KEMATIAN SEL: JENIS DAN KARAKTERISTIKNYA - BIOLOGI - 2025

The kematian sel adalah proses penghancuran komponen seluler mengalami semua organisme hidup di berbagai tahap. Pada semua organisme multiseluler harus ada keseimbangan optimal antara kematian sel dan proliferasi sel.

Kematian sel terjadi oleh dua mekanisme utama: oleh nekrosis atau kematian sel yang tidak disengaja, dan oleh apoptosis atau kematian sel terprogram. Setiap mekanisme dikaitkan dengan morfologi sel tertentu.

Perbedaan antara apoptosis dan nekrosis.
Sumber: Institut nasional tentang penyalahgunaan alkohol dan alkoholisme (NIAAA)

Apoptosis atau kematian sel terprogram terdiri dari jalur yang sangat diatur oleh komponen genetik. Seringkali ketika organisme mengalami keadaan patologis (penyakit degeneratif, misalnya), program apoptosis dapat dilaksanakan secara tidak tepat, yang mengakibatkan kerusakan sel yang tidak semestinya.

Kematian sel terprogram merupakan komponen penting dari jalur perkembangan dan homeostasis (kontrol antara kematian sel dan proliferasi) secara umum.

Kematian sel yang tidak disengaja atau nekrosis adalah jenis kematian sel kedua. Ini menghadirkan perbedaan radikal jika kita membandingkannya dengan apoptosis. Fenomena ini terjadi ketika sel terkena lingkungan yang tidak menguntungkan atau ekstrim, yang mengakibatkan kerusakan struktur sel.

Kematian sel terprogram atau apoptosis

Perspektif sejarah

Pada tahun 1972 istilah apoptosis digunakan untuk pertama kalinya. Itu muncul dalam artikel ilmiah klasik yang ditulis oleh penulis Kerr, Wyllie, dan Currie. Untuk Kerr et al., Istilah apoptosis menggambarkan bentuk morfologi yang khas dari kematian sel.

Meskipun ciri-ciri ini telah dirinci beberapa kali, para penulis ini adalah yang pertama memberi nama fenomena tersebut.

Definisi

Organisme multisel terdiri dari banyak sel yang harus menjalin hubungan satu sama lain. Komunitas harus diorganisir secara ketat, dan ini dicapai dengan menetapkan kontrol antara proliferasi sel baru dan penghapusan sel yang sudah ada.

Dengan cara ini, sel-sel yang karena berbagai alasan tidak lagi diperlukan menjalani semacam "bunuh diri" molekuler yang disebut apoptosis.

Kematian sel terprogram adalah fenomena fisiologis normal. Ini melibatkan eliminasi terkontrol dari sel-sel tertentu. Mekanisme ini sangat penting untuk menjaga jaringan orang dewasa bekerja dengan baik. Itu juga berperan dalam perkembangan embrio.

fitur

Menjaga keseimbangan proliferasi

Tujuan utama kematian sel terprogram adalah untuk menjaga keseimbangan proliferasi sel. Misalnya, di tubuh kita, hampir 5 x 10 ¹¹ eritrosit atau sel darah dihilangkan setiap hari melalui kematian sel.

Lindungi sel

Selain itu, ini memungkinkan pembentukan mekanisme perlindungan terhadap sel-sel yang berpotensi mempengaruhi tubuh. Dalam kasus sel yang telah menjadi korban infeksi virus, mereka biasanya dibunuh oleh kematian sel terprogram. Dengan demikian, virus tidak dapat terus menyebar di dalam inang.

Kematian sel terprogram tidak hanya menghilangkan sel yang terinfeksi oleh patogen eksternal, tetapi juga mampu menyingkirkan sel dari organisme yang menyebabkan kerusakan pada materi genetik. Dalam hal ini, sel-sel yang membawa mutasi yang berbahaya bagi organisme dieliminasi.

Dalam kasus dimana perkembangan sel abnormal ini dapat berlanjut dan mekanisme kematian sel tidak bekerja, tumor dan perkembangan berbagai jenis kanker dapat muncul.

Mengkoordinasikan perkembangan embrio

Kematian sel terprogram memainkan peran penting dalam perkembangan embrio. Selama pembentukan yang sama, beberapa sel yang tidak diperlukan harus dihilangkan.

Misalnya, bertanggung jawab untuk menghilangkan jaringan pada larva pada organisme yang mengalami metamorfosis: larva dan amfibi. Selain itu, beberapa bentuk remaja dicirikan dengan adanya selaput di antara jari-jari tangan, ciri kehidupan akuatik.

Ketika organisme menjadi dewasa, membran ini menghilang, karena sel yang menyusunnya mengalami peristiwa kematian sel terprogram. Secara umum, proses apoptosis membentuk tungkai manusia dan tikus: struktur berbentuk sekop yang diakhiri dengan jari yang terbentuk dengan baik.

Selama perkembangan mamalia, kematian sel terprogram berpartisipasi dalam pembentukan sistem saraf. Ketika tubuh berkembang, sejumlah besar sel saraf diproduksi, yang kemudian dihilangkan oleh kematian sel terprogram.

Neuron yang bertahan (sekitar 50%) membuat koneksi yang benar dengan sel target. Ketika koneksi yang dibangun adalah yang ditunjukkan, sekresi serangkaian faktor pertumbuhan dimulai yang memungkinkan kelangsungan hidup sel, karena menghambat program kematian sel.

Karakteristik seluler apoptosis

Selama kematian sel terprogram, sel menunjukkan fenotipe tertentu. Fitur pertama yang dapat dibedakan adalah fragmentasi DNA kromosom.

Dalam peristiwa ini, pemecahan nukleosom, struktur yang dibentuk oleh DNA dan protein, terjadi. Dengan kondensasi kromatin, nukleus pecah menjadi potongan-potongan kecil.

Saat proses berlanjut, ukuran sel berkurang secara signifikan. Akhirnya, sel pecah menjadi beberapa segmen yang dikelilingi oleh membran sel. Masing-masing bagian ini dikenal sebagai badan apoptosis.

Kemudian, sel-sel sistem kekebalan yang disebut makrofag bertanggung jawab untuk mengenali dan memfagositkan struktur yang sekarat ini.

Jadi, "mayat" sel yang mengalami apoptosis secara efektif menghilang dari organisme asalnya - bertentangan dengan apa yang terjadi ketika sel mati karena cedera. Dalam skenario terakhir, sel membengkak dan akhirnya membengkak, meradang daerah tersebut.

Selama apoptosis, kerusakan terjadi pada mitokondria, yang ditandai dengan pelepasan serangkaian molekul yang merangsang mekanisme kematian, seperti sitokrom c, protein Smac / Diablo, dan lainnya.

Aspek genetik

Regulasi ketat kematian sel terprogram terjadi berkat fungsi yang diatur dari berbagai gen.

Studi pertama yang berkaitan dengan mekanisme genetik apoptosis dilakukan di nematoda Caenorhabditis elegans. Dalam organisme ini, 3 gen yang terkait dengan pelaksanaan dan regulasi seluruh proses apoptosis diidentifikasi.

Pada mamalia, gen yang sangat mirip dengan nematoda ditemukan. Oleh karena itu, mereka adalah entitas yang sangat terkonservasi selama evolusi.

Ced-3 adalah contoh keluarga yang terdiri dari lebih dari selusin protease (enzim yang menghidrolisis protein), yang dikenal dengan nama caspases.

Selama peristiwa kematian terprogram, caspases menghidrolisis lebih dari 100 protein yang ditemukan dalam sel tersebut. Di antara protein target caspases kami menemukan penghambat DNAase, yang menyebabkan kerusakan DNA di inti sel.

Caspase juga bertanggung jawab atas pecahnya lamina inti, yang menyebabkan fragmentasi nukleus dan sitoskeleton secara umum. Konsekuensi langsung dari semua peristiwa degradasi ini adalah fragmentasi sel.

Memicu apoptosis

Ada serangkaian rangsangan yang memicu mekanisme apoptosis. Rangsangan ini bisa bersifat fisiologis atau patologis. Menariknya, tidak semua sel merespons dengan cara yang sama terhadap rangsangan.

Iradiasi dan obat-obatan yang digunakan untuk perawatan kanker (kemoterapi) menghasilkan apoptosis dari jalur yang disebut jalur bergantung p53.

Beberapa hormon, seperti kortikosteroid - hormon dari kelompok steroid dan turunannya - dapat menyebabkan jalur apoptosis di beberapa sel. Namun, sebagian besar sel tidak terpengaruh oleh keberadaannya.

Kematian sel atau nekrosis yang tidak disengaja

Definisi

Kematian sel atau nekrosis yang tidak disengaja terjadi ketika sel terkena lingkungan yang tidak menguntungkan yang menyebabkan kerusakan serius pada struktur sel.

Faktor-faktor yang menyebabkan trauma antara lain suhu yang sangat tinggi atau sangat rendah, kadar oksigen yang tidak normal, paparan racun, paparan metabolit oksigen reaktif, kekurangan nutrisi, kadar pH abnormal, dan lain-lain.

Kondisi medis yang berbeda melibatkan nekrosis, termasuk penyakit neurodegeneratif seperti penyakit Alzheimer, penyakit Huntington, penyakit Parkinson, sklerosis lateral amiotrofik, dan epilepsi.

Meskipun proses nekrotik terlibat dalam berbagai kondisi medis, mekanisme di balik kejadian tersebut belum sepenuhnya dijelaskan. Secara historis, nekrosis dipandang hanya sebagai reaksi kacau yang menghancurkan sel.

Namun, bukti terkini dari Caenorhabditis elegans dan organisme Drosophila telah meragukan 'dogma' ini.

Jenis sel berbeda yang mengalami nekrosis menunjukkan karakteristik sel morfologi yang sangat spesifik sebagai respons terhadap cedera, menunjukkan bahwa ada program eksekusi terpusat untuk nekrosis.

Pemahaman yang lengkap dan rinci tentang proses nekrotik dapat diterjemahkan ke dalam pengembangan metodologi baru untuk mengendalikan penyakit yang melibatkan kematian sel nekrotik.

Karakteristik seluler nekrosis

Seperti pada apoptosis, nekrosis memiliki ciri morfologi yang khas. Lebih jauh, ini sama sekali berbeda dari apa yang kita amati dalam sel yang mati oleh jalur apoptosis.

Kematian disertai dengan peradangan yang signifikan dalam sel, pembentukan vakuola di sitoplasma, distensi retikulum endoplasma, lepuh sitoplasma, kondensasi mitokondria, disagregasi dan pelepasan ribosom, pecahnya membran, lisosom yang meradang dan rusak, antara lain.

Nekrosis adalah proses "pasif", karena tidak memerlukan sintesis protein tambahan, kebutuhan energi untuk terjadinya minimal, dan tidak memiliki mekanisme pengaturan homeostatis tambahan.

Mekanisme

Cedera yang disebabkan oleh sel nekrotik dapat dimediasi oleh dua mekanisme utama: gangguan suplai energi dan kerusakan langsung pada sel oleh faktor-faktor yang disebutkan di atas.

Perbandingan antara apoptosis dan nekrosis

Perbedaan

Pengendalian proses : Secara komparatif, apoptosis adalah proses aktif yang sangat terkontrol, sedangkan nekrosis adalah proses toksik di mana sel adalah korban pasif dari mode kematian yang tidak bergantung pada energi. Seperti yang kami sebutkan, bukti saat ini telah meragukan non-regulasi nekrosis.

Lokasi kematian : Biasanya, apoptosis terjadi dalam satu sel atau dalam kelompok sel kecil, sedangkan nekrosis terjadi dalam kontinum sel.

Keadaan membran plasma : Pada apoptosis, membran sel tetap utuh dan sitoplasma mempertahankan badan apoptosis. Pada nekrosis, membran plasma pecah dan sitoplasma dilepaskan.

Proses peradangan : pada apoptosis tidak ada jenis peradangan yang diamati, sedangkan inflasi adalah salah satu karakteristik nekrosis yang paling mencolok. Hilangnya membran dan integritas seluler mengirimkan sinyal kemotaktik yang merekrut agen seluler yang terkait dengan proses inflamasi.

Bisakah Anda membedakan antara apoptosis dan nekrosis?

Apa itu tergantung pada apakah sel mati karena apoptosis atau nekrosis? Berbagai faktor terlibat dalam keputusan ini, termasuk sifat sinyal kematian, jenis jaringan yang dimaksud, keadaan perkembangan organisme, dan lain-lain.

Dengan menggunakan teknik histologi konvensional, tidak mudah untuk membedakan antara jaringan yang sekarat akibat apoptosis atau nekrosis. Hasil morfologi kematian yang dihasilkan oleh jalur nekrotik dan apoptosis berbeda dalam beberapa hal dan tumpang tindih dalam hal lain.

Bukti menunjukkan bahwa apoptosis dan nekrosis mewakili ekspresi morfologis dari jalur biokimia bersama yang disebut kontinum apoptosis-nekrosis. Sebagai contoh, dua faktor yang terlibat dalam konversi jalur apoptosis menjadi nekrosis: penurunan ketersediaan caspases dan ATP di dalam sel.

Kematian sitotoksik

Dalam organisme multisel, ada jenis sel tertentu yang termasuk dalam sistem kekebalan - atau sekresi yang mereka hasilkan - yang beracun bagi sel lain.

Sel-sel ini bertanggung jawab untuk memulai jalur yang bertanggung jawab untuk penghancuran sel target (yang dapat berupa sel yang terinfeksi oleh patogen atau sel kanker). Namun, penulis memilih untuk tidak memasukkan salah satu dari dua kategori yang disebutkan (nekrosis atau apoptosis), karena tidak terjadi melalui mekanisme tertentu.

Ambil kasus spesifik kematian sel yang dimediasi oleh tipe sel yang disebut limfosit CD8 ⁺ T sitotoksik . Dalam contoh ini, sel menggabungkan aspek kematian sel yang tidak disengaja dan terprogram.

Referensi

1. Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, AD, Lewis, J., Raff, M.,… & Walter, P. (2013). Biologi sel esensial. Ilmu Garland.
2. Cooper, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000). Sel: pendekatan molekuler. Washington, DC: Pers ASM.
3. Elmore, S. (2007). Apoptosis: tinjauan kematian sel terprogram. Patologi toksikologi, 35 (4), 495-516.
4. Ross, MH, & Pawlina, W. (2006). Histologi. Lippincott Williams & Wilkins.
5. Syntichaki, P., & Tavernarakis, N. (2002). Kematian karena nekrosis. Malapetaka tak terkendali, atau adakah keteraturan di balik kekacauan itu?. Laporan EMBO, 3 (7), 604-9.