные инъекции чистой дистиллированной воды могут быть чрезвычайно вредными, особенно для хрупких клеточных мембран эритроцитов или эритроцитов.
Цитолиз патогенами
Вирусы очень специфичны в выборе хозяина. Кроме того, большинство из них адаптированы для заражения не только конкретного организм но конкретный тип клеток внутри хозяина. Вирусы не могут функционировать вне своего хозяина, и им необходимо захватить клеточные механизмы, чтобы подвергнуться метаболизму и инициировать размножение. Однако после нескольких циклов дупликации присутствие частиц вириона может сокрушить клетку-хозяина. В этот момент вирусы могут скомпрометировать клеточную мембрану таким образом, что это приведет к попаданию воды и возможному цитолизу. Как только клетка подвергается лизису, высвобождаются вирусы, что позволяет им повторить инфекционный цикл с новыми клетками-хозяевами в том же ткань.
Специфичность вирусов для их хозяина потенциально может быть использована в терапии рака. Феномен вирусов, вызывающих ремиссию от рака, наблюдается с 1800-х годов. Многие вирусы преимущественно заражают раковые клетки, оставляя нормальные клетки нетронутыми, потому что злокачественная опухоль ослабляет противовирусный ответ клетки. Эти вирусы могут вызывать цитолиз в опухолевых клетках и тем самым способствовать лечению. В 2011 году вирус сообщалось, что частица индуцирует цитолиз в опухолевых клеточных линиях, опухолевых инициирующих клетках, а также в первичной опухолевой ткани пациентов. В 2015 году FDA США одобрило первую терапию вирусной меланомы.
Бактериальный цитолиз наблюдался из-за чрезмерного роста лактобацилл во влагалище. Влагалище взрослых женщин обычно колонизируется лактобактериями, и в небольших количествах эти бактерии защитить от грибковых инфекций. Однако у некоторых женщин проявляются симптомы грибковой инфекции, устойчивой к лечению противогрибковыми препаратами. В этих случаях женщины имеют тяжелые выделения, зуд и отсутствие патогенных бактерий или грибы во влажных мазках также проявляется повышенная распространенность лактобацилл. Выделение вызвано цитолизом эпителиальных клеток влагалища из-за бактериальной инфекции лактобациллами.
Цитолиз иммунной системой
Иммунная система использует различные методы, чтобы вызвать цитолиз – как в патогенах, так и в инфицированных или раковых клетках организма. Одним из наиболее мощных медиаторов цитолиза в иммунной системе являются Т-клетки и клетки Natural Killer (NK). Обе эти клетки могут либо заставить клетку пройти апоптоз или высвобождают белки, называемые перфоринами, которые образуют каналы на клеточной мембране. Когда вода поступает в клетку через эти каналы, она подвергается осмотическому лизису. Кроме того, NK-клетки могут также действовать через адаптивную иммунную систему, взаимодействуя с Т-клетками, а также с антителами, высвобождаемыми из В-клеток. Сквозь антитело и система комплемента, патогенные клетки могут лизироваться посредством образования кольцеобразной трансмембранной структуры на клеточной мембране белками комплемента.
Естественные клетки-киллеры также имеют решающее значение для защитного механизма организма от образования опухоли. Когда раковые клетки подавляют экспрессию поверхностных антигенов, мощные клетки адаптивной иммунной системы не могут распознать эти клетки или создать иммунный ответ против них. NK-клетки могут активировать воспалительный ответ, привлекать другие цитотоксические клетки и вместе индуцировать осмотический лизис или апоптоз на клетках-предшественниках опухоли.
Функции цитолиза
Цитолиз часто используется в качестве инструмента выживания различными клетками. В то время как одноклеточные организмы и патогены используют его для отражения атаки или получения доступа к новым хозяевам, многоклеточные организмы используют цитолиз во время иммунного ответа или для удаления поврежденных и опасных клеток изнутри их тела.
Профилактика цитолиза
Несмотря на множество применений, для организма важно контролировать, когда и как происходит цитолиз. Растения имеют естественный механизм защиты от цитолиза, потому что они содержат жесткую клеточную стенку. Когда растительная клетка помещается в гипотоническую среду и втекает вода, клеточная стенка оказывает противоположное давление на клеточную мембрану, препятствуя ее расширению или разрыву. В гипертонический окружающей среде, клетка подвергается потере воды, также известной как плазмолиз, В изотонический раствор, есть равное количество воды, входящей и выходящей из ячейки, оставляя ее общий объем нетронутым. В гипотонических растворах, когда вода поступает в клетку, вакуоль поглощает большую часть избыточной воды, защищая цитоплазма от разведения.
Одноклеточные протисты, такие как амеба и парамеция содержит органеллы называется сократительной вакуоль, которая участвует в предотвращении цитолиза. Это пульсирующая структура, которая подвергается повторным циклам диастола (вода, поступающая в вакуоль) и систола (вода откачивается из камеры). Точный механизм этих сокращений неизвестен, но эти органеллы, кажется, функционируют, даже когда клетки помещают в раствор с высокой концентрацией соли.
Многоклеточные организмы обычно имеют сложный механизм, который гарантирует, что все их клетки купаются в изотоническом растворе. У людей и других млекопитающих это экскреторная система органов образуются функциональные единицы нефронов в почках. Поскольку кровь фильтруется в почках, соли, ионы, продукты жизнедеятельности, аммиак и избыток воды удаляются и удаляются через регулярные промежутки времени, позволяя организму поддерживать гомеостаз, Если происходит увеличение потребления воды, одновременно происходит увеличение удаления воды через выделительная система, Эта система находится под контролем сложной сети гормонов и других физиологических реакций и гарантирует, что все клетки в организме в первую очередь подвергаются воздействию изотонической внеклеточной жидкости. Клетки присутствуют на границе с внешним миром – будь то на кожа или подкладка пищеварительная система – защищены от цитолиза через гидрофобный слой из масел или восков.
Иногда выделительная система перегружается, когда организм внезапно впитывает большое количество воды по отношению к запасам соли в организме. Это называется водной интоксикацией, и симптомы возникают из-за эффекта цитолиза в клетках головной мозг.
- Адаптивная иммунная система Подмножество иммунной системы у позвоночных, способное на иммунологическую память. Второе и последующее воздействие определенного патогена вызывают быстрые, специализированные реакции.
- приобретение зазубренных очертаний – Сокращение клетки после воздействия гипертонический раствор,
- тонус – Мера относительной концентрации растворенных веществ в двух растворах, разделенных полупроницаемой мембраной. Тоничность определяет направление и степень диффузия через мембрану.
- Тургор Давление – Давление воды, толкающей клеточную мембрану к клеточной стенке растительной клетки.
викторина
1. Какой из этих растворов вызовет цитолиз в эритроцитах?A. 0,9% NaClB. 1,5% NaClC. 0,4% NaClD. Морская вода
Ответ на вопрос № 1
С верно. Присутствие 0,9 г NaCl в 100 мл воды или 0,9% раствора NaCl считается изотоническим для крови и идеально подходит для поддержания клеточной структуры. Чтобы вызвать цитолиз, раствор должен иметь более низкую концентрацию соли или гипотонический по сравнению с этим раствором. Следовательно, только 0,4% NaCl будет вызывать цитолиз. Морская вода имеет различную концентрацию соли, в зависимости от географического положения и даже глубины, а также наличия других живых организмов. Однако, как правило, он обычно имеет гораздо растворенное вещество концентрация, чем любая живая клетка и будет вызывать только потерю воды из клетки.
2. Что из этого НЕ вызывает цитолиз?A. Размещение клеток в гипертонической средеB. Действие перфоринов на клеточные мембраныC. Активность комплекса мембранной атаки белков комплементаD. Нарушение мембранной структуры вирусами
Ответ на вопрос № 2
верно. Клетки используют три других механизма, чтобы вызвать осмотический лизис. Перфорины высвобождаются NK-клетками и T-клетками, вызывая цитолиз патогенов и опухолевых клеток. Белки-комплементы образуют комплекс мембранной атаки, который создает поры на клеточных мембранах и обеспечивает каналы для быстрого проникновения воды. Вирусы используют разрушение мембран, чтобы вырваться из клетки и продолжить свои инфекционные циклы. Однако помещение клетки в гипертоническую или высокосолевую среду приводит к потере воды, а не к цитолизу.
3. Какой из этих методов используется амебой для предотвращения цитолиза?A. Клеточная стенкаB. выводной орган системаC. Сократительная вакуольD. Все вышеперечисленное
Ответ на вопрос № 3
С верно. Амеба, парамеция и многие другие протисты лишены клеточной стенки и, как одноклеточные организмы, не имеют сложной выделительной системы органов. Они используют регулярную пульсирующую активность своих сократительных вакуолей, чтобы периодически изолировать и удалять воду, которая течет в них из гипотонической среды.