Vsako minuto telo odstranjuje celice, ki so poškodovane ali postanejo odvečne. To poteka brez bolečine, vnetja ali zunanjih znakov. Po okužbi, vročini ali sončnih opeklinah telo ciljno uniči prizadete celice. Proces je natančno usmerjen in stalen.
Ta učni priročnik pojasni, kaj je apoptoza. Spoznal boš, kako celica sproži lastno smrt, kateri signali to omogočijo in kako encimi, kot je kaspaza, razgradijo celične strukture. Pojasnjene so tudi povezave z rastjo, delovanjem imunskega sistema, rakom in boleznimi živčevja.
Apoptoza na kratko
Potrebujete osnovno razlago? Kaj apoptoza je in kako poteka:
🟠 Apoptoza je urejen način celične smrti brez vnetnega odziva. Celica se postopoma razgradi in izgine.
🟠 Intrinzična pot se sproži znotraj celice, ko pride do poškodbe ali stresa. Mitohondriji sprostijo citokrom c, kar sproži verižno aktivacijo kaspaz in vodi v smrt celice.
🟠 Ekstrinzična pot se začne s signalom iz druge celice. Signal se veže na receptorje na membrani in sproži delovanje kaspaz.
🟠 Kaspaza je encim, ki cepi beljakovine in DNK. S tem omogoči, da celica propade urejeno, brez razlitja vsebine.
🟠 Apoptoza je pomembna pri razvoju tkiv, odstranjevanju imunskih celic po okužbah in preprečevanju kopičenja poškodovanih celic.
🟠 Ko je apoptoze preveč ali premalo, nastopijo bolezni, kot so rak, avtoimunske motnje in degenerativne bolezni živčevja.
Kaj je apoptoza in kako poteka?
Apoptoza je način, s katerim telo odstranjuje celice, ki so poškodovane, okužene ali odveč. Tako ohranjaš zdravo tkivo in preprečiš, da bi se v telesu kopičile okvarjene celice. Gre za urejen, normalen proces, ki ne škoduje sosednjim celicam.
Ko se sproži apoptoza, se celica skrči, razdeli DNK na krajše odseke in se razpade v majhne zaprte delce, imenovane apoptotska telesca. Te nato odstranijo imunske celice. Vnetja ni, tkivo ostane nepoškodovano.
Glavne značilnosti apoptoze:
- Celica se skrči in se loči od drugih celic
- DNK se razdeli na urejene odlomke
- Membrana ostane nepoškodovana—nič ne izteče
Primerjava: apoptoza in nekroza
| Proces | Apoptoza | Nekroza |
| Sprožitev | Nadzorovan signal | Nenadna poškodba |
| Membrana | Ostane nepoškodovana | Poči |
| DNK | Razpad na urejene odseke | Naključen razpad |
| Vnetje | Ne | Da |
Apoptoza poskrbi, da ostane tkivo čisto. Poškodovane celice odstrani brez oteklin ali bolečin. Tako se tkivo lahko obnavlja brez motenj.
Kdaj celica odmre in zakaj?
Celica sproži apoptozo, kadar je poškodovana ali kadar je ne potrebuješ več. Tako telo ohranja ravnovesje in prepreči širjenje težav. Smrt celice lahko sprožijo notranji ali zunanji signali.
Notranji sprožilci:
- DNK je poškodovana ali spremenjena na škodljiv način
- Beljakovine v celici so napačno zgrajene in jih ni mogoče popraviti
- Celica je pod stresom zaradi strupov, pomanjkanja kisika ali visoke temperature
Zunanji sprožilci:
- Signali iz imunskega sistema, kot sta Fas ligand ali TNF-α
- Celica izgubi stik z drugimi celicami ali ne prejema več signalov za preživetje
Če poškodovana celica uide apoptozi, lahko še naprej raste in škoduje tkivu. Če pa odmre zdrava celica, lahko pride do oslabitve tkiva. Sistem mora delovati natančno—da umrejo prave celice ob pravem času.
Notranja pot: signal za smrt iz notranjosti celice
Celice nenehno preverjajo svoje stanje. Ko zaznajo notranjo težavo—na primer poškodbo DNK, kopičenje beljakovin ali pomanjkanje kisika—lahko sprožijo apoptozo prek notranje poti. Ta se začne v mitohondrijih.
Mitohondriji sprostijo beljakovino citokrom c, ki vstopi v citoplazmo in se poveže z APAF-1. Nastali kompleks aktivira kaspazo 9. Ta encim sproži verižno reakcijo, ki celico razgradi od znotraj navzven.
Zaporedje poteka takole: citokrom c preide iz mitohondrijev v citoplazmo, se veže na APAF-1, s čimer nastane kompleks, ki aktivira kaspazo 9. Aktivirana kaspaza 9 sproži druge kaspaze, ki razgradijo celične beljakovine in DNK.
Na odločitev o preživetju ali smrti vplivajo posebne beljakovine. Bcl-2 preprečuje sproščanje citokroma c in s tem zavira apoptozo. Bax in Bak pa odpreta mitohondrijsko membrano in omogočita sprostitev citokroma c, kar potisne celico v apoptozo.
Katera pot prevlada, je odvisno od tega, katere beljakovine so v tistem trenutku aktivne.
Zunanja pot: signal za smrt iz okolice
Včasih signal za apoptozo prihaja od druge celice. Zunanja pot se začne, ko okolica pošlje sporočilo, da se mora tarčna celica odstraniti. Telo na ta način odstranjuje poškodovane ali nevarne celice brez sprožitve vnetja.
Receptorji in ligandi
Vsak signal ima svoj receptor. Receptorji se nahajajo na površini celice, ligandi pa so molekule, ki se nanje vežejo. Skupaj sprožijo proces apoptoze.
- Fas receptor prepozna in se veže na Fas ligand (FasL)
- Receptor TNFR1 prepozna TNF-α (tumorje nekrotizirajoči dejavnik-alfa)
Vezava med receptorjem in ligandem je zelo specifična. Signal sproži le popolno ujemanje, kar prepreči, da bi apoptozo sprožile napačne celice.
Koraki zunanje poti
- Ligand se veže na receptor za smrt na celični membrani.
- Receptor tvori beljakovinski kompleks v notranjosti celice.
- Kompleks aktivira kaspazo 8, encim, ki sproži razpad.
- Kaspaza 8 sproži izvršilne kaspaze, ki razgradijo beljakovine v jedru in citoplazmi.
- Celica se skrči in razpade v drobne apoptotske delce, ki jih odstranijo fagociti.
Primer: uničenje virusno okuženih celic
Ko celico okuži virus, citotoksični T-limfociti prepoznajo težavo. Proizvajajo FasL, ki se veže na Fas receptorje okužene celice. Tako se sproži zunanja pot apoptoze. Okužena celica odmre, še preden se virus razširi.
Na ta način telo odstrani tudi imunske celice, ki po končani okužbi niso več potrebne. Če te celice ne bi propadle, bi imunski sistem lahko pretirano reagiral in napadel zdrava tkiva.
Kaj se dogaja v celici med apoptozo?
Apoptoza poteka po zaporednih fazah. Vsaka stopnja je natančno nadzorovana. Cilj je odstraniti poškodovano celico brez škode za okolico. V nasprotju z nekrozo apoptoza ne povzroči vnetja.
Faze apoptoze
| Faza | Dogajanje |
| Zgodnja | Celica se skrči, kromatin v jedru se zgosti. |
| Srednja | DNK razpade na odlomke, membrana tvori mehurčkaste izrastke. |
| Pozna | Celica razpade na apoptotska telesca. |
| Odstranitev | Makrofagi odstranijo razpadle dele. |
V času celotnega procesa ostane celična membrana nepoškodovana. S tem prepreči izlitje škodljivih encimov ali DNK v okolico. Ko nastanejo apoptotska telesca, jih hitro prevzamejo bližnji makrofagi. Tkivo ostane nepoškodovano in druge celice nemoteno delujejo naprej.
Apoptozo si lahko predstavljaš kot tih, usmerjen izklop. Celice odstranimo eno po eno, brez kaosa in brez škode za okolico.
Kako kaspaze dokončajo apoptozo
Kaspaze so glavni encimi, ki izvajajo apoptozo. Delujejo kot natančna orodja—cepijo točno določene beljakovine in razstavijo celico od znotraj. Ime izhaja iz angleške kraticе: Cistein-dependent aspartate-directed proteases. V zdravih celicah so neaktivne in se aktivirajo šele, ko se apoptoza začne.
Vrste kaspaz
Kaspaze delimo glede na njihovo vlogo v procesu:
Začetne (initiatorske) kaspaze: 2, 8, 9, 10
Izvršilne (executioner) kaspaze: 3, 6, 7
Začetne kaspaze zaznajo signale notranje ali zunanje poti. Na primer, kaspaza 8 se aktivira pri zunanji poti, kaspaza 9 pa začne notranjo. Po aktivaciji sprožijo izvršilne kaspaze.
Izvršilne kaspaze opravijo zadnje korake apoptoze. Cepijo beljakovine, ki ohranjajo celično zgradbo—med drugim citoskelet in jedrno ovojnico. To povzroči krčenje celice, njen razpad in nastanek apoptotskih telesc.
Kaspaza 3 aktivira tudi encime, ki razgradijo DNK. Ti encimi prerežejo DNK med nukleosomi in tako nastanejo enakomerni fragmenti. Ta vzorec je pod elektroforezo viden kot »DNK lestev«—jasen znak apoptoze.
Ko se kaspaze enkrat aktivirajo, poti nazaj ni več. Celica se ne more več rešiti. Razgradnja nato poteka hitro in brez motenj.
Apoptoza pri rasti in ohranjanju ravnovesja
Tvoje telo stalno odstranjuje celice, da vse deluje brez motenj. To se zgodi po natančnih signalih, zlasti med razvojem in vsakodnevnim delovanjem tkiv. Apoptoza ohranja pravilen potek oblikovanja telesa in uravnava število celic.
Med razvojem apoptoza oblikuje telo. Odstrani celice med prsti, da se prsti ločijo. Poenostavi tudi strukture, ki jih telo po rojstvu ne potrebuje več.
Pri odraslih apoptoza vzdržuje ravnovesje. Med menstruacijo se razgradi in odlušči sluznica maternice. Po okužbi tvoj imunski sistem odstrani bele krvničke, ki jih telo ne potrebuje več.
Imunski sistem vsak dan ustvari milijone novih celic. Brez apoptoze bi se celice prekomerno kopičile. Apoptoza odstrani iztrošene ali odvečne celice in s tem ohranja delovanje telesa brez motenj.
Preveč ali premalo: kaj gre lahko narobe?
Celice potrebujejo natančen signal, kdaj naj odmrejo. Če se apoptoza ustavi ali prehitro sproži, se ravnovesje poruši. Posledice se pojavijo pri delovanju imunskega sistema, obnavljanju tkiv in pri rasti celic.
Če celice ne odmrejo, ko bi morale
- Folikularni limfom nastane, če Bcl-2 zavira apoptozo. Celice se še naprej množijo, čeprav so neuporabne.
- Okvarjen gen TP53 omogoča preživetje celic z poškodovano DNK. Te celice se lahko nenadzorovano delijo in postanejo rakave.
Če celice odmrejo prehitro
- Pri Alzheimerjevi in Parkinsonovi bolezni odmre preveč živčnih celic.
- Pri možganski kapi ali srčnem infarktu stres sproži apoptozo, kar dodatno poškoduje tkivo.
Motena apoptoza vpliva na obnovo tkiv, ravnovesje v imunskem sistemu in odstranjevanje poškodovanih celic. Posamezna napaka v eni celici lahko povzroči širšo motnjo v telesu.
Drugi načini celične smrti
Celice ne odmrejo vedno z apoptozo. Včasih propadejo nenadzorovano, drugič same razgradijo svoje dele, da bi preživele. Od sprožitve in poteka je odvisno, kaj se bo zgodilo s celico.
Vrste celične smrti
| Vrsta | Sprožilec | Potek | Rezultat |
| Apoptoza | Notranji ali zunanji signal | Natančno nadzorovan | Brez vnetja |
| Nekroza | Poškodba, toksini | Nenadzorovan | Vnetje |
| Avtofagija | Stradanje, stres | Samorazgradnja | Lahko pomaga ali škoduje |
Pri apoptozi celica razpade urejeno. Sosednje celice ali fagociti odstranijo ostanke brez škode za tkivo.
Nekroza povzroči otekanje celice, njeno pokanje in vnetje.
Avtofagija celici omogoča, da ponovno uporabi svoje obrabljene dele. Če stres traja predolgo, postane škodljiv proces.
Vsaka vrsta se na poškodbe odzove drugače. Nekatere ohranjajo ravnovesje v telesu, druge pa ga ob motnjah še poslabšajo.
Apoptoza in imunski sistem
Apoptoza uravnava delovanje imunskega sistema. Odstrani škodljive ali nepotrebne imunske celice ob pravem času. Tako prepreči dolgotrajne poškodbe in ohranja nadzor nad odzivom.
Med razvojem
- T-limfociti nastajajo v velikem številu. Nekateri napačno prepoznajo lastna tkiva.
- V timusu te celice odmrejo z apoptozo, preden bi lahko povzročile škodo.
- Tako telo prepreči avtoimunske bolezni.
Po okužbi
- Ko se okužba konča, aktivirani T-limfociti niso več potrebni.
- Te celice odmrejo z zunanjo apoptozo.
- Makrofagi odstranijo ostanke brez dodatnega vnetja.
Ko apoptoza odpove
| Primer | Dogajanje |
| Avtoimunska bolezen | Samoaktivne celice preživijo in napadejo lastna tkiva |
| Okužba z virusom HIV | CD4+ T-celice odmrejo prehitro in v prevelikem številu |
Če je apoptoze premalo, se nevarne celice kopičijo. Če jo je preveč, telo izgubi koristne celice. Imunski sistem deluje pravilno samo, če je to ravnovesje natančno nadzorovano.
Pomoč pri apoptozi z individualnimi inštrukcijami
Se ti apoptoza zdi zapletena ali pa ne veš točno, kaj kaspaza sploh naredi? Brez skrbi, s takimi vprašanji nisi sam. Ko gledaš zapiske in se vse zdi podobno, lahko individualne inštrukcije naredijo veliko razliko. Z dobrim razlagalcem greš snov počasi čez, vprašaš, kar ti ni jasno, in se osredotočiš na tisto, kar te zmede.
Če živiš v Sloveniji, je enostavno najti pomoč v svojem mestu. Če si v Ljubljani, išči »inštruktor biologije Ljubljana«. V Celju poskusi »inštruktor molekularne biologije Celje«. V Kranju preprosto vpiši »zasebni učitelj biologije celice« in najdeš nekoga, ki zna snov razložiti razumljivo, ne pa le prebrati iz učbenika.
Inštrukcije niso namenjene samo tistim, ki imajo težave. Primerne so za vsakogar, ki želi snov res razumeti. Pregledal boš primere, ločil apoptozo od nekroze, razumel notranjo in zunanjo signalno pot, brez občutka naglice. Na meet’n’learn si rezerviraj termin in se pripravi na test bolj sproščeno.
Za dodatno razlago si oglej naš spletni učbenik biologija, kjer najdeš gradiva za učenje. Če ti je snov naporna, ti lahko izkušen inštruktor snov pojasni jasno in v tvojem tempu.
Apoptoza – Pogosta vprašanja
1. Kaj je apoptoza?
Apoptoza je programirana celična smrt, pri kateri celica razpade urejeno in brez sprožitve vnetja.
2. Kako se apoptoza razlikuje od nekroze?
Pri apoptozi celica propade nadzorovano, brez izlitja vsebine. Pri nekrozi celica poči, sprosti snovi in sproži vnetni odziv.
3. Kaj sproži notranjo pot apoptoze?
Notranjo signalno pot sprožijo poškodbe znotraj celice, na primer poškodovana DNK ali pomanjkanje kisika.
4. Kaj sproži zunanjo pot apoptoze?
Zunanja signalna pot se začne, ko se ligand FasL ali TNF-α veže na receptor na površini tarčne celice.
5. Kaj so kaspaze?
Kaspaze so encimi, ki med apoptozo razgradijo citoskelet, jedro in DNK celice.
6. Kako telo odstrani apoptotske celice?
Apoptotska telesca požrejo makrofagi s fagocitozo, brez sprožitve vnetnega odgovora.
7. Zakaj imunske celice odmrejo z apoptozo?
Tako se po okužbi odstranijo presežne celice, pa tudi tiste, ki bi napadle lastna tkiva.
8. Kaj se zgodi, če apoptoza ni pravilno nadzorovana?
Če apoptoze ni dovolj, preživijo nevarne celice. Če je je preveč, odmrejo zdrave celice in tkiva oslabijo.
Viri:
1. NIH
2. Britannica
3. Wikipedia
