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인간 세포가 통제된 환경에서 무한정 살 수 있습니까?

인간 세포가 통제된 환경에서 무한정 살 수 있습니까?


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필요한 모든 영양소, 온도, 폐기물 제거 메커니즘 및 기타 요구 사항이 제공되는 경우 인간 세포가 통제된 환경에서 얼마나 오래 살 수 있습니까? 다르게 넣어:

  • 인간의 세포가 무한정 살 수 있습니까?
  • 통제된 환경에서 인간 세포에 대해 기록된 가장 긴 알려진 수명은 얼마입니까?

이 질문은 적어도 두 가지 질문입니다.

세포 분열

분열하는 인간 세포주의 관점에서, 분열이 일어날 때마다 염색체의 끝을 덮는 텔로미어가 조금 더 짧아집니다. 텔로미어가 충분히 짧아지면 세포 사멸을 유발하는 신호로 작용하여 세포를 파괴합니다. 텔로미어의 초기 길이에는 사람마다 약간의 차이가 있지만 세포 생물학자들을 둘러보면서 얻은 인상은 분열 한계가 10-100 정도 어딘가에 있다는 것입니다.

텔로머라제라고 불리는 단백질의 활성이 상향 조절되는 세포도 있습니다. 텔로머라아제는 텔로미어에 여분의 길이를 추가하는 역할을 하는 폴리머라아제(DNA를 합성하는 효소)의 일종입니다. Telomerase+ 세포는 정상적인 방식으로 분열 한계의 영향을 받지 않습니다. 텔로머라제+ 세포의 몇 가지 예는 줄기 세포와 다양한 종류의 암세포입니다.

고정 세포

매우 실제적인 의미에서 세포는 분열할 때 "죽습니다". 분열하면 세포가 두 개의 딸세포로 나뉘지만 어느 딸세포라도 원래 세포라고 할 수는 없습니다. 따라서 원래 질문에 답하는 더 만족스러운 방법은 단일 세포가 얼마나 오랫동안 그대로 유지되고 인식 가능하게 살아 있는지(즉, 정지 상태에서) 살펴보는 것입니다.

액체 질소 온도(78K)에서 세포를 속이고 동결하면 배양물을 저장한 다음 해동할 수 있고 정상적인 생활 과정이 최소한 일부는 재개될 수 있다는 의미에서 수십 년 동안 생존하는 세포의 예가 많이 있습니다. 시간의.

슬프게도 이 버전의 질문에 대한 적절한 답변이 없을 수 있습니다. 빠른 조명 검색은 많이 나타나지 않았습니다. 적어도 일부 세포(특히 뉴런)는 인체에서 분열 없이 수십 년 동안 지속되는 것으로 생각되지만, 이는 놀랍지 않게 증명하기 어렵습니다.


10: 환경적 요인

  • 제공: Linda Bruslind
  • Oregon State University의 선임 강사 II 및 수석 고문(미생물학)
  • 오픈 오레곤 주에서 제공

미생물 세계(비미생물 세계도 마찬가지입니다!)에서 경쟁이 치열하고 자원이 부족할 수 있습니다. 열악한 환경으로 간주될 수 있는 환경에 기꺼이 적응하고 적응할 수 있는 미생물의 경우 확실히 경쟁이 줄어들 수 있습니다. 그렇다면 어떤 환경 조건이 미생물 성장에 영향을 미칠 수 있습니까? 온도, 산소, pH, 수분 활성도, 압력, 방사선, 영양소 부족 및 헬립테인이 주요 항목입니다. 우리는 나중에 신진대사(즉, 어떤 종류의 음식을 먹을 수 있습니까?)에 대해 더 다룰 것이므로 이제 환경의 물리적 특성과 미생물의 적응에 초점을 맞추도록 하겠습니다.


양자 죽음 –“인간 세포는 영혼으로 존재하는 양자 정보를 운반”

우리가 살고 있는 물리적 우주는 우리의 지각일 뿐이며, 우리의 육체가 죽으면 그 너머에 무한한 것이 있습니다. 어떤 사람들은 의식이 사후 평행 우주로 여행한다고 믿습니다. “저 너머는 이 세상이 뿌리를 두고 있는 훨씬 더 큰 무한한 현실이다. 이처럼 이 존재계에서 우리의 삶은 이미 사후세계에 둘러싸여 있고, 몸은 죽지만 영적 양자장은 계속된다. 이런 식으로 나는 불멸이다.”라고 뮌헨 막스 플랑크 물리학 연구소의 연구원들이 제안합니다.

막스 플랑크 물리학자들은 사람이 일시적으로 죽으면 이 양자 정보가 미세소관에서 우주로 방출된다고 주장하는 영국 물리학자 로저 펜로즈 경(Sir Roger Penrose)과 동의합니다. 그러나 그들이 소생되면 양자 정보가 미세소관으로 다시 보내져 임사체험을 촉발합니다. "만약 그들이 되살아나지 않고 환자가 죽는다면, 이 양자 정보가 영혼으로서 몸 밖에, 아마도 무기한으로 존재할 가능성이 있습니다.”

Nautil.us에 기고한 Steve Paulson은 88세의 Penrose’s 이론을 의식의 양자적 기원에 대한 "대담하고 아마도 도발적인" 이론이라고 설명합니다. 그는 우리가 우리의 풍부한 정신 생활을 설명하기 위해 신경 과학을 넘어 양자 역학의 신비한 세계로 가야 한다고 믿습니다. 미국의 마취과 의사인 스튜어트 해머로프와 함께 개발한 이 이론을 어떻게 받아들여야 할지 아는 사람은 아무도 없지만 일반적인 통념은 다음과 같습니다. 그들의 이론은 거의 틀림없지만 펜로즈는 매우 똑똑하기 때문에(‘저는 내 인생에서 나는 주저 없이 천재라고 부르는 사람을 만났습니다.’ 물리학자 Lee Smolin은 말했습니다.

과학자들은 여전히 ​​의식이 정확히 무엇인지에 대해 열띤 토론을 벌이고 있지만, 애리조나 대학의 해머로프와 펜로즈는 그것이 양자 수준에 저장된 정보라고 결론을 내립니다. 펜로즈는 "그와 그의 팀이 인간 세포의 구조적 구성요소인 단백질 기반 미세소관이 아원자 수준에서 저장된 양자 정보를 전달한다는 증거를 발견했다는 데 동의한다"고 말했다.

양자 일관성은 뇌 뉴런 내부의 단백질 구조인 미세소관에서 발생한다는 것이 Hameroff의 아이디어였습니다. 그리고 미세소관이 무엇인지 묻습니다. 그것들은 세포의 모양을 결정하는 역할을 하는 진핵 세포(세포골격의 일부) 내부의 관형 구조이며, 세포 분열(유사분열 중 염색체 분리)을 포함한 움직임을 결정합니다. Hameroff는 미세소관이 Penrose가 그의 이론에서 찾고 있던 양자 장치라고 제안합니다. 뉴런에서 미세소관은 시냅스 연결의 강도를 조절하는 데 도움이 되며, 튜브와 같은 모양은 더 큰 뉴런의 주변 소음으로부터 보호할 수 있습니다. 미세소관의 대칭과 격자 구조는 Penrose에게 특히 중요합니다. 그는 "이것은 양자 역학적인 냄새가 난다"고 믿습니다.

"어쨌든 우리의 의식은 우주가 여기에 있는 이유입니다."라고 Penrose는 인터뷰에서 Paulson에게 말했습니다. 펜로즈는 지적 생명체 또는 의식이 우주 어딘가에 있다고 덧붙였습니다. "하지만 극히 드문 경우일 수 있습니다." 그러나 의식이 이 모든 헛소리의 요점이라면 Earth Paulson이 요청한 것 너머에서 그것에 대한 증거를 찾을 것이라고 기대하지 않으시겠습니까? "글쎄요, 우리 우주가 의식에 그렇게 호의적인지 잘 모르겠습니다." 펜로즈가 대답했습니다.

"생물 중심주의를 넘어서: 시간, 공간, 의식, 죽음의 환상에 대한 재고"에서 로버트 란자는 영혼이 존재하는가? 그가 제안한 새로운 과학 이론은 우리가 불멸이며 시간 밖에 존재한다고 말합니다. 생물 중심주의는 공간과 시간이 우리가 생각하는 단단한 대상이 아니라고 가정합니다. 죽음은 시간과 공간을 초월한 세계에 존재하지 않습니다. 그의 새로운 과학 이론은 죽음이 우리가 생각하는 최종 사건이 아니라고 제안합니다.

“무한한 수의 우주가 있고 일어날 수 있는 모든 일은 어떤 우주에서 일어난다. 이러한 시나리오에서 죽음은 실제 의미에서 존재하지 않습니다. 가능한 모든 우주는 그 중 어느 곳에서 발생하든 상관없이 동시에 존재합니다. 개별 신체는 스스로 파괴될 운명이지만 살아 있는 느낌, 즉 '나는 누구인가?'는 뇌에서 작동하는 20와트의 에너지 샘에 불과합니다. 하지만 이 에너지는 죽어도 사라지지 않습니다. 과학의 가장 확실한 공리 중 하나는 에너지는 결코 죽지 않으며 생성되거나 파괴될 수 없다는 것입니다. 그러나 이 에너지가 한 세계에서 다른 세계로 초월하는 것인가?”


인간 세포가 통제된 환경에서 무한정 살 수 있습니까? - 생물학

특히 현재 형광 단백질 및 합성 형광단 기술에서 목격되고 있는 급속한 발전으로 인해 세포 및 조직 기능의 근본적인 특성에 대한 중요한 통찰력을 제공하기 위해 살아있는 세포 이미징 기술을 사용하는 조사가 증가하고 있습니다. 이러한 발전으로 인해 살아있는 세포 이미징은 대부분의 세포 생물학 실험실에서 필수적인 분석 도구가 되었으며 신경생물학, 발달 생물학, 약리학 및 기타 많은 관련 생물 의학 연구 분야의 광범위한 분야에서 실행되는 일상적인 방법론이 되었습니다. . 성공적인 라이브 세포 이미징 실험을 수행하기 위한 가장 중요한 기술적 과제 중 하나는 세포를 건강한 상태로 유지하고 합성 형광단 및/또는 형광 단백질이 있는 상태에서 조명을 받는 동안 현미경 단계에서 정상적으로 기능하는 것입니다.

현미경 단계에서 살아있는 세포 유지 - 배양 환경의 엄격한 제어는 성공적인 살아있는 세포 이미징 실험에서 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 특히, 현미경 단계에서 세포가 유지되는 조건은 유기체에 따라 많은 요구 사항에서 광범위하게 가변적이지만 종종 실험의 성공 또는 실패를 결정합니다. 쉽게 조작할 수 있는 환경 측면에는 세포가 성장하고 영상화되는 챔버의 물리적 매개변수, 온도 제어, 대기 조건(가스 혼합물 및 습도), 영양 보충제, 성장 배지 완충(pH) 및 삼투압 농도가 포함됩니다. 배양 배지.

Live-Cell Imaging Culture Chambers - 시편 챔버는 살아있는 세포 이미징의 역사에서 필수적이고 중요한 부분이며, 우수한 광학 특성을 제공하는 동시에 시편을 유지 관리하는 시스템을 설명하는 광범위한 디자인이 수년에 걸쳐 출판되었습니다. 다양한 시간. 현미경 슬라이드에 밀봉된 커버슬립을 간단하게 준비하는 것부터 거의 모든 환경 변수를 엄격하게 제어할 수 있는 정교한 관류 챔버에 이르기까지 다양한 범위의 배양 챔버는 고해상도에서 최소한의 침입으로 살아있는 표본을 관찰할 수 있도록 설계되었습니다.

라이브 세포 이미징을 위한 광학 시스템 및 검출기 요구 사항 - 라이브 셀 조사를 위한 광학 현미경 시스템을 설계할 때 주요 고려 사항은 검출기 감도(신호 대 잡음비), 필요한 이미지 획득 속도 및 표본 생존 가능성입니다. 고정된 세포 및 조직(광표백이 주요 고려 사항인 경우)의 이미지를 기록하는 데 일반적으로 사용되는 비교적 높은 광도와 긴 노출 시간은 살아있는 세포로 작업할 때 엄격히 피해야 합니다. 거의 모든 경우에, 살아있는 세포 현미경은 최상의 이미지 품질을 달성하는 것과 세포의 건강을 보존하는 것 사이의 절충안을 나타냅니다. 불필요하게 시점을 오버샘플링하고 세포를 과도한 수준의 조명에 노출시키는 대신 실험에서 설정한 공간적 및 시간적 해상도는 조사 목표와 일치하도록 제한되어야 합니다.

자동 현미경: 셔터, 필터 휠, 초점, 무대 제어 및 조명 시스템 - 전동 현미경 구성 요소 및 액세서리를 통해 조사자는 라이브 셀 이미지 수집을 자동화할 수 있으며 특히 밀리초에서 수십 또는 수백 분. 전자 기계 셔터, 마이크로프로세서 제어 필터 교환기(필터 휠), 전동 스테이지 및 축 초점 제어 메커니즘과 같은 보조 구성 요소는 연구 등급 현미경에 개조할 수 있고 다양한 상용 이미지 수집 소프트웨어를 사용하여 컴패니언 워크스테이션 컴퓨터에 의해 대화식으로 제어할 수 있습니다. 패키지. 그러나 완전히 자동화되고 최적화된 다차원 광학 이미징 시스템을 조립하는 것은 매우 복잡한 작업입니다.

형광 단백질 소개 - 1960년대 초 녹색 형광 단백질의 발견은 연구자들이 분자 복제 방법을 적용하고 형광단 부분을 다양한 단백질 및 효소 표적에 융합하여 모니터링할 수 있게 함으로써 궁극적으로 세포 생물학의 새로운 시대를 예고했습니다. 광학 현미경 및 관련 방법을 사용하여 살아있는 시스템의 세포 과정. 초고속 저조도 디지털 카메라 및 다중 추적 레이저 제어 시스템을 포함한 광시야 형광 및 공초점 현미경의 최근 기술 발전과 결합될 때, 녹색 형광 단백질 및 그 색상 이동 유전 유도체는 수천 번의 살아있는 세포 이미징 실험에서 귀중한 서비스를 입증했습니다. .

형광 단백질에 대한 이미징 매개변수 - 지금까지 밝혀진 광범위한 형광 단백질 및 유도체는 매우 다재다능하며 미생물학에서 시스템 생리학에 이르기까지 거의 모든 생물학적 분야에서 성공적으로 사용되었습니다. 이 독특한 프로브는 배양된 세포와 동물 전체에서 유전자 발현 연구를 위한 리포터로서 매우 유용한 것으로 입증되었습니다. 살아있는 세포에서 형광 단백질은 단백질, 세포 소기관 및 기타 세포 구획의 위치 및 역학을 추적하는 데 가장 일반적으로 사용되며 세포 내 단백질 트래피킹의 추적자입니다. 형광 단백질의 정량적 이미징은 광시야, 공초점 및 다광자 현미경을 포함한 다양한 기술을 사용하여 쉽게 수행되어 세포 구조 및 기능의 복잡성을 노출하기 위한 고유한 창을 제공합니다.

세포 운동성 - 동물과 인간에서 발견되는 것과 같은 다세포 조직에서 개별 세포는 다양한 운동 메커니즘을 사용하여 세포외 기질의 공간과 다른 세포의 표면을 통과합니다. 예를 들면 발달 중인 배아에서 세포의 빠른 이동, 악성 암세포의 장기 간 확산, 신경 축삭이 시냅스 표적으로 이동하는 것이 있습니다. 단세포 유영 유기체와 달리 배양 중인 크롤링 세포는 섬모 또는 편모를 보유하지 않지만 전체 세포를 변형시키는 확장 및 수축의 반복 주기에서 세포질의 조정된 투영에 의해 움직이는 경향이 있습니다. 이 갤러리에서 제공되는 디지털 비디오는 형태학적으로 다양한 표본에서 동물 세포 운동성 패턴을 조사합니다.

선택한 문헌 참고 문헌

일반 문헌 출처 - 현미경 단계에서 살아있는 세포를 이미징하는 기술은 세포 내 구조 및 역학의 정성 및 정량적 리포터 역할을 하는 합성 형광단 및 형광 단백질의 출현으로 점점 더 유용한 도구가 되었습니다. 라이브 셀 이미징은 이제 광시야(형광, 위상 대비 및 차동 간섭 대비), 레이저 스캐닝 공초점, 다광자 및 회전 디스크 현미경을 포함한 여러 양식에 걸쳐 있습니다. 이 섹션은 현재 살아있는 세포 연구를 위해 구현되고 있는 광범위한 방법론에 대한 책, 리뷰 기사 및 원본 연구 보고서의 문헌 목록을 제공합니다.

ZEISS Campus Live-Cell Imaging Reference Library - 유전자 암호화 형광 단백질 융합을 살아있는 세포의 국소화 마커로 도입함으로써 세포 생물학 분야에 혁명을 일으켰고 광안정성 양자점의 적용이 곧 눈앞에 다가왔습니다. 라이브 세포 이미징 기술은 이제 광시야 형광, 공초점, 다광자, 내부 전반사, FRET, 평생 이미징, 초해상도 및 투과광 현미경을 포함한 광범위한 이미징 양식을 포함합니다. 이 섹션에 나열된 참조는 살아있는 세포 이미징에 대한 철저한 이해를 위한 출발점을 제공해야 하는 문서를 검토하기 위한 것입니다.

Live-Cell Imaging Chambers - 시편 챔버는 현미경의 역사에서 없어서는 안될 부분이었으며 다양한 시간 동안 시편을 유지하면서 우수한 광학 특성을 제공하는 시스템을 설명하는 많은 디자인이 수년에 걸쳐 발표되었습니다. 살아있는 세포 이미징 챔버 구성에 대한 기본 요구 사항은 밀봉된 커버슬립이 있는 간단한 현미경 슬라이드부터 환경 변수의 호스트를 제어하는 ​​정교하고 복잡한 디자인에 이르기까지 다양합니다. 이 섹션의 문헌 참조는 이미징 환경에 대한 상당한 수준의 제어를 가능하게 하는 간단한 챔버, 관류 시스템 및 동봉된 현미경 인큐베이터에 대해 설명합니다.

전동 현미경 액세서리 - 살아있는 세포 이미징을 위한 현미경 구성은 전동 구성 요소를 적용하여 신속한 필터 변경, 초점, 스테이지 변환 및 조명 셔터 제어를 자동화함으로써 큰 ​​이점을 얻습니다. 아래에는 라이브 셀 이미징에 적합한 고속 필터 휠, 전자 기계 셔터, 축 초점 시스템 및 변환 전동 스테이지의 제조업체 및 유통업체를 위한 웹사이트 링크가 나열되어 있습니다.

라이브 세포 이미징 및 관류 챔버 - 많은 조사자들이 수년에 걸쳐 특정 요구 사항을 충족하도록 설계된 맞춤형 라이브 세포 이미징 챔버를 제작했지만 현재 광범위한 상용 관류 및 이미징 챔버를 사용할 수 있습니다. 이 챔버는 유리 바닥 페트리 접시, 현미경 슬라이드에 장착된 다중 웰 챔버, 교체 가능한 다양한 관류 어댑터가 있는 가열 단계, 온도를 엄격하게 제어하기 위한 전도성 코팅이 있는 특수 챔버를 포함하여 다양한 디자인을 제공합니다. 이 섹션에는 살아있는 세포 이미징을 위한 표본 챔버의 제조업체 및 유통업체에 대한 링크가 나열되어 있습니다.

Michael E. Dailey - 생물학 및 신경과학 프로그램 부서, 369 Biology Building, University of Iowa, Iowa City, Iowa, 52242.

Daniel C. Focht - Bioptechs Inc., 3560 Beck Road, Butler, Pennsylvania, 16002.

Alexey Khodjakov 및 Conly L. Rieder - Wadsworth Center, New York State Dpartment of Health, Albany, New York, 12201 및 Marine Biological Laboratory, Woods Hole, Massachussetts, 02543.

George H. Patterson 및 Jennifer Lippincott-Schwartz - 세포 생물학 및 대사 분과, 국립 아동 건강 및 인간 발달 연구소, 국립 보건원, 베데스다, 메릴랜드, 20892

David W. Piston - 분자 생리학 및 생물 물리학과, Vanderbilt University, Nashville, Tennessee, 37232.

Melpomeni Platani - 유전자 발현 프로그램, 유럽 분자 생물학 연구소, Meyerhofstrasse 1, D-69117, Heidelberg, Germany.

Jason R. Swedlow 및 Paul D. Andrews - 유전자 조절 및 발현 부서, MSI/WTB 복합체, 던디 대학교, 던디 DD1 5EH, 스코틀랜드.

Kenneth R. Spring - 과학 컨설턴트, Lusby, Maryland, 20657.

Yu-li Wang - 매사추세츠 의과 대학, 377 Plantation Street, Suite 327, Worcester, Massachusetts, 01605.

Jennifer C. Waters - Nikon Imaging Center, LHRRB Room 113C, Department of Cell Biology, Harvard Medical School, 240 Longwood Avenue, Boston, Massachusetts, 02115.

Nathan S. Claxton, Scott G. Olenych, John D. Griffin 및 Michael W. Davidson - 국립 높은 자기장 연구소, 1800 East Paul Dirac 박사, 플로리다 주립 대학, Tallahassee, Florida, 32310.


식물, 동물, 사람, 심지어 살아있는 미생물까지도 주변 세계에 적응할 수 있습니다. 적응성은 살아있는 유기체가 환경에서 생존하는 데 도움이 되는 특성을 포함합니다. 그러한 특성 중 하나에는 계절에 따라 다른 동물의 코트가 변경되어 먹이나 육식 동물이 보이지 않는 방식이 포함됩니다.

살아있는 유기체는 다른 살아있는 유기체와 상호 작용할 것입니다. 같은 유형의 유기체, 위협 또는 중립 유기체이든 둘 사이에는 어떤 형태의 상호 작용이 있습니다. 예를 들어 꽃은 꽃가루를 방출하여 꿀벌과 상호 작용하여 번식하는 동안 꽃가루를 집어 암컷 식물 사이에 퍼뜨립니다. 파리지옥과 같은 식물은 파리, 도마뱀 및 기타 식용 곤충을 자신의 손아귀에 집어넣음으로써 자연과 상호작용합니다.


세포주기 제어

NS 분열하는 진핵 비배아 세포의 '생애주기' 세포가 세포 주기에 진입하도록 촉발되는 것으로 시작하여 세포질분열 동안 유전 물질의 균등한 분할 및 세포 분열로 끝납니다. 전체 과정을 세포 주기라고 하며 다음으로 구성됩니다. 네 가지 주요 단계.

주기의 진입은 갭 1(G1) 단계에서 이루어지며 그 다음에는 DNA 합성(S) 단계, 갭 2(G2) 단계, 유사분열(M) 단계가 차례로 이어집니다. 유사분열(M) 후 일부 세포는 새로운 세포 주기의 G1 단계에 들어가고 다른 세포는 G1이 시작될 때 Gap O(제로)라는 단계로 분기할 수 있습니다. 위상 G1, S 및 G2는 종종 그룹화되어 '간기'라고 합니다.

G-0(0)의 세포는 정지 상태이며 분열하지 않습니다(따라서 0). 이는 영구적이거나 일시적일 수 있습니다.
유사분열(M기)은 20세기 초까지 관찰되고 자세히 기술되었지만, DNA 합성이 유사분열에 앞서 별도의 과정으로 일어난다는 것이 발견된 것은 약 50년 후였습니다. 이전 세포 주기의 유사분열(M)과 DNA 합성(S) 사이에는 시간차가 있었습니다. 이것은 Gap 1(G1)로 지정되었습니다. DNA 합성(S)과 유사분열(M) 사이의 시간 간격은 간격 2(G2)로 지정되었습니다.

세포 분열 후 딸 세포는 여러 경로 중 하나를 따릅니다.

  • 다시 분열할 수 있는 세포는 새로운 세포 주기의 G1 단계에 즉시 진입합니다.
  • 다른 세포는 G-0 단계에 들어갑니다. 그들 중 일부는 잠시 정지하다가 다시 G1 단계에 진입합니다.
  • 일부 전문 세포, 예를 들어 신경 세포는 다시 분열하지 않습니다.
  • 다른 세포는 필요에 따라 분열하기 위해 세포 주기의 G1 단계에 들어가기 위한 상처 복구와 같은 활동에 의해 촉발될 수 있습니다.

유사분열은 시각적으로 매우 극적이지만 전체 세포 주기 시간의 약 5%만 차지합니다. 분열하는 세포의 수명 주기에 대한 '큰 그림' 내에서 간기(G1, S, G2 단계)는 세포 주기 시간의 나머지 95%를 차지합니다. 연구 증거에 따르면 간기(휴식기라고도 함!)는 아름답게 정돈된 체계적인 방식으로 작동합니다. 또한 이전에 생각했던 것보다 더 복잡한 것으로 나타났습니다.

진핵 세포가 분열하는 데 걸리는 시간은 세포 유형과 환경에 따라 크게 다릅니다. 효모 세포는 1.5~3시간, 장 상피 세포는 약 12시간, 배양 세포는 약 22시간이 걸립니다. 다른 유기체와 다른 발달 시기에 세포 주기의 세부 사항은 다양합니다. 많은 유기체의 배아 세포는 성체의 유사한 세포보다 짧은 주기를 실행합니다. 효모와 포유류의 세포는 주기 세부 사항에서 차이를 보이지만 세포 주기의 일반적인 메커니즘은 수년에 걸쳐 고도로 보존되었습니다.

세포주기 동안 세포질 화학은 전체 세포의 활동에 큰 영향을 미칩니다. 다른 모든 시간에 우리는 세포질 활동을 결정하는 세포 핵의 관점에서 생각합니다.
주요 컨셉:

  • 세포주기는 고품질 세포 생산 시설입니다.
  • 효율적인 생산 시설에는 제품 생산을 위해 통제되고 조정되고 순차적인 시스템이 있어야 합니다. 또한 입고되는 원자재, 제품 가공, 가공 환경 및 설비를 모니터링하여 생산 문제를 예측하고 처리하는 시스템이 필요합니다.
  • 진핵 세포는 대부분의 경우 '좋은 제조업체'입니다! 세포 분열 주기 동안 품질 보증(QA), 품질 관리(QC) 및 QC의 일부로 내부 보안(IS)과 같은 생물학적 등가 시스템이 있습니다.
  • 주기의 특정 지점에서 중요한 '검토 및 결정'은 QA 및 QC에서 이루어집니다. 이러한 이벤트를 '체크포인트'라고 합니다.

진핵 생물의 세포주기 시스템에는 다음이 포함됩니다.

  1. 세포외 및 세포내 신호를 통합하고 세포의 QA 및 QC에 다음 사항을 알려주는 생체분자 감시 기능 게놈 및 복제 충실도(주로 QA).
  2. 주기의 순환을 제어하고 이전 단계를 통한 통과가 완료되었을 때만 세포가 다음 단계로 들어가도록 하는 시스템 또한 세포 주기의 단계가 올바른 순서로 입력되도록 합니다. 4단계 모두를 통한 만족스러운 통과와 일반적으로 세포 주기의 다양한 체크포인트는 세포 분열(QC)에 중요합니다.
  3. 세포 주기에서 화학 반응을 시작하고 종료하는 제어 시스템과 '라이선스' 형태를 사용하여 DNA가 S 단계(QC 및 IS) 동안 한 번만 복제되도록 합니다.
  4. 세포 주기 정지 및 지연 기능(QC).
  5. DNA 손상 감지 및 복구 시설 및 복제되지 않은 DNA를 감지하는 시스템, 유사분열에서 적절한 방추 조립 및 염색체 부착(QA/QC)을 보장하는 시스템, – "체크포인트", 그리고
  6. 프로그램된 세포 사멸(아폽토시스)(QC)을 유발하는 능력과 시설.

세포는 특정 사이클린 및 사이클린 의존성 키나제(cdks)를 포함한 단백질의 작용에 의해 각 단계를 통해 단계에서 단계로 '순환'됩니다. 다른 사이클린과 cdk는 세포 주기 동안 활동이 증가하고 감소합니다.

때때로 결함은 감지되지 않습니다(산업에서와 같이). 품질 관리 및 보증 시스템도 실패할 수 있습니다. 품질 관리 시스템 장애는 세포 및 장기 질환과 관련이 있으며 아마도 암의 50%에 이를 것입니다(그러나 이것이 하나의 단일 시스템 장애가 단독으로 암을 유발한다는 의미는 아닙니다).
주요 개념: 엔트리 레벨 지원 정보진핵생물의 세포는 일반적으로 지시가 있을 때만 분열합니다. 미토겐이라고 하는 화학 물질은 세포에 분열을 시작하라는 신호를 보냅니다. 분열할 수 있는 세포는 G1 단계의 세포 주기에 합류하고 이 단계에서 전체 세포 주기 시간의 절반 미만 동안 유지합니다. 이것은 가장 긴 단계이며 미세 환경 조건과 다른 세포에서 수신되는 신호는 G1을 줄이거나 늘릴 수 있습니다.초기 G1 단계
최근 연구에 따르면 '하나의 DNA 사본만'에 대한 라이선스 시스템은 G1 단계 초기에 설정되고 S 단계에서 DNA 복제가 시작된 후에만 만료됩니다. G1 단계에서는 게놈의 한 세트만 존재합니다.

후기 G1 단계
세포 주기를 통한 진행의 주요 동인은 단백질 키나아제라고 합니다. 이들 중 몇 가지가 있으며 각각은 사이클린과 사이클린 의존성 키나제(cdk)라고 하는 촉매 효소의 조합입니다.
다른 조합은 세포 주기의 특정 부분에서 작동하며 주기 동안 활동이 증가하거나 감소합니다. 그렇게 함으로써 단계 진입 및 퇴장 메커니즘에 기여합니다. 다양한 사이클린 및 cdk 조합의 활성 수준 상승은 폴리유비퀴틴화 후 사이클린의 단백질 분해에 의해 종결됩니다. (유비퀴틴은 분해를 목표로 하는 단백질에 공유적으로 연결된 단백질 그룹입니다. 분자 결합 후 표적 단백질, 이 경우 사이클린은 단백질 분해에 의해 분해됩니다. 즉, 그리스 루시스에서 풀린 단백질, '느슨함')

첫 번째 사이클린 조합(사이클린 D 및 cdk 4 및 6)은 G1기를 통해 약 3/4을 이동하여 나중에 사이클린 E 및 cdk 2 조합에 의해 결합되며, 두 사이클 모두 세포를 S기로 유도합니다.

이 즈음에 세포는 '제한 지점'(효모에서는 START라고 함)을 통과합니다. 이것은 '루비콘을 건너는 카이사르'와 같은 세포 주기인 '돌아오지 않는' 지점이다. 세포가 이 지점을 지나면 제한됩니다. 되돌릴 수 없습니다. 세포는 'S' 단계에서 복제하도록 커밋됩니다.

체크포인트

세포가 주기를 통해 진행함에 따라 체크포인트가 발생합니다. 세포 분열에 절대적으로 필수적인 것은 아니지만 대부분의 세포에서 잘 확립된 특징입니다.
세포 주기의 검문소는 여권, 서류 및 상품을 검사하는 일부 국경 통과 지점과 다르지 않습니다. 분자 수준에서 세포 주기 체크포인트는 (1) 센서/검출기 (2) 신호 발신기 및 (3) 수신기/효과기로 구성됩니다.

G1 체크포인트
첫 번째 '감시 체크포인트'는 Gap1(G1) 단계가 끝날 무렵에 발견되며 G1 DNA 손상 체크포인트입니다. 이 체크포인트와 그 바로 앞에 있는 분열을 위해 선택된 세포의 DNA는 무결성을 위해 생체분자 감시를 받습니다. 인간의 DNA 손상은 주로 손상된 DNA 자체가 특정 유전자, 특히 17번 염색체의 종양 억제 유전자 p53의 단백질 산물의 수준과 활성을 높이는 '자가 신호'입니다. 게놈'은 세포가 다음 합성(S) 단계로 넘어가야 하는지 여부를 결정하는 주요 역할을 합니다. DNA가 너무 손상되지 않으면 복구가 가능할 수 있으며 복구가 완료될 때까지 세포 주기가 정지되고 느려집니다. 세포 주기 '품질 관리'는 손상을 복구할 수 없다고 결정할 수 있습니다. 이 경우 'p53'은 프로그램된 세포 사멸(아폽토시스) 기능을 트리거합니다.

심하게 손상된 DNA를 가진 세포의 분열 주기는 이 체크포인트에서 끝날 수 있습니다.

불행히도 세포의 품질 관리는 완벽하지 않습니다. 매우 가끔 DNA 손상이 QC에 의해 누락되고 약간 변경된 DNA가 시스템을 통과합니다. 때로는 손상된 DNA가 체크포인트 시스템을 촉발하지 않기 때문입니다. 품질 관리 시스템 자체가 손상될 수도 있습니다. p53 유전자의 DNA는 햇빛(자외선)과 담배 연기와 곰팡이가 핀 땅콩에서 나오는 아플라톡신을 포함한 돌연변이 화학물질에 의해 손상될 수 있습니다.

효모 세포 주기의 G1 체크포인트에서 세포 크기가 분열에 적합한지 확인하기 위한 검사가 이루어지지만, 고등 진핵생물의 일부 세포에서는 세포 크기가 그다지 중요한 요소가 아닌 것으로 밝혀졌습니다.

S(DNA 합성)상

S 단계는 전체 세포 주기 시간의 약 1/3을 차지합니다. 여기에서 '라이선스' 시스템에서는 세포 DNA의 단 하나의 새로운 사본만 합성됩니다. 여기에는 허용 가능한 변경 사항이 포함되지만 시스템 오류 및 고장으로 인해 QC에서 감지하지 못한 의심스러운 변경 사항도 포함됩니다. '게놈의 수호자' p53 유전자가 자신의 DNA 내 손상으로 인해 작동하지 않는 것이 그 예입니다.

S 단계에서 이중 가닥 DNA는 각각의 새로운 가닥 합성을 위한 템플릿 역할을 하는 두 개의 구성 요소 가닥으로 풀어집니다. 염기 아데닌(A), 티민(T), 구아닌(G) 및 시토신(C)의 새로 형성된 단위는 풀린 DNA의 상보 염기에 부착됩니다. 이제 두 개의 딸 세포 각각에 대해 한 세트의 DNA가 생성됩니다. DNA 합성 과정은 상당한 양의 에너지를 소비합니다. (이 과정에 대한 자세한 내용은 당사 웹사이트에 나열된 교과서를 참조하십시오. 예: Pollard, T. D. & Earnshaw, W.C., 'Cell Biology' 1st Edit. 2002. 2nd printing, with added 2004. Publ: W. B. Saunders).

S상 체크포인트
S 단계에는 세 가지 유형의 체크포인트가 있는 것으로 보입니다. 모든 것이 DNA 복제 문제에 어떤 식으로든 반응하는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 이러한 문제는 새로운 DNA를 만들기 위한 데옥시리보뉴클레오티드의 부족에서부터 효소 억제 화학물질의 존재 및 DNA 분자의 파손에 이르기까지 다양합니다. DNA가 복제되지 않거나 어떤 식으로든 불완전하고 단계 G2로 진행할 수 없는 경우 세포 주기가 여기서 멈출 수 있습니다.
S 단계가 끝날 때까지 모든 것이 순조롭게 진행되면 세포에는 두 개의 동일한 게놈 세트가 포함됩니다.

사이클은 사이클린 A 및 cdk 2 조합에 의해 S 단계를 거쳐 G2 단계로 진행됩니다.

G2(갭 2) 단계
G2 phase is generally shorter than that of G1. Much of this time is spent in developing and preparing organelles for dividing and sharing during cytokinesis at the end of mitosis. Cyclins A and B coupled to cdk 1 drive the cell through the end of S phase, through G2 phase and M phase This phase contains the G2 checkpoint. After G2 the cell is committed to division.

G2 Checkpoint
This DNA structure checkpoint is encountered towards the end of the G2 phase. The G2 checkpoint is very critical in that it has the ‘responsible’ function of providing a quality assurance check before the cell enters mitosis.

  1. monitoring takes place to ensure that there is no unreplicated DNA and that TWO identical sets of the genome are now present and intact.
  2. both sets of the genome are ‘proof-read’ with a high level of surveillance. A check is made for molecular damage within the DNA and this evidence will determine whether the genome will be retained, repaired or rejected.
  3. if repair of the damaged DNA is possible the cell cycle is arrested for as long as the repair takes. Cell cycles operate in ‘real time’ so delay can be accommodated within the system by QC delaying future events.
  4. badly damaged DNA will be identified and the p53 gene products will trigger the programmed death (apoptosis) programme.
  5. ‘Quality control’ will check the overall competence of the cell to enter mitosis. On the list of competences will be such items as “is the mechanism leading to the separation of the sister chromatids in place?”<

M phase (mitosis)
Mitosis presents the drama of division. An awesome and beautiful presentation, it occupies just 5% of the total cell cycle time, or roughly an hour in higher eukaryotic cultured cells. It is the shortest phase but the final production is the culmination of work done during the rest of the cell cycle.

Cyclin A and B coupled to cdk 1 drives the cell through mitosis (the student is referred to a textbook at the desired level for detailed information about mitosis). At the end of mitosis the sister chromatids, joined as pairs by cohesive ‘glue’ since they were replicated in S phase, are separated to form two new equivalent sets of chromosomes. This event is chromosome segregation.

Some organelles in the cytoplasm are disassembled into molecular units to be divided during division of the cytoplasm (kinesis), and then new ones constructed in the daughter cells. Other cytoplasmic inclusions are shared (not always evenly) between the daughter cells.

M phase (mitosis) checkpoints

The working of one checkpoint within mitosis, the metaphase checkpoint, is well established. There may be more checkpoints but further work is needed to establish their existence.

Metaphase checkpoint

Also called ‘spindle assembly or kinetochore attachment checkpoint’ it operates during metaphase and before the cell enters anaphase. It checks for misaligned chromosomes and also that microtubules are attached to kinetochores – a very critical mechanism. The start of anaphase is delayed until all the chromosomes are aligned and appropriately attached.

When telophase is complete cytokinesis – (the division of cytoplasm) takes place. After this the two daughter cells will be directed to G-0 (zero) or G1 phase.

개념 메시지:

  1. Research evidence shows very clearly that cell division in eukaryotes should now be viewed as an active multiphase process called the CELL CYCLE. The process is highly conserved and covers all the phases of preparation as well as the actual cell division. Satisfactory passage through the phases and checkpoints of the cycle are critical for cell division to take place.
  2. Mitosis whilst obviously very important and dramatic should be viewed as part of the ‘Big Picture’ of cell division. Mitosis occupies just 5% of the total cell cycle time.
  3. Working within the cell cycle are various forms of molecular quality assurance and control. These controls operate to assist the cell division programme and prevent damage to the genome.

CHALLENGE YOUR CRITICAL THINKING:

  • Cancer is about cells dividing in an unregulated way. The nature of the cell cycle control system lends itself to the design of anti-cancer drugs that disrupt the cell cycle and initiate programmed cell death.
    Consider the total cell cycle. Select two or more strategic sites as possible targets for the action of anti-cancer drugs? Think through in terms of cell and molecular biology what you would want the drug to do in order to interfere with the cell cycle.
  • If DNA replication and cell division were always perfect in every case what would be the implications for evolution?

SELECTED WEBSITES:
http://nobelprize.org
Click on Cell Cycle game in the education panel.

http://www.cancerresearchuk.org
Click on ‘Science & Research’ in the text. (Then select Annual Reports especially LRI 2002 & Sc.Yearbook 02/03)

http://www.cellsalive.com
Click on ‘cell cycle’ (select ‘checkpoints for animation’).

Grateful thanks are due to Margarete Heck for her valuable contribution.


Can a human cell live indefinetely in a controlled environment? - 생물학

기사 요약:

The planet earth is full of bacteria and they play an important role in the different functions whether they are related to humans, animals or plants. All the bacteria are 단세포. They do not have the proper cell structure and cell organelles are scattered in the cytoplasm including the genetic material because they also lack nucleus. There is only a thick cell wall which encloses all the organelles and gives the proper shape to the bacteria. The cell wall is covered with a structure called as 캡슐.

Bacteria are considered living organisms because they divide by binary fission unlike viruses which need a host cell to multiply and usually cause infection in the host cell. Bacteria are the part of the environment and ecosystem. Almost all types of bacteria are helpful to mankind except few species which cause diseases in the human body. There are various functions and characteristics of bacteria which work either against or for the human beings.

Beneficial Bacteria:-
Some species of bacteria live in the human intestines where they help in digestion of food by releasing certain components. They also produce some vitamins which are helpful for the human body. E. coli is the specie which resides in the digestive tract of humans and help in breaking down the lactose. The new born babies do not suffer or have fewer chances of suffering from diarrhea if they are administered with the bacteria Lactobacillus reuteri or Bifidobacterium.

The process of fermentation takes place with the help of bacteria. If the milk is fermented and contains live bacteria Lactobacillus casei, it removes the harmful bacteria Helicobacter pylori from children's body. Similarly, Saccharomyces boulardii also helps to reduce the risk of antibiotic associated diarrhea from the children. Some bacterial species live on our skin and protect it from getting fungal infections. If the DNA molecule undergoes some internal damage in its structure or function, six strains or bacteria help to reduce the damage.

It can be said that human body is just like a home to bacteria. They live within almost every part of the body as well as outside the body. There are many bacteria which live inside mouth, throat, nose and intestines and perform various useful functions. They also do not let the harmful microorganisms live inside or on the human body and in return provide benefit to the human body. Various species of bacteria live in the humans' intestine and work with the immune system to protect the body against various diseases. Some intestinal bacteria are able to produce Vitamin A and K. the main function of bacteria residing in the stomach is to maintain the ph and acidity level in the stomach.

Harmful Bacteria:-

Along with the beneficial importance of bacteria, they also have some harmful effect on the human body. Some bacterial species are the source of causing diseases like typhoid fever, tuberculosis, cholera, syphilis and food borne illness. Streptococcus bacterium causes throat infections and some streptococcus species are even fatal. Though bacteria are mostly beneficial for the human body but if the person is weak and his immune system does not fight against diseases then these beneficial bacteria can also cause infections in the body. For example, AIDS is a disease in which person's immune system becomes very weak and all the viruses and bacteria start causing infections in the body.

Not all the bacteria which live in the human intestines are beneficial but some of them which enter the intestines through mouth cause infections and can be fatal sometimes. Bacteria present in food are the source of causing botulism. In this disease paralysis can occur and it can be fatal if one millionth of a bacterium is ingested through mouth.

To kill harmful bacteria, antibiotics are used. Some precautionary measures should also be taken so that they do not cause infections in the body, like washing hands before meal will kill the bacteria. Eating and drinking from unhealthy places causes bacterial infections. A person should himself take care of his health by staying clean, frequently washing hands and taking bath regularly.

저자 소개 / 추가 정보:

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Homeostasis and Regulation in the Human Body

The human body is made up of trillions of cells that all work together for the maintenance of the entire organism. While cells, tissues, and organs may perform very different functions, all the cells in the body are similar in their metabolic needs. Maintaining a constant internal environment by providing the cells with what they need to survive (oxygen, nutrients, and removal of waste) is necessary for the well-being of individual cells and of the entire body. The many processes by which the body controls its internal environment are collectively called homeostasis. The complementary activity of major body systems maintains homeostasis.

항상성

항상성 refers to stability, balance, or equilibrium within a cell or the body. It is an organism’s ability to keep a constant internal environment. Homeostasis is an important characteristic of living things. Keeping a stable internal environment requires constant adjustments as conditions change inside and outside the cell. The adjusting of systems within a cell is called homeostatic regulation. Because the internal and external environments of a cell are constantly changing, adjustments must be made continuously to stay at or near the set point (the normal level or range). Homeostasis can be thought of as a dynamic equilibrium rather than a constant, unchanging state.

Feedback Regulation Loops

The endocrine system plays an important role in homeostasis because hormones regulate the activity of body cells. The release of hormones into the blood is controlled by a stimulus. For example, the stimulus either causes an increase or a decrease in the amount of hormone secreted. Then, the response to a stimulus changes the internal conditions and may itself become a new stimulus. This self-adjusting mechanism is called feedback regulation.

Feedback regulation occurs when the response to a stimulus has an effect of some kind on the original stimulus. The type of response determines what the feedback is called. 부정적인 의견 occurs when the response to a stimulus reduces the original stimulus. 긍정적 인 피드백 occurs when the response to a stimulus increases the original stimulus.

Thermoregulation: A Negative Feedback Loop

Negative feedback is the most common feedback loop in biological systems. The system acts to reverse the direction of change. Since this tends to keep things constant, it allows the maintenance of homeostatic balance. For instance, when the concentration of carbon dioxide in the human body increases, the lungs are signaled to increase their activity and exhale more carbon dioxide, (your breathing rate increases). Thermoregulation is another example of negative feedback. When body temperature rises, receptors in the skin and the hypothalamus sense the temperature change. The temperature change (stimulus) triggers a command from the brain. This command, causes a response (the skin makes sweat and blood vessels near the skin surface dilate), which helps decrease body temperature. Figure 1 shows how the response to a stimulus reduces the original stimulus in another of the body’s negative feedback mechanisms.

Figure 1: Control of blood glucose level is an example of negative feedback. Blood glucose concentration rises after a meal (the stimulus). The hormone insulin is released by the pancreas, and it speeds up the transport of glucose from the blood and into selected tissues (the response). Blood glucose concentrations then decrease, which then decreases the original stimulus. The secretion of insulin into the blood is then decreased.

Positive feedback is less common in biological systems. Positive feedback acts to speed up the direction of change. An example of positive feedback is lactation (milk production). As the baby suckles, nerve messages from the mammary glands cause the hormone prolactin, to be secreted by the pituitary gland. The more the baby suckles, the more prolactin is released, which stimulates further milk production.

Not many feedback mechanisms in the body are based on positive feedback. Positive feedback speeds up the direction of change, which leads to increasing hormone concentration, a state that moves further away from homeostasis.

System Interactions

Each body system contributes to the homeostasis of other systems and of the entire organism. No system of the body works in isolation and the well-being of the person depends upon the well-being of all the interacting body systems. A disruption within one system generally has consequences for several additional body systems. Most of these organ systems are controlled by hormones secreted from the pituitary gland, a part of the endocrine system. Table 1 summarizes how various body systems work together to maintain homeostasis.

Main examples of homeostasis in mammals are as follows:

• The regulation of the amounts of water and minerals in the body. This is known as osmoregulation. This happens primarily in the kidneys.
• The removal of metabolic waste. This is known as excretion. This is done by the excretory organs such as the kidneys and lungs.
• The regulation of body temperature. This is mainly done by the skin.
• The regulation of blood glucose level. This is mainly done by the liver and the insulin and glucagon secreted by the pancreas in the body.

Table 1: Types of Homeostatic Regulation in the Body

Endocrine System

The endocrine system, shown in Figure 2, includes glands which secrete hormones into the bloodstream. Hormones are chemical messenger molecules that are made by cells in one part of the body and cause changes in cells in another part of the body. The endocrine system regulates the metabolism and development of most body cells and body systems through feedback mechanisms. For example, Thyrotropin-Releasing Hormone (TRH) and Thyroid Stimulating Hormone (TSH) are controlled by a number of negative feedback mechanisms. The endocrine glands also release hormones that affect skin and hair color, appetite, and secondary sex characteristics of males and females.

Figure 2: The endocrine system controls almost every other body system through feedback mechanisms. Most of the mechanisms of the endocrine system are negative feedback.

The endocrine system has a regulatory effect on other organ systems in the human body. In the muscular system, hormones adjust muscle metabolism, energy production, and growth. In the nervous system, hormones affect neural metabolism, regulate fluid and ion concentration and help with reproductive hormones that influence brain development.

비뇨기계

Toxic wastes build up in the blood as proteins and nucleic acids are broken down and used by the body. The urinary system rids the body of these wastes. The urinary system is also directly involved in maintaining proper blood volume. The kidneys also play an important role in maintaining the correct salt and water content of the body. External changes, such as a warm weather, that lead to excess fluid loss trigger feedback mechanisms that act to maintain the body’s fluid content by inhibiting fluid loss. The kidneys also produce a hormone called erythropoietin, also known as EPO, which stimulates red blood cell production.

생식 기관

The reproductive system does little for the homeostasis of the organism. The reproductive system relates instead to the maintenance of the species. However, sex hormones do have an effect on other body systems, and an imbalance in sex hormones can lead to various disorders. For example, a woman whose ovaries are removed early in life is at higher risk of developing osteoporosis, a disorder in which bones are thin and break easily. The hormone estrogen, produced by the ovaries, is important for bone growth. Therefore, a woman who does not produce estrogen will have impaired bone development.

Disruption of Homeostasis

Many homeostatic mechanisms keep the internal environment within certain limits (or set points). When the cells in your body do not work correctly, homeostatic balance is disrupted. Homeostatic imbalance may lead to a state of disease. Disease and cellular malfunction can be caused in two basic ways: by deficiency (cells not getting all they need) or toxicity (cells being poisoned by things they do not need). When homeostasis is interrupted, your body can correct or worsen the problem, based on certain influences. In addition to inherited (genetic) influences, there are external influences that are based on lifestyle choices and environmental exposure. These factors together influence the body’s ability to maintain homeostatic balance. The endocrine system of a person with diabetes has difficulty maintaining the correct blood glucose level. A diabetic needs to check their blood glucose levels many times during the day, as shown in Figure 3, and monitor daily sugar intake.

Figure 3: A person with diabetes has to monitor their blood glucose carefully. This glucose meter analyses only a small drop of blood.

Internal Influences: Heredity

유전학: Genes are sometimes turned off or on due to external factors which we have some control over. Other times, little can be done to prevent the development of certain genetic diseases and disorders. In such cases, medicines can help a person’s body regain homeostasis. An example is the metabolic disorder Type 1 diabetes, which is a disorder where the pancreas is no longer producing adequate amounts of insulin to respond to changes in a person’s blood glucose level. Insulin replacement therapy, in conjunction with carbohydrate counting and careful monitoring of blood glucose concentration, is a way to bring the body’s handling of glucose back into balance. Cancer can be genetically inherited or be due to a mutation caused by exposure to toxin such as radiation or harmful drugs. A person may also inherit a predisposition to develop a disease such as heart disease. Such diseases can be delayed or prevented if the person eats nutritious food, has regular physical activity, and does not smoke.

External Influences: Lifestyle

영양물 섭취: If your diet lacks certain vitamins or minerals your cells will function poorly, and you may be at risk to develop a disease. For example, a menstruating woman with inadequate dietary intake of iron will become anemic. Hemoglobin, the molecule that enables red blood cells to transport oxygen, requires iron. Therefore, the blood of an anemic woman will have reduced oxygen-carrying capacity. In mild cases symptoms may be vague (e.g. fatigue), but if the anemia is severe the body will try to compensate by increasing cardiac output, leading to weakness, irregular heartbeats and in serious cases, heart failure.

Physical Activity: Physical activity is essential for proper functioning of our cells and bodies. Adequate rest and regular physical activity are examples of activities that influence homeostasis. Lack of sleep is related to a number of health problems such as irregular heartbeat, fatigue, anxiety, and headaches. Being overweight and obesity, two conditions that are related to poor nutrition and lack of physical activity greatly affect many organ systems and their homeostatic mechanisms. Being overweight or obese increases a person’s risk of developing heart disease, Type 2 diabetes, and certain forms of cancer. Staying fit by regularly taking part in aerobic activities such as walking, shown in Figure 4, has been shown to help prevent many of these diseases.

Figure 4: Adding physical activity to your routine can be as simple as walking for a total of 60 minutes a day, five times a week.

Mental Health: Your physical health and mental health are inseparable. Our emotions cause chemical changes in our bodies that have various effects on our thoughts and feelings. Negative stress (also called distress) can negatively affect mental health. Regular physical activity has been shown to improve mental and physical well-being, and helps people to cope with distress. Among other things, regular physical activity increases the ability of the cardiovascular system to deliver oxygen to body cells, including the brain cells. Medications that may help balance the amount of certain mood-altering chemicals within the brain are often prescribed to people who have mental and mood disorders. This is an example of medical help in stabilizing a disruption in homeostasis.

Environmental Exposure

Any substance that interferes with cellular function and causes cellular malfunction is a cellular toxin. There are many different sources of toxins, for example, natural or synthetic drugs, plants, and animal bites. Air pollution, another form of environmental exposure to toxins is shown in Figure 5. A commonly seen example of an exposure to cellular toxins is by a drug overdose. When a person takes too much of a drug that affects the central nervous system, basic life functions such as breathing and heartbeat are disrupted. Such disruptions can results in coma, brain damage, and even death.

Figure 5: Air pollution can cause environmental exposure to cellular toxins such as mercury.

The six factors described above have their effects at the cellular level. A deficiency or lack of beneficial pathways, whether caused by an internal or external influence, will almost always result in a harmful change in homeostasis. Too much toxicity also causes homeostatic imbalance, resulting in cellular malfunction. By removing negative health influences and providing adequate positive health influences, your body is better able to self-regulate and self-repair, which maintains homeostasis.


Not-quite-immortal lobsters

Lobsters also do not experience senescence. 같지 않은 히드라’s reliance on particular genes, however, their longevity is thanks to them being able to endlessly repair their DNA.

Normally, during the process of DNA copying and cell division, the protective end-caps on chromosomes, called telomeres, slowly get shorter and shorter, and when they are too short, a cell enters senescence and can no longer keep dividing.

Lobsters can live for a very long time, but they’re not biologically immortal. Image adapted from: Cefaclor / Wikipedia CC BY SA 3.0

Lobsters don’t have this problem thanks to a never-ending supply of an enzyme called telomerase, which works to keep regenerating telomeres. They produce lots of this enzyme in all of their cells throughout their adult lives, allowing them to maintain youthful DNA indefinitely.

Telomerase is not unique to lobsters. It is present in most other animals, including humans, but after passing the embryonic life stage, levels of telomerase in most other cells decline and are not sufficient for constantly re-building telomeres.

Unfortunately for lobsters though, there’s a catch: they literally grow too big for their own shells. Lobsters continually grow larger and larger, but their shells can’t change size, meaning a lifetime of ditching too-small shells and growing a brand-new exoskeleton each time. That takes a fair amount of energy. Eventually, the amount of energy required to moult a shell and grow another new one is simply too much. The lobster succumbs to exhaustion, disease, predation or shell collapse.


Neural Stimulation of a Muscle Fiber

Muscle fibers contract by the action of actin and myosin sliding past each other. The signal to initiate the contraction comes from the brain as a part of the somatic nervous system.

The illustration below is a schematic representation of the process from the arrival of a nerve signal to the terminal bundle of the nerve axon to the contration of a muscle fiber. The stimulation of muscle action is associated with the neurotransmitter chemical acetylcholine.

When the nerve signal from the somatic nerve system reaches the muscle cell, voltage-dependent calcium gates open to allow calcium to enter the axon terminal. This calcium moves the acetylcholine-containing miceles to fuse with the presynaptic membrane and release their acetylcholine into the synapse, where it is bound by acetylcholine receptors on the postsynaptic surface. The acetylcholine receptors are examples of ligand-gated ion channels: upon binding the acetylcholine molecule, they open up a channel for sodium and potassium ions to enter the cell. In this case acetylcholine is the "ligand" that opens the gate for sodium.

When the opening of the Na channels sends a rush of Na into the cell, which, if it is strong enough, causes nearby voltage-gated Na channels to open and produces an action potential. This action potential is not one in a nerve cell, but in the muscle cell.

The muscle fiber structure has lots of tubes called T-tubules or transverse tubules. When the action potential travels down these tubules, it eventually triggers the voltage-sensitive proteins that are linked to the calcium channels in the structure called the sarcoplasmic reticulum (Wiki) that surrounds the nerve fibers. This membrane-enclosed structure has similarities to the endoplasmic reticulum in other cells. In the rest state, the sarcoplasmic reticulum will have a reserved supply of calcium because its walls have many Ca pumps which use ATP energy to store calcium. With the stimulus of the action potential, calcium rushes into the cell and interacts with the actin. Associated with the actin are the troponin complex and the tropomyosin strand which block the binding of myosin. The supplied calcium ions bind to the troponin and pulls the "gaurding" troponin and tropomyosin strand away from the site where myosin can bind.

In order to bind to the actin, the myocin must have a supply of energy, which it obtains from ATP . Having absorbed energy from ATP, a unit of the myosin fiber will be in a stressed or high energy state, like a stretched spring. With the action of the calcium to withdraw the troponin and tropomyosin, the myosin structure can bind and use the energy to pull the actin fiber, shortening or contracting the muscle fiber.

While the contraction of a muscle can be repeated by following the above steps, there must be a pathway back to a rest state since you don't want your muscles to be in a permanently contracted state. Those mechanisms for return to rest are provided. The initial stimulus by the motor nerve which started the process is under conscious control, so you can decide to relax the muscle. The free acetylcholine in the synaptic gap is removed by another molecule, acetylcholinesterase. The calcium pumps in the sarcoplasmic reticulum work to reclaim the calcium, and upon removal of the calcium from the receptors on the muscle, the "bodygaurd" troponin and tropomyocin move back to their blocking positions. The myosin and actin fibers return to their relaxed state.


비디오 보기: 국힘이 국힘 잡네. 흥분한 송석준 국힘패거리 50원도 안주더냐 vs 당당한 이재명 피해를 줬쟎아요 (이월 2023).