CitologieCitologie

Citologia este o ştiinţă fundamentală, contemporan avansată, obiectul de studiu fiind structura, funcţiile şi metabolismul celulelor.Teoria celulară (1839) prezentată de botanistul Mathias Schleiden şi zoologul Theodor Schwann: Corpul tuturor animalelor şi plantelor se constituie din celule; Fiecare celulă are viaţa sa, dar este dominată de interesele întregului organism; În perioada contemporană, teoria celulară a fost completată încă cu 2 postulate noi: Orice celulă poate proveni numai din celulele preexistente; Toate celulele unui corp animal sau vegetal provin din oul fecundat.

Componentele structurale ale celulei

Celula este unitatea elementară a lumiii vii, produs al evoluţiei, cu o structură complexă, Celula este unitatea elementară a lumiii vii, produs al evoluţiei, cu o structură complexă,

aflată într-o relaţie de autonomie şi echilibru dinamic cu mediul înconjurător.aflată într-o relaţie de autonomie şi echilibru dinamic cu mediul înconjurător.

Principalele proprietăţi ale celulei: Principalele proprietăţi ale celulei: Creşterea Creşterea DezvoltareaDezvoltarea AutoreproducereaAutoreproducerea

Celula este contituită din următoarele componente principale: Celula este contituită din următoarele componente principale: Membrana celulară (citolema)Membrana celulară (citolema) Citoplasmă Citoplasmă NucleuNucleu

Diverse tipuri de celule în organismul uman

Membrana celulară

Citolema = membrană biologică elementară: reprezintă ansambluiri de lipide şi proteine,

care formează entităţi bidimensionale continue cu proprietăţi de permeabilitate

selectivă. Interacţiunea lipidelor cu proteinelor într-un mod anumit contribuie la formarea

unei structuri specifice denumită membrană biologică elementară sau biomembrană.

În raport de modul de aranjare a moleculelor de lipide şi proteine, se deosebesc

următoarele tipuri de Biomembrane: Externă (citolema) a celulei Organitelor celulare (endomembrane) Speciale (teaca mielinică a fibrelor nervoase, membranele ce formează discurile din

segmentul extern al celulelor cu bastonaş din retina ochiului).

La mărimea de 100000 ori cu ajutorul microscopului electronic, citolema apare ca o formaţiune trilamelară:

1 – 2 benzi externe electronodense (întunecate) = 2,5 nm

2 – 1 bandă internă electrononedensă (clară) = 3,0 nm

Proteine – 60%

Lipide – 40 %: fosfolipide / colesterol / glicolipide = 70 / 25 / 5.

Proteinele biomembranei externe(citolema)

Cantitatea şi topografia proteinelor în cadrul stratului bilipidic al unei membrane

biologice, determină specificul ei.

Conform destinaţiei funcţionale, proteinele în cadrul membranei biologice de tip

plasmalemal, pot fi clasificate în următoarele: Proteine structurale Proteine transportori Proteine enzime Proteine receptori

Proteine structurale

Proteine integrale (transmembranare): Proteine integrale (transmembranare): proteine mari, ce străbat bistratul lipidic al proteine mari, ce străbat bistratul lipidic al plasmalemei;plasmalemei;

Proteine perifericeProteine periferice: extrinseci şi intrinseci.: extrinseci şi intrinseci.

Glicocalix

Gliconema – strat adiacent la suprafaţa externă a plasmalemei celulei, constituit din oligozaharide (galactoză, manoză, fructoză, glucoză, galactozamină), grosimea variind de la 7,5 până la 200 nm cu o sarcină electrică, de obicei negativă. Gliconema joacă un rol decisiv în controlul asupra traficului transplasmalemal al ionilor.Unele molecule ale glicocalixului funcţionează ca receptori strict specifici (hormoni).Componenţa chimică, specificul aranjării, topografia lanţului oligozaharidic asigură specificul funcţionării fiecărui tip de celule, identitatea şi individualitatea lor (Ex. Gruppa sanguină).

1. Glicocalix

2. Plasmalema

3. Citoplasma

Scheletul membranei celulare

Scheletul membranei celulare (zona corticală a plasmalemei) reprezintă porţiunea

periferică a scheletului celular în lipsa organitelor celulare.

Proteinele scheletului: Actină Spectrină Ankirină

Proteinele formând o reţea, atribuie plasmalemei flexibilitate, rezistenţă, mişcări locale

ale suprafeţei.

Citolema este formată din următoarele componente:

1. Glicocalix

2. Biomembrana externă sau plasmalemă

3. Scheletul membranei

Funcţiile membranei celulare

Ca funcţii fundamentale ale citolemei sunt menţionate: Ca funcţii fundamentale ale citolemei sunt menţionate: rolul de recepţie, de barieră şi de rolul de recepţie, de barieră şi de transporttransport ale diverselor substanţe din interiorul celulei şi extracelular. ale diverselor substanţe din interiorul celulei şi extracelular.Funcţia de recepţie este asigurată de către Funcţia de recepţie este asigurată de către citoreceptori citoreceptori (molecule proteice speciale sau (molecule proteice speciale sau proteine cuplate cu glucidele (glicoproteineproteine cuplate cu glucidele (glicoproteine), parte componentă a citomembranei. Prin ), parte componentă a citomembranei. Prin intermediul citoreceptorilor, celulele detectează semnalele venite din extern prin calea intermediul citoreceptorilor, celulele detectează semnalele venite din extern prin calea umorală sau nervoasă, recunosc structurile proprii de cele străin, se recunosc reciproc, umorală sau nervoasă, recunosc structurile proprii de cele străin, se recunosc reciproc, determină formaţiunile extracelulare (fibronectină, laminină) de care se fixează. determină formaţiunile extracelulare (fibronectină, laminină) de care se fixează. Citoreceptor – canale ionice – molecula-semnal Citoreceptor – canale ionice – molecula-semnal = = închiderea sau deschiderea închiderea sau deschiderea

canalelor ionice (localizate la suprafaţa citolemei cu participare la formarea canalelor ionice (localizate la suprafaţa citolemei cu participare la formarea sinapselor).sinapselor).

Citoreceptori catalitici – structură complexă (porţiunea supramembranară-receptor Citoreceptori catalitici – structură complexă (porţiunea supramembranară-receptor propriu-zis + citoplasmatică cu caracter de proteinkinază). Insulina, hormoni de propriu-zis + citoplasmatică cu caracter de proteinkinază). Insulina, hormoni de creştere etc.creştere etc.

Receptori cuplaţi cu o proteină transmembranară reglatoare – proteina C asociată Receptori cuplaţi cu o proteină transmembranară reglatoare – proteina C asociată cu canalele ionice sau cu fermenţi. Prin modificarea activităţii AMP-ciclic din cu canalele ionice sau cu fermenţi. Prin modificarea activităţii AMP-ciclic din citoplasmă de către proteina C la fixarea moleculei semnal la citoreceptor, citoplasmă de către proteina C la fixarea moleculei semnal la citoreceptor, constituie un factor decisiv în realizarea numeroaselor reacţii chimice (mecanismul constituie un factor decisiv în realizarea numeroaselor reacţii chimice (mecanismul de acţiune a majorităţilor hormonilor şi neuromediatorilor).de acţiune a majorităţilor hormonilor şi neuromediatorilor).

Citoreceptori

Categoriile citoreceptorilor: Categoriile citoreceptorilor:

a)a) Pentru substanţe endogene (produse proprii a macroorganismului)Pentru substanţe endogene (produse proprii a macroorganismului)

b)b) Pentru substanţe exogene (agenţi patogeni, toxinele lor, droguri etc).Pentru substanţe exogene (agenţi patogeni, toxinele lor, droguri etc).

Funcţia de barieră şi de transportFuncţia de barieră şi de transport

Citolema funcţionează ca o barieră cu permeabilitate selectivă.Transportul transmembranic poate fi: – pasiv: prin difuziune simplă (sensul gradientului de concentraţie sau electrochimic în lipsa consumului de energie): molecule liposolubile, oxigenul, bioxidul de carbon etc. prin difuziune mediată (determinată de un grup de proteine transmembranare – ionofori). Ei pot fi transportatori mobili (cărăuşi). Ex. Citolema unui hepatocit conţine peste 800000 de astfel de proteine, fiecare din ele transportând 180 mln de molecule de glucoză. Prezentaţi sub formă de canale (permanent deschise sau “canale cu poartă”, ultimele funcţionând la comandă. Ex. O concentraţie anumită a ionilor, fixarea unui ligand de citoreceptor etc. prin difuziune facilitată (proteine transmembranare cu acţiune enzimatică). Efectul “pong” şi “ping” prin osmoză

– activ: activ: pot servi “pompe”pot servi “pompe” – ATP-aza de transport, ce reglează concentraţia ionilor de Na – ATP-aza de transport, ce reglează concentraţia ionilor de Na

şi K, prin trecerea forţată a ionilor de Na în spaţiul extracelular, iar a ionilor de şi K, prin trecerea forţată a ionilor de Na în spaţiul extracelular, iar a ionilor de

K, intracelular. Astfel, are loc reglarea volumului celulei, homeostazia ei. K, intracelular. Astfel, are loc reglarea volumului celulei, homeostazia ei.

Ex. Porţiunea proximală a nefronului.Ex. Porţiunea proximală a nefronului.

Transportul cuplat cu gradiente ioniceTransportul cuplat cu gradiente ionice – un cărăruş al glucozei fixează şi Na. – un cărăruş al glucozei fixează şi Na.

Acesta tinde de a trece în celulă conform gradientului propriu de concentraţie, Acesta tinde de a trece în celulă conform gradientului propriu de concentraţie,

antrenând la fel şi o moleculă de glucoză. Ex. Absorbţia glucozei la nivelul antrenând la fel şi o moleculă de glucoză. Ex. Absorbţia glucozei la nivelul

intestinului subţire, absorbţia aminoacizilor. intestinului subţire, absorbţia aminoacizilor.

Transportul în masă prin vezicule

Transportul în masă prin vezicule poate fi realizat prin:Transportul în masă prin vezicule poate fi realizat prin: Endocitoză Endocitoză Exocitoză Exocitoză Transcitoză Transcitoză

Transportul în masă prin endocitoză

Endocitoza – forma de captare din mediul înconjurător a substanţelor necesare. Poate fi de 2 tipuri: Fagocitoza – internalizarea structurilor de diversă natură. Ex. Bacterii, virusuri,

macromolecule, celule fragmentate, alterate etc. Sistemul macrofagal: macro- şi microfage. Pinocitoza – încorporarea în masă a macromoleculelor de comun cu lichidul celular.Procesul de endocitoza necesită consumarea energiei. Primar are loc fixarea structurii internalizate direct de citoreceptori sau prin intermediul opsoninelor (fam. Ig), apoi are loc activarea citoreceptorilor, care interacţionează cu actina la nivelul citoscheletului citolemei, cu emiterea faldurilor sau pseudopodelor de către celulă, înconjurând astfel materialul menit internalizării, cu formarea ulterioară a unei vezicule prin fuzionarea pseudopodelor. Vezicula formată intracelulară – endosom.Endocitoza strict selectivă – este mediată de receptori concentraţi la suprafaţa plasmalemei (domenii). Clatrina situată pe versantul intern al domenilor fixează poziţia receptorilor. Ca urmare a etapelor de endocitoză, are loc formarea complexelor “molecule-receptori” sau receptozomi sau vezicule acoperite de clatrină. Graţie capacităţii receptorilor de a fixa selectiv substanţele, concentraţia lor în interiorul veziculelor este mult mai mare de cât extracelular. Ex. de transport: hormonii steroizi, Ig, factorii de creştere, lipoproteine de densitate mică. Patologie: hipercolesterinemie familială – dereglarea transportului de colesterol, urmat de mărirea lui în patul vascular şi dezvoltarea aterosclerozei.

Endocitoza

1. Endocitoza mediată de receptori

2. Pinocitoză

3. Fagocitoză

1 2 3

Exocitoza

Exocitoza este procesul opus endocitozei. Endosomii (conţinut al produselor proprii sau

conţinut captat anterior din spaţiul extracelular) sunt vehiculaţi spre membrana bazală şi,

confluând cu ea, eliberează conţinutul.

Transcitoza

Transcitoza întruneşte endocitoza şi exocitoza. Mecanismul ei este acelaş ca şi la procesele

nominalizate. Endosomii formaţi într-o regiune a celulei, vehiculează spre partea opusă a ei,

confluează cu citoplasma şi elimină conţinutul său.

Transcitoza este un caracter specific pentru celulele endoteliale ale reţelei capilare vasculare

şi limfatice, unde are loc schimbul substanţelor dintre sânge şi ţesuturi, la nivelul enterocitelor

intestinului subţire.

Proteine fuzogene

Proteinele ce participă la modificarea plasmalemei în cadrul procesului de endocitoză,

exocitoză şi transcitoză cu formarea veziculelor fac parte din proteine integrale –

proteine fuzogene (de confluire).

Relaţia “celulă-celulă” Relaţia “celulă-celulă” şi celulă-substanţa extracelular㔺i celulă-substanţa extracelulară”

Citolema participă activ în fenomenele de recunoaştere şi adezivitate intercelulară.

Adezivitatea intercelulară este asigurată de proteine speciale, generic numite molecule de

adezivitate, care actual se împart în 4 clase de substanţe: Integrine (fixarea celulelor de matricea extracelulară) Caderine Imunoglobuline interfixarea reciprocă a celulelor Selectine

Molecule de adezivitate

Integrine – proteine membranare cu destinaţie de receptori, constitite din 2 subunităţi: A şi B.Actual sunt relevate 20 de clase de integrine, fiecare având afinitate doar pentru anumite molecule din componenţa matricei extracelulare. Totodată, domeniul citoplasmatic al fiecărei molecule de integrină este legat cu elemenetele citoscheletului (filamente de actină). Caderine – molecule de glicoproteine cu 3 domenii: supramembranar, intramembranar şi submembranar, unde are loc cuplarea cu microfilamente de actină. Activarea lor are loc doar sub influienţa inolor de Ca. În lipsa lor, are loc degradarea caderinelor. Ele contribuie esenţial la aderarea reciprocă a celulelor fenotipice într-un ţesut, esenţial influenţând procesul de diferenciere, lipsa aderării cu alte tipuri de celule.Imunoglobuline – molecule mari, cu domenii extracelulare bine dezvoltate.Selectine – glicoproteine membranare de 3 tipuri (L, P, E), ce asigură adezivitatea celulară tranzitorie a celulelor sângelui de cele endoteliale. L-selectinele – membrana citoplasmatică a leucocitelor; P-selectine – caracteristice numai trombocitelor şi megacariocitelor; E-selectinele – pe suprafaţa membranară a endoteliocitelor activate.

Joncţiuni intercelulare

Joncţiunile intercelulare

Simple Complexe

Digitiforme

Liniară

Zonula ocludenta

Zonula aderens

Desmozomi

Semidesmozomi

GAP sau nexus

Denticulare

Joncţiunile simple (de adezivitate)

Se formează doar înre celulele identice, care se recunosc reciproc prin intermediul proteinelor receptori.

Structura apare ca rezultat al apropierii a 2 membrane citoplasmatice la o distanţă de 20-30 nm, cu

interacţiune la nivelul glicocalixului. Printre spaţiul format circulă fluidul intercelular.

Se disting 3 tipuri de joncţiuni simple: Liniare Digitiforme Denticulare

Joncţiunile speciale (complexe)

Conform structurii şi destinaţiei, se clasifică în următoarele tipuri: Joncţiuni strânse (zonula ocludens, zonula aderens) Desmozomi (semidesmozomi) Joncţiuni comunicante (nexus, sinapse)

Joncţiuni strânse

Joncţiunile strânse apar ca rezultat al fixării membranei citoplasmatice între ele, cu obliterarea spaţiului intercelular. Rolul principal în organizarea acestor joncţiuni li se atribuie proteinelor joncţionale (variantă a celor integrale) din plasmalemă, cu formarea pe versantul extern a unei suduri în fermuar. Din partea internă a membranei, proteinele date sunt sprijinite de microfilamente ale citoscheletului. Totodată, joncţiunile strânse se deosebesc prin numărul şi gradul de dezvoltare a Totodată, joncţiunile strânse se deosebesc prin numărul şi gradul de dezvoltare a dispozitivelor de sudură. dispozitivelor de sudură. Ex. Tubii proximali ai nefronului – 1-2 şiruri de suduriEx. Tubii proximali ai nefronului – 1-2 şiruri de suduri Epiteliul ureterelor, v. urinare – 6 şiruri de suduriEpiteliul ureterelor, v. urinare – 6 şiruri de suduri Epiteliul intestinului subţire – o sudură poligonală nedeformabilă.Epiteliul intestinului subţire – o sudură poligonală nedeformabilă.

Desmozomi

Desmozomii sau joncţiuni de ancorare, reprezintă o structură complexă formată dintr-un

disc situat intercelular (proteine-desmogleine), iar din partea citoplasmei, fiecărei celule

cointeresate, se dispune câte o placă densă (proteine-desmoplachine) ancorate de

microfilamentele citoscheletului celulei.

1. Spaţiul intercelular

2. Disc proteic

3. Microfilamente ale citoscheletului

4. Proteine joncţionale

Semidesmozomi

Semidesmozomii sau hemidesmozomii reprezintă o variantă a desmozomilor, fiind

răspândiţi în locurile de fixare a celulelor epiteliale de membrana bazală.

Joncţiuni comunicante

Joncţiunile comunicante sau intercomunicante (nexus-GAP) reprezintă în microscopia electronică apropierea plasmalemelor celulelor la o distanţă de 2-3 nm, spaţiul intercelular fiind neobliterat. În citoleme apar dispozitive complexe – conexoni, ce reprezintă nişte prisme hexagonale constituite din

6 unităţi proteice (proteine integrale) dispuse în inel, ce formează un canal, prin intermediul căruia celulele comunică între ele. Nexurile apar şi dispar foarte repede (câteva secunde) şi sunt multe, în particular în celule în curs de diferenciere, celulele muşchiului cardiac, celulele musculare netede, celulele nervoase, endocrine. Complexele joncţionale – variante mai multe de joncţiuni (GAP, strânse, desmozomi), întâlnite între celulele epiteliale din intestin, tubii nefronilor rinichilor, celulele secretoare.

Simplastulpreparat histologicColoraţie: hematoxilină ferică

Indicaţi: fibre musculare în secţiune longitudinală nucleele fibrei musculare discul izotrop

• discul anizotrop• fibre musculare în secţiune transversală• miofibrile