Что такое дифференцированные органы

Что такое дифференцированные органы

• Многоклеточный организм состоит из различных типов клеток, которые выполняют специализированные функции

• Многие дифференцированные клетки утратили способность к делению и/или к образованию клеток других типов

• Стволовые клетки способны к делению с образованием различных типов клеток, которые необходимы для построения тканей организма

Когда выше мы давали определение клетки, то в качестве одного из ее свойств мы называли способность к делению с образованием копии себе подобной. Хотя это остается справедливым для клеток одноклеточных организмов, уровень специализации, которого достигли клетки у многоклеточных, требует расширения базовых понятий.

Термин дифференцировка описывает процесс, посредством которого клетка приобретает новый фенотип, или же дает начало предшественникам клеток, которые по фенотипу отличаются от родительской.

Под развитием организма подразумевают процесс, в результате которого исходная клетка (оплодотворенный ооцит в случае млекопитающих) путем последовательных делений превращается в организм, состоящий из клеток различных типов. Оплодотворенная зигота обладает тотипотентностью, т. е. из нее способны образовываться все клетки организма.

Питающие клетки окружают ооцит и участвуют в переносе веществ,
что создает асимметричность в распределении белков.

Процесс развития можно рассматривать как наложение неких дополнительных ограничений на свойства образующихся клеток. В результате этих ограничений клетки могут развиваться, образуя лишь определенный тип клеток.

Поскольку существуют многоклеточные организмы, состоящие из специализированных тканей, необходимо различать два типа клеток. К соматическим относятся все клетки организма, за исключением герминативных. Соматические клетки предназначены для выполнения в организме определенных функций и не участвуют в процессе воспроизводства организма. У млекопитающих они являются диплоидными клетками (т. е. содержат один материнский и один отцовский набор генетического материала).

Следующее поколение организма формируется при участии специализированных герминативных клеток. Эти клетки существуют для каждого пола отдельно и являются гаплоидными: сперматозоиды и ооциты содержат по одному набору генетического материала.

В период развития и существования взрослого организма некоторые клетки сохраняют способность к воспроизводству любых клеток различных тканей, в то время как другие образуют лишь родственные клетки или не образуют никаких. Клетки, обладающие широкими возможностями к регенерации, называются стволовыми. Например, клетки иммунной системы произошли от иммунных стволовых клеток. Основной вопрос биологии состоит в том, существуют стволовые клетки только при развитии организма или же они сохраняются и в зрелом возрасте.

При развитии ткани происходит серия процессов дифференцировки клеток, при которых они продолжают изменять свой фенотип до тех пор, пока не образуются все необходимые типы. По завершении этого процесса некоторые клетки могут утратить способность к делению и превратиться в терминально дифференцированные. Клетки также могут стареть и умирать. Многие соматические клетки являются терминально дифференцированными. К их числу относятся и половые клетки, хотя они обладают уникальной способностью образовывать зиготу, которая способна к делению.

Терминально дифференцированные клетки могут проявлять настолько необычные свойства, что возникает вопрос, применимо ли к ним определение самого понятия клетка. У млекопитающих дифференцировка эритроцитов приводит к потере ядра. Клетка представляет собой не более чем мембрану, которая внутри содержит раствор гемоглобина и форма которой поддерживается сетью волокон актина и спектрина. Поскольку эритроцит произошел из полностью функциональной клетки, мы рассматриваем его как клетку, хотя и утратившую почти все характерные признаки.

Широко обсуждается вопрос, происходят ли при дифференцировке клеток постоянные изменения их генетической программы или же ограничения на развитие фенотипа носят исключительно эпигенетическую природу? Возможность клонирования организмов при помещении ядра соматической клетки в ооцит дает однозначный ответ на этот вопрос: почти каждая клетка организма сохраняет генетическую информацию, необходимую для поддержания процесса развития. (Исключение составляют клетки с измененным генетическим материалом, например клетки, продуцирующие антитела, или утратившие генетическую информацию (эритроциты).)

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Источник

Дифференцировка

Полезное

Смотреть что такое «Дифференцировка» в других словарях:

ДИФФЕРЕНЦИРОВКА — возникновение различий между однородными клетками и тканями, изменения их в ходе развития особи, приводяшие к формированию специализир. клеток, органов и тканей. Д. лежит в основе морфогенеза и происходит в осн. в процессе зародышевого развития,… … Биологический энциклопедический словарь

дифференцировка — и, ж. différencier, нем. differenzieren. устар. Действие по знач. гл. дифференицировать. Усовершенствования при нашей цивилизации клонятся все более и более к развитию только некоторых наших способностей, к развитию одностороннему, к… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

дифференцировка — 1. Процесс, в результате коего индивидуум перестает реагировать на те варианты стимула, после коих не предъявляются раздражители безусловные или подкрепляющие агенты, и воспроизводит поведенческие реакции лишь на те раздражители, кои продолжают… … Большая психологическая энциклопедия

ДИФФЕРЕНЦИРОВКА — превращение в процессе индивидуального развития организма (онтогенеза) первоначально одинаковых, неспециализированных клеток зародыша в специализированные клетки тканей и органов … Большой Энциклопедический словарь

Дифференцировка — процесс превращения стволовых клеток в клетки, дающие начало какой либо одной линии клеток крови. Этот процесс приводит к образованию красных кровяных клеток (эритроцитов), тромбоцитов, нейтрофилов, моноцитов, эозинофилов, базофилов и лимфоцитов … Медицинские термины

Дифференцировка — клеток процесс реализации генетически обусловленной программы формирования специализированного фенотипа клеток, отражающего их способность к тем или иным профильным функциям. Иными словами, фенотип клеток есть результат координированной… … Википедия

дифференцировка — сущ., кол во синонимов: 2 • дифференциация (11) • дифференцирование (6) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

дифференцировка — Специализация до этого однородных клеток и тканей организма [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN differentiation … Справочник технического переводчика

дифференцировка — ЭМБРИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ ДИФФЕРЕНЦИРОВКА – процесс формирования специфических свойств у клеток в ходе индивидуального развития и появления различий между однородными клетками и тканями, приводящий к образованию специализированных клеток, тканей и… … Общая эмбриология: Терминологический словарь

дифференцировка — превращение в процессе индивидуального развития организма (онтогенеза) первоначально одинаковых, неспециализированных клеток зародыша в специализированные клетки тканей и органов. * * * ДИФФЕРЕНЦИРОВКА ДИФФЕРЕНЦИРОВКА, превращение в процессе… … Энциклопедический словарь

Источник

Что такое дифференцированные органы

При образовании здоровых тканей стволовые клетки-предшественники в итоге развиваются в полностью специализированные зрелые клетки. В ходе такого процесса, получившего название дифференцировки, клетка обретает специализированные структуры, функции и определенные биохимические свойства. С момента первичного деления стволовой клетки клеточная дифференцировка протекает на протяжении нескольких клеточных циклов.

Хотя раковые клетки и отличаются от своих здоровых аналогов из окружающих здоровых тканей, эти отличия часто носят количественный, а не качественный характер. Когда патологоанатомы говорят о недифференцированной опухоли, это означает, что морфологически клетки опухоли не выглядят, как здоровая ткань.

В таком случае в них могут присутствовать некоторые гистологические характеристики, присущие здоровой специализированной ткани, но в целом наблюдается хаотичный набор клеток различных размеров и форм. Типичным примером полного исчезновения всех морфологических характеристик здоровой ткани является анаплазированный рак, при котором зачастую даже нельзя определить, из какой ткани произошла трансформация опухоли.

Термин «недифференцированный» часто несет значение того, что клетки неоплазии как бы вернулись назад по пути клеточной дифференцировки и соответствуют менее зрелым тканям. Тем не менее вполне возможно допустить, что воздействие онкогена произошло на ранних этапах клеточной дифференцировки (например, на уровне стволовой клетки) и вся опухолевая пролиферация протекает у клеток, еще не приобретших характерных черт зрелой ткани.

В этом случае опухолевые клетки могут морфологически и функционально соответствовать своим здоровым аналогам на том этапе, когда произошло онкогенное воздействие.

На различных стадиях клеточной дифференцировки происходят структурные и функциональные изменения клеточных мембран, на каждом этапе дифференцировки клетка может нести определенные маркеры. К настоящему времени идентифицировано множество мембранных белков и гликолипидов, некоторые из которых возникают только в процессе дифференцировки, а другие экспрессируются на клеточных мембранах в период интенсивного деления и практически не детектируются у клеток в фазе покоя.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Источник

Дифференцировка клеток

Дифференцировка клеток — процесс реализации генетически обусловленной программы формирования специализированного фенотипа клеток, отражающего их способность к тем или иным профильным функциям. Иными словами, фенотип клеток есть результат координированной экспрессии (то есть согласованной функциональной активности) определённого набора генов.

В процессе дифференцировки менее специализированная клетка становится более специализированной. Например, моноцит развивается в макрофаг, промиобласт развивается в миобласт, который образуя синцитий, формирует мышечное волокно. Деление, дифференцировка и морфогенез— основные процессы, путём которых одиночная клетка (зигота) развивается в многоклеточный организм, содержащий самые разнообразные виды клеток. Дифференцировка меняет функцию клетки, её размер, форму и метаболическую активность.

Дифференцировка клеток происходит не только в эмбриональном развитии, но и во взрослом организме (при кроветворении, сперматогенезе, регенерации поврежденных тканей).

Содержание

Потентность

Общее название для всех клеток, ещё не достигших окончательного уровня специализации (то есть способных дифференцироваться), — стволовые клетки. Степень дифференцированости клетки (её «потенция к развитию») называется потентностью. Клетки, способные дифференцироваться в любую клетку взрослого организма, называются плюрипотентными. Для обозначения плюрипотентных клеток в организме животных используется также термин «эмбриональные стволовые клетки». Зигота и бластомеры являются тотипотентными, так как они могут дифференцироваться в любую клетку, в том числе и в экстраэмбриональные ткани.

Дифференцировка клеток млекопитающих

Самая первая дифференцировка в процессе развития эмбриона происходит на этапе формирования бластоцисты, когда однородные клетки морулы, разделяются на два клеточных типа: внутренний эмбриобласт и внешний трофобласт. Трофобласт участвует в имплантации эмбриона и дает начало эктодерме хориона (одна из тканей плаценты). Эмбриобласт даёт начало всем прочим тканям эмбриона. По мере развития эмбриона клетки становятся всё более специализированными (мультипотентные, унипотентные), пока не станут окончательно дифференцировавшимися клетками, обладающими конечной функцией, как например, мышечные клетки. В организме человека насчитывается порядка 220 различных типов клеток.

Небольшое количество клеток во взрослом организме сохраняют мультипотентность. Они используются в процессе естественного обновления клеток крови, кожи и др., а также для замещения повреждённых тканей. Так как эти клетки обладают двумя основными функциями стволовых клеток — способностью обновляться, поддерживая мультипотентность, и способностью дифференцироваться — их называют взрослыми стволовыми клетками.

Дедифференцировка

Дедифференцировка — это процесс, обратный дифференцировке. Частично или полностью дифференцировавшаяся клетка возвращается в менее дифференцированное состояние. Обычно является частью регенеративного процесса и чаще наблюдается у низших форм животных, а также у растений. Например, при повреждении части растения клетки, соседствующие с раной, дедифференцируются и интенсивно делятся, формируя каллус. При помещении в определённые условия клетки каллуса дифференцируются в недостающие ткани. Так при погружении черенка в воду из каллуса формируются корни. С некоторыми оговорками к явлению дедифференцировки можно отнести опухолевую трансформацию клеток.

Источник

Клеточная дифференциация у животных и растений

дифференцировка клеток это постепенное явление, благодаря которому мультипотенциальные клетки организмов достигают определенных специфических характеристик. Это происходит в процессе разработки, и о физических и функциональных изменениях свидетельствуют. Концептуально дифференциация происходит в три этапа: определение, правильная дифференциация и созревание.

Эти три упомянутых процесса происходят постоянно в организмах. На первом этапе определения происходит присвоение мультипотентных клеток эмбриона определенному типу клеток; например, нервная клетка или мышечная клетка. При дифференцировке клетки начинают выражать характеристики линии.

Наконец, созревание происходит на последних этапах процесса, где приобретаются новые свойства, которые приводят к появлению признаков у зрелых организмов..

Возможно, что конфликты возникают между процессами клеточного деления и дифференцировки; поэтому развитие достигает точки, когда распространение должно перестать приводить к дифференциации.

Общие характеристики

Процесс дифференцировки клеток включает в себя изменение формы, структуры и функции клетки в данной линии. Кроме того, это подразумевает сокращение всех потенциальных функций, которые клетка может иметь.

Изменения регулируются ключевыми молекулами между этими белками и специфическими мессенджерами РНК. Клеточная дифференцировка является продуктом контролируемой и дифференциальной экспрессии определенных генов.

Чтобы проиллюстрировать приведенное выше утверждение был поднят следующий эксперимент: возьмите ядро ​​дифференцированной клетки и тело-амфибии, например, клетки слизистой оболочки intestinal- и имплантированный в лягушки яйца, ядро ​​ранее экстрагировали.

Новое ядро ​​обладает всей необходимой информацией для создания нового организма в идеальных условиях; то есть клетки слизистой оболочки кишечника не потеряли ни одного гена при прохождении процесса дифференцировки.

Дифференцировка клеток у животных

Развитие начинается с оплодотворения. Когда образование морулы происходит в процессах развития зародыша, клетки считаются тотипотентными, что указывает на то, что они способны формировать весь организм..

С течением времени морула становится бластулой, и клетки теперь называются плюрипотентными, потому что они могут образовывать ткани организма. Они не могут сформировать целостный организм, потому что они не способны дать начало внезародышевым тканям..

Гистологически основными тканями организма являются эпителиальные, соединительные, мышечные и нервные..

По мере вашего продвижения клетки становятся мультипотентными, потому что они дифференцируются в зрелые и функциональные клетки..

-Specifically у животных в metazoos- есть общий генетический путь, который объединяет развитие онтогенеза группы через ряд генов, которые определяют конкретную картину структур тела, путем контроля идентичности сегментов в передне-задней оси животное.

Эти гены кодируют определенные белки, которые имеют ДНК-связывающую аминокислотную последовательность (гомеобокс в гене, гомодомен в белке).

Включение и выключение генов

Есть два типа хроматина, классифицированные в зависимости от их экспрессии или нет: эухроматин и гетерохроматин. Первый организован слабо, и его гены экспрессируются, второй имеет компактную организацию и препятствует доступу к транскрипционному механизму..

Было высказано предположение, что в процессах дифференцировки клеток гены, которые не требуются для этой специфической линии, замалчиваются в форме доменов, состоящих из гетерохроматина..

Механизмы, которые производят клетки разных типов

У многоклеточных организмов существует ряд механизмов, которые продуцируют различные типы клеток в процессах развития, такие как сегрегация цитоплазматических факторов и клеточная коммуникация..

Сегрегация цитоплазматических факторов включает неравномерное разделение элементов, таких как белки или РНК-мессенджер, в процессах клеточного деления..

С другой стороны, сотовая связь между соседними клетками может стимулировать дифференциацию нескольких типов клеток..

Такой процесс происходит при образовании глазных пузырьков, когда они встречаются с эктодермой области головного мозга и вызывают утолщение, которое образует пластинки хрусталика. Они сгибаются к внутренней области и формируют линзу.

Модель дифференцировки клеток: мышечная ткань

Одной из наиболее описанных моделей в литературе является развитие мышечной ткани. Эта ткань сложна и состоит из клеток с несколькими ядрами, чья функция заключается в сокращении.

Мезенхимные клетки дают начало миогенным клеткам, которые, в свою очередь, дают начало зрелой скелетной мышечной ткани..

Для того чтобы этот процесс дифференцировки начался, должны присутствовать определенные факторы дифференцировки, которые предотвращают S-фазу клеточного цикла и действуют как генные стимуляторы, которые вызывают изменение.

Когда эти клетки получают сигнал, он инициирует преобразование в направлении миобластов, которые не могут подвергаться процессам деления клеток. Миобласты экспрессируют гены, связанные с сокращением мышц, например, кодирующие белки актина и миозина.

Миобласты могут сливаться друг с другом и образовывать миотубу с более чем одним ядром. На этой стадии происходит производство других белков, связанных с сокращением, таких как тропонин и тропомиозин.

Когда ядра движутся к периферической части этих структур, они считаются мышечным волокном.

Как описано, у этих клеток есть белки, связанные с сокращением мышц, но не хватает других белков, таких как кератин или гемоглобин.

Мастер-гены

Дифференциальная экспрессия в генах находится под контролем «мастер-генов». Они находятся в ядре и активируют транскрипцию других генов. Как следует из названия, являются ключевыми факторами, которые отвечают за контроль других генов, направляющих их функции.

В случае дифференцировки мышц специфическими генами являются те, которые кодируют каждый из белков, участвующих в сокращении мышц, а главные гены MyoD и Myf5.

Когда регуляторные мастер-гены отсутствуют, субтермальные гены не экспрессируются. Напротив, когда присутствует мастер-ген, экспрессия генов-мишеней является принудительной.

Существуют главные гены, которые направляют дифференцировку нейронов, эпителиальных, сердечных, среди других.

Дифференцировка клеток у растений

Как и у животных, развитие растений начинается с образования зиготы внутри семени. Когда происходит первое деление клетки, возникают две разные клетки.

Одной из характеристик развития растений является непрерывный рост организма благодаря постоянному присутствию клеток, которые имеют эмбриональный характер. Эти регионы известны как меристемы и являются органами вечного роста..

Пути дифференцировки дают начало трем тканевым системам, присутствующим в растениях: протодерме, которая включает дермальные ткани, основные меристемы и замещение.

Продукт отвечает за возникновение сосудистой ткани в растении, образованной ксилемой (переносчик воды и растворенных солей) и флоэмой (переносчик сахаров и других молекул, таких как аминокислоты)..

меристемы

Меристемы расположены на кончиках стеблей и корней. Таким образом, эти клетки дифференцируются и дают начало различным структурам, из которых состоят растения (листья, цветы и др.).

Клеточная дифференциация цветочных структур происходит в определенный момент развития, и меристема становится «соцветием», которое, в свою очередь, формирует цветочные меристемы. Отсюда возникают цветочные кусочки, состоящие из чашелистика, лепестков, тычинок и ковров..

Эти клетки характеризуются наличием небольшого размера, кубовидной формы, тонкой, но гибкой клеточной стенки и цитоплазмы с высокой плотностью и многочисленными рибосомами..

Роль ауксинов

Фитогормоны играют роль в явлениях дифференцировки клеток, особенно ауксины.

Этот гормон влияет на дифференцировку сосудистой ткани в стволе. Эксперименты показали, что применение ауксинов в ране приводит к образованию сосудистой ткани.

Точно так же ауксины связаны со стимуляцией развития сосудистых клеток камбия..

Различия между животными и растениями

Процесс дифференцировки и развития клеток у растений и животных не происходит одинаково.

У животных должны происходить движения клеток и тканей, чтобы организмы приобретали трехмерную конформацию, которая их характеризует. Кроме того, клеточное разнообразие гораздо больше у животных.

Напротив, растения не имеют периодов роста только на ранних стадиях жизни человека; они могут увеличить свои размеры на всю жизнь овоща.

Источник