Введение
Отрасль биологии, изучающая клетки, раздел биологии.
Биология клеток (также клеточная биология или цитология) – это раздел биологии, изучающий структуру, функции и поведение клеток. Все живые организмы состоят из клеток. Клетка – это основная единица жизни, отвечающая за жизнедеятельность и функционирование организмов. Однако, эти клетки были мертвы и не давали представления об истинном составе клетки. Спустя несколько лет, в 1674 году, Антон Ван Левенгук впервые изучил живые клетки, исследуя водоросли. Много лет спустя, в 1831 году, Роберт Браун открыл ядро. Все это предшествовало формулированию клеточной теории, утверждающей, что все живые существа состоят из клеток, а клетки являются функциональными и структурными единицами организмов. Окончательно эта теория была сформулирована ботаником Маттиасом Шлейденом, а спустя 19 лет Рудольф Вирхов дополнил ее, установив, что все клетки происходят от деления уже существующих клеток.
the branch of biology
Cell biology (also cellular biology or cytology) is a branch of biology that studies the structure, function, and behavior of cells. All living organisms are made of cells. A cell is the basic unit of life that is responsible for the living and functioning of organisms. however, the cells were dead. They gave no indication to the actual overall components of a cell. A few years later, in 1674, Anton Van Leeuwenhoek was the first to analyze live cells in his examination of algae. Many years later, in 1831, Robert Brown discovered the nucleus. All of this preceded the cell theory which states that all living things are made up of cells and that cells are organisms' functional and structural units. This was ultimately concluded by plant scientist Matthias Schleiden 19 years later, Rudolf Virchow further contributed to the cell theory, adding that all cells come from the division of pre existing cells.
Техника
Исследования в области клеточной биологии изучают различные способы культивирования и манипулирования клетками вне живого организма для дальнейших исследований в области анатомии и физиологии человека, а также для разработки лекарственных препаратов. Методы изучения клеток претерпели эволюцию. Благодаря достижениям в микроскопии, техникам и технологиям ученые получили более глубокое понимание структуры и функций клеток. Ниже приведен список многих методов, обычно используемых для изучения клеточной биологии:
Cell culture: Utilizes rapidly growing cells on media which allows for a large amount of a specific cell type and an efficient way to study cells. Cell culture is one of the major tools used in cellular and molecular biology, providing excellent model systems for studying the normal physiology and biochemistry of cells (e. g., metabolic studies, aging), the effects of drugs and toxic compounds on the cells, and mutagenesis and carcinogenesis. It is also used in drug screening and development, and large scale manufacturing of biological compounds (e. g., vaccines, therapeutic proteins). Fluorescence microscopy: Fluorescent markers such as GFP, are used to label a specific component of the cell. Afterwards, a certain light wavelength is used to excite the fluorescent marker which can then be visualized. Cell fractionation: This process requires breaking up the cell using high temperature or sonification followed by centrifugation to separate the parts of the cell allowing for them to be studied separately. Prokaryotic cells are much smaller than eukaryotic cells, making them the smallest form of life. Prokaryotic cells include Bacteria and Archaea, and lack an enclosed cell nucleus. Eukaryotic cells are found in plants, animals, fungi, and protists. They range from 10 to 100 μm in diameter, and their DNA is contained within a membrane bound nucleus. Eukaryotes are organisms containing eukaryotic cells. The four eukaryotic kingdoms are Animalia, Plantae, Fungi, and Protista. They both reproduce through binary fission. Bacteria, the most prominent type, have several different shapes, although most are spherical or rod shaped. Bacteria can be classed as either gram positive or gram negative depending on the cell wall composition. Gram positive bacteria have a thicker peptidoglycan layer than gram negative bacteria. Bacterial structural features include a flagellum that helps the cell to move, ribosomes for the translation of RNA to protein,
Клеточная культура: использует быстрорастущие клетки, культивируемые в питательной среде, что позволяет получить большое количество определенного типа клеток и эффективно их изучать. Клеточная культура является одним из основных инструментов, используемых в клеточной и молекулярной биологии, предоставляя отличные модельные системы для изучения нормальной физиологии и биохимии клеток (например, метаболические исследования, старение), воздействия лекарств и токсичных соединений на клетки, а также мутагенеза и канцерогенеза. Она также используется для скрининга и разработки лекарств, а также для крупномасштабного производства биологических соединений (например, вакцин, терапевтических белков).
Cell culture: Utilizes rapidly growing cells on media which allows for a large amount of a specific cell type and an efficient way to study cells. Cell culture is one of the major tools used in cellular and molecular biology, providing excellent model systems for studying the normal physiology and biochemistry of cells (e. g., metabolic studies, aging), the effects of drugs and toxic compounds on the cells, and mutagenesis and carcinogenesis. It is also used in drug screening and development, and large scale manufacturing of biological compounds (e. g., vaccines, therapeutic proteins). Fluorescence microscopy: Fluorescent markers such as GFP, are used to label a specific component of the cell. Afterwards, a certain light wavelength is used to excite the fluorescent marker which can then be visualized. Cell fractionation: This process requires breaking up the cell using high temperature or sonification followed by centrifugation to separate the parts of the cell allowing for them to be studied separately. Prokaryotic cells are much smaller than eukaryotic cells, making them the smallest form of life. Prokaryotic cells include Bacteria and Archaea, and lack an enclosed cell nucleus. Eukaryotic cells are found in plants, animals, fungi, and protists. They range from 10 to 100 μm in diameter, and their DNA is contained within a membrane bound nucleus. Eukaryotes are organisms containing eukaryotic cells. The four eukaryotic kingdoms are Animalia, Plantae, Fungi, and Protista. They both reproduce through binary fission. Bacteria, the most prominent type, have several different shapes, although most are spherical or rod shaped. Bacteria can be classed as either gram positive or gram negative depending on the cell wall composition. Gram positive bacteria have a thicker peptidoglycan layer than gram negative bacteria. Bacterial structural features include a flagellum that helps the cell to move, ribosomes for the translation of RNA to protein,
Флуоресцентная микроскопия: флуоресцентные маркеры, такие как GFP, используются для мечения определенного компонента клетки. Затем для возбуждения флуоресцентного маркера используется определенная длина волны света, которую можно визуализировать.
Cell culture: Utilizes rapidly growing cells on media which allows for a large amount of a specific cell type and an efficient way to study cells. Cell culture is one of the major tools used in cellular and molecular biology, providing excellent model systems for studying the normal physiology and biochemistry of cells (e. g., metabolic studies, aging), the effects of drugs and toxic compounds on the cells, and mutagenesis and carcinogenesis. It is also used in drug screening and development, and large scale manufacturing of biological compounds (e. g., vaccines, therapeutic proteins). Fluorescence microscopy: Fluorescent markers such as GFP, are used to label a specific component of the cell. Afterwards, a certain light wavelength is used to excite the fluorescent marker which can then be visualized. Cell fractionation: This process requires breaking up the cell using high temperature or sonification followed by centrifugation to separate the parts of the cell allowing for them to be studied separately. Prokaryotic cells are much smaller than eukaryotic cells, making them the smallest form of life. Prokaryotic cells include Bacteria and Archaea, and lack an enclosed cell nucleus. Eukaryotic cells are found in plants, animals, fungi, and protists. They range from 10 to 100 μm in diameter, and their DNA is contained within a membrane bound nucleus. Eukaryotes are organisms containing eukaryotic cells. The four eukaryotic kingdoms are Animalia, Plantae, Fungi, and Protista. They both reproduce through binary fission. Bacteria, the most prominent type, have several different shapes, although most are spherical or rod shaped. Bacteria can be classed as either gram positive or gram negative depending on the cell wall composition. Gram positive bacteria have a thicker peptidoglycan layer than gram negative bacteria. Bacterial structural features include a flagellum that helps the cell to move, ribosomes for the translation of RNA to protein,
Фракционирование клеток: этот процесс включает разрушение клетки с помощью высокой температуры или соникации, за которым следует центрифугирование для разделения частей клетки, что позволяет изучать их по отдельности.
Cell culture: Utilizes rapidly growing cells on media which allows for a large amount of a specific cell type and an efficient way to study cells. Cell culture is one of the major tools used in cellular and molecular biology, providing excellent model systems for studying the normal physiology and biochemistry of cells (e. g., metabolic studies, aging), the effects of drugs and toxic compounds on the cells, and mutagenesis and carcinogenesis. It is also used in drug screening and development, and large scale manufacturing of biological compounds (e. g., vaccines, therapeutic proteins). Fluorescence microscopy: Fluorescent markers such as GFP, are used to label a specific component of the cell. Afterwards, a certain light wavelength is used to excite the fluorescent marker which can then be visualized. Cell fractionation: This process requires breaking up the cell using high temperature or sonification followed by centrifugation to separate the parts of the cell allowing for them to be studied separately. Prokaryotic cells are much smaller than eukaryotic cells, making them the smallest form of life. Prokaryotic cells include Bacteria and Archaea, and lack an enclosed cell nucleus. Eukaryotic cells are found in plants, animals, fungi, and protists. They range from 10 to 100 μm in diameter, and their DNA is contained within a membrane bound nucleus. Eukaryotes are organisms containing eukaryotic cells. The four eukaryotic kingdoms are Animalia, Plantae, Fungi, and Protista. They both reproduce through binary fission. Bacteria, the most prominent type, have several different shapes, although most are spherical or rod shaped. Bacteria can be classed as either gram positive or gram negative depending on the cell wall composition. Gram positive bacteria have a thicker peptidoglycan layer than gram negative bacteria. Bacterial structural features include a flagellum that helps the cell to move, ribosomes for the translation of RNA to protein,
Прокариотические клетки значительно меньше, чем эукариотические, что делает их самой маленькой формой жизни. Прокариотические клетки включают бактерии и археи и не имеют оформленного клеточного ядра. Эукариотические клетки встречаются у растений, животных, грибов и протистов. Их диаметр варьируется от 10 до 100 мкм, а их ДНК содержится в ядре, ограниченном мембраной. Эукариоты – это организмы, содержащие эукариотические клетки. Четыре эукариотических царства – Animalia, Plantae, Fungi и Protista. Они размножаются посредством бинарного деления.
Cell culture: Utilizes rapidly growing cells on media which allows for a large amount of a specific cell type and an efficient way to study cells. Cell culture is one of the major tools used in cellular and molecular biology, providing excellent model systems for studying the normal physiology and biochemistry of cells (e. g., metabolic studies, aging), the effects of drugs and toxic compounds on the cells, and mutagenesis and carcinogenesis. It is also used in drug screening and development, and large scale manufacturing of biological compounds (e. g., vaccines, therapeutic proteins). Fluorescence microscopy: Fluorescent markers such as GFP, are used to label a specific component of the cell. Afterwards, a certain light wavelength is used to excite the fluorescent marker which can then be visualized. Cell fractionation: This process requires breaking up the cell using high temperature or sonification followed by centrifugation to separate the parts of the cell allowing for them to be studied separately. Prokaryotic cells are much smaller than eukaryotic cells, making them the smallest form of life. Prokaryotic cells include Bacteria and Archaea, and lack an enclosed cell nucleus. Eukaryotic cells are found in plants, animals, fungi, and protists. They range from 10 to 100 μm in diameter, and their DNA is contained within a membrane bound nucleus. Eukaryotes are organisms containing eukaryotic cells. The four eukaryotic kingdoms are Animalia, Plantae, Fungi, and Protista. They both reproduce through binary fission. Bacteria, the most prominent type, have several different shapes, although most are spherical or rod shaped. Bacteria can be classed as either gram positive or gram negative depending on the cell wall composition. Gram positive bacteria have a thicker peptidoglycan layer than gram negative bacteria. Bacterial structural features include a flagellum that helps the cell to move, ribosomes for the translation of RNA to protein,
Бактерии, наиболее распространенный тип, имеют различные формы, хотя большинство из них сферические или палочковидные. Бактерии классифицируются как грамположительные или грамотрицательные в зависимости от состава клеточной стенки. Грамположительные бактерии имеют более толстый слой пептидогликана, чем грамотрицательные бактерии. Структурные особенности бактерий включают флагеллу, помогающую клетке двигаться, и рибосомы для трансляции РНК в белок.
Cell culture: Utilizes rapidly growing cells on media which allows for a large amount of a specific cell type and an efficient way to study cells. Cell culture is one of the major tools used in cellular and molecular biology, providing excellent model systems for studying the normal physiology and biochemistry of cells (e. g., metabolic studies, aging), the effects of drugs and toxic compounds on the cells, and mutagenesis and carcinogenesis. It is also used in drug screening and development, and large scale manufacturing of biological compounds (e. g., vaccines, therapeutic proteins). Fluorescence microscopy: Fluorescent markers such as GFP, are used to label a specific component of the cell. Afterwards, a certain light wavelength is used to excite the fluorescent marker which can then be visualized. Cell fractionation: This process requires breaking up the cell using high temperature or sonification followed by centrifugation to separate the parts of the cell allowing for them to be studied separately. Prokaryotic cells are much smaller than eukaryotic cells, making them the smallest form of life. Prokaryotic cells include Bacteria and Archaea, and lack an enclosed cell nucleus. Eukaryotic cells are found in plants, animals, fungi, and protists. They range from 10 to 100 μm in diameter, and their DNA is contained within a membrane bound nucleus. Eukaryotes are organisms containing eukaryotic cells. The four eukaryotic kingdoms are Animalia, Plantae, Fungi, and Protista. They both reproduce through binary fission. Bacteria, the most prominent type, have several different shapes, although most are spherical or rod shaped. Bacteria can be classed as either gram positive or gram negative depending on the cell wall composition. Gram positive bacteria have a thicker peptidoglycan layer than gram negative bacteria. Bacterial structural features include a flagellum that helps the cell to move, ribosomes for the translation of RNA to protein,
Метаболизм клеток
Клеточный метаболизм необходим для выработки энергии, необходимой клетке для выживания, и включает в себя множество путей, а также поддержание основных клеточных органелл, таких как ядро, митохондрии, клеточная мембрана и другие. Для клеточного дыхания, при наличии глюкозы, в цитозоле клетки происходит гликолиз с образованием пирувата. Пируват подвергается декарбоксилированию с использованием мультиферментного комплекса, образуя ацетил-КоА, который может быть легко использован в цикле Кребса для получения NADH и FADH2. Эти продукты участвуют в цепи переноса электронов, что в конечном итоге приводит к формированию протонного градиента через внутреннюю митохондриальную мембрану. Этот градиент затем обеспечивает выработку АТФ в процессе окислительного фосфорилирования. Метаболизм в растительных клетках включает фотосинтез, который, по сути, является обратным процессом дыхания, поскольку в конечном итоге производит молекулы глюкозы.
Сигнализация сотовой связи
Клеточная сигнализация, или клеточная коммуникация, важна для регуляции клеток и для обработки ими информации из окружающей среды и соответствующей реакции. Сигнализация может осуществляться посредством прямого контакта клеток, а также эндокринной, паракринной и автокринной сигнализации. Прямой контакт клеток происходит, когда рецептор на клетке связывается с молекулой, прикрепленной к мембране другой клетки. Эндокринная сигнализация осуществляется посредством молекул, секретируемых в кровоток. Паракринная сигнализация использует молекулы, диффундирующие между двумя клетками для коммуникации. Автокринная сигнализация – это когда клетка посылает сигнал самой себе, секретируя молекулу, которая связывается с рецептором на ее поверхности. Формы коммуникации могут быть следующими:
Ионные каналы: могут быть различных типов, таких как воротные по напряжению или лиганд-зависимые ионные каналы. Они обеспечивают приток и отток молекул и ионов. G-белок-связанный рецептор (GPCR): широко известен тем, что содержит семь трансмембранных доменов. Лиганд связывается с внеклеточным доменом, и после связывания лиганда активируется гуанин-нуклеотидный обменный фактор, который преобразует ГДФ в ГТФ и активирует Gα-субъединицу. Gα может воздействовать на другие белки, такие как аденилатциклаза или фосфолипаза С, которые в конечном итоге производят вторичные посредники, такие как цАМФ, IP3, DAG и кальций. Эти вторичные посредники усиливают сигналы и могут воздействовать на ионные каналы или другие ферменты. Одним из примеров усиления сигнала является связывание цАМФ с PKA и активация его путем удаления регуляторных субъединиц и высвобождения каталитической субъединицы. Каталитическая субъединица содержит ядерную локализационную последовательность, которая заставляет ее перемещаться в ядро и фосфорилировать другие белки, подавляя или активируя активность генов.
Ion channels: Can be of different types such as voltage or ligand gated ion channels. They allow for the outflow and inflow of molecules and ions. G protein coupled receptor (GPCR): Is widely recognized to contain seven transmembrane domains. The ligand binds on the extracellular domain and once the ligand binds, this signals a guanine exchange factor to convert GDP to GTP and activate the G α subunit. G α can target other proteins such as adenyl cyclase or phospholipase C, which ultimately produce secondary messengers such as cAMP, Ip3, DAG, and calcium. These secondary messengers function to amplify signals and can target ion channels or other enzymes. One example for amplification of a signal is cAMP binding to and activating PKA by removing the regulatory subunits and releasing the catalytic subunit. The catalytic subunit has a nuclear localization sequence which prompts it to go into the nucleus and phosphorylate other proteins to either repress or activate gene activity.
Цикл эукариотических клеток
Клетки являются основой всех организмов и фундаментальными единицами жизни. Рост и развитие клеток необходимы для поддержания жизнедеятельности организма и выживания. Для этого процесса клетка проходит этапы клеточного цикла и развития, включающие рост клетки, репликацию ДНК, деление клетки, регенерацию и гибель клетки. Клеточный цикл разделен на четыре отчетливые фазы: G1, S, G2 и M. Фаза G – фаза роста клетки – составляет приблизительно 95% цикла. Пролиферация клеток инициируется предшественниками. Все клетки изначально имеют идентичную форму и потенциально могут дифференцироваться в любой тип клеток. Клеточная сигнализация, такая как индукция, может влиять на соседние клетки, определяя их тип. Более того, это позволяет клеткам одного типа агрегировать и формировать ткани, затем органы и, в конечном итоге, системы. Фазы G1, G2 и S (репликация, повреждение и восстановление ДНК) рассматриваются как интерфаза цикла, а фаза M (митоз) – как фаза деления клетки. Митоз состоит из множества стадий, включающих, соответственно, профазу, метафазу, анафазу, телофазу и цитокинез. Конечным результатом митоза является образование двух идентичных дочерних клеток. Клеточный цикл регулируется контрольными точками клеточного цикла посредством ряда сигнальных факторов и комплексов, таких как циклины, циклинзависимые киназы и p53. Когда клетка завершает процесс роста и обнаруживает повреждения или изменения, она подвергается клеточной смерти – апоптозу или некрозу – для устранения угрозы для выживания организма.
Клеточная смертность, бессмертие клеточной линии
Предположительно, родословная каждой современной клетки прослеживается в непрерывной линии на протяжении более 3 миллиардов лет, к моменту возникновения жизни. Бессмертны не сами клетки, а многопоколенные клеточные линии. Бессмертие клеточной линии зависит от поддержания потенциала к делению. Этот потенциал может быть утрачен в конкретной линии из-за повреждения клеток, терминальной дифференцировки, как, например, в нервных клетках, или запрограммированной клеточной гибели (апоптоза) в процессе развития. Поддержание потенциала к делению в последующих поколениях зависит от предотвращения и точного восстановления клеточных повреждений, особенно повреждений ДНК. У половых организмов непрерывность зародышевой линии зависит от эффективности процессов, предотвращающих повреждение ДНК и восстанавливающих те повреждения ДНК, которые все же возникают. Половые процессы у эукариот и прокариот предоставляют возможность эффективного восстановления повреждений ДНК в зародышевой линии посредством гомологичной рекомбинации.
Фазы клеточного цикла
Клеточный цикл — это четырёхстадийный процесс, который клетка проходит в процессе своего развития и деления. Он включает фазу G1 (разрыв 1), фазу S (синтеза), фазу G2 (разрыв 2) и фазу M (митоз). После завершения цикла клетка либо перезапускает его с фазы G1, либо переходит в состояние покоя G0. Из состояния G0 клетка может перейти к терминальной дифференцировке. Интерфаза — это совокупность фаз клеточного цикла, происходящих между двумя последовательными митозами, и включает фазы G1, S и G2.
Фаза G1
Размер клетки увеличивается. Содержимое клеток удваивается.
Фаза G2
Клетка делится. В преддверии деления клетки формируются органеллы и белки.
Фаза G0
Эти клетки выходят из фазы G1 и переходят в фазу G0, состояние покоя. Клетка в фазе G0 выполняет свои функции, не готовясь к делению.
Патология
Научная область, изучающая и диагностирующая заболевания на клеточном уровне, называется цитопатологией. Цитопатология обычно применяется к образцам отдельных клеток или фрагментам тканей, в отличие от гистопатологии – раздела патологии, изучающего целые ткани. Цитопатология широко используется для исследования заболеваний, поражающих различные органы и системы, часто для помощи в диагностике рака, а также некоторых инфекционных заболеваний и других воспалительных состояний. Например, одним из распространенных применений цитопатологии является Пап-тест (мазок Папаниколау), скрининговый тест, используемый для выявления рака шейки матки и предраковых изменений шейки матки, которые могут привести к развитию рака.
Контрольные пункты клеточного цикла и система восстановления повреждений ДНК
Клеточный цикл состоит из ряда последовательных, хорошо упорядоченных стадий, приводящих к делению клеток. Тот факт, что клетки не приступают к следующей стадии, пока не завершится предыдущая, является важным элементом регуляции клеточного цикла. Контрольные точки клеточного цикла – это характеристики, представляющие собой эффективную стратегию мониторинга точности клеточного цикла и деления. Cdks, ассоциированные циклины, белковые киназы и фосфатазы регулируют рост и деление клеток при переходе от одной стадии к другой. Клеточный цикл контролируется временной активацией Cdks, которая определяется взаимодействием с циклиновыми партнерами, фосфорилированием специфическими протеинкиназами и дефосфорилированием фосфатазами семейства Cdc25. В ответ на повреждение ДНК, реакция восстановления ДНК клетки представляет собой каскад сигнальных путей, приводящий к активации контрольных точек, регуляции механизма восстановления ДНК, изменениям клеточного цикла и апоптозу. Многочисленные биохимические структуры и процессы, обнаруживающие повреждения ДНК, – это ATM и ATR, которые индуцируют контрольные точки восстановления ДНК.
Клеточный цикл – это последовательность событий, в ходе которых клеточные органеллы дублируются и затем с высокой точностью разделяются между дочерними клетками. В клеточном цикле происходят ключевые события. Процессы, происходящие в клеточном цикле, включают развитие клеток, репликацию и сегрегацию хромосом. Контрольные точки клеточного цикла – это системы контроля, отслеживающие целостность, точность и последовательность клеточного цикла. Каждая контрольная точка служит альтернативной конечной точкой клеточного цикла, где оцениваются параметры клетки, и клеточный цикл продвигается к следующему этапу только при выполнении необходимых условий. Цель клеточного цикла – точное копирование ДНК каждого организма и последующее равномерное разделение клетки и ее компонентов между двумя новыми клетками. У эукариот выделяют четыре основные стадии. В G1 клетка обычно активна и продолжает быстро расти, в то время как в G2 рост клетки продолжается, а молекулы белков готовятся к разделению. Это не периоды покоя, а время, когда клетки увеличивают массу, интегрируют рецепторы факторов роста, реплицируют геном и готовятся к сегрегации хромосом. Репликация ДНК ограничена отдельной фазой синтеза у эукариот, также известной как S-фаза. Во время митоза, также называемого M-фазой, происходит сегрегация хромосом. ДНК, как и любая другая молекула, способна вступать в широкий спектр химических реакций. Однако изменения в последовательности ДНК оказывают значительно большее влияние, чем изменения в других клеточных компонентах, таких как РНК или белки, поскольку ДНК служит постоянной копией генома клетки. Мутации могут возникать при включении ошибочных нуклеотидов во время репликации ДНК. Большинство повреждений ДНК устраняется путем удаления дефектных оснований и последующего повторного синтеза удаленного участка. С другой стороны, некоторые повреждения ДНК могут быть устранены путем обращения повреждения, что может быть более эффективным способом борьбы с распространенными типами повреждений ДНК. Лишь некоторые виды повреждений ДНК восстанавливаются таким образом, включая пиримидиновые димеры, вызванные ультрафиолетовым (УФ) излучением, и изменения, вызванные введением метильных или этильных групп в положение O6 пуринового кольца.
Динамика митохондриальной мембраны
Митохондрии обычно называют «электростанциями» клетки из-за их способности эффективно производить АТФ, который необходим для поддержания клеточного гомеостаза и метаболизма. Более того, исследователи получили более глубокое понимание значимости митохондрий в клеточной биологии благодаря открытию митохондриальных путей передачи сигналов, которые являются ключевыми платформами для регуляции клеточных функций, таких как апоптоз. Физиологическая адаптивность тесно связана с непрерывной реконфигурацией митохондриального канала клетки посредством ряда механизмов, известных как динамика митохондриальных мембран, включающих слияние и фрагментацию (разделение) эндомембран, а также ультраструктурную перестройку мембран. В результате, динамика митохондрий регулирует и часто координирует не только метаболические, но и сложные процессы клеточной сигнализации, такие как плюрипотентные стволовые клетки, пролиферация, созревание, старение и гибель клеток. Посттрансляционные модификации митохондриального аппарата и развитие трансмембранных контактных сайтов между митохондриями и другими структурами, оба из которых способны объединять сигналы из различных путей, существенно влияющих на динамику митохондриальных мембран, взаимосвязаны с этими процессами. Макроавтофагия, микроавтофагия и шаперон-опосредованная автофагия – три основных типа автофагии. При активации макроавтофагии формирующаяся мембрана захватывает участок цитоплазмы, образуя аутофагосому – характерный двухмембранный органелл. Затем аутофагосома сливается с лизосомой, образуя автолизосому, в которой лизосомные ферменты расщепляют компоненты. При микроавтофагии лизосома или вакуоль поглощает часть цитоплазмы путем инвагинации или выпячивания лизосомной мембраны, заключая в себе цитозоль или органеллы. Шаперон-опосредованная автофагия (CMA) обеспечивает контроль качества белков путем переваривания окисленных и поврежденных белков в стрессовых условиях и обеспечения аминокислотами посредством денатурации белков. Автофагия является основной внутренней системой деградации пептидов, липидов, углеводов и других клеточных структур. В физиологических и стрессовых условиях этот клеточный процесс жизненно важен для поддержания правильного клеточного баланса. Нарушение автофагии приводит к различным симптомам заболеваний, включая воспаление, биохимические нарушения, старение и нейродегенеративные заболевания, из-за ее роли в поддержании целостности клеток. Модификация лизосомных сетей автофагии является типичным признаком многих неврологических и мышечных заболеваний. Таким образом, автофагия была определена как потенциальная стратегия профилактики и лечения различных заболеваний. Многие из этих расстройств предотвращаются или облегчаются при употреблении полифенолов с пищей. Следовательно, природные соединения, способные модулировать механизм автофагии, рассматриваются как перспективные терапевтические средства. Создание двухмембранной структуры (фагофоры), известное как нуклеация, является первым этапом макроавтофагии. Фагофорный путь определяет дисрегулированные полипептиды или дефектные органеллы, происходящие из клеточной мембраны, аппарата Гольджи, эндоплазматической сети и митохондрий. С завершением формирования аутофагосомы увеличение фагофоры прекращается. Автофагосома сливается с лизосомными везикулами, формируя автолизосому, которая расщепляет заключенные внутри вещества, процесс, называемый фагоцитозом.