Celula ca sistem biologic deschis Introducere Def. Celula = Celula poate fi definita ca fiind unitatea elementara a lumii vii, produs al unei ndelungate evolutii, cu o ordine interna complexa care ii confera caracterele de crestere, dezvoltare, si reproducere cu organizarea dinamica, aflata in relatii de echilibru cu mediul inconjurator. SB1: teoria sistemica + locul celulei n organizarea ierarhica a lumii vii metoda stiintifica actuala de cercetare a naturii idea baza: intreaga materie (nevie & vie) este organizata n sisteme ierarhizate fiecare sistem este alcatuit din subsisteme si la randul sau devine o componenta a unui sistem mai cuprinzator Def. lui von Bertalanffy: un sistem reprezinta un ansamblu de elemente aflate in interactiune; legaturile si interactiulile dintre elementele sistemului fac ca sistemul sa functioneze ca un tot unitar vis-vis de mediul nconjurator mentinerea sistemului va depinde de gradul sau de organizare, de felul cum functioneaza, de capacitatea sa de a contracara actiunile exterioare care tind sa l dezorganizeze dupa schimburile pe care le realizeaza mediul nconjurator existe 3 categorii de sisteme: 1. sist. izolate: nu fac schiburi (mat. sau energ.) cu mediul nconjurator sunt sisteme postulate doar teoretic (ipotetice) / nu existe in natura reprez. starea ideala a unui sist. 2. sist. inchise: realizeaza schimb de energie cu mediul nconjurator, dar nu si de materie 3. sist. deschise: realizeaza si schimb de energie si de materie cu mediul nconjurator celula este un sist. biologic, deoarece este un sist. deschis Locul celulei n organizarea ierarhica a lumii vii lumea vie este organizata pe doua nivele: nivelul de organizare morfologica sau individuala nivelul supraindividual niv. supraindividual: Biosfera Biocenoza Specie niv. individual: Organism Sisteme Aparate Organe 1

Tesuturi Celula Organite Macromolecule Molecule Atomi Particule subatomice Celula este considerata a fi punctul nodal de la care incepe viata.

SB2: caracterele sistemelor biologice (7 caractere!) 1. caract. istoric pt. a cunoaste organizarea si comportarea unui sist. nu este suficient sa-i conuastem parametrii actuali, ci trebuie sa-i cunoastem trecutul/istoria si legaturile lui de nrudire 2. caract. informational avand caract. istoric, fiecare sist. mosteneste de la sist. anterior un important stoc informational la care se adauga propria informatie dobandidta prin relatia cu mediul unitatea informationala = codon (o secventa de 3 nucleotide care semnifica un aminoacid) nscris n codul genetic 3. caract. de program structura unui sist. biologic nu este rigida fata de mediu -> poate prezenta mai multe stari un program reprezinta una din starile posibile ale unui sistem in cadrul limitelor permise de organizarea sa 3 tipuri de programe o programe pt. sine programe structurale , functionale care asigura autoconservarea sistemului dat ex. starile care asigura capturarea, devorarea, digerarea hranei, apararea etc. o programe inferioare reprezentate de programele subsistemelor componente a sistemului o programe superioare asigura existenta sistemului superior n care este integrat (reproducere, nmultire) 4. caract. de echilibru dinamic fiecare sistem tinde catre un echilibru dinamic care daca dispare -> celula moare sistemele nebiologice tind spre cresterea entropiei (desorganizare) si realizeaza echilibrul termodinamic sistemele biologice au o tendinta antientropica 5. caract. de integralitate 2

un sistem nu se reduce la suma nsusirilor partilor sale componente ci privit ca un intreg el prezinta nsusiri structurale si functionale noi, pe care partile componente luate izolat nu le prezinta apare ca rezultat al diferentierii structurale si functionale, cu cat diferentierea partilor este mai mare, cu atat independenta lor va fi mai mica -> in consecinta integralitatea sitemului va fi mai mare

6. caract. de autoreglare capacitatea unui sistem de a-si regla/controla procesele interioare n relatia cu mediul n vederea mentinerii homeostaziei sistemele biologice prezinta mecanisme de autoreglare care functioneaza pe principiul sist. cibernetice, adica prez: o un receptor (R) o un centru de prelucrare si comanda (C) o un efector (e) se realizeaza pe doua cai o calea conexiunii directe stimuli din mediu -> receptor -> centru de prelucrare -> efector -> raspuns o calea conexiunii inverse / feed-back efector -> receptor, (ceea ce sa obtinut/realizat de fapt), pt. ca autoreglarea sa se realizeze trebuie sa fie in permanenta o legatura intre raspuns si comanda?! 7. caract. de heterogenitate capacitatea sistemelor de a fi alcatuite din mai multe componente tendinta evolutiva generala a sistemelor biologice de orice nivel este n sensul cresterii heterogenitatii interne

3

SB3: Caracteristicile cel. procariote & SB4: Caracteristicile cel. eucarioteCaracterul studiat Organisme cu acest tip de organizare Dimensiuni Peretele celular Celula procariota - PK Bacteriile & algele albastre verzi 0,1- cativa m rigid si prezinta glicoproteine (mureina) permeabila numai pt. micromolecule, impermeabila pt. macromolecule, transport unidirectional stare de gel absenti nucleotid, fara membrana si nucleol Celula eucariota - EK celelalte alge, ciuperci, protozoare, celule vegetale si animale 3-18 m relativ rigid la cel. vegetala si absent cel. animala, la plante din celuloza micro- si macrotransport (endocitoza si exocitoza), transport bidirectional, selectiv, stari alternate sol-gel n functie de metabolic prezenti structura complexa, membrana dubla cu pori, 1(+) nucleotid, cromatina si matrice nucleara mat. gen. n cantitate mare si formeaza mai multe grupe de linkage, ADN-ul nuclear asociat cu proteine de tipul histonelor, la mat. gen. nuc. se adauga informatia gen. localizata in mitocondrii MITOZA & MEIOZA: indirecta prezenta, formarea gametilor precedenta de

Membrana citoplasmatica (celulara)

Citoplasma Curentii citoplasmatici Nucleul

Organizare materialului genetic

molecula unica de ADN, circulara, cu lungime 1400 m, neasociata cu histone, structuri genetice extracromozomiale (plasmide)

Diviziunea celulara Inmultirea sexuata

AMITOZA: directa, simpla rara, n mod exceptional proto-

4

Aparatul mitotic Mitocondrii & Aparat Golgi Reticul endoplasmatic

sau parasexualitate absent, echiparea mat. gen. asigurata de mezozom absente fara struct. caracteristica, sistem alcatuit din mebrane si vezicule -> echivalate cu RE 70s enzimele legate de membr. citoplasm. sau diverticulii acesteia nefiind ncorporate n struct. caracteristice PK=organisme unicelulare absenta flageli cu structura simpla

meioza prezent prezente sist. tridimensional de canalicule, vezicule si cisterne, ntre membr. cel. si nucl. 80s n citoplasma, 70s n mitocondrii si cloroplaste ncorporat n struct. specifice, ex: mitocondrii, cloroplaste, peroxizomi, lizozomi etc. n mod frecvent formeaza organisme multicelulare caracteristic! cilii si flagelii au o struct. proteica complexa ("9+2")

Ribozomii Echipamentul enzimatic

Capacitatea de a forma organisme multicelulare Capacitatea de diferentiere celulara Organite de locomotie

SB5: Elemente chimice si sarurile minerale: clasificare si roluri in organismul uman 1. elemente chimice Aprox. 20 de elemente sunt componente esentiale ale organismelor vii. Mai ales elemente usoare traverseaza cu usurinta membrana celulara pt. ca au un volum mic. In plus pot ceda sau accept electroni, determinand apartia compusilor stabili. Compozitia chimica a meteriei vii Compozitia chimica Cel. animala Subst. anorganice -apa 65% -saruri minerale 4,3% Subst. organice -glucide 11,2% -lipide 11,7% -proteine 17,8% Cel. vegetala 75% 2,5% 18% 0,5% 4%

Dupa concentratia intracelulara elementele se clasifica: a) macroelemente C, H, O, N - 2-60% din compoz. celulara si 95% din masa uscata a celor mai multe celule rol structural/plastic b) microelemente Ca, Na, Mg, K, Cl, S, P - 0,02-0,1% din compoz. celulara 5

rol structural si functional Ca: struct.: n alc oaselor si dintilor, funct.: contractie musc., coagulare, transmiterea n sist. nervos P: struct.: n oase, dinti si acizi nucleici, funct.: ATP+GTP, diviziune cel. Na: mineralizare a lichidului extracelular si pastrarea a pH-ului umorilor Mg: element constituitv al tesuturilor dure si moi

c) oligoelemente Fe, Cu, Co, Mn, Zn, I, Mo, F, B, V, Si - sub 0,02% din compoz. celulara rol catalitic carenta sau excesul lor n apa/sol n unele zone geografice -> "endemii bio-geo-chimice" abs. I n zone submuntoase -> "gusa endemica" abs. Zn -> nanism si hipogonadism (la pop. asiatice care au o alimentatie predominanta de cereale pt. ca cerealele inhiba absorbtia intestinala a zincului)

2. saruri minerale - intracelular a) forma disociata de ioni liberi, anioni: Cl-, PO42-, SO42-, CO32-, NO3-, sau cationi: Na+, K+, Ca2+, Mg2+ b) combinatii organominerale hemoglobina, hemociania, mioglobina, hemosiderina etc. rolurile: mentin presiunea osmotica & echilibrul acidobazic influenzeaza activitatea enzimatic (rol catalitic) intervin n numeroase procese celulare ca: permeabilitate, excitabilitate, contractilitate, vascozitatea citoplasmei, diviziune sursa de energie: fosfatul anorganic = principalul producator de ATP

6

SB6: Apa: importanta, origine, repartitie si proprietati biologice importanta cel mai abundent constituent celular mediul n care se organizeaza toate structurile si se desfasoara toate procesele fizio-chimice fara apa viata este imposibila, dar ea nu constitue substratul proceselor vitale origine H2O de natura exogena prin aport alimentar ca. 2l/zi H2O de natura endogena n urma reactilor metabolice repartitie repartitie intracelulara depinde de a) varsta individului: cu cat mai batran cu atat mai putina apa b) tipul celulei: neuroni 80%, cel. musc. 70-80%, cel. adipoasa 15% etc. c) varsta celulei: cu cat mai batrane cu atat mai putina apa d) activitatea metabolica la un moment dat: celule n momente de activitate au continut de apa mai crescut repartitia n organism o aprox. 60% din greutatea adultilor este apa o 40% intracel. si 20% extracel.: 15% intravascular (sange, limfa) 7

5%

extravascular

(lichid

cefalorahidian, proprietati biologice pct. fierbere + vaporizare + tensiune superficiala mai mare decat ale majoritatilor lichide obisnuite --> coeziunea interna (atractia dintre molec.) este relativ mare molecula polara cu caracter de dipol --> se pot lega prin leg. de hidrogen intre ele caracterul de solvent: solubilizeaza subst. dispersate care la randul lor modifica caracterele fizice formeaza nvelisul de hidratare al ionilor: favorizeaza transportul transmembranar constanta dielectrica mare: confera apei o capacitate de "ecranare termica" mare --> struct. cel. sunt aparate de distrugerile termice din posibile reactii exotermice caldura mare de vaporizare: permite reglarea temperaturii corpului prin evaporare prez. capacitatea de a disocia: H2O -> H+ + OH H+ + H2O -> H3O+ H3O+ + OH- = 2H2O disperseaza molec. amfipatice participa la tranzitiile de stare gel-sol ale citoplasmei efect lubrefiant la nivel articulatilor, organelor interne, matricia extracelulara, tractul gastro-intestinal

interstitial cavitati etc.)

si

SB7: Acizii nucleici: definitie, tipuri, localizare, organizare moleculara, rol definitie macromolecule de tip lant cu greutatea moleculare ntre 106-109 daltoni cu rol de a stoca si de a transmite informatia genetica sunt formate prin nsiruirea nucleotidelor nucleotid=nucleozid + acid fosfatic, nucleozid=baza azotata + pentoza, adica nucleotid= (baza azotata + pentoza) + acid fosfatic tipuri etc. ADN (acidul desoxiribonucleic) ADN cromozomial -> se afla n nucleu, are rolul de a transcrie informati genetica pe ARNm si ARNt ADN extracromozomial -> se afla n nucleoli, are rolul de a transcrie ARN ribozomal ADN mitocondrial (ADNmt) -> se afla n matricea mitocondriala, are rolul de a 8

codifica 22 tipuri de ARN mitocondrial ce duce la sinteza a 13 proteine mitocondriale ARN (acidul ribonucleic) ARN mesager (ARNm) o monocatenar o catena este extrem de flexibila o este carrierul informational de la ADN n citoplasma ARN de transport (ARNt) o aprox. 60 de tipuri o forma de trefla cu zone bicatenare su zone monocatenare o la extremitati przinta un situs specific pt. atasarea unui aminoacid si un anticodon specific pt. codonul de pe ARNm ARN robozomal o reprez. aprox. 50-60% din masa ribozomilor o molecule monocatenare la PK cu 23S,16S,5S si la EK cu 5S,7S,18S,28S

SB8: Proteine: definitie, clasificare, nivele implicatile medicale ale alterarii acestora

de

structura

si

definitie substante cuaternare formate din C, H, O, N la care se poate adauga S, P, Fe, Zn, Cu unitati structurale de baza: aminoacizi care se leaga ntre iei (putine AA: oligopeptid, multe AA: polipeptid) dupa compozitie se npart n doua clase principale: simple si conjugate (Lipoproteine, Glicoproteine, Fosfoproteine, Hemoproteine, Flavoproteine, Metaloproteine) (hidrolizarea unei proteine simple da numai aminoacizi, iar hidrolizarea unei proteine conjugate da si alti compusi) 9

clasificare dupa functie Clasa de proteine structurale

Functia rol plastic

reglatoare contractile imunologice de transport si depozitare

rol de sustinere moduleaza procesele fiziobiologice motilitate protectia imuna transport prin membrane biologice transportul O2, CO2, Fe, Cu

Exemple keratina (par, unghi) elastina (peretii vaselor) glicoproteine (membrane) colagen (matricea extracel.) hormoni (insulina) miozina, actina, tubulina, dineina, nexina anticorpi proteine intrinseci ale plasmalemei hemoglobina mioglobina globulina fixatoare de Fe ceruloplasmina rodopsina, receptorii sinaptici chalone, hormoni, factori de crestere ovalbumina nucleoproteine fibrinogen, trombina amilaza, lipaza etc.

controlul proceselor metabolice

enzime

generarea si transmiterea influxului nervos controlul cresterii si diviziunii celulare nutritie transmiterea informatiei ereditare rol n coagulare catalizeaza reactile biochimice

nivele de structura si implicatile medicale ale alterarii acestora 1. structura primara lantul polipeptidic / secventa de AA secventa de baza cu importata mare: daca ordinea aminoacizilor este schimbata determina sinteza unei proteini diferite / cu alterari biolog. importante 2. strucutra secundara -helix (ex. -keratina) foita -pliata (ex. -keratina) triplu helix, adica 3 lanturi helicoidale rascuite (ex. colagenul) 10

3. structura tertiara mod de inclinare / pliere a lanturilor polipeptidice, aranjament spatial -> formarea unei structuri compacte a proteinelor globulare depinde de secventa AA (struct. primara!) si mai ales de legaturile stabilite ntre reziduurile laterale determina activitatile enzimatice si antigenice; agentii fizici (temp. nalte, radiatii) determina ruperea structuri tertiare -> denaturarea proteinei -> pierderea activitatii biologice 4. structura cuaterna mod de aranjare al lanturilor polipeptidice individuale unele fata de altele majoritatea proteinelor mari contin doua sau mai multe lanturi polipeptidice legate prin leg. slabe, necovalente

SB9: Lipidele: tipuri, moleculara, rol biologic

localizarea

intracelulara,

organizare

subst. alcatuite din C, O, H la care se poate adauga P si N aprox. 2% din const. celulari, insolubile in apa - dar se pot extrage prin solventi nepolari ex.: eter, cloroform, benzen etc. organizarea structurilor necesita existenta lor

11

1. Acizii grasi liberi apar n concentratii mici

rol energetic si structural intra n caile de metabolizare, participand la: -oxidare n mitocondrii si

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

SB10: Glucidele: tipuri, localizarea intracelulara, rol biologic 12

peroxizomi, biosinteza trigliceridelor cu formarea de depozitie intracitoplasmatice, biosinteza lipidelor complexe, biosinteza prostaglandinelor Trigliceridele esteri ai glicerolului + acizii grasi forma de depozit / rezerva (energetic) a lipidelor se depun n celula sub forma de picaturi cu dimensiuni variabile ntre 0,280m Steroizii ntra n alc. unor substante importante: hormoni sexuali, hormoni corticosuprarenalieni, vitamina D, acizi biliari steroizi cu grupare OH se numesc steroli reprezentantul cel mai raspandit este colesterolul: ca si component membranar cu rol modulator al fluiditatii membranare se gaseste n zona hidrofoba a dublului strat lipidic din plasmalema Prostaglandinele derivati ai acizilor grasi, sintetizate n toate cel. nucleate din organism ex.: PGE1, PGF1, PGF2 roluri: antiinflamator, bronhodilator, scad tensiunea arteriala, intervin n agrearea plachetara, regleaza temperatura corpului Fosfolipidele lipide complexe care participa la formarea membranelor celulare prezinta un cap polar (hidrofil) si o coada apolara (hidrofob) formate din 2 lanturi de AG (acizi grasi) cele mai reprezentante datorita abundentei lor: fosfatidilcolina, fosfatidilserina, fosfatidiletanolamina etc. Sfingolipidele lipide complexe care se gasesc n cantitati mari n tesutul nervos formate dintr-o molecula de acid gras, o molecula de sfingozina si o grupare polara cele mai reprezentante datorita abundentei lor: sfingomielinele (n teaca mielina a nervilor) rol important n transmiterea intregului influx nervos Glicosfingolipidele lipide complexe implicate n imunitatea tisulara si n recunoasterea intercelulara celulele canceroase contin astfel de lipide Lipoproteinele lipide legate de molecule proteice constituenti forma circulanta n sange se clasifica: o lipoproteine de transport (kilomicroni, VLDL, LDL, HDL) o sistemele de membrana Lipocromii complexe formate din lipide si pigmenti cel mai reprezentant: lipofuscina (pigmentul de mbatranire)

subst. alcatuite din C, H, O principala sursa energetica a celulelor animale si vegetale

1. Monozaharidele Cn(H2O)n dupa nr. de C se clasifica n: trioze, pentoze (riboza si dezoxiriboza ntra n alcatuirea acizilor nucleici), hexoze (glucoza reprezina principala sursa de energiei a celulei), etc. 2. Dizaharidele se formeaza prin condensarea a doi monomeri monozaharidici cu pierderea unei molecule de apa (ex.: glucoza + fructoza zaharoza + apa; sinteza de deshidratare) C12H22O11 cele mai importante: zaharoza si maltoza pt. plante si lactoza pt. animale si om 3. Polizaharidele rezulta prin condensarea mai multor molecule de monozaharide odata cu pierderea unei numar corespunzator de molecule de apa; procesul este reversibil cele mai importante: glicogenul pt animale si om (rezerva energetica, cel mai bine reprezentat n cel. hepatice si musculare, structura corespunde perfect functiei de depozitare a glucozei) si amidonul pt plante 4. Glicozaminoglicanii (GAG) polizaharide n care unitatile de monomer sunt formate din derivati aminati ai monozaharidelor (glucozamina, galactozamina) si acid glicuronic cu sau fara H2SO4 clasificare: nesulfate (acidul hialuronic) si sulfate (condroitinsulfati, heparantsulfati, etc.) roluri: functie mecanica de sustinere, lubrefiere, amortizare a socurilor, interventie n metabolism 5. Glicoproteinele compusi formati dintr-un lant de polipeptide la care sunt legate covalent resturi de zaharidice sunt sintetizati intracelular dar localizati si intracelular si mai ales extracelular ex. glicoproteine extracelulare: o n plasma: fibrinogen, anticorpi, imunoglobuline, proteine de grup sanguin, tiroxina legata proteic o n urina: glicoproteine urinare o n membranele cel.: glicoforina 6. Proteoglicanii alcatuiti dintr-un miez proteic (=proteina core) pe care se ataseaza lanturi de GAG clasificarea: o extracelulari Agrecan n carltilaj Neurocan n tesutul nervos Perlecan n membrane bazale Versican n peretii vaselor Lumican n cornee o membranari

13

o

Syndecan, Betaglican intracelulari Serglicina n granulele de secretie din: mastocite, bazofile, eozinofile, neutrofile, monocite, trombocite, limfocite T, citotoxice

SB11: Morfologie celulara: forme si dimensiuni forme foarte variata la cel. eucariota si dependenta de diversi factori (functionali, genetici, caracterele fizice/chimice ale mediului nconjurator etc.) forma se modifica sub influenta factorilor interni cum sunt vascozitatea, procesele de sinteza si acumulare de subst. specifice etc. forma primara, sferica prezenta la celula ou (zigot), la cel. tinere nediferentiate si la cel. din medii mai putin dense (maduva hematopoetica) celule cu forma varibila o celulele n mediu lichid (sange, limfa, lichid cefalorahidian), pt. ca au capacitatea de a emite prelungiri ectocitoplasmatice cu caracter temporar (ex. neutrofilele emit pseudopode) celule cu forma fixa o celule diferentiate a tesuturilor si organelor realizeaza contacte stranse ntre ele/sau cu elemente din matricea extracel. o functie specifica -> forma fixa o n tesutul epitelial prezinta forme geometrice: izodiametrice: poliedrice, prismatice, cubice sau anizodiametrice: piramidale, cilindrice o n tesutul conjunctiv prezinta forme variate pt. ca spatiul intercel. este mai mare: fibrocitele au forma alungita de "fus" cu prelungiri osteocitele au forma stelata melanocitele au forma neregulata o n tesutul muscular prezinta forme diferite n functie de localizarea tesutului: forma de coloana polinucleata (cel. musc. striate scheletale) forma de "fus" (cel. musc. netede) forma de coloane scurte mononucleate (cel. musc. cardiace) o n tesutul nervos prezinta forme foarte variate: rotund-ovalara (neuronii pseudounipolari din ganglionii spinali) stelate (neuronii multipolari din coarnele anterioare ale maduvei) piramidale (neuronii din scoarta cerebrala) forma de "para" / "cosulet" (neuronii Purkinje) 14

o n sange: hematiele isi mentin forma activ (forma de disc biconcav!), pt. a avea suprafata maxima pt. un volum dat dimensiuni celulele din lumea vie acopera o scara larga (oul de strut - cea mai mica bacterie, raport 75.000/1) cel. de aceasi tip variaza n functie de varsta cel. activitatea metabolica: cele tinere si cu activitate mare au si o dimensiune mai mare decat cele mbatranite celule de talie mica sub 10m limfocitele mici, neuronii moleculari, eritrocitele, capul spermatozoidului celule de talie mijlocie ntre 10-30m hepatocitele, enterocitele, splenocitele, nefrocitele, tireocitele etc. celule de talie mare peste 30m neuronii pseudounipolari din ganglionii spinali, neuronii Purkinje din scoarta cerebeloasa, neuronii piramidali din scoarta cerebela, ovul (200m), celula musculara striata scheletala (12 cm long. pana la 100m trans.) SB12: Morfologie celulara: volum, numar, turnover celular volumul de regula constant pt. acelasi tip celular vol. cel. umane variaza de la un tip de celula la altul, ntre 300-1500m legea constantei volumului: dimensiunea organului nu este determinata de volumul celulei, ci de numarul celulelor care intra n alcatuirea sa factori proprii celulari o varsta celulei: celule tinere contin o cantitate mai mare de apa decat cele mbatrinite o functia celulara: cel mai important factor influenteaza atat vol. celulei ca atare cat si vol. nucleului sau raportul nucleo-citoplasmatic: interdependenta = modificarea unui determina concomitent modificarea celuilalt raportul metabolismului celular: raport dintre anabolism si catabolism factori de suprafata o rezistenta filmului lipoproteic al plasmalemei o rezistenta tramei citoscheletului membranar o rezistenta tramei de colagen extracelular numarul estimat prin stabilirea echivalentului nuclear la om: 1012 la nastere si 1017 la adult 15

hematiile sunt cele mai numeroase (mai multe zeci de mii de miliarde) hepatocite si neuroni: 100 miliarde nevrogliile: 1000 miliarde

turnover celular celulele mbranite si/sau moarte sunt nlocuite cu altele, provenite din diviziuni turnover = ritmul de preschimbare a diferitelor niveluri de organizare a lumii vii procesul sta la baza persistentei celulei vii pt. ca realizeaza adaptarea permanenta la fluctuatiile conditiilor de mediu; celulele isi inlocuiesc componentele uzate n cursul desfasurarii proceselor vitale turnoverul se determina prin masurarea intervalului de timp scurs de la aparitia pana la consumul unor molec. organice (colesterol, aminoacizi, glucide etc.) -> timp de njumatatire (-> histoautoradiografia moleculelor organice marcate cu izotopi radioactivi)

SB13: Compartimentarea interna a celulei eucariote compartimentarea este realizata de un sistem de endomembrane care delimiteaza organitele citoplasmatice si permite functionarea lor endomembranele au acelasi model la baza ca si membranele celulare (modelul "mozaic fluid").

principalele compartimente: 1. compartimentul nuclear realizat de nvelisul nuclear. Delimitand nucleul de citoplasma; membrana nucleara realizeaza separarea proceselor nucleare (transcriptie) de procesele citoplasmatice (translatie). 2. compartimentul citoplasmatic a) compartimentul plasmatic comp. A sau P, matricial, reprezentat de citosol b) compartimentul cisternal comp. B, reprezentat de matricele organitelor citoplasmatice delimitate de endomembrane c) compartimente speciale compartimente C, reprezentate de matricea mitocondriala si de matricea cloroplastidiala (n cel. veg.) -> prezinta un material genetic propriu, care le da capabilitatea de a desfasora biosinteza proteica proprie si de diviziune 16

Compartimentarea interna permite o specializare functionala tuturor organitelor celulare: membrana celulara confera individualitate celulei, regleaza schimburi cu mediul exterior etc. nucleul este centrul genetic si reglator al tuturor procese celulare reticul endoplasmatic neted este specializat n metabolismul lipidic si participa la fenomenul de detoxifiere celulara reticul endoplasmatic rugos intervine n sinteza proteinelor de export aparatul Golgi prelucreaza, matureaza si stocheaza produsii de sinteza si secretie lizozomii realizeaza apararea organismului, curatirea tesuturilor si hranirea celulei prin procesele de heterofagie si autofagie peroxizomii intervin n metabolismul apei oxigenate si n procesele de detoxifiere celulara mitocondrile sunt sediul de sinteza al ATP prin procesul de fosforilare oxidativa si realizeaza respiratia celulara intre compartimente exista relatii de colaborare si coordonare -> permite celulei sa functioneze ca un tot unitar si sa-si ndeplineasca functia n cadrul tesutului

SB14: Ultrastructura celulei eucariote Compartimentul Componente ultrastructurale

1. Periferia celulara 2. Nucleul interfazic

Glicolema Plasmalema Citoschelet membranar Membrana nucleara (anvelopa, nucleolema) Matrice nucleara (suc nuclear, nucleoplasma) Cromatina Nucleoli

17

3. Citoplasma

Matricea citoplasmatica (citosol, hialoplasma) Citoscheletul microtrabecular Citoscheletul celular Filamente de actina Filamente de miozina Filamente intermediare Microtubuli Nespecifice

Organite intracitoplasmaticeMitocondria, Ribozomii, Reticul endoplasmatic, Aparat Golgi, Lizozomii, Peroxizomii, Centrul celular, Cloroplastele, Glioxizomii

Specifice

Miofibrile, Gliofibrile, Neurofibrile, Tonofibrile

Organite ectocitoplasmaticeCu caracter permanent Cu caracter temporarJonctiuni, Microvili, Cili, Flagel Pseudopode, Valuri de membrana, Filopodii, Lamelipodii

Incluziuni citoplasmatice De depozit (glucidice, lipidice etc.) De secretie (proteice) Patologice (virale, bacteriene)

SB15: Matricea extracelulara - proteinele biosinteza, roluri si implicatii medicale

fibrilare:

tipuri,

1. Colagenul - Fibrele de colagen biosinteza si tipuri etapa intracelulara transcriptia mesajului genetic din genom pe molecule de ARNm moleculele de ARNm traverseaza porii membranei nucleare, trec n citoplasma unde participa la formarea poliribozomilor activarea aminoacizilor si transportul lor de catre ARNt la poliribozomi 18

traducerea mesajului genetic prin asamblarea aminoacizilor, formarea lanturilor polipeptidic (cu aparitia glicinei invariabil n pozitia trei; glicina permite formarea superhelixului final de colagen) trecerea lanturilor pro- n lumelul reticulei endoplasmatic rogos unde au loc niste mecanisme: i. hidroxilarea prolinei si lizinei ii. glicolizarea iii. n cisternele RER, trei lanturi pro- se asociaza si se rasucesc, formand molecula de pro-colagen triplu-helix transporul moleculelor de pro colagen la sacii golgieni prin intermediu microveziculelor desprinse din RER - definitivarea glicozilarii si ambalarea lor n microvezicule care vor fi transportate la perfiferia celulei -> eliminare prin exocitoza etapa extracelulara transformarea pro-colagenului n colagen prin scurtarea lanturilor + reducerea greutatii moleculare n spatiul extracelular, moleculele de colagen au capacitatea de a se asambla, formand: a. microfibrile (4-8nm) b. fibrile de colagen (mai multe microfibrile) c. fibre de colagen (forme superioare de org. a macromolec. de colagen, diametru 1-200m, vizibile n MO) realizeaza rezistenta tesuturilor conjunctive la tensiune si tractiune (cel mai evident n ligamente si tendoane) permite plierea si extensibilitatea tesuturilor conjunctive limitarea miscarei tesuturilor si organelor din vecinitate induce agregarea trombocitelor -> paricipa la coagularea sangelui regleaza diferentierii celulare n timpul dezvoltarii embrionare c. din membranele bazale formeaza o retea de suport pt. structurile supraiacente, limitand mobilitatea glicoproteinelor necolagenice c. din tesut osos reprezinta un substrat pt. depunerea cristalelor de hidroxiapatita

roluri

implicatii medicale boli genetice: biosinteza poate fi alterata prin defecte transcriptie si traducere -> alterari ale structuri primare scaderea leg. transversale -> instabilitatea leg. interfibrilare fragilitatea si/sau hiperextensibilitatea colagenului 19

de -> -> ->

osteogeneza imperfecta, sindromul Marfan, sindromul EhlersDanlos boli castigate: conditiile de viata si alimentatia neadecvate -> scorbutul, anemiile feriprive -> carenta n vit. C, fier sau oxigen face imposibila hidroxilarea prolinei si formarea leg. de hidrogen dintre lanturile polipeptidice boli autoimune: continutul bogat n glicina implica colagenul n manifestarile patologice ale raspunsului imun -> lupusul eritematos diseminat si artrita reumatoida

2. Elastina - Fibrele elastice este o proteina care contine pe langa aminoacizii caracteristici colagenului (glicina, prolina) si valina, alanina, glicocol, desmozina, izodesmozina cantitatea de hidroxiprolina este de 10-12 mai mica decat la colagen biosinteza incepe intracelular, celule implicate sunt condroblastele, miocitele netede etc., se formeaza proelastina, care dupa eliminarea extracelulara se transforma n elastina roluri elasticitate - predomina la nivelul tesuturilor modificari de volum la nivelul peretilor arterelor de tip elastic, reteaua tridimensionala -> permin elasticitatea ritmica fibroblastele, n matricea care sufera

de fibre este

implicatii medicale mutatiile genetice ale fibrilinei determina sindromul Marfan -> afecteaza tesuturile conjunctive bogate n fibre elastice -> ruptura de aorta posibil

SB16: Matricea extracelulara - GAG si proteoglicani: clasificare, roluri si implicatii medicale 20

GAG lanturi polizaharidice neramificate compuse dintr-o unitate dizaharidica repetitiva: unul dintre zaharuri este aminat si n cele mai multe cazuri si sulfatat; celalalt este n general un acid uronic n functie de prezenta sau absenta gruparii sulfat, GAG se clasifica n: nesulfatate (acid hialuronic) si sulfatate (condroitin sulfat, heparan sulfat etc.) roluri: functie mecanica de sustinere, lubrefiere, amortizare a socurilor, interventie n metabolism Proteiglicanii alcatuiti din lanturi GAG legate covalent la proteina core prezinta o heterogenitate practic nelimitata pt. ca o proteina core poate atasa un numar foarte mare de tipuri de GAG n tesuturi conjuctinve proteoglicanii formeaza "substanta de baza"; poate fii numit "gel polizaharid" -> roluri: rezista fortelor de compresiune aplicate asupra matricei permite difuzia rapida a substantelor nutritive si hormonilor din sange n celulele tesutului umple cel mai mare spatiu extracelular + participa la rezistenta mecanica a tesutului atrage o cantiate mare de apa n matrice - din cauza densitatii mari sarcinilor negative atrage cationi activi din punct de vedere osmotic (Na+) -> creaza o presiune de turgescenta (umflare) -> permite matricei sa reziste la fortele de compresiune implicatii medicale patologia se datoreaza alterarilor de ordin cantitativ sau calitativ a acestor componente matriciale Patologia Mucopolizaharidoze Degenerescenta si distrofia cartilajului Arteroscleroza Distrofia maculara corneeana Cancer Maladia Alzheimer GAG si proteoglicanii implicati GAG sulfatate Agrecan Versican Lumican Syndecan-1 Perlecan

21

SB17: Matricea extracelulara - proteine matriciale si membrana bazala Glicoproteine: 1. Fibronectina sintetizeaza celule: hepatocite, fibroblaste, cel. epiteliale si endoteliale este sintetizata n RER ca si monomer, n aparatul Golgi devine dimer, oligozaharidele sunt prelucrate pana la forma complexa si exocitate 2 implicatii medicale: efectul anticoagulant al RGD si procesul de metastazare 2. Laminina compusa din trei polipeptide legate prin leg. disulfurice intr-o structura asimetica n forma de cruce localizata n membrana bazala n apropierea a celulelor (interventie n interactiunea celula epiteliala - membrana bazala) 3. Condronectina mediaza specific atasarea condrocitelor de colagenul tip II din cartilaj este sintetizata de condrocite si interactioneaza cu condroitin sulfatul 4. Uvomorulina implicata n adezivitatea celulelor embrionare n faza de morula la celulele maligne se presupune ca are rol n agregarea celulara calciu-dependenta Membrana bazala: este o forma particulara de organizarea a matricei extracelulare localizata la interfata dintre tesut epitelial si cel conjunctiv, sau ntre doua straturi unicelulare, sau inconjoara celule individuale (musc., adip., cel. Schwann) n ME, o foita fina (grosime 40-120nm) contine colagen tip IV, laminina, nidogen, perlecan roluri rol structural (de sustinere, solidarizare a cel. epiteliale si de asociere a tesutului epitelial cu tesutul conjunctiv) filtru semipermeabil (la niv. glomerulilor renali regleaza trecerea macromoleculelor din sange n urina) bariera celulara (nu permite trecerea fibroblastelor, dar permite trecerea limfocitelor si macrofagelor) regenerarea jonctiunii neuromusculare n cazul distrugerii celulei musculare si/sai axonului

22

SB18: Membrana celulara: modelul mozaicului fluid, clasificare topografica, organizare moleculara, roluri modelul mozaicului fluid lipo-proteic = model de organizare a plasmalemei "Singer + Nicolson" n 1972 -> acceptata si la ora actuala "mozaic" datorita numarului mare de molec. proteice plonjate n dublul strat lipidic "fluid" datorita faptului ca proteinele + lipidele sunt animate de permanente miscari care le permit realizarea functiilor n cadrul membranei clasificare topografica a) Ectomembrane plasmalema face parte din categoria membranelor biologice de suprafata delimiteaza materia vie la nivel celular separa celula de mediu inconjurator -> individualitate mediaza + controleaza interactiunile celulei cu mediul exterior sau cu alte celule permite schimb de substante cu mediul extracelular b) Endomembrane reprezentate de membranele organitelor intracelulare delimiteaza materia vie la nivel intracelular membranele nucleare, mitocondriale, ale RE si aparatului Golgi, ale lizo- si peroxizomilor organizare moleculara - raportul proteine/lipide proteine - implicate n functile membranare lipidele - rol protector, de bariera a) P/L - 1/1: membr. de suprafata cu rol functional si de protectie b) P/L - 2/1: membr. cu rol predominant functional (ex. membr. interna mitocondr.) c) P/L - 1/2: membr. cu rol predominant protector (ex. teaca mielina) n afara de proteine si lipide sa gasec si glucide n cantitati reduse (0-10%, depinde de ce fel de membrana) roluri realizeaza compartimentarea reprezinta o bariera cu rol substante 23

n

reglarea

schimbului

de

realizeaza controlul fluxului de informatii ntre celula si mediul nconjurator rol n interactiuni intercelulare rol direct n metabolismul celulei permite polarizarea electrica si alte functii (rol n imunitate, asigura protectia mecanica etc.)

SB19: Plasmalema: modelul mozaicului fluid, lipidele membranare tipuri, organizare moleculara, proprietati biologice Plasmalema reprezinta partea centrala a periferiei celulare (7,5 nm) lipidele si proteinele constituente i confera permeabilitate selectiva

Lipidele membranare membranele celulare contin o mare diversitate de lipide principalele clase de lipide membranare sunt: fosfolipidele(70%), glicolipidele(5%) si colesterolul(25%) a) fosfolipidele: a. fosfogliceride (rezultate din esterificarea acizilor grasi saturati si nesaturati cu glicerina) ex: fostoatidilcolina, serina, glicerol, etanolamina b. sfingolipide (rezultate din saturarea acizilor grasi cu aminoacooli); cea mai mare raspandire in membrana neuronalab) colesterolul:

a. lipsit la procariote, dar prezent la eucariote b. n cantitate scazuta la regnul vegetal c. n cantitate mare n celulele animale pe versantul lipidic extern al plasmalemei si in membranele care predomina functia de barierac) glicolipidele:

a. compusi formati din lipide si oligozaharide b. evidentiate in membranele neuronale, membranele celulelor renale, hepatice, musculare c. cerebrozide: rol de recunoastere intercelulara/specificitatea grupelor sangvine d. gangliozide: rol in recunoastere celulara Lipide=molecule amfifile, amfipate 24

extremitate-cap (hidrofila) orientata spre exterior la contactu cu apa extremitate-coada (hidrofoba) orientata spre interior

Proprietati biologice: la contactul cu apa se organizeaza spontan sub forma de strat dublu lipidic = forma cea mai stabila de autoasamblare a lipidelor; in cazul exceselor de apa -> se organizeaza sub forma de micelii datorita mobilitatii, au rol in mentinerea fluiditatii membranelor influentata puternic de presenta colesterolului (creste fluiditatea cand e introdus in straturi cu lipide saturate si o scade in cazul prezentei lipidelor nesaturate) prezinta proprietatea de mezomorfism; la pH si temperatura fiziologica se gasesc in stare de cristal lichid; in urma modificarilor de temperatura are loc blocarea lanturilor de acizi grasi -> modificari de permeabilitate/moarte celulara rol in receptonarea si fixarea ionilor in cadrul transportului transmembranar asigura functia de bariera a membranei celulare SB20: Plasmalema: modelul mozaicului fluid, proteinele membranare tipuri, nivele de structura, proprietati biologice Proteinele asigura functionarea membranei rol de transport, enzimatic, de receptori si asigura adezivitatea intercelulara concentratia variaza intre 20% (mielina) si 75% (membranele mitocondriale) dimensiuni mai mari decat lipidele Clasificare d.p.d.v structural si functional: fibrilare: rol plastic globulare: rol enzimatic, functional Clasificare d.p.d.v. topografic: proteine extrinseci: atasate la exteriorul dublului strat lipidic

-> endoproteine (pe versantul intern) si ectoproteine (pe versantul extern) proteine intrinseci/ transmembranare: molecule amfifile alcatuite din 2 capete hidrofile si o zona hidrofoba care strabate stratul dublu lipidic Proprietati biologice: realizeaza sectorizarea plasmalemei in endo- si ectodomenii hidrofile si mezodomenii hidrofobe; toate proteinele transmembranare poarta pe ectodomeniul lor lanturi ologozaharidice = glicoproteine care vor lua parte alaturi de glicolipide la alcatuirea glicocalixului nr. proteinelor care iau parte la alcatuirea membranelor difera de la n tip celular la altul avand o localizare specifica la nivelul diverselor membrane sunt numite 25

enzime marker proteinele intrinseci prezinta 2 tipuri de miscare: rotatie rapida si difuziune laterala; prezinta numeroase asimetrii proteinele extrinseci sunt solidarizate in planul membranei

SB21: Glicolema Suprafata externa a membranei celulare prezinta un invelis cu aspect pufos = GLICOLEMA/ GLICOCALIX/ INVELIS DULCE AL CELULEI (continut crescut in glucide) presenta la toate tipurile de celule eucariote d.p.d.v biochmic e alcatuita din substante anorganice: apa si ioni dintre substantele organice fac parte gruparile glucidice ale glicoproteinelor si glicolipidelor din plasmalema in care se gasesc doar 9 zaharide naturale (din 100): galactoza, manoza, fructoza, galactozamina, glucozamina, glucoza si acidul sialic Functii rol important de protectie, participa la adezivitatea intercelulara (t. epitelial) asigura individualitatea celulei, deoarece glicoproteinele sunt specifice speciei si tipului celular -> grupele sanguine umane A, B, 0 sunt determinate de gruparile glucidice terminale ale glicolipidelor si glicoproteinelor din membrana eritrocitului rol in mecanismul de receptie al mesajelor indeplineste rol imunologic , la nivelul sau sunt localizate antigene A, B, Lewis indeplineste functia de filtru ionic indeplineste functia de amortizarea socurilor, capteaza substantele ce urmeaza a fi endocitate Implicatii medicale 26

boli metabolice: alterarea structurilor membranare care controloeaza

endocitoza si permeabilitatea -> receptorii de suprafata capabili de a recunoaste si de a se cupla specific cu diferiti mesajeri nu le permite recunoasterea si atasarea mesagerului -> modificari majore ale metabolismului celular maladii virale: patrunderea intracelulara a materialului genetic viral are loc ca urmare a cuplarii glicoproteinelor virale cu receptorii celulari localizati specific; in acest caz, alterarea moleculara a receptorilor face imposibila atasarea virusurilor -> efect benefic asupra organismului = individ purtator/nu dezvolta boala deoarece la nivelul sau se gasesc antigenele de histocompatibilitate si ai grupelor sangvine (aglutinogene A si B), joaca rol in rejectarea transplantului de organe si sange; cand hematiile care prezinta antigenul A sunt puse in contact cu un ser care contine anticorpi anti-A, anticorpii determina aglutinarea hematiilor si hemoliza celulele canceroase prezinta alterari ale glicolemei -> pierderea inhibitiei de contact si proliferare anarhica -> formarea de straturi celulare suprapuse din cauza incapacitatii de receptie a mesajelor din mediu

SB22: Citoscheletul membranar

structura exclusiv protetica care solidarizeaza proteinele plasmalemale cu proteinele citoscheletului celular (5-9 nm)

reteaua proteica este formata din proteine structurale si functionale: reteaua proteica de baza = tetrametri de spectrina in nodurile retelei: coplexe proteice care solidarizeaza reteaua la proteinele intrinseci ale plasmalemei pe bratele retelei: proteine de legatura cu citoscheletul celular in ochiurile retelei: protein-enzime care moduleaza polimerizarea si interactiunea proteinelor structurale Proteine structurale o Spectrina: o Ankirina: o Actina: o Proteina banda 4.1: proteina fibrilara ( si ) proteina globulara forma fibrilara proteina globulara; rol n conectarea 27

citoscheletului intrinseci ale plasmalemei si spectrina-actina

membranar n

la

proteinele interactiunea

Citoscheletul membranar e realizat dintr-o retea de tetrameri de spectrina solidarizata cu proteinele integrale ale plasmalemei si cu reteaua proteica a citoscheletului celular. Proteine functionale Calmodulinele: proteine ale caror molecule cuprind pana la 147 aminoacizi rol n reglarea proceselor intracelulare Rolurile citoscheletului membranar rol de sustinere a arhitectonicii suprafetei celulare confera membranei elasticitate datorata dispozitiei n retea a proteinelor fibrilare si rezistenta atribuita complexelor proteice de la nnivelul nodurilor retelei rol in adezivitatea intercelulara; filamentele de actina din componenta citoscheletului membranar interactioneaza cu plasmalema prin intermediul unei proteine numita vinculina; in celulele canceroase are loc alterarea vinculinei -> alterarea legaturilor citoscheletplasmalema -> pierderea formelor specifice ale celulelor (tind spre rotunjure) si micsorarea capacitatii de adezivitate, astfel putant fi usor antrenate cu curentul sanguin si transportate la distanta (metastazare) rol in motilitatea periferiei celulare; initiaza si participa la procesul de emitere a pseudopodelor rol in directionarea substantelor endocitate datorita legaturilor de continuitate cu citoscheletul celular rol in transmiterea si receptia intracelulara a mesagerilor

Implicatii medicale plachetele sanguine au rol important in coagulaea sangelui si in vindecarea ranilor; citoscheletul unei plachete trebuie sa suporte rearanjamente complicate n timpul reactiei de coagulare a sangelui (numeroase modificari ale formei) -> citoscheletul plachetar necesita componente proteice suplimentare (ex. fodrina); malsinteza fodrinei, determinata genetic, conduce la imposibilitatea modificarilor de forma plachetara si n consecinita la alterarea mecanismului de coagulare contactia celulelor musculare e influentata de legatura retelei corticale cu sarcolema; pe fata citoplasmatica a sarcolemei celulelor musculare striare cardiace si scheletale: distrofia (alterarea cantitativa sau calitativa a sintezei acesteia -> grup bolilor ereditare caracterizate prin distrugerea celulei musculare) ex. distrofia musculara 28

Duchenne/Becher citoscheletul membranar mentine forma de disc biconcav a celulei si asigura flexibilitatea si deformabilitatea sa pentru ca eritrocitul sa poata strabate capilarele sanguine cu diametru mai mic decat al sau; defectele genetice ale sintezei proteinelor din componenta citoscheletului membranar -> aparitia anemiilor hemolitice

SB23: Adezivitatea intercelulara: tipuri de jonctiuni, organizare moleculara, localizare si rol Adezivitatea = capacitatea celulelor de a realiza contacte intre celule sau intre celule si alte substraturi; se manifesta atat in vivo cat si in vitro fata de un substrat corespunzator In tesuturi adezivitatea se manifeste n 2 moduri: FUNCTIA Etanseizare TIPUL DE JONCTIUNE zonula ORGANIZAREA MOLECULARA proteine 29 LOCALIZARE SI ROL aproape de

adherens

intrinseci din plasmalemele vecine trec n spatiu intracelular (ex. ocludina & claudina)

polul apical al cel. absorbante unde creaza un spatiu de nchidere pe toata suprafata de absorbtie fata interna a plasmalemei domeniile lat. ale cel. absorbante

Ancorare

1. cu participarea filam. de actina c-c-zonula adherens c-MECcontacte focale 2. cu participarea filam. de intermediare c-cdesmozom

actina, cadherina vinculina, lactinina, integrina

desmoplaktin a, cadherina, filam. de keratine 1/2 din desmozina + integrina

epiderm, epitelule absorbante dom. lat. ale cel. absorbante polul bazal al cel. absorbante

Comunicare

c-MEChemidesmozo m jonctiuni GAP

membr. pre + postsinaptica, fanta sinaptica SB24: Semnalizarea intercelulara: modalitati de tipuri majore de semnale induce sinapsa chimica 30

conexoni canalul e permeabil pt. apa, ioni, influx n.; asigura peristaltism intestinal si contractie cardiaca

ntre toate tipurile cel. incepand de la primele blastomere

neuromembr., neuroefectoar e (c. nerv.c. musc.) semnalizare,

Sistemele de comunicare intercelulara asigura functionarea armonioasa a celulelor organismului uman. Incepe odata cu primele diviziuni ale celulei ou, controleaza cresterea si diferentierea in timpul embriogenezei, dupa care coordoneaza activitatea celulelor mature. Toate celulele se afla sub o dubla coordonare, nervoasa si endocrina, necesitand conlucrarea mai multor tipuri de molecule: 1. Molecule de semnalizare extracelulara = mesageri/liganzi, produce de celule pentru a informa celulele vecine sau cele aflate la distanta 2. Molecule de receptie a mesajelor = receptori, situate pe membrana sau in citoplasma celulelor tinta 3. Dispozitive de semnalizare intracelulara care se distribuie ulterior mesajele n diferite parti ale celulei 4. Proteinele tinta care atunci cand calea de semnalizare este activata sufera modificari si modifica comportamentul celular (ex. Activatoare ale genelor; canale ionice; componentele unei cai metabolice; componente ale citoscheletului) Modalitati de semnalizare intercelulara comunicarea de vecinatate semnalizarea contact-dependenta molecule de semnalizare fixate in periferia celulelor care le-au sintetizat si care actioneaza numai pe celulele care vin in contact cu celula semnalizatoare; prezenta la celulele embrionare si la celulele care asigura raspunsul imunitar semnalizarea paracrina molecule de semnalizare secretate in spatilu extracelular si actioneaza asupra celulelor tinta din apropierea celulei semnalizatoare = mediatori chimici local semnalizare autocrina o celula secreta in spatiul intercelular; molecule de semnalizare care se pot intoarce spre a se lega pe proprii receptori, fiind mai eficace atunci cand se petrece simultan => "efecto de comunitate" pentru a-si stimula proliferarea si diferentierea comunicare la distanta semnalizarea sinaptica transmiterea nervoasa realizeaza o comunicare rapida si selectiva a mesajelor prin intermediul neurotransmitatorilor; mult mai precisa decat s. endocrina semnalizarea endocrina celulele endocrine secreta molecule de semnalizare = hormoni care sunt secretati in sange si care controleaza comportamentul celulelor tinta raspandite in intregul organism; celulele endocrine si celulele nervoase lucreaza impreuna pentru a coordona activitatea a miliarde de celule; viteza relativ lenta

31

SB25: Receptorii celulari: definitie, clasificare, localizare, exemple

dispozitive de natura proteica localizati pe membrana plasmatica sau in citoplasma in functie de natura mesagerului

clasificare Dupa originea mesagerului cu care interactineaza Receptori pentru substante endogene a. Receptori pentru neurotransmitatori in membrana postsinaptica receptori pentru acetilcolina, noradrenalina, serotonina, histamina, acid gama-amino-butiric b. Receptori pentru hormoni intracelulara diferita in functie de natura hormonului(hidrofil sau hidrofob) receptori pentru insulina, hormoni hipofizari, parathormon, glucagn, adrenalina c. Receptori implicati in reactiile imunitare la suprafata celulelor implicate in raspunsul imun (limfocite T) si la suprafata tuturor celulelor din organism receptori pentru anticorpi d. Receptori pentru factorii de crestere molecule proteice cu rol fundamental in multiplicarea, diferentierea si supravietuirea celulara, in controlul homeostaziei tisulare si in repararea tesuturilor lezate Receptori pentru substante exogene a. Receptori pentru virusuri virusul HIV are receptori pe limfocitul T; virusul Epstein-Barr are receptori pe suprafata limfocitului B b. Receptori pentru antigene non-self" localizati la suprafata limfocitelor B c. Receptori pentru lectine in imediata apropiere a fibrelor elastice din plaman, in jurul alveolelor si capilarelor plamanului si in peretele vaselor sanguine receptori pentru phitohemaglutinins, concavalina si lectine galactozidice d. Receptori pentru droguri (medicamente) n plasmalema mai multor tipuri de cel. medicamentele au asupra acestor receptori o actiune antagonica, blocandu-le legarea de alte substante specifice e. Receptori pentru toxine bacteriene bacteriile patogene sintetizeaza si secreta toxine, proteine care omoara sau modifica celulele receptive si aunt agenti cauzali ai bolilor de natura bacteriana

32

Dupa modul de activare Receptori cuplati la canale ionice Receptori ionotropici Canale ionice cu deschidere contrlata de neurotransmitator o proteine transmembranare; permit pasajul selectiv al unor ioni anorganici Receptori legati la protena G (RCPG) o proteine monomerice cu 7 domenii transmembranare legate prin 3 bucle externe si 3 bucle interne; functional sunt capabili sa recunoasca semnale cu cele mai variate straturi: fotoni, ioni, molecule aromatice diverse, aminoacizi, nucleotide, nucleozide, lipide, proteine Receptori cuplati cu o enzima o implicati n captarea moleculelor de semnalizare care favorizeaza cresterea, proliferarea, diferentierea si supravietuirea celulara in cadrul tesutului; proteine cu un singur domeniu transmembranar

33

26.Mesagerii: Citokinele

definitie,

tipuri,

mod

de

actiune,

exemple.

Principalele tipuri de mesaje necesare vietii celulare sunt cele pentru supravietuire, pentru diferentiere si pentru diviziune. In cazul in care celula nu primeste semnalele adecvate pentru supravietuire, isi va actiona caile de intrare in apoptoza (moarte celulara programata). Moleculele de semnalizare au frecvent efecte diferite diferitelor tipuri celulare, influentand celulele tinta prin scaderea sau cresterea sintezei proteinelor: Acetilcolina (neurotransmitator) stimuleaza contractia celulei musculare striate scheleletale, dar scade viteza si forta de contractie a celulei musculare cardiace Raspunsul celular depinde de compozitia chimica a mesagerului Mesagerii hidrosolubili determina raspunsuri rapide si de scurta durata Mesagerii liposolubili determina raspunsuri tardive, dar de lunga durata Clasificare: - agonisti schimba total sau partial conformatia proteinei de atasare la membrana, activand receptorul - antagonisti blocheaza receptorii celulari, fara a le modifica conformatia (meds) Citokinele imunohormoni de natura prottica care mediaza imunitatea naturala si specifica sunt produse de diferite tipuri de celule actvate in presenta antigenelor actioneaza in secventa, constituie al II-lea senal endogen care impreuna cu antigenii amplifica rapid mecanismele de actiune ale macrofagelor, limfocitelor citokinele produse de fagocitele sistemului mononuclear se numesc monokine, iar cele sintetizate de limfocitele T, limfokine indeplnesc urmatoarele functii: mediatori ai imunitatii naturale regulatoria i activitatii, cresterii si diferentierii limfocitelor activatori ai celulelor inflamatoare nespecifice stimulatori ai cresterii si diferentierii leucocitelor exemple: Interleukina I Interleukina II interferonii 34

SB27: Efectele legarii intermediul proteinei G

ligand-receptor:

semnalizarea

prin

Proteina G sau proteina trimerica reglatoare este o proteina care mediaza interactiunea dintre receptor si enzima tinta; compusa din 3 lanturi polipeptidice diferite , si lantul = s leaga si hidrolizeaza GTP si activeaza adenilatciclaza AC lanturile si formeaza un complex strans unit care are rolul de a ancora proteina Gs (stimulatoare) pe fata citoplasmatica a membranei plasmatice In urma contactului

Efectele contactului ligand-receptor 1. Modificari structurale ale membranei rearanjarea receptorilor n "plaje" sau "cupole" 2. Modificari functionale ale membranei modificari de permeabilitate pt. ioni de Na, K, Ca se produc la legarea neurotransmit. de mb postsin. si au rol n transmiterea si generarea influxului n. formarea mesagerului de ordin II AMPc, GMPc, Ca pe calea AMPc, enzima activata produce un mediator solubil care elibereaza Ca din RE modificari specifice metabolismului celular mesagerii de ordin II traduc semnalele extracel. n semnale intracel. si declanseaza o cascada de reactii enzimatice care vor sfarsi prin rasp. cel. la comanda primita

35

SB28: Microtransportul pasiv Se realizeaza fara consum de energie, fiind independent de metabolismul celular si se supune legilor fizico-chimice de difuziune si osmoza. Transportul pasiv se realizeaza pe 2 cai:1) Difuziunea simpla schimbul de sbstante este conditionat de: Dimensiunile molecului: viteza de penetrare a moleculei

este invers proportionala cu volumul sau Absenta polaritatii: o molecula polarizata un traverseaza membrana plasmtica Absenta incarcarii electrice: o molecula cu incercatura elctrica si cu un grad inalt de hidratare sau cu un ion un poate traversa dublul strat lipidic; CO traverseaza cu usurinta bistratul lipidic Coeficientul de partitie: cu cat raportul este mai mare cu atat trasportul transmembranar al substantei este mai rapid (alcool, aldehide, cetone, glicerol, anestezice ) Gradientul concentrational: viteza de transport este direct proportionala cu diferente de concentratie pe o parte si pe cealalta a membranei *Apa, ureea strabat stratul lipidic inainte de a fi stopate de caracterul hidrofob al lipidelor. Pentru substantele hidrosolubile, stratul bimolecular lipidic se comporta ca o bariera, ele traverseaza periferia prin intermediul unor peptide: ionofoni sau prin proteine de tip canal cu deschidere automata (ex: jonctiune neuro-musculara nde impulsul nervos produce contractia muschiului) 2) Difuziunea facilitata se produce in sennsul gradientului concentrational pana la egalizarea concentatiilor pe ambele parti ale membranei proteinele care realizeaza difuziunea = permeazele au o mare specificitate si se comporta ca si enzime legate de membrana, ele sufera modificari conformationale reversibile 36

se realizeaza transportul anionilor, ureeisi glicerolului prin membrana eritrocituluisi transportul glucozei si al aminoacizilor prin plasmalema mai multor celule

SB29: Microtransportul activ Transportul care se realizeaza impotriva gradientului de concentratie si electrochimic cu consum concomitent de energie, la realizare asa participand energia rezultata din hidroliza ATP care rezulta din reactiile de metabolism. Transportul activ = transport metabolic dependent1. Transport activ primar:

modul de transport prin membrane al ionilor, se desfasoara cu consum de ATP 2. Transportul activ secundar: modul de transport transmembranar al glucozei si aminoacizilor, foloseste energa gradientelor ionice 3. Transport activ prin intermediu transportorilor ABC 4. Energia luminoasa pentru transportul H utiliata de unele bacterii Transportul activ se realizeaza prin pompe ionice pompele sunt protein-enzime integrate la nivelul plasmalemei si endomembranelor, care au capacitatea de a-si modifica conformatia si prezinta capacitati ATPazice (pompa de Na si K+ sau pompa de Ca) Transportul transcelular (transportul cuplat cu gradiente ionice) - permite proteinei transportoare sa exploateze energia stocata in gradientul electrochimic al unui ion pentru a transporta o alta molecula, energia libera eliberata in timpul deplasarii ionului in sensul gradientului sau electrochimic este utilizata ca forta de pompare a unei alte molecule in contra gradientului sau concentrational sau electrochimic Transportul activ prin transportotii ABC 37

-

formeaza cea mai mare familia de proteine de transport membranar, numele vine de la faptul ca fiecare membru al familiei contine doua domenii de legare a ATP, fixarea ATP determina dimerizarea celor doua domenii de legatura a ATP, iar hidroliza ATP conduce la disocierea lor; transportorii ABC utilizeaza fixarea ATP si hidroliza sa pentru a transporta molecule de o parte si de alta a membranei

SB30: Fagocitoza Mecanismul prin care celulele nglobeaza din mediul extraelular particule solide; proces complex care indeplineste mai multe roluri: - rol de aparare a organismului contra nonself-ului, celulele inglobeaza, apoi distrug bacteriile, virusurile, orice structura straina - rol de curatire a tesuturilor self-ului alterat - rol de nutritie a celulei fagocitare, in urma procesului de fagocitoza si digestie intracelulara resulta produsi finali (aminoacizi, monozaharide) pe care celulele cu rol fagocitar ii utilizeaza in propriul metabolism Celulele cu rol fagocitar - microfage sunt polimorfonuclearele din sange - macrofage iau nastere din celula stem, in maduva hematogena de unde trec in sange pentru 60 de ore si prin diapedeza ajung in tesutul conjunctiv unde se transforma n macrofage tisulare; totalitatea lor alcatuieste sistemul fagocitar mononuclear in care se distiing 3 compartimente : medular, sanguin si tisular. Etapele fagicitozei: A. Chemotactismul = miscarea dirijata a fagocitelor spre locul infectat; ca urmare a receptarii semnalului, acestea se ataseaza de peretele vaselor mici care iriga tesutul afectat apoi prin diapedeza trec prin peretele vasului si se deplaseaza la locul infectiei B. Recunoasterea particulei ce urmeaza a fi fagocitata (opsonizarea) cu ajutorul receptorilor de pe suprafata membranei, fagocitele recunosc macromoleculele proprii 38

organismului de cele straine si propriile structuri alterate fata de cele sanatoase; toate aceste structuri sunt antigene; recunasterea celulara se desfasoara astfel la doua nivele: la nivel tisular prin opsonizare, iar la nivel celular prin intermediu receptorilor C. Atasarea fagocitelor de particule acolare realizat de receptorii din plasmalema fagocitului care recunosc liganzii de pe suprafata particulei D. Inglobarea particulei atasarea complexului antigen-opsoninca la nivelul receptorului determina activarea acestuia care determina activarea proteinelor mecano-contractile din citescheletul membranar, urmat de emiterea pseudopodelor care inconjoara progresiv particula => fagozom E. Digestia intracelulara a particulei fagocitate fagozomul migreaza in citosol si fuzioneaza cu lizozomii primari => 1 lizozom secundar = fagolizozom in interiorul caruia are loc procesul de digestie intracelulara

SB31: Pinocitoza si Transcitoza Pinocitoza este procesul de transport n masa a unei cantitati variabile de fluid tisular impreuna cu macromoleculele pe carea acesta le contine; reprezinta o cale importanta prin care celulele capteaza o gama larga de substante necesare propriului metabolism Pinocitoza independenta de receptori forma de inglobare a substantelor din mediul extracelular in vezicule formate din invelisul celular, fara fixarea prealabila a substantelor la nivelul receptorilor membranari Pinocitoza cuplata la receptori se realizeaza cu ajutorul receptorilor din plasmalema care recunosc macromoleculele specifice din lichidul extracelular (ex. captarea colesterolului in celulele animale) Implicatii medicale: concentratia optima de colesterol liber in citoplasma inhiba reciclarea receptorilor sau formarea de noi receptori pentru LDL, in cazul bolii genetice hipercolesterolemie familiala are loc o producere exagerata de receptori pentru LDL => acumularea anormala de colesterol liber in citoplasma daca receptorii pentru LDL nu se sintetizeaza, absorbtia LDL este 39

blocata, colesterolul se acumuleaza in sange si contribuie la formarea de placi aterosclerotice n peretii vaselor pana la blocarea fluxului sanguin, fiind responsabile de episoare ischemice coronariene, cerebrale, pulmonare Transcitoza este o forma particulara a pinocitozei; n celulele endoteliale transportul veziculelor de pinocitoza se realizeaza in 2 moduri: transcitoza ditributiva n care veziculele trec de pe o fata pe alta a celulei endoteliale sub forma de siraguri transcitoza conectiva n care veziculele se unesc si formeaza canale

40