Citologie-conceptii,generalitati 1-12

5/10/2018 Citologie-conceptii,generalitati 1-12 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/citologie-conceptiigeneralitati-1-12 1/12

1.3.Concepţia actuală despre citologie

Citologia este o ramură a ştiinţelor biologice, care studiazăstructurile funcţionale şi fenomenele biologice generale comune tuturor celulelor, evidenţiind legile generale de desfăşurare a proceselor vitale lanivelul celular şi molecular de organizare. Manifestându-se ca o ştiinţăintegrativă, ea foloseşte noţiuni de morfologie, biochimie moleculară şicelulară, fiziolgie celulară şi genetică moleculară. Ultimul deceniu seremarcă prin intensificarea studierii nivelului molecular al proceselor

celulare. Celula este considerată ,astfel, un microcosmos, în carestructurile şi funcţiile interacţionează armonios, fiind determinate şi reglategenetic, încât să se realizeze o eficacitate maximă.

Dezvoltarea biologiei celulare şi moleculare se datorează pe de oparte perfecţionării tehnicilor de studiere a celulei, iar pe de altă parteprogreselor teoretice (conceptuale).

1.4.1.Tehnicile de studiere a celulei.

Sunt reprezentate de tehnici de microscopie (optică sau electronică)şi de tehnici de cercetare ( fizice, biochimice, debiologie celulară şimoleculară , etc).

1.4.1. Tehnicile de microscopie optică şi electronică Microscopia optică foloseşte fotonii pentru

realizarea imaginilor, asigurând măriri de 1500-3000 de ori(în mod obişnuit de 1400 ori), cu o putere de rezoluţie de0,2 micrometrii (µm).(Fig.1.1)

Fig.1.1 Formarea imaginii în microscopul optic1.Sursa de lumină; 2.Dispozitiv de uniformizare şi dozare a

luminii;3.Condensor;4.Preparat;5.Lentilă obictiv;6.Imagine formată înobiectiv;7.Lentilă ocular;8.Imagine finală.

Microscopia în contrast de fază, permiteexaminarea celulelor vii. Utilizează: microscoape cu

1



interferenţă, pentru aprecierea cantitativă a masei unor componentetisulare; - microscoape cu interferenţă diferenţiată, pentru studiereasuprafeţei celulelor.

Microscopia de fluorescenţă evidenţiază moleculele cufluorescenţă naturală ( vitamina A, catecolaminele) sau fluorescenţaindusă. Se foloseşte în imunohistochimie pentru detectarea reacţieiantigen-anticorp.

Microscopia cu ultraviolete foloseşte lumina ultravioletă pentrudetectarea unor amino acizi sau a acizilor nucleici.

Microscopia cu lumină polarizată pentru studierea formaţiunilor cristaline.

Microscopul confocal Permite obţinerea de imagini tridimensionale ale structurilor din

preparatele histologice.Principiul de funcţionare este asemănător cu cel al microscopului de

fluorescenţă. Sursa de lumină este reprezentată de un laser a cărei rază trece printr-o diafragmă cu deschidere punctiformă, după care este reflectată de o oglindămobilă spre lentila obiectiv. Preparatul este situat la nivelul distanţei focale aobiectivului. In urma acţiunii razei laser asupra preparatului, acesta emite unfascicul de lumină (eventual fluorescentă) care este colectat de lentila obiectiv şi dirijat spre diafragma punctiformă a detectorului , situată confocal ( în focarul

lentilei obiectiv, opus focarului în care este situat preparatul), rezultând o imaginefinală, care este captată de un detector (similar ocularului).

Razele luminoase emise de formaţiuni situate în alte planuri nu vor fi captatede detector, încât se obţine o imagine foarte"curată", neestompată de imagini aleobiectelor situate proximal sau distal faţă de planul focal. Prin deplasarea în planvertical a focarului lentilei obiectiv, se pot obţine imagini ale unor planuri succesive,ca profunzime, realizând "secţiuni optice", fără a fi nevoie de oresecţionare a preparatului. Imaginile planurilor succesive sunt stocate în memoria unui computer, care le "ansamblează" obţinând o imagine tridimensională a preparatului examinat.

Microscopul confocal permite examinatorului să

obţină "tomografia" unei structuri histologice, fiind folositpentru studirea citoscheletului, a dispunerii cromozomilor

în nucleu,etc. Dacă este dotat cu lumină flurescentă sepot obţine imagini confocale fluorescente.

Microscopul electronic se bazează pe utilizareafluxurilor de electroni pentru realizarea imaginilor,permiţând obţinerea unor grosismente teoretice maiputernice de 10.000 de ori decât în microscopia optică. Seajunge la o putere de rezoluţie egală cu 0,1 nanometri

(nm).Există două tipuri principale de microscoape

2



electronice: - microscopul electronic de transmisie şi microscopulelectronic de baleaj (scanning).(Fig.1.2)

Fig.1.2 Formarea imaginii în microscopul electronic1-Catod; 2-Anod; 3-Lentila (bobina)condensator;4-Preparatul; 5-Lentila (bobina)

obiectiv; 6-Imaginea primară; 7-Lentila (bobina) de proiecţie; 8-Imagine finală.

Microscopul electronic de transmisie (Transmission electronmicroscope - TEM) poate fi: - convenţional (CTEM), când diferenţa depotenţial ajunge până la 100.000 volţi; sau - de înalt voltaj (HVEM), cânddiferenţa de potenţial ajunga la 800.000 volţi.

Componentele esenţiale ale unui microscop electronic detransmisie sunt:

Catodul sau sursa de electroni, reprezentat de un filament de

tungsten încălzit.Anodul, care relizează diferenţa de potenţial.

Un sistem de electromagneţi , care acţionează ca nişte lentile

condensator, lentile-obiectiv şi lentile de proiecţie. Un suport pentru preparat sau portobiect , reprezentat de o grilă

metalică fină pe care se fixează secţiunea de ţesut, inclusă în masăplastică.

Un ecran pe care se captează imaginea. Un dispozitiv de fotografiere a imaginii.Puterea de rezoluţie este de 2 Angstromi(Å), în practică ajungându-

se la 1,2 nanometri.

Fig.1.3 Formarea imaginii la microscopul de baleaj (scanning)1-Catod; 2-Anod; 3-Lentilă (bobină) condensator; 4-Bobină de scanare; 5-Preparat; 5'-Detector de electroni; 6-Amplificator electronic; 7-Ecran deproiecţie;8-Imagine finală.

Ca fixatori se folosesc glutaralaldehida, pentruconstiutienţi proteici şi tetraoxidul de osmiu pentru lipideşi fosfolipide.

Se realizează secţiuni de ordinul nanometrilor cuajutorul unor ultramicrotoame, înzestrate cu cuţite dediamant.

Ultrasecţiunile sunt incluse în mase plastice şi întise pe grile de cupru . Pentru realizarea contrastului între diferite ultrastructuri se folosesc substanţe precumcitratul de plumb şi acetatul de uranil.

3



La examinare se observă că structurile cu densitate maredispersează (împrăştie) electronii, apărând de culoare închisă, în timp cestructurile cu densitate mică, care permit trecerea electronilor fară a-idevia apar clare.

În cazul microscoapelor electronice de înalt voltaj ( HVEM ),diferenţa de potenţial atinge un milion de volţi. Electronii pot pătrunde princelule întregi sau preparate de câţiva microni (cca. 2 microni). Se obţine oimagine detaliată a organizării tridimensionale, permiţându-sevizualizarea texturii celulare interne şi a unor detalii de structură, cum arfide exemplu elemntele citoscheletului.

Microscopul electronic de scanning (Scanning electronmicroscope – SEM ) se carcterizează prin faptul că electronii nu trec prin

preparatul studiat, ci mătură (şterg) suprafaţa acestuia, încât se va obţineo imagine tridimensională a accidentelor de suprafaţă. Puterea derezoluţie este de cca. 100 Angstromi.

Când electronii folosiţi de TEM sau SEM bombardează preparatul se produc radiaţii X cu lungimi de undă caracteristice elementelor lovite de electroni. Prinanaliza acestor raze X cu aparate adecvate se pot obţine estimări calitative şi cantitative foarte exacte asupra elementelor cu numărul atomic mai mare de 12.

1.4.2.Tehnici fizice .biochimice,de biologie celulară şimoleculară

Tehnici fizice:- Fracţionarea celulei prin centrifugare diferenţiată permite obţinerea

în stare pură a unor componente celulare, precum complexul Golgi,aparatul mitotic, ribozomi, etc.

O contribuţie deosebită la perfecţionare acestei tehnici a adus-o G.Em.Paladecare a pus la punct centrifugarea în gel de sucroză.

- Criofracturarea permite despicarea membranelor celulare îngheţate, la nivelul planului median al bistratului lipidic.- Autoradiografia localizează materialul radioactiv din ţesut.- Historadiografia realizează o microradiografie cu raze X a unui

preparat histologic.- Difracţia razelor X , care a permis descifrarea structurii spaţiale a

proteinelor şi a acizilor nucleici.- Difracţia şi dispersia de neutroni , prin care s-a descifrat

organizarea moleculară a cromatinei.- Rezonanţa magnetică nucleară de înaltă rezoluţie, ce se utilizează

pentru studierea interacţiunilor moleculare în membranele biologice.

4



- Rezonanţa magnetică în impulsuri , folosită la studiul permeabilităţiimembranelor pentru apă şi ioni.

- Rezonanţa electronică de spin, ce foloseşte ca markeri specificisubstanţe cu electroni impari care se ataşează şi evidenţiază molecule de

ADN, de proteine,etc.- Spectrofluorometria,ce permite studierea vâscozităţiimembranelor, difuziunea, rotaţia proteinelor.

Tehnici biochimice În biologia moleculară se utilizează:- Electroforeza în gel de poliacrilamidă, pentru studiiul proteinelor şi

acizilor nucleici.- Marcările bazate pe fotoafinitate a unor părţi din moleculelele

integrate în structuri celulare.

- Reconstituiri de structuri şi funcţii celulare din componentelepurificate.- Imunocitochimia evidenţiază reacţiile dintre antigen şi anticorp.

Tehnici complexe de biologie celulară şi molecularăSunt reprezentate de:- Tehnica ADN-ului recombinat.- Producerea de anticorpi monoclonali cu ajutorul hibridoamelor, ce

a permis descifrarea mecanismelor care reglează exprimarea genei.- Sinteza artificială a genelor.

- Manipulări de gene, etc.

1.5. Progrese conceptuale.Progresele teoretice sau conceptuale au permis îmbogăţirea,

dezvoltarea şi aprofundarea cunoştiinţelor de biologie celulară şimoleculară. Sunt reprezentate de:

- Analiza şi sinteza informaţiilor obţinute de morfologiacelulară, biochimia şi biofizica celulară, fiziologia celulară, ►geneticamoleculară, imunologia celulară şi moleculară, virusologie,etc. În acest

concept se manifestă două tendinţe opuse: una de acentuare a sintezei şialta de extindere a sferei de sinteză.- Molecularizarea informaţiilor , care constă în descifrarea

structurilor şi funcţiilor până la nivel molecular. Acest fapt a dus laschimbarea denumirii acestei ramuri a ştiinţelor biologice din "citologiegenerală" în "biologie celulară" şi apoi în "biologie celulară şimoleculară".

- Integrarea informaţiilor obţinute prin toate metodele şi de latoate nivelele într-un tot unitar, încât biologia celulară şi molecularăstudiază în mod complex şi complet aspectele morfofuncţionale ale

celululelor, observabile la microscopul optic, ultrastructurile relevate de

5



microscopul electronic, organizarea şi fiziologia moleculară, realizând oimagine exhaustivă a nivelului celular de organizare a materiei vii.

2. CELULA CA SISTEM BIOLOGIC

Prin sistem biologic se înţelege un ansamblu de elemente(componente) interconectate într-o formaţiune complexă, relativ stabilă,formaţiune care se comportă ca un întreg, cu proprietăţi şi funcţii distinctecantitativ şi calitativ de proprietăţile elementelor componente.

Există sisteme lipsite de viaţă (abiotice), precum particulelesubatomice, atomii, moleculele şi sisteme dotate cu viaţă ( biotice )cum ar

fi celulele, ţesuturile, organele, organismul, populaţia, biocenoza şibiosfera.Celula (cellula) este primul sistem biologic care manifestă cea mai

importantă caracteristică a materiei vii - capacitatea de auto reproducere.Formele de "viaţă moleculară", identificate până în prezent, ca "prionii"(microorganisme patogene, formate din particule proteice, fară acizinucleici) şi virusurile (microorganisme ce conţin acizi nucleici şi proteine)sunt capabile să se reproducă numai în interiorul celulei.

Celula, ca sistem, prezintă următoarele caracteristici:►Este un sistem deschis, pentru că are în permanenţă schimburi

de energie şi substanţă cu mediul extracelular.► Are un caracter istoric, apărând la un anumit moment al evuluţiei

materiei vii şi putând să dispară, atunci când materia vie îşi va produce oaltă formă mai eficientă de organizare decât celula.

► Are caracter informaţional, deoarece recepţionează,acumulează, prelucrează şi transmite informaţii cu ajutorul coduluigenetic.

► Prezintă trei categorii de programe, legate de capacităţile salestructurale şi funcţionale: a- programul " pentru sine", ce asigură

autoconservarea celulei ( de expl. în culturile de celule); b- programe alesistemelor componente, ca de exemplu programele organitelor sau alecomplexelor moleculare; şi c- programe superioare care asigură existenţasistemelor superioare ( ţesut, organ, organism).

► Echilibrul dinamic, ce se manifestă printr-o "pendulare" continuă,faţă de o stare morfofuncţională optimă, stabilă.

► Autoreglarea sau "feed back"-ul, prin care îşi controleazăprocesele interne, în funcţie de relaţiile cu mediul prin mecanisme de tipcibernetic.

► Heterogenitatea internă este însuşirea de a fi alcătuită din

elemente componente mai mult sau mai puţin diferite ( de expl.mitocondrii, ribozomi, microfilamente, microtubului,etc.)

6



► Integralitatea, prin care celula ca sistem, nu se reduce la suma însuşirilor elementelor componente, ci prezintă însuşiri noi (structurale şifuncţionale) pe care nu le au aceste elemente considerate izolat. Această

înşuşire permite desfăşurarea funcţiilor biologice fundamentale:

metabolismul, reproducerea, adaptarea, menţinerea stării de stabilitateadiferenţiată,etc.Pe baza acestor caracteristici, concepţia actuală despre celulă o

defineşte ca fiind: unitatea elementară a lumii vii, produs al evoluţiei,cu structură complexă, în relaţie de autonomie şi echilibru dinamiccu mediul înconjurător, având ca proprietăţi esenţiale metabolismul,autoreproducerea, creşterea şi dezvoltarea.

2.1. Arhetipurile celulareExistă două arhetipuri (arhetip = model primar, după G.E.Palade)

celulare: procariotele (procariot =prenucleat, fără nucleu distinct) şieucariotele (eukariot= cu nucleu distinct).

2.1.1. Procariotele Sunt reprezentate, în principal, de bacterii şi de algele albastre verzi

(denumite şi cianobacterii).Ele sunt mai mici (1-10 µm) decât celulele eucariote şi lipsite de

membrane intracelulare.Organitele celulare sunt puţine ( numai ribozomi) sau absente.

Nucleul nu apare distinct, genomul (totalitatea genelor) nefiind

separat de citoplasmă.Prezintă un cromozom unic, dispus în citoplasmă şi reprezentat de

un AND circular neconjugat cu proteine. ARN-ul şi proteinele suntsintetizate în acelaşi compartiment, în citoplasmă.

Nu au aparat mitotic, deoarece se înmulţesc prin sciziparitate.Îşi realizează locomoţia prin flageli simpli.Au metabolism aerob sau anaerob.

Sunt delimitate de o membrană plasmatică, ce trimite prelungiriendocelulare, denumite mezozomi , dublată la exterior de un perete

celular.Nu prezintă citoschelet, nu au curenţi citoplasmatici, iar endocitozaşi exocitoza sunt absente.

De obicei sunt monocelulare.

2.1.2.EucarioteleSunt reprezentate de protiste, fungi, plante şi animale.Au dimesiuni mai mari (5-100 µm) decât procariotele.Prezintă un sistem complicat de membrane intracelulare, care

delimitează unele componenete intracelulare (nucleul) şi unele organite

(mitocondriile, reticulul endoplasmic,complexul Golgi,etc).

7



Au un nucleu distinct, în care este situat genomul, ce cuprinde maimulţi cromozomi. Molecula de AND este foarte lungă şi conjugată cuproteine.

ARN-ul este sintetizat şi procesat în nucleu, în timp ce proteinele

sunt sintetizate în citoplasmă.Au citoschelet compus din proteine filamentoase, curenţicitoplasmatici şi desfăşoară procese de endocitoză şi exocitoză.

Prezintă aparat mitotic.Se divid prin mitoză şi meioză.

2.2 Morfologia generală a celulelor eucariote

Dimensiunile celulelor eucariote sunt extrem de variate. Ele seexprimă în următoarele unităţi de măsură: micrometrul, nanometrul şiangstromul.

Unităţile de măsură folosite în morfologia microscopică

Denumire Simbol ValoareMicrometrul ( =

micronul )µm ( µ ) 1 µm =0,001 mm = 10 –6 m

Nanometrul nm 1 nm = 0,001 µm = 10-9 mAngstrom A 1A=0.1nm=10-4um=10-10m

Limita practică de rezoluţie a ochiului uman este de cca. 0,1 mm, amicroscopului optic de 0,2µm, iar a celui electronic de 2 angstromi( Å ).

Pentru fiecare categorie de celule, dimensiunile sunt relativconstante, indiferent de specie sau mărimea organului. Diferenţele degreutate a aceluiaşi organ la specii diferite sunt generate de numărul decelule pe care îl conţin şi nu de volumul celulelor.

De exemplu, nefrocitele şi celulele musculare cardiace au dimensiuni apropiate la hominide, ecvine şi canide.

Limitele de rezoluţie in morfologieA. Cu ochiulliber

0,1 milimetri (mm) Ovocitul de pasăreOvocitul umanAmoeba

B. Cumicroscopuloptic

0,2 micrometri saumicroni

(μ sau μm)

Celule,Hematii,NeuroniNucleiMitocondriiBacterii, etc

C. cu 2 Angstromi (Ǻ) Ribozomi,

8



microscopulelectronic

sau0,2 nanometri (nm)

Virusuri,Organite celulaereMacromoleculemolecule

* Prin rezoluţie se înţelege distanţa minimă dintre două puncte în care acestea pot fi percepute caimagini seperate

Fig.2.1.Diagrama unităţilor de lungime

Dimensiunile medii ale diametrului celulelor se încadrează între 10-30 µm,dar în organismul animalelor există şi celule mai mici, precum: neuronii din stratul molecular al scoarţei cerebrale ( de cca.4-4 µm), eritrocitele (5-7 µm), precum şi celule ce ajung la dimesiuni foarte mari, un exemplu constituindu-l ovulul ce atingeun diametru de 150-200 µm la mamifere, 3,5 cm la păsări şi 10 cm la struţ. Neuronii motori din coarnele ventrale ale măduvei spinării au un corp ce atinge un diametru de 200 µm, iar dacă se iau în considerare şi prelungirile ajung la o lungime de 1-1,5 m sau mai mult, în funcţie de talia animalului. Fibra musculară striată are undiametru de ordinul micronilor, dar lungimea este foarte variată, de la 1 la 12 cm.

Volumul celulelor variază în limite foarte largi de la 200 la15000micrometri cubi (µm3), menţându-se constant pentru un anumit tip decelulă, independent de mărimea organului, aspect cunoscut subdenumirea de "legea constanţei volumului".

Vârsta şi funcţia determină variaţii în mărimea celulelor. Seobservă o reducere a volumului celular în cursul embriogenezei timpurii,

în cursul îmbătrânirii şi o creştere volumetrică în timpul dezvoltăriipostnatale. Se stabileşte un raport nucleo/citoplasmatic optim, un raport

9



al suprafeţei celulei faţă de volum şi un raport între metabolism şivolumul celulei.

Masa (greutatea) unei celule este de aproximativ 10-12 g, iar cea aunui ovocit uman de 10 -8 g.

Fig.2.2. Forma celulelor 1-Ovula; 2-Hematie de mamifer; 3-Eritrocit de pasăre; 4-Neutrofil de mamifer; 5-

Spermatozoid; 6-Celule poliedrice;7-Celule pavimentoase; 8-Celule cubice; 9-Leiocit; 10-Neuronpiramidal; 11-Neuron piriform; 12-Celulă mezenchimală; 13-Fibroblast;14-Melanocit,15-Adipocit alb;16-Histiocit; 17-Celulă prismatică cu platou striat; 18-Celulă caliciformă.

Forma celulelor , inţial sferică se modifică în cursul diferenţierii şimaturării celulelor. Forma celulelor este controlată atât de factori externica presiunea şi vâscozitatea mediului, cât şi de factori interni caactivitatea funcţională, vârsta, vâscozitatea citoplasmei, structura internăşi caracteristicile suprafeţei.(Fig.2.2 )

Forma celulelor se adaptează la funcţie, respectându-se o legegenerală a biologiei, conform căreia se obţine maximum de randamentfuncţional cu minimum de cheltuieli materiale şi energetice.Astfel,celulele

contractile sunt fuziforme sau cilindrice, iar celulele specializate înconductibilitate prezintă numeroase prelungiri.Numărul celulelor este extrem de mare, ajungând la ordinul de

milioane de miliarde (1014).Celulele sanguine reprezintă populaţia cea mai numeroasă, reprezentată de

mai multe zeci de miliarde. Numărul hepatocitelor şi al neuronilor este de circa 100 de miliarde, iar cel al nevrogliilor este de aproximativ 10 ori mai mare decât numărul

neuronilor .Durata vieţii celulei sau ciclul celular reprezintă intervalul de la

apariţia unei celule până îşi termină propria sa diviziune.

Variază de la 10-20 minute până la 10 9

minute. Celulele bacteriene trăiesc câteva zeci de minute, celulele epiteliale 1-2 zile, hematiile 127 zile, iar unele celulemusculare şi nervoase toată viaţa individului.

10



La om, în fiecare secundă au loc peste 4 milioane de diviziuni celulare, într-ozi au loc cca. 350 bilioane diviziuni, iar într-un an 10 14 diviziuni, număr egal practic cu numărul total al celulelor ce alcătuiesc corpul omului adult.

2.3. Compartimentarea celulelor eucarioteCelula eucariotă prezintă trei componenete principale: membrana,

nucleul şi citoplasma.(Fig.2.3)Membrana poate fi situtată la periferie, realizând pe de o parte

delimitarea celulei de mediul extracelular, sau poate fi dispusă încitoplasmă, unde formează un sistem de membrane intracelulare cu osuprafaţă deosebit de activă biologic, de 10-20 ori mai mare decât cea amembranei periferice.

Fig.2.3. Schema unei celule eucarioteideale

1-Membrana celulară;2-Nucleul; 3-Citoplasmă; 4-Lizozom primar; 5-Poliribozomi liberi; 6-Reticul endoplasmicrugos; 7-Reticul endoplasmic neted; 8-Complex Golgi;

9-Microfilamente; 10-Microtubuli; 11-Centrioli; 12-Corpuscul bazal; 13-Microvili;14-Cil; 15- Fagozom; 16-Peroxizom; 17-Caveolă acoperită; 19-Nucleoli; 20-

eterocromatină; 21- Cisternăperinucleară; 22-Por nuclear; 23-Mitocondrie; 24-Corp rezidual; 25-Granulede secreţie; 26-Picătură de lipide; 27-

Granule de glicogen; 28-Pseudopode.

Membranele intracelulare, endomembranele sau citomembranelediferă între ele prin structură, compoziţie chimică şi funcţie.

Ele împart celula în două compartimente: compartimentulmatriceal sau plasmatic "P" şi compartimentul intracisternal sau "E".Există şi un compartiment secundar sau de tip "C", reprezentat dematricea mitocondrială şi a cloroplastelor.

Totodată endomembranele delimitează nucleul şi unele organitecelulare (lizozomii, reticulul endoplasmic,complexul Golgi). Există şiorganite nedelimitate de membrane (ribozomii,centriolii, corpusculii bazali,microfilamentele, filamentele intermediare şi microtubulii).

11



12

Citologie-conceptii,generalitati 1-12

Documents

Transcript of Citologie-conceptii,generalitati 1-12