Митохондриите и рак Warburg теория - рак: експерименти и хипотези

Митохондриите, клетъчна електроцентрали - в основата на най-старото биохимичен теорията рак, който вижда предпоставка за злокачествен растеж в увредената клетъчното дишане в "аеробни гликолизата". През 1923 г. Ото Варбург открит процес гликолиза opuholyah- през 1955 г. той формулира теорията си въз основа на поредица от наблюдения и хипотези.

Енергетика и дихателната верига

Така наречената локализиран дихателната верига на митохондриите. Той се състои от няколко ензими последователно "изгаряне" водород с кислород на хранителни вещества. За нашите цели да представи тази дихателната верига е достатъчна като "черна кутия", в която един вход 02 и Н2 (под формата на намалена коензим NADH) и който подава голямо количество енергия (АТР) и вода.

гликолиза

При разпадането на глюкоза до пирогроздена киселина АТР произведени директно, т.е. без дихателната верига. (За повече подробности с позоваване на читателя е да се търсят в учебник по биохимия.) Производство АТР в тази система в сравнение с висок добив на АТР от окислително фосфорилиране в леко дихателната верига, но производството на това малко количество АТР е осигурена дори в отсъствието на кислород.
Но има някои проблеми: разпадането на всяка молекула глюкоза с пирогроздена киселина възстановяване изисква две молекули на NAD до NADH. Въпреки това, доставките на NAD
в една клетка е ограничено, така че разпадането на глюкоза в крайна сметка спира. Катаболизма на глюкоза може да се осъществи само ако съответната окислението на NADH.
Такова NAD регенерация е възможно в резултат на реакцията на лактат дехидрогеназа - ензимно превръщане на пирогроздена киселина в млечна:

На всяка молекула млечна киселина се образува, една молекула на NAD, което осигурява трансформация на друга половин молекула глюкоза. Пътят от глюкоза, за да лактат млечна киселина, наречена glikolizom- по този начин енергия в отсъствие на кислород може да се превърне най-много глюкоза, както се изисква. Въпреки това, гликолизата - слаб заместител дишането. В гликолиза произвежда само 52 ккал / мол глюкоза (2 мола АТР), и при дишане 686 ккал / мол (38 мола АТР).

измерване скоростта на дишане манометрични метод и гликолиза Warburg

Както е известно, кислород се абсорбира в процеса на дишане. Ако съда, съдържащ клетките (клетъчна суспензия, тъканни срезове), свързан към манометъра, е възможно да се получи директно сравнение на данни за абсорбцията на кислород. Warburg въвежда концепцията на респираторния коефициент Qo2-количеството кислород в кубически милиметра абсорбира 1 мг тъкан (сухо тегло), когато наситен с кислород при 38 ° С в продължение на 1 час.

прилага налягане метод Warburg за измерване на концентрацията на млечна киселина, получена. При образуването на един мол от млечна киселина освобождава 1 мол С02 бикарбонатен буфер и извличане на въглероден диоксид измерва manometrically. Има също е предложен коефициент (Qmn2 или Qmo2) определяне на количеството въглероден диоксид в кубически милиметра, се освобождава в 1 мг тъкан за 1 час N2 индекси или 02 посочва условията, при които са направени измерванията, -. Азотна атмосфера А (анаеробна) или кислород (аеробно).

Гликолиза в ракови клетки

Високото ниво на гликолиза в асцитни клетки първо се записва през 1952 г. в лабораторията на Варбург (Берлин - Dahlem) - повторено след това потвърдена в други изследвания, беше установено. Но още 1923 гр. Warburg, анализ на усвояването на кислород и образуването на млечна киселина в раздели на твърди тумори установено, че те абсорбират по-малко кислород и произвеждат по-млечна киселина от нормални тъканни срезове.
Очевидно е, че в процеса на дишане в раковите клетки е счупен. Означава ли това, че увреждането на дихателната верига води до развитието на тумори?

Канцерогенни нарушават дъх

Дихателна, което води до развитието на тумори, причинени от две строги критерии:

1.  Щети трябва да е необратим, тъй като той излезе, след като те се прехвърлят на всички следващи поколения клетки.
2.  Въпреки това, тези лезии не трябва да бъдат пагубни за клетката. Ние не трябва да се очаква, че всички дишат отрови канцерогенни.

Формула дихателните отрова = канцерогенно трябва да се чете от дясно на ляво: всички канцерогени наруши процеса на дишане. Нитрозамини поберат тази формула и класически канцерогенни въглеводороди не са изключение. Дишането е нарушен в резултат на рентгеново облъчване: "Очевидно е, че канцерогенеза, предизвикана от рентгеново облъчване, не е нищо друго, като дихателна недостатъчност в резултат на премахването на (смърт) дишащи митохондриите" (този цитат, и всички следващи в тази глава, се взима от rabot-. Warburg).
Въпреки това, просто увреждане на дихателната все още не причиняват рак, "Ако нарушено дишане трябва да доведе до рак, такива нарушения, както вече бе споменато, трябва да е необратимо." Warburg предлагат елегантно решение на този проблем: необходимо е само да се предположи, че митохондриите са независими организми, възпроизвеждането на която е независима от ядрото. С други думи, митохондриите може да възникне само от други митохондриите. Това означава, че клетката, от която "нокаутира" митохондриите, не може да се образува нов митохондриите. Разбира се, по-горе се отнася и за дъщерните клетки.

Omne Granum д Grano

Предположения за самостоятелно възпроизвеждане "респираторни гранули" говори за дълго време. Въз основа на чисто морфологични съображения (митохондрии - това се изолира частици със сложна структура), беше заключено, че митохондриите и в действителност може да се счита като симбионти.
Убедително доказателство за тази идея намери съвсем наскоро. Както се оказа, в митохондриите има своя собствена ДНК и следователно те могат независимо да извършва процес на транскрипция (синтез РНК).

Пътят на туморната клетка: избора клетка, способна на гликолиза

"Дори ако дишането в соматични клетки претърпя необратими щети, ракова клетка все още не е настъпило, тъй като тя изисква не само образуването на необратими щети на дишането, но и повишаване на гликолиза, и такива, които ще компенсира загубата на енергия в издишания въздух. Как тогава направи печалба от гликолизата? "
Ако хранени плъхове DAB или диетилнитрозамин, след дълъг латентен период, се наблюдава повишаване на гликолиза в черния дроб до характеристиката на ниво на тумори.
Движещата сила на този процес е липсата на енергия в резултат на дихателна недостатъчност и принуждава клетката по някакъв начин се компенсира загубата на енергия, причинени от дихателна недостатъчност. И клетки (като население) отговарят на това изискване, като изберете, в хода на което ръцете взети гликолизните нормални соматични клетки. Клетките в които гликолиза недостатъчно силен зар и с по-интензивен гликолизните клетки оцеляват. Изборът продължава докато докато респираторни заболявания са напълно компенсирани мощност усилване гликолиза. Само тогава можем да предположим, че от една нормална клетка в ракова клетка произхожда. В допълнение, ние приемаме тази хипотеза, ние започваме да разбираме защо засилването на гликолиза се случва бавно и защо е възможно само след много клетъчни деления.

"Малоценност" на гликолиза енергия

"Защо - и това е последният ни въпрос - соматични клетки са дедиференцирани веднъж дишането им енергия се заменя със гликолиза енергия"? В резултат на гликолизата, както и в резултат на дишането, ATP се произвежда, и на АТР винаги е АТФ.
Warburg подкрепя тезата си непълноценността на гликолиза енергия два аргумента - историческите и морфологични.
От геология ние знаем, че преди появата на кислород в атмосферата в света има някакви форми на живот. Те са с ниска степен едноклетъчни организми, живеещи без кислород, но способен да гликолиза. И само тогава, когато атмосферата е имало свободен кислород - и това се е случило преди около 800 милиона години - почти изведнъж тя започва бързото развитие на живот и формира царството на растенията и животните. Следователно, еволюция creatrice дейности кислород резултат, по-точно, кислород за дишане. Пътуването на връщане силно диференцирането на соматичните клетки и днес е най-очевидно в процес на рак.
Надзъртам клетка канцерогенеза изглежда да се върне към примитивните форми на растеж.
В допълнение към исторически аналогия Warburg обяснява "ниско" енергия гликолиза следните разсъждения: дихателната верига е локализиран в митохондриите и гликолитични ензими - в цитоплазмата. Така АТР получена по време на дишане, се синтезира в органела и следователно, съгласно Warburg, има повече "структуриран" от АТР синтезира по време на гликолиза. "Това е като че облъчва две фотографски плаки същото количество светлина, но в един случай - разсеяна светлина, а другият - нареди. От една плоча образува дифузно потъмняване, от друга - числото ". Както казват философите, поръчката може да възникне само от ред.
недостиг на кислород в туморната тъкан

В условията на недостиг на кислород, раковите клетки имат значително предимство пред нормалните клетки: те помагат да оцелеят гликолиза, докато нормалните клетки ще умрат без кислород.
Въпреки това, съвсем не може да расте без кислород на туморните клетки, но те са парциалното налягане на кислород обикновено е под нивото, необходимо за нормалните клетки. ниво кислород ниско налягане в тумора може да се илюстрира чрез прост експеримент. Когато мишки бяха инжектирани с агенти на тетанус, мишката не се разболяват. Анаеробните тетанус патогени могат да се размножават само в условия на глад кислород, и в миши тъкан кислород налягане не е достатъчно ниска. Въпреки това, ако същите тези патогени инжектират в мишки, които имат тумор, животните се разболяват, защото микробите са в тумор среда с ниско съдържание на кислород. Този експеримент доказва, не само, че туморните клетки могат да растат анаеробно, но и това, което правят в тумори растат анаеробно (Malmgren).
Ефектът на "микроб - тумор" може да се използва за медицински цели (Mosè): ако туморът се третира с подходящ гостоприемник анаероби, умножаване на бактериите се установяват в тумори и селективно унищожаване на туморната тъкан. Тумори започват да омекотяват и в крайна сметка се разпада.

Двете фази на развитие на тумора

Warburg обобщени неговата теория на дихателните рак по-долу, не позволява възражения фрази:
Процесът на ракови клетки от нормални соматични клетки се състои от две фази. Точно както заболяването, причинено от чума множество привидно несвързани помежду фактори (топлина, наличието на насекоми и плъхове), но причинява само причина - бацил чума, поява на рак се дължи на няколко фактора. Този процес води каменовъглен катран и радиация, арсен и ниско парциално налягане на кислород в клетки, уретан и пясък. Но непосредствената причина, която води до всички други посочени фактори е необратимо разрушаване на клетъчното дишане.
Това е последвано от втора фаза от развитието на рак - дълга борба за оцеляване на увредените клетки, борба, в която някои клетки умират поради липса на енергия, а друга част е възможно да се компенсира загубата на енергия поради клетъчното дишане гликолиза енергия. Поради морфологичен малоценност енергия гликолизата много соматични клетки се превръщат в дедиференциираните произволно растящи клетки - раковите клетки.

предотвратяване рак чрез засилване на дишане

От това следва, директно от теория Warburg, че засилването на клетъчното дишане е да възпрепятстват развитието на тумори. Има един прекрасен пример за това.
В Скандинавия сме намерили форма на ларинкса и рак на хранопровода, което в ранен стадий (т.нар синдром Плъмър - Винсън) може лесно да се диагностицира. Ако такива пациенти се прилагат на хранителни коензими респираторни ензими (никотинамид, флавин и железни соли), тази премалигнени етап може да бъде напълно излекувана. Следователно, тази форма на рак може да бъде предотвратено, и в момента се разработва за измерване на пълното премахване на заболяването чрез добавяне на съответните хранителни вещества. В този случай, както изглежда, превенция не са налични проблеми, както е споменато коензими предозиране не води до усложнения.
В допълнение към такава превенция на рак чрез Warburg, и започва да се разработи метод за лечение на рак при Warburg (вж. Стр 258 и сл.) Използване на гликолиза.

Не всички тумори проявяват Warburg ефект

Ако гликолиза е истинската причина за ракова клетка и основната му функция, изглежда, всички тумори трябва да имат този имот. Въпреки това, първата тумора без аеробна гликолиза (Eisenberg, Potter) са били открити през 1958 година. Те бяха хематом с минимално отклонение, трансплантиран черен дроб тумор, който е само малко по-различно от здрав черен дроб. Както се оказа, има връзка между скоростта на растеж и интензитет като хепатом гликолизата: бързорастящи тумори произвеждат млечна киселина в значителни количества, докато бавно растящи тумори показват само слаба склонност към гликолиза или дори не го бяха в състояние да.

Фиг. 29.
По-късно Бърк направи измервания на тумори с минимално отклонение от нормата. Резултатите са показани на графиката на фиг. 29. В началото на кривата (черен дроб гликолиза е 1) показва бавно нараства хепатом много слаб гликолиза. Както се вижда от кривата на интензитета на гликолиза е много ниска, но не мога да кажа, че е несъществуващ.
"Нулева точка" е обект на противоречия: различни автори Q2 чернодробни варира от 1.0 до 0.6. По този начин, стойността 1.2 за гликолиза бавно растящ Морис хематом очевидно, само малко по-високо от нормалното.
Но противоречия не спират дотук: ако клетките се държат в условия на кислороден глад на 48-72 часа, скоростта на дишане в тях е значително намален. Ако такива клетки след това се оставят да растат при нормални условия, скоростта на дишане в тях се възстановява. Тъй като ниско налягане на кислорода характеризират повечето тумори, туморните клетки не дишат така интензитети те в действителност не страдат от липса на кислород.
И наистина, там е "истинска" dyhaniya- нарушение на тези клетки в много туморни клетки са по-малко митохондриите и се характеризира poni-
zhennoy интензивността на дишане и гликолиза власт, дори и след продължително излагане на въздуха. Въпреки това, до този момент не е ясно дали дишането и гликолизата в обратна връзка помежду си.
За да се справи с този проблем, Павел използва система от клетки, трансформирани с вирус полиома. Оказа се, че трансформираните клетки да произвеждат повече млечна киселина, докато в същото време абсорбират толкова кислород като нормални и трансформирани клетки. Следователно, те не представляват изключения от правилата гликолиза в туморните клетки, но в същото време показват, че заболяването на дишане не е необходимо за всички туморни клетки.
Що се отнася до клетки, трансформирани с вирус полиома, те приличат на ембрионалните стволови клетки: те не се безпокоят дишане и в същото време е налице интензивен гликолиза. Въпреки това, в черния дроб регенериращия гликолиза отсъства. Това означава, че растежът в себе си не означава автоматично гликолиза печалба. Защо туморни клетки с интензивен гликолиза експонат самостоятелно растеж и растеж на ембрионални стволови клетки могат да бъдат регулирани, остава неясно.

Интензитет гликолиза корелира с темп на растеж на тумора

В поредица от Морис хематом, че е в състояние да покаже, че в бавнорастящи туморите гликолизата протича слабо, а бързо развиващите се тумори имат много по-интензивен гликолиза. Съответно дишането като е в нарушение, както и броя на митохондриите намалява.
Бърк получи подобни данни на туморни клетки ин витро. Той сравнение двете туморни клетъчни линии, които са получени от една и съща клетка, но в които се постига различна степен на злокачественост след няколко пасажа. В по-малко от злокачествен линия гликолиза е минимална, докато злокачествен линия е намерил висок процент на гликолиза.
През последните проучвания, респираторни и гликолитични ензими и нормални чернодробни тумори Уайтхаус установено, че силно диференциран хепатом с минимално отклонение има същия набор от изозими, както и за възрастни нормални клетки на черния дроб, и все още проявяват висока злокачественост и убиват гостоприемника.
Въпреки това, дори в случаите, когато интензивността на гликолиза и скорост на растеж са корелирани една с друга, това не означава, че гликолиза - единственият и може би решаващ фактор при определяне на скоростта на анормален растеж. Защо да не е резултат от гликолизата неопластичен трансформация, а не неговата кауза? На въпрос дали нарушаването на дишане и гликолиза е наистина основните фактори в канцерогенезата, Warburg отговорил, че не може да си представи нещо по-първично от дишане и гликолизата. Междувременно Уайнхаус експерименти доказват, че почти нарушено дишане - следствие, а не причина за образуването на тумори.

заключение

Дихателна недостатъчност и повишена гликолиза в много туморни клетки са в основата на рак теория на Warburg. Рак изглежда е нищо повече от завръщане към примитивния начин на съществуване на "истински" едноклетъчни организми.
Дори и ако не всички тумори са способни на гликолиза, но скоростта на растежа на тумора е в пряка зависимост от интензивността на гликолиза.