1

NOIUNI GENERALE DESPRE CELUL

Celulele:

x sunt unitile structurale ale lumii vii, x se afl permanent n relaie de echilibru dinamic cu mediul nconjurtor, x transform elementele din mediu n elemente proprii:

o prin procese consumatoare de energie, x au ca principale proprieti: creterea, dezvoltarea, autoreproducerea. Din punct de vedere structural exist dou tipuri fundamentale de celule: procariotele i

eucariotele. Procariotele (celulele fr nucleu propriu-zis) sunt:

x formele celulare de via cele mai simple i primitive, x reprezentate n principal de bacterii i alge, x celule mici, cu lungimea de 1-5 m, x formate din puine elemente structurale:

o membrana celular alctuit din: membrana intern ce trimite spre interior mici expansiuni, membrana extern cu rol protector,

la exterior poate prezenta un perete celular, o un nucleoid reprezentat de un lan de ADN fr histone asociate, ce nu prezint

nveli nuclear pentru a-l separa de ceilali constitueni celulari, o numeroi ribozomi liberi n citoplasm. Procariotele au capacitate de nmulire deosebit i se adapteaz foarte uor la

condiiile de mediu. Procariotele sunt studiate n medicin doar ca ageni patogeni.

Eucariotele: x sunt celule mai mari, cu diametrul peste 10 m, x sunt reprezentate de protozoare (ex. amoeba), celulele plantelor, ani-malelor, omului, x au o organizare complex, cu trei componente principale:

o membrana (suprafaa celular), o citoplasma, la nivelul creia exist numeroase organite delimitate de

endomembrane, o nucleul distinct, al crui material genetic, cu histone asociate este delimitat de

nveluul nuclear.

Organismul uman este alctuit din 1012 1015 celule eucariote grupate n numeroase (cteva sute) tipuri celulare, difereniate pentru a-i realiza funcia cu o eficien mare. Ele pot prezenta o singur funcie specific, dar frecvent au capacitatea de a realiza dou sau mai multe funcii:

x celulele glandelor mucoase au rol n sinteza i secreia unor substane mucoase, x celulele musculare au ca funcie contractilitatea,

2

x celulele senzoriale, transform stimulii fizici i chimici n impulsuri nervoase, x polimorfonuclearele neutrofilele i macrofagele, digestia intracelular, x celulele epiteliale din intestin au rol n absorbie, dar sintetizeaz i enzime digestive

(ex. dizaharidaze, peptidaze).

Celulele difereniate, de diferite tipuri (hepatocit, neuron, enterocit, nefrocit), la aceeai specie prezint diferene mari, fiind uor de recunoscut. ns celule de acelai tip, care aparin unor specii diferite (ex. hepatocitul de obolan i cel de om), prezint diferene mici.

FORMA CELULELOR

Celulelor eucariote au forme foarte diferite, determinate de: x factori genetici, x caracteristicile fizice i chimice ale mediului n care se afl, x raporturile intercelulare, x funciile pe care le ndeplinesc.

Celulele aflate n mediu lichid (ex. celulele sanguine) sunt de obicei de form rotund

sau ovalar, dar forma lor poate suferi modificri sub influena factorilor: x interni sau intracelulari, x externi sau extracelulari.

Astfel, leucocitele din snge, sferice sau ovale n plasma sanguin, i modific mult forma cnd strbat peretele vascular prin procesul de diapedez.

La nivelul esuturilor i organelor, celulele realizeaz contacte strnse ntre ele, iar forma lor devine neregulat datorit compresiunilor reciproce.

DIMENSIUNILE CELULELOR

La microscopul optic pot fi examinate structuri ale cror dimensiuni sunt de ordinul micrometrilor. La microscopul electronic ns pot fi studiate i cele de ordinul nanometrilor sau chiar al angstromilor.

De obicei este apreciat diametrul celulelor, iar suprafaa sau volumul lor pot fi calculate.

Diametrul majoritii celulelor din organism este cuprins ntre 10-30 m: x cele mai mici celule la mamifere sunt considerate celulele granulare (neuronii

granulari) din cerebel, cu diametrul de 3-4 m, x cele mai mari sunt ovocitele care au aproximativ 200 m, x unele celule nervoase pot depi 100 m.

Nu exist o corelaie stns ntre mrimea celulei i mrimea corporal a individului din aceeai specie dect numai pentru celulele foarte specializate cum sunt celulele nervoase.

Lund n considerare vrsta, se constat c celulele tinere au un diametru mai mare dect cele mbtrnite.

3

Volumul celulelor variaz ntre 200-1500 m3. Acelai tip celular are un volum comparabil n seria animal.

COMPOZIIA CHIMIC A CELULEI EUCARIOTE

Elemente chimice care intr n alctuirea celulelor eucariote sunt: x macroelemente (95%): oxigenul, carbonul, hidrogenul i azotul, x microelemente reprezentate de Ca, P, K, S, Na, Fe, Mg i Cl, x oligoelemente:

o foarte importante pentru activitatea celular chiar dac sunt prezente n cantiti mici,

o se cunosc pn n prezent peste 30 oligoelemente ce intr n structura organismului animal, Cr, Co, Cu, I, Se, Vn i Zn au rol esenial n activitatea celular.

Moleculele organice care intr n structura unor constitueni de baz ai celulei sunt:

proteinele, lipidele, glucidele, acizii nucleici ADN-ul i ARN-ul. Proteinele sunt reprezentate de:

x proteinele structurale, cu rol central n realizarea structurii celulei, x enzime, care au rolul de a cataliza reaciile intra i extracelulare.

Glucidele sunt prezente sub form de glicogen, glicoproteine sau gli-colipide. Ele intr n alctuirea membranei celulare i a unor organite.

Lipidele formeaz complexe lipoproteice care intr n structura cito-membranelor, pot fi stocate ca rezerve i servesc drept substrat energetic.

Acizii nucleici dein informaia genetic.

Apa intr n alctuirea celulei n proporie de 60-90%, dar dei este in-dispensabil activitii celulare, ea nu constituie substratul acesteia.

DURATA VIEII CELULELOR

Durata vieii celulelor difer n funcie de tipul celular. Astfel, celulele epitelului intestinal triesc 48-72 ore, dup care sunt nlocuite, iar pe de alt parte celulele nervoase i cele musculare cardiace au durata de via egal cu cea a individului.

Celulele epiteliale sunt elemente labile, cu o durat de via relativ scurt. Celulele uzate sunt nlocuite n permanen cu celule tinere provenite din diviziunea celulelor epiteliale din stratul bazal. Intensitatea procesului de rennoire celular a diferitelor epitelii este variabil. Astfel epiteliul intes-tinului subire se rennoiete la 4-6 zile, epiteliul de suprafa al stomacului la 3-4 zile, iar cel glandular anual. Studiul caracterelor morfologice ale celulelor descuamate st la baza citologiei exfoliative care permite depistarea precoce a unor afeciuni neoplazice (ex. studiul frotiului vaginal permite depistarea pre-coce a cancerului de col uterin). Cheratinocitele au durata de via de aproxi-mativ 28 de zile, dup care se descuameaz.

4

Problema duratei n timp se pune i pentru componentele structurale ale celulei. Astfel, ADN (cromatina nuclear) persist tot timpul vieii celulei, dar alte uniti structurale sunt n continu schimbare.

ORGANIZAREA MORFOLOGIC A CELULEI EUCARIOTE

Structura celulei este diferit n raport cu:

x fazele ciclului celular, x vrsta celulei (celulele tinere au talie mai mic i structur mai simpl; cele mature au

structur complex), x fazele funcionale ale celulei.

Astfel, o celul adipoas cnd se ncarc cu grsime are un aspect, iar cnd pierde grsimea, alt aspect.

Toate celulele eucariote au n componena lor trei elemente structurale de baz: membrana sau suprafaa celular, citoplasma i nucleul.

Membrana celular este foarte subire i de aceea nu poate fi observat la microscopul optic.

Citoplasma apare nestructurat la microscopul optic, cu aspect gra-nular sau filamentos. La nivelul citoplasmei exist organitele celulare:

x ribozomii, cu rol n sinteza proteinelor, x reticulul endoplasmic, cu rol de sintez i de sistem microcirculator intracitoplasmatic, x aparatul Golgi, cu rol n procesul de secreie celular, x mitocondriile, productoare de energie, x lizozomii, cu rol n digestia intracelular, x peroxizomii, cu rol n procesele de detoxifiere de la nivel celular, x centriolul, ce iniiaz diviziunea celular.

Pe lng organite, n citoplasm pot exista i formaiuni cu un caracter tranzitor cum ar fi incluziunile celulare glucidice, lipidice, proteice, pigmen-tare.

Nucleul este structura celular care se evideniaz cel mai uor la mi-croscopul optic. n interiorul nucleului se gsete cromatina i nucleolul, n-corporate n matricea nuclear (suc nuclear, carioplasm, cariolimf).

5

MEMBRANA CELULAR

. Concepia actual privind structura membranei celulare a fost formu-lat pe baza

informaiilor furnizate de teoriile precedente (modelul paucimo-lecular, teoria "unitii de membran", teoria mozaicului fluid), completate cu date noi oferite n primul rnd de microscopia electronic.

S-a stabilit clar c structura fundamental a membranelor celulare este reprezentat de un bistrat lipidic continuu, situat la periferia celulei, cu grosimea a dou molecule lipidice, n care sunt interpuse molecule proteice integrale i periferice.

La nivelul celulelor exist trei tipuri de membrane:

x membrana plasmatic, care delimiteaz celula i intervine n: q metabolismul celulei, q schimburile dintre celule i mediul extracelular, q realizarea adezivitii celulare i a dispozitivelor joncionale, q imunitate,

x endomembrane care delimiteaz organitele (nucleul, reticulul endo-plasmic, complexul Golgi, mitocondriile, lizozomii, peroxizomii),

x membranele speciale, cum este teaca de mielin.

n compozia chimic a membranelor celulare intr 30% ap, 70% sub-stane organice i cantiti foarte mici de substane anorganice. Din masa us-cat a membranelor, peste 90% o reprezint lipidele i proteinele (35-40% lipide, 55-60% proteine), iar restul sunt glucide (1-9%).

Teaca de mielin conine 80% lipide i 20% proteine, n timp ce mem-brana intern a mitocondriei este alctuit n proporie de 75% din proteine.

n structura membranei celulare: x lipidele sunt localizate n totalitate n plasmalem, x glucidele sunt prezente doar n structura glicocalixului, pe frontul E (extern) al

plasmalemei, x proteinele se gsesc sub form de proteine globulare n plasmalem i ca proteine

fibrilare (ce formeaz reele fine) n glicocalix i mai ales n citoscheletul membranei, x apa este localizat n glicocalix, feele hidrofile ale plasmalemei i n citoscheletul

membranei; n toate zonele mbibate cu ap vor ptrunde ionii anorganici, substane cu rol funcional foarte important.

Suprafaa celular cuprinde: x plasmalema, partea central a membranei celulare, cu grosimea de 7,5 nm, observat

prima dat la microscopul electronic, constituit din: o stratul bimolecular lipidic o dou straturi de proteine repartizate asimetric de-o parte i de alta a bistratului

lipidic,

6

x glicocalixul (glicolema), o structur glicoproteic cu grosimea de 50 nm ce acoper faa extern (frontul E) a plasmalemei,

x cortexul celular cu grosimea de 5-9 nm, situat pe faa intern (frontul P) al plasmalemei.

PLASMALEMA

Plasmalema: x este componenta principal a membranei celulare, x are o structur lipoproteic trilaminat cu grosimea de 7,5 nm:

aspectul trilaminat este conferit de cele dou foie ntunecate ntre care se afl o foi clar,

x are permeabilitate selectiv dat de distribuia lipidelor i proteinelor.

Lipidele, localizate n totalitate n bistratul lipidic sunt reprezentate de: x fosfolipide: fosfatidilcolin, fosfatidiletanolamin, fosfatidilserin i sfingomielin, x colesterol, mai abundent n stratul extern, mpreun cu acizii grai saturai, x glicolipide, care predomin n stratul intern, mpreun cu acizii grai nesaturai.

Moleculele lipidice din plasmalem au forma de cui, cu:

x un cap, numit grup polar, hidrofil (solubil n ap), purttor de sarcini electrice, x dou cozi, segmentul apolar, hidrofob (solubil doar n lipide), format din acizi grai.

Avnd la un capt gruprile hidrofile, iar la cellalt pe cele hidrofobe, moleculele

lipidice sunt molecule bimodale. Lipidele pot forma n soluii apoase micelii sau agregate moleculare bi-stratificate la

care partea hidrofil poate forma cu apa legturi de hidrogen (sau electrostatice), iar partea hidrofob este orientat astfel nct s nu fie n contact cu mediul apos. n laborator se pot crea bistraturi lipidice artificiale, sub forma unor vezicule sferice, cu diametrul de 25 nm-1 m, care poart nu-mele de liposomi.

Datorit acestor proprieti lipidele din membran se dispun n bistrat cu o grosime de aproximativ 4 nm:

x cu partea hidrofil (grupul polar) nspre exteriorul bistratului lipidic, x cu partea hidrofob nspre interiorul bistratului.

astfel, zona central a bistratului lipidic este hidrofob, iar cele dou zone periferice hidrofile.

Datorit acestei distribuii a lipidelor, permeabilitatea plasmalemei pentru diferite

substane (molecule) este inegal: x gazele i solvenii organici trec foarte uor, x glucidele, aminoacizii, acizii grai trec lent, x monozaharidele, electroliii trec foarte lent, x proteinele, polizaharidele i acizii nucleici nu trec.

7

Bistratul lipidic: x prezint o asimetrie dat de compoziia chimic diferit a mono-straturilor, x este fluid, iar moleculele sale pot efectua trei tipuri de micri:

o de condensare, o de deplasare lateral, o "flip-flop", adic sar dintr-un strat n altul. Proteinele:

x constituie cea de a doua component de baz a plasmalemei, x sunt de dou tipuri:

o extrinseci sau periferice, o intrinseci sau integrale.

Proteinele extrinseci se gsesc att pe faa plasmatic (P) ct i pe cea extern (E),

fiind mai numeroase ns pe faa P. Cele de pe faa plasmatic se mai numesc i proteine membranare interne, iar cele de pe faa extern, proteine membranare de suprafa.

Proteinele intrinseci se extind n toat grosimea membranei, motiv pentru care se mai

numesc i proteine transmembranare sau proteine integrale. Aceste proteine pot delimita canale transmembranare prin care o serie de molecule hidrosolubile pot difuza ntre lichidul intracelular i cel extracelular. Alte proteine structurale au funcia de crui, sunt numite proteine carrier i sunt implicate n transportul activ al unor substane.

Interaciunile dintre moleculele lipidice i cele proteice din plas-malem sunt de joas

energie, de aceea moleculele proteice pot fi extrase re-lativ uor.

GLICOCALIXUL

Glicocalixul sau glicolema: x se afla pe faa extern a plasmalemei, x apare ca o structur fibrilar lax la microscopul electronic, x are grosimea de aproximativ 50 nm:

o nu este la fel de dezvoltat n cazul tuturor celulelor, o o celul poate prezenta zone cu grosime diferit a glicolemei, chiar zone n care

aceasta lipsete: n cazul celulelor epiteliale, glicocalixul acoper polul apical, pe cnd la polul

bazal lipsete, aici aflndu-se membrana ba-zal, x prezint dou componente:

o intern mai puin dens, cu grosimea de 20 nm i care poart nu-mele de nveli de suprafa,

o extern, ceva mai dens, cu grosimea de 30 nm, numit lamina extern.

Din punct de vedere chimic, glicocalixul este alctuit n principal din glicoproteine. Structura sa prezint o estur delicat i lax de lanuri pro-teice pe care sunt ancorate

8

reziduuri glucidice. Partea proteic este repre-zentat de proteinele extrinseci ale plasmalemei, care se prelungesc pe lun-gimi diferite n glicocalix. Partea glucidic este reprezentat de fragmente oligozaharidice formate n principal din galactoz i cantiti mici de manoz, fructoz, glucoz, etc.

ntre glicocalix i matricea extracelular nu se poate trasa o linie clar de demarcaie deoarece ele se ntreptrund, iar n compoziia matricei extra-celulare se gsesc molecule glucidice asociate cu proteine, formnd proteo-glicani i glicoproteine.

Glicocalixul intervine n:

x controlul schimbului ionic transmembranar, x facilitarea recunoaterii i interaciunii intercelulare, x aderena intercelular, acionnd ca un ciment intercelular, x ataarea celulelor la componentele matricei extracelulare, x legarea i ataarea antigenelor i enzimelor la suprafaa celular.

CORTEXUL CELULAR

Cortexul celular: x este componenta cea mai subire a suprafeei celulare,

are grosimea de aproximativ 5-9 nm, x are aspect de reea:

o la microscopul electronic apare ca o reea anastomotic de micro-filamente proteice (actin) orientate neregulat,

o nodurile reelei sunt reprezentate de proteine globulare, legturile dintre diferitele tipuri de proteine sunt modulate prin procese de

fosforilare i prin intermediul gelsolinei, o protein reglatoare calciu-dependent,

x se ancoreaz de plasmalem prin intermediul captului intern al pro-teinelor extrinseci, iar pe de alt parte este n legtur cu citoscheletul,

x confer membranei elasticitate i rezisten: o elasticitatea este dat de dispoziia microfilamentelor proteice sub form de reea, o rezistena este asigurat de proteinele globulare ce se afl la nivelul nodurilor

reelei proteice, x intervine i n mecanismul de recepie-transducie care mediaz trans-ferul prin

membrana celular a unor semnale ajunse la celul din ex-terior.

RECEPTORII DE MEMBRAN

Receptorii sunt proteine specializate dispuse n structura membranei celulare, cu

ajutorul crora celula intercepteaz mesaje sau semnale sosite la nivelul ei pe cale umoral sau nervoas.

Aceste mesaje sunt reprezentate de molecule-semnal numite liganzi care ajunse la receptorii celulari se leag specific de acetia, determinnd un rspuns din partea celulei.

9

Liganzii sau mesagerii de ordinul I sunt produi de celule specializate i acioneaz specific asupra unor celule "int".

n funcie de originea substanelor cu care receptorii sunt capabili s se cupleze, deosebim:

x receptori pentru substane endogene, x receptori pentru substane exogene.

Receptorii pentru substane endogene sunt: x receptorii pentru neurotransmitori, aezai pe faa extern a membra-nei

postsinaptice a neuronilor sau a celulelor musculare: ex. receptorii pentru acetilcolin, noradrenalin, serotonin, dopa-min, histamin,

acid J-aminobutiric, acid glutamic, encefalin, x receptorii pentru hormone:

ex. insulin, glucagon, adrenalin, x receptorii pentru antigene endogene, de la suprafaa celulelor implicate n rspunsul

imun: ex. receptorii de la suprafaa limfocitelor T, codificai genetic pentru recunoaterea

celulelor proprii organismului (self), x receptori pentru anticorpi:

ex. pentru IgE de la suprafaa leucocitelor bazofile i a masto-citelor, receptorii pentru FC a IgG de pe suprafaa fagocitelor,

x receptorii pentru complement, pe suprafaa membranei celulelor fago-citare, ex. cei pentru componenta C3 a sistemului complementului,

x receptorii pentru glicoproteine.

Receptorii pentru substane exogene sunt: x receptorii pentru virusuri, recunos tipuri diferite de virusuri, x receptorii pentru antigene, sunt aezai pe suprafaa celulelor imuno-competente i

sunt asemntori imunoglobulinelor, x receptorii pentru toxine microbiene, situai la suprafaa celulelor din diferite esuturi, x receptorii pentru substane medicamentoase, x receptori pentru lectine (fitohemaglutinina, concanavalina-A).

.

Mecanismul de aciune al receptorilor Ligandul sosit la nivelul membranei unei celule int se va cupla cu re-ceptorul lui

specific, pentru o anumit perioad de timp, fr s ptrund n celul. El constituie pentru celul un mesager i n funcie de mesajul pe care l conine, va declana o serie de evenimente la nivelul acesteia.

Evenimentele complexe ce au ca finalitate modificri ale metabolismu-lui celulelor int, se deruleaz n trei etape i anume:

x recunoaterea i ataarea liganzilor la receptori, x transferul semnalului prin membrana celular, x iniierea unui rspuns biochimic n interiorul celulei.

10

Recunoaterea i ataarea liganzilor la receptori au ca rezultat formarea complexelor ligand-receptor, care induc la nivelul membranelor celulei dou tipuri de modificri:

x structurale, ce se traduc n general prin agregarea receptorilor de la suprafaa celulei n zone restrnse numite "plaje", atunci cnd "plajele" sunt mai dezvoltate, poart denumirea de "cupol",

x funcionale, dependente de natura ligandului: o modificri de permeabilitate ale membranei, determinate n special de liganzii din

categoria neurotransmitorilor (ex. acetilcolina), o inducerea endocitozei, cnd ligandul este vehiculat pe cale umo-ral, o ptrunderea de ioni din mediul extracelular, o activarea unor enzime din membrana celular, dac liganzii sunt hormoni,

neurotransmitori sau diverse droguri.

MOLECULELE DE ADEZIUNE

Moleculele de adeziune sunt proteinele exprimate la suprafaa mem-branelor celulare,

capabile s asigure o adeziune selectiv (specific) ntre dou celule sau ntre o celul i matricea extracelular (membrana bazal sau esutul de susinere).

Selectivitatea unei molecule de adeziune este dat de capacitatea sa de a interaciona cu un numr limitat de molecule numite liganzi.

Moleculele de adeziune joac dou posibile roluri n organism: x structural, prin asigurarea coeziunii esuturilor, x funcional tranzitor (limitat doar la perioada inducerii procesului) dnd posibilitatea

unei celule de a efectua o funcie biologic determinat. Proprietatea fundamental a proteinelor de aderen este de a pune n relaie mediile

intracelular i extracelular. Astfel, recunoaterea ligandului extracelular de ctre molecula de adeziune antreneaz producerea de infor-maii destinate restului celulei i susceptibilitatea de a modifica structura sau funciile acesteia.

Aceste proprieti ale moleculelor de aderen se realizeaz datorit sistemelor transmembranare de transducie, sisteme membranare specializate n transformarea unei informaii extracelulare ntr-un mesaj intracelular recu-noscut de ctre celule.

Influena moleculelor de aderen asupra mediului intracelular este a-sigurat prin relaia lor cu citoscheletul, ca n cazul moleculelor de aderen implicate n aderena structural sau prin capacitatea lor de a produce mesa-geri intracelulari, cum se ntmpl n cazul numeroaselor proteine implicate n aderena funcional.

Moleculele de aderen sunt grupate n cinci familii principale: cade-rinele, imunoglobulinele, integrinele, selectinele, moleculele CD44.

Caderinele:

x sunt o familie format din numeroase molecule, principalele sunt: o caderina-E, prezent n toate epiteliile, o caderina-N, caracteristic esuturilor nervos i muscular, o caderina-P prezent n mezoteliu i epiderm,

x sunt glicoproteine monomerice ce asegura prin:

11

o domeniul extracelular, aderena intercelular dependent de calciu, o domeniul intracitoplasmatic asociere la microfilamentele de actin ale

citoscheletului. Imunoglobulinele:

x sunt caracterizate de prezena unuia sau mai multor domenii de struc-tur molecular caracteristic (legturi antiparalele stabilizate prin puni de sulf),

x cuprind numeroase molecule cu funcii foarte diverse:. o unele joac un rol major n rspunsul imun:

imunoglobuline, moleculele HLA, receptori antigenici ai limfocitelor T,

o altele sunt molecule de aderen care se pot grupa n: familia N-CAM (neural cell adhesion molecule), care joac un rol important n

embriogenez i care sunt exprimate n esutul nervos la adult, familia antigenelor carcinoembrionare, proteinele de aderen endotelial reprezentate de I-CAM1 (intercellular

adhesion molecule 1), I-CAM2 (intercellular adhesion molecule 2) i V-CAM (vascular cell adhesion molecule),

proteinele de aderen leucocitar CD2. Integrinele sunt caracterizate printr-o structur heterodimeric i pre-zint dou lanuri

. Natura lanurilor permite clasificarea integrinelor n trei subfamilii principale, cu

distribuie celular i cu funcii particulare. Integrinele 1 i 3 sunt principalele proteine implicate n adeziunea celulelor la matricea extracelular. Integrinele 2 sunt caracteristice leucocitelor i sunt implicate n interaciunile funcionale cu endoteliul. Prin domeniul lor intracitoplasmatic integrinele sunt asociate microfilamentelor de actin ale citoscheletului.

Selectinele sunt:

x glicoproteine monomerice transmembranare, x reprezentate de trei molecule:

o E-selectina i P-selectina exprimate la nivelul celulelor endoteliale, o L-selectina, specific unei subpopulaii de limfocite.

x implicate n aderena leucocitelor circulante la celulele endoteliale. Moleculele CD44 sunt glicoproteine de suprafa reprezentate de 10 molecule

isomorfe implicate n aderena intercelular i aderena celulelor la matricea extracelular.

12

JONCIUNILE CELULARE Pentru meninerea integritii esuturilor ce sunt supuse unor solicitri mecanice (ex.

esuturile epiteliale) este necesar solidarizarea celulelor care le constituie. n acest scop, celulele sunt prevzute cu dispozitive care le asigur ataarea unele de altele, n strat compact.

Aceste dispozitive, care asigur solidarizarea celulelor ntre ele sunt jonciunile celulare.

Dup gradul lor de complexitate, jonciunile celulare se mpart n: x jonciuni simple; x jonciuni speciale.

Jonciunile simple:

x sunt legaturi foarte slabe, x se realizeaz atunci cnd ntre membranele a dou celule alturate exist o distan de

cel mult 30 nm: rmne un spaiu intercelular ngust care nefiind nchis va per-mite circulaia

lichidului intercelular, x sunt asigurate de fore fizice care in de atracia molecular sau de legturi chimice

realizate de anumitre substane prezente n glico-calixul celulelor: o fore van der Waals, o puni de hidrogen, Jonciunile speciale sunt dispozitive de legtur care asigur o ataare a celulelor

mult mai puternic n comparaie cu jonciunile simple. n raport cu dispoziia pe suprafaa celulei ntlnim dou tipuri de jonciuni speciale:

x zonulae, formaiuni n form de panglic sau band, care nconjoar celula ca un bru, avnd o dispunere continu,

x maculae, formaiuni circumscrise, n form de buton, pat, spot, cu dis-punere discontinu. Dup modul de ataare al celulelor ntre ele, jonciunile speciale se m-part n:

x jonciuni ocludente, impermeabile sau "tight junction", care leag celu-lele ntre ele i oblitereaz spaiul intercellular,

x jonciuni de ancorare, care leag celulele ntre ele, asigurndu-le rezis-ten la aciunea unor factori mecanici,

x jonciuni de comunicare, gap sau nexus, care asigur trecerea unor mo-lecule dintr-o celul n alta. Jonciunile ocludente (zonulae occludens):

x sunt dispuse pe marginile laterale, n treimea apical a celulelor epiteliale ce delimiteaz lumenul unor organe,

formeaz un cordon circumferenial complet, ca un bru, n jurul fiecrei celule,

x se realizeaz prin fuzionarea unor proteine (ocludine, claudine) prezente n membranele plasmatice ale celulelor alturate,

punctele lor de sudur sunt separate de mici spaii interstiiale.

13

se pot ntinde pe o distan de 600 nm n care alterneaz por-iuni de membran fuzionate, cu poriuni nefuzionate.

n zona de jonciune spaiul intercelular este nchis pentru a nu permite trecerea substanelor.

Jonciunile ocludente se realizeaz ntre celulele care alctuiesc epitelii impermeabile. Astfel, n cazul epiteliului din intestinul subire, jonciunile o-cludente sunt dispuse nspre polul apical al enterocitelor, mpiedicnd p-trunderea prin spaiul intercelular a coninutului din lumenul intestinal, ab-sorbia se va realiza selectiv, transcelular.

Jonciunile de ancorare asigur stabilitatea mecanic a grupurilor de celule. De-a

lungul suprafeei interne a membranelor celulare exist un cortex celular (ce face parte din citoschelet) dispus sub form de reea, alctuit din filamente citoscheletale de actin, legate ntre ele prin intermediul unei pro-teine numit filamin. Aceast reea se leag de reeaua similar a celulei nvecinate prin intermediul unor proteine intercelulare de legtur.

Jonciunile de ancorare sunt de mai multe tipuri: x jonciuni aderente (zonulae adherens); x desmozomi (maculae adherens); x hemidesmozomi.

Jonciuni aderente (zonulae adherens):

x sunt situate n treimea apical a celulelor, sub jonciunile ocludente membranele celulelor nvecinate sunt foarte apropiate (15-20 nm),

x se dispun sub form de benzi de filamente de actin ce nconjoar circumferenial celula la interior, n citoplasm,

solidarizarea reelelor filamentelor de actin din celulele nvecinate se realizeaz prin intermediul unei proteine de ade-rare numit caderin.

Astfel de jonciuni sunt prezente i la nivelul discurilor intercalare (care sunt complexe joncionale) existente ntre fibrele musculare cardiace.

Desmozomii (maculae adherens):

x sunt jonciuni puternice n form de buton, x se formeaz ntre membranele celulelor aflate la 25-30 nm,

n spaiul intercelular exist o substan proteic granular, cu o condensare central de natur glucidic,

x prezint dou discuri dense n citoplasma celulelor adiacente: constituite din proteine numite desmoplakine i placoglobine, la ele sunt conectate reelele de filamente intermediare de che-ratin numite

tonofilamente, ce aparin citoscheletului x prezint proteine transmembranare desmogleine i desmocoline, cu rol de "linkeri",

care leag discurile din dou celule nvecinate Desmozomii solidarizeaz ntre ele, celulele epiteliiilor stratificate (epiderm, epiteliul

mucoasei bucale, esofagiene), mpotriva forelor de frecare ce acioneaz asupra lor, iar la nivelul miocardului menin ataate capetele celulelor musculare pentru a nu se ndeprta n timpul contraciei.

14

Hemidesmozomii sunt jonciuni de ancorare sub forma unor jumti de desmozomi,

asigur contactul regiunii bazale a celulelor epiteliale cu mem-brana (lamina) bazal. Prezint n structura lor o plac citoplasmatic de care se ancoreaz reeaua de tonofilamente de la polul bazal al celulelor epiteliale, iar legarea sa de membrana bazal se realizeaz prin intermediul unor gli-coproteine transmembranare.

Celulele supuse aciunii unor factori mecanici, cum sunt celulele epi-teliale ale epidermului sau cele ale colului uterin, preuint numeroi desmo-zomi i hemidesmozomi.

Jonciunile de comunicare (nexus sau gap junctions):

x conecteaz membranele laterale ale celulelor, spaiul intermembranat este ngust de 2-3 nm,

x asigur transferul direct de substane (ioni, ATP) de la o celul la alta, x sunt realizate de nite formaiuni numite conexoni,

strbat att membranele celulelor adiacente, ct i spaiul dintre ele, asigurnd comunicarea ntre citoplasmele celor dou ce-lule,

fiecare conexon este alctuit din ase subuniti proteice n form de bastonae, dispuse sub form de inel, delimitnd la mijloc un canal de comunicare, cu diametrul reglabil, ntre 0,4-2 nm.

Complexele joncionale sunt asocieri de dou sau mai multe tipuri de jonciuni ce se

stabilesc ntre celulele alturate. La nivelul epiteliilor simple cubice i simple prismatice, aceste com-plexe joncionale

sunt dispuse de regul n treimea apical a membranelor celulelor nvecinate i ele cuprind jonciuni ocludente (zonulae occludens), sub care se dispun jonciuni aderente (zonulae adherens), urmeaz apoi desmo-zomii (maculae adherens), iar apoi jonciuni de comunicare (gap junctions).

ntre celulele musculare cardiace adiacente apar discurile intercalare, numite i strii Eberth, care sunt de asemenea complexe joncionale. Discurile intercalare sunt constituite din fascia adherens, desmozomi i jonciuni gap.

ntotdeauna ntre celule se stabilesc acele jonciuni sau complexe jonc-ionale care sunt necesare celulelor respective pentru ndeplinirea funciilor lor specifice.

15

SCHIMBURILE PRIN MEMBRANA CELULAR

ntre celul i mediul extracelular exist relaii permanente concretizate prin comunicri i schimburi de substane, care sunt posibile datorit perme-abilitii selective a membranei celulare.

Membrana celular este constituit dintr-un bistrat lipidic i molecule proteice care plutesc n aceste lipide. Multe dintre moleculele proteice pene-treaz bistratul lipidic. Permeabilitatea selectiv a membranei celulare se da-toreaz permeabilitii reduse a bistratului lipidic (care nu este miscibil cu fluidele intra sau extracelulare), dar care datorit proteinelor ataate, ce ntre-rup continuitatea bistratului lipidic este mrit i fcut selectiv. Multe molecule proteice penetrante sunt proteine de transport.

Proteinele de transport transmembranar Exist mai multe tipuri de proteine de transport transmembranar:

x ATP-azele, care funcioneaz ca pompe de transport a ionilor prin membrane, mpotriva gradientului de concentraie chimic sau a gra-dientului de potenial electric, utiliznd energia rezultat prin hidroliza ATP,

x proteinele canal, pasaje care atunci cnd sunt deschise ca rspuns la semnale specifice, permit trecerea prin membrane a moleculelor de ap sau a unor tipuri specifice de ioni,

x proteinele cru (carrier), care spre deosebire de proteinele canal, leag moleculele transportate, dup care prin modificarea lor con-formaional vor elibera molecula legat pe partea opus a membranei. Att proteinele canal ct i proteinele cru prezint o mare selec-tivitate privind tipul

(sau tipurile) de molecule sau ioni crora le permit traversarea membranei celulare. Permeabilitatea selectiv, o proprietate fundamental a membranei ce-lulare, permite:

x intrarea n celule a unor molecule eseniale (glucoz, lipide, amino-acizi), x meninerea n celul n concentraii constante a metaboliilor interme-diari i a

electroliilor, x eliminarea din celule a:

o substanelor active metabolic (enzime, hormoni), o deeurilor rezultate n urma proceselor metabolice,

x crearea unui mediu adecvat desfurrii activitii enzimatice, prin meninerea pH-ului i a compoziiei ionice,

x reglarea volumului celular ca urmare a relaiilor osmotice dintre celul i mediul extracelular,

x crearea gradienilor ionici necesari excitabilitii celulelor nervoase i musculare. Organitele celulare prezint i ele un mediu intern avnd caracteristici diferite de cele

ale citosolului nconjurtor, meninerea acestor diferene da-torndu-se endomembranelor. Prin acest mecanism se asigur celulei un control permanent al compo-ziiei mediului

ei intern, cu un nalt grad de specificitate. Schimbul de substane prin membrana celular implic mai multe mecanisme de

transport.

16

Diferitele tipuri de transport iau n considerare:

x dimensiunile moleculelor transportate: q ionii i moleculele mici traverseaz structurile membranei celulare prin difuziune

sau cu ajutorul proteinelor membranare, q macromoleculele i particulele sunt transportate prin vezicule delimitate de

membrane, x consumul de energie:

q transportul pasiv, prin care moleculele sunt transportate n sensul gradientului de concentraie sau a gradientului electrochimic, se realizeaz fr consum de energie,

q transportul activ, mpotriva gradientelor de concentraie sau electrochimic, se realizeaz cu consum de energie rezultat prin hidroliza ATP.

TRANSPORTUL PASIV

Transportul pasiv: x asigur traversarea membranei celulare de ctre unele molecule mici, n sensul

gradientului de concentraie sau al gradientului electrochimic n cazul ionilor, x se realizeaz fr consum de energie, deci nu este dependent de me-tabolismul celular, x se poate realiza prin dou modaliti:

o difuziunea simpl, o difuziunea facilitat.

Difuziunea simpl

x se desfoar lent, respectnd legile difuziunii i ale osmozei, x se realizeaz diferit n funcie de natura chimic a moleculelor.

o moleculele mici neionizate dar liposolubile vor strbate stratul bimolecular lipidic, proporional cu gradul lor de liposolubilitate

oxigenul, azotul, dioxidul de carbon i alcoolii, au o mare liposolubilitate. x moleculele de ap trec cu ajutorul unor proteine transmembranare numite aquaporine, x moleculele hidrosolubile, dac sunt suficient de mici, trec prin protei-nele canal.

Proteinele canal: x sunt proteine transmembranare cu rol n difuziunea simpl, x prezint canale cu dou extremiti orientate una extracelular, iar cealalt intracelular,

aceast organizare structural permite moleculelor s treac prin difuziune simpl, n mod direct prin aceste canale, de pe o parte a membranei, pe partea opus.

Caracteristicile proteinelor canal sunt urmtoarele:

x au permeabilitate selectiv pentru anumite molecule, x canalele pot fi nchise sau deschise prin pori.

17

Permeabilitatea selectiv a proteinelor canal, adic selectivitatea pentru transportul

unuia sau mai multor ioni sau molecule se datoreaz unor caracteristici ale canalului: diametrul, forma i tipul ncrcturii electrice de-a lungul suprafeei sale interne.

O importan deosebit o prezint proteinele canal specializate n transportul selectiv al unor ioni, proteinele canal de ioni:

x proteinele canal de sodiu permit trecerea selectiv a ionilor de sodiu (Na): o au diametrul canalelor de aprox. 0,3-0,5 nm, o au suprafaa intern ncrcat negativ i astfel exercit o puternic for de atracie,

x proteinele canal cu selectivitate pentru transportul ionilor de potasiu (K): o au diametrul canalelor de aproximativ 0,3 nm, o suprafaa lor intern nu este ncrcat negativ,

x proteinele canal pentru ionul de calciu (Ca2) i pentru ionul de clor (Cl). Porile proteinelor canal:

x sunt extensii n form de poart ale moleculelor acestor proteine, x se nchid i se deschid lor prin modificarea conformaiei proteinelor canal:

o poarta proteinelor canal de sodiu, se nchide i se deschide la exteriorul membranei celulare,

o poarta proteinelor canal pentru ionii de potasiu, se nchide i se deschide la interiorul membranei celulare.

n funcie de mecanismul de nchidere i deschidere a porilor exist:

x pori comandate de voltaj, conformaia lor molecular este dependent de valoarea po-tenialului de

membran, x pori comandate chimic (de liganzi),

modificarea lor conformaional se produce n urma legrii unei molecule semnal de proteina canal.

n cazul difuziunii simple, sensul de deplasare al moleculelor prin membran este

dinspre faa cu concentraie mai mare, nspre cea cu concentraie mai mic, pn la egalizarea concentraiilor. Cu ct diferena de concentraie a moleculelor existente de o parte i de cealalt a membranei este mai mare, cu att rata lor de difuziune este mai ridicat. Rata de difuziune este mult influenat de mrimea moleculelor. Astfel, moleculele mai mici de 0,8 Kdal trec uor prin membran, pentru ca rata de difuziune s scad direct proporional cu creterea dimensiunii moleculelor.

Difuziunea facilitat:

x este un tip de transport transmembranar pasiv prin care unele substane greu solubile n lipide i cu mas molecular relativ mare (ex. glucoz, aminoacizi, purine, glicerol), strbat membrana celular mult mai repede (de 100.000 ori) dect prin difuziune simpl,

x se realizeaz cu ajutorul unor molecule proteice transmembranare cu rol de "crui":

18

preiau substanele de pe o fa a membranei, le trec prin membran, apoi le elibereaz pe faa opus.

Mecanismul prin care se realizeaz acest tip de transport transmembra-nar s-ar putea

explica prin existena la nivelul canalului proteinei cru, a unui situs de legare pentru molecula care urmeaz a fi transportat. Aceasta va ptrunde n canal i va fi legat la nivelul situsului. Proteina cru va suferi o modificare conformaional, iar canalul su se va deschide pe partea opus a membranei celulare. Pentru c fora de legare a moleculei transportate de situs este slab, aceasta va fi eliberat pe partea opus a membranei.

Prin difuziunea facilitat sunt transportate molecule, cum sunt glucoza i unii aminoacizi. Molecula cru pentru glucoz poate transporta i alte monozaharide cu structur asemntoare, cum este galactoza.

Transportul prin difuziune facilitat se efectueaz n sensul gra-dientului de concentraie, rata de difuziune crete pn atinge un maximum (Vmax.), fiind limitat de rata modificrilor conformaionale a moleculelor cru.

TRANSPORTUL ACTIV Transportul activ asigur trecerea foartee rapid prin membran a unor molecule i

ioni, mpotriva gradientului de concentraie sau al celui electro-chimic. Acest tip de transport se realizeaz cu consum de energie. Modul de furnizarea a energiei utilizate a condus la descrierea a dou tipuri de transport activ:

x transport activ propriu-zis sau transportul activ primar, n care este utilizat energia rezultat din hidroliza ATP;

x cotransportul sau transportul activ secundar, n care energia necesar transportului unor ioni sau molecule mpotriva gradientului este fur-nizat de transportul pasiv al altor ioni sau molecule.

TRANSPORTUL ACTIV PROPRIU-ZIS

Pentru meninerea gradientului ionic intracelular este necesar trecerea ionilor prin membrane, de cele mai multe ori mpotriva gradientului de con-centraie sau al celui electrochimic. Acest tip de transport este realizat de unele protein-enzime din plasmalem, numite pompe ionice, care au capacitatea de a cupla transportul mpotriva gradientului de concentraie sau al celui electrochimic, cu hidroliza ATP. Exist pompele ionice care transport un singur ion (ex. pompa de Ca2, pompa de Mg2) sau concomitent doi ioni (ex. pompa de Na - K ).

POMPELE IONICE

Pn n prezent se cunsc trei clase de protein-enzime care cupleaz transportul unor

ioni cu hidroliza ATP: x pompe ionice (ATP-aze) P,

19

x pompe ionice (ATP-aze) V, x pompe ionice (ATP-aze) F.

Toate aceste trei clase de ATP-aze prezint la nivelul feei interne (citosolice) a membranei, unul sau mai multe situsuri de legare a ATP-ului, care ns va fi hidrolizat (cu producerea de ADP, fosfat anorganic i eliberarea de energie), doar n prezena ionului transportat.

Pompele ionice din clasa P au structura cea mai simpl, constituit din patru

subuniti transmembranare, dou polipeptide D i dou polipeptide E. Se crede c ionii transportai trec prin subunitatea D.

n aceast clas de pompe ionice sunt incluse: x Na-K ATP-aza, care se gsete n membrana plasmatic; x Ca2 ATP-azele, care se gsesc:

q n membrana plasmatic, unde transport ionii de calciu (Ca2) afa-r din celul; q n membrana reticulului sarcoplasmic (la nivelul fibrei musculare striate), unde are

rolul de a pompa ionii de calciu din citosol n lu-menul acestui organit, urmat de relaxarea muscular;

x pompe transportoare de protoni (ioni de H) care se gsesc n celulele care secret acid, la nivelul mucoasei gastrice i a celulelor tubilor con-tori distali i colectori din rinichi. H-K ATP-aza care se gsete n celulele epiteliale ale mucoasei gastrice are rolul de a transporta protoni (H) n exteriorul celulei i ionii de potasiu (K) n citosol. Activitatea pompei de protoni la nivelul celulelor parietale ale mucoasei gastrice st la baza secreiei de acid clorhidric de la acest nivel. Pompele ionice din clasa V au structura constituit din aproximativ 7 subuniti

(lanuri polipeptidice). Rolul lor este de a transporta mpotriva gradientului electrochimic ionii de hidrogen (protonii). H ATP-azele se g-sesc n membrana plasmatic a unor celule secretoare de acid (ex. osteoclas-tele din esutul osos), dar i n membrana lizozomilor i endozomilor, sau a vacuolelor unor celule vegetale sau a unor fungi, unde au rolul de a menine un pH acid n lumenul acestora.

Pompelele ionice din clasa F au o structur asemntoare cu cea a H ATP-azelor,

fiind constituite din 8 lanuri polipeptidice. Rolul lor este de a cupla transportul ionilor de hidrogen cu hidroliza ATP. Au fost identificate n membrana mitocondriilor, a cloroplastelor i n membrana plasmatic a bacteriilor.

Recent a fost identificat a patra clas de proteine de transport cu acti-vitate ATP-azic, implicate n transportul activ al unor medicamente. Este cunoscut o glicoprotein din membrana plasmatic (P170), care transport diferite medicamente din citosol n spaiul extracelular, mpotriva gradien-tului de concentraie, utiliznd energia furnizat de hidroliza ATP. Aceast protein, cunoscut ca P170, este responsabil de rezistena celulelor maligne la aciunea diferitelor chimioterapice, indiferent de concentraia lor.

20

POMPA DE SODIU - POTASIU (Na-K ATP-aza)

Dintre pompele ionice, cea mai important pentru activitatea celular este pompa Na- K. Prezent n toate celulele organismului aceast pomp are rolul de a menine diferenele de concentraie ale ionilor de sodiu i potasiu, de-o parte i de alta a membranei celulare, de a menine potenialul electric negativ n interiorul celulei.

Prin activitatea sa, pompa de sodiu-potasiu controleaz volumul celular. Lipsa activitii acestei pompe ar determina tumefierea celulelor, pn la distrugerea lor.

Concentraia ionilor de Na din citoplasm este mult mai mic dect n mediul extracelular, de aceea pentru buna desfurare a activitii celulare a-cetia trebuie s fie scoi permanent din celul. Ionii de K se afl n con-centraie de 15 ori mai mai mic n mediul extracelular dect n citoplasm, dar vor fi introdui n permanen n celul. Astfel, ieirea din celul a ionilor de Na se face mpotriva gradientului de concentraie i mpotriva poten-ialului electric, iar intrarea ionilor de K n citoplasm din mediul extracelu-lar se face n sensul gradientului electric, dar mpotriva gradientului de con-centraie.

Transportul acestor ioni (Na i K) prin membran, mpotriva gradien-tului de concentraie, este realizat de Na-K ATP-az, care n prezena ioni-lor de Na i K i a unei concentraii corespunztoare de ioni de Mg2 hi-drolizeaz ATP-ul.

Na-K ATP-aza este un tetramer ce prezint dou subuniti D i dou subuniti E. Subunitatea E prezint:

x trei situsuri pentru legarea ionilor de Na, n poriunea care ptrunde n celul, x dou situsuri de legare pentru ionii de K, situate n poriunea extern, x poriune cu activitate ATP-azic, situat n poriunea intern, n veci-ntatea

situsurilor pentru ionii de Na. Legarea ionilor de Na la nivelul celor trei situsuri, va determina acti-varea funciei

ATP-azice a pompei, cu producerea hidrolizei ATP. Va rezulta astfel energia necesar modificrii conformaionale a pompei de sodiu-potasiu, care va permite ieirea ionilor de Na i ptrunderea ionilor de K n citoplasm.

Hidroliza unei molecule de ATP va furniza enegia necesar ptrunderii n celul a doi ioni de K i expulzrii a trei ioni de Na.

POMPA DE CALCIU (Ca2 ATP-aza)

Ionii de Ca2 din citosol sunt ntr-o concentraie de 10.000 de ori mai mic dect n spaiul exrtracelular. Concentraia sczut a ionilor de Ca2 liberi de la nivelul citosolului este meninut prin activitatea pompelor de calciu:

x din membrana celular, care pompeaz ionii de Ca2 n spaiul extrace-lular; x din membranele reticulului sarcoplasmic (n cazul celulelor musculare striate) i

mitocondriei, care pompeaz ionii de Ca2 din citosol n inte-riorul acestor organite. n activitatea pompei de Ca2 din membrana plasmatic este foarte im-portant o

protein din citosol numit calmodulin. Concentraia mare a io-nilor de Ca2 din citosol

21

determin legarea calciului de calmodulin, care va suferi o modificare conformaional i se va lega de Ca2 ATP-az. n acest mod Ca2 ATP-aza va fi activat i va elimina ionii de Ca2 n spaiul ex-tracelular.

La nivelul celulelor musculare, eliberarea ionilor de Ca2 n citosol este urmat de contracie, iar prin activitatea Ca2 ATP-azei, ionii de Ca2 din ci-tosol vor fi pompai n interiorul reticulului sarcoplasmic, urmarea fiind relaxarea muscular. Pentru desfurarea activitii pompei de Ca2 este nece-sar prezena ionilor de Mg2.

La nivelul suprafeei citosolice Ca2 ATP-aza are o mare afinitate pen-tru ionii de Ca2. Un singur polipeptid D, prin hidrloliza unei molecule de ATP, poate transporta doi ioni de Ca2.

Reticulul sarcoplasmic conine dou proteine, calsequestrina i pro-teina de legare cu mare afinitate pentru calciu, care au capacitatea de a lega ionii de Ca2. Astfel, scade concentraia ionilor liberi de Ca2 din reticulul sarcoplasmic, iar cantitate de energie necesar pentru pomparea lor din citosol scade.

COTRANSPORTUL

Cotransportul este modalitatea de transport a unor substane (ex. gluco-za,

aminoacizii) n citosol, mpotriva gradientului de concentraie, utiliznd pentru aceasta energia stocat n gradientul transmembranar al ionilor Na sau H.

Transportul activ al ionilor de Na din citosol determin excesul acestor ioni la nivelul spaiului extracelular. Ionii de Na, n exces n spaiul extracelular, au tendina de a ptrunde n citosol (gradientul de concentraie stocheaz energie), iar energia de difuziune a acestor ioni poate fi utilizat pentru transportul n celul i a unor substane cum sunt glucoza sau aminoa-cizii. Ionii implicai n acest tip de transport poart numele de ioni cotrans-portai.

Exist dou tipuri de cotransport: x simportul, cnd moleculele se deplaseaz n aceeai direcie cu ionul cotransportat, x antiportul n care moleculele se deplaseaz n direcie opus ionului cotransportat.

SIMPORTUL

Prin simportul Na-glucoz i Na-aminoacizi se realizeaz transportul mpotriva

gradientului de concentraie a glucozei i aminoacizilor din lume-nul intestinului subire n citoplasma enterocitelor i a glucozei din lumenul tubilor uriniferi n citoplasma nefrocitelor.

Simportul Na-glucoz. La nivelul regiunii apicale, prevzut cu mi-crovili a membranei plasmatice se afl o protein de transport ce realizeaz simportul ionului de Na i al glucozei. Proteina de transport prezint un situs de legare pentru ionul de Na i unul pentru glucoz, iar energia necesar transportului este furnizat de diferena de concentraie a ionului de Na de-o parte i de alta a membranei plasmatice. Dup ataarea ionului de Na i a glucozei, proteina de transport va suferi o modificare conformaional, care va permite ptrunderea Na i a glucozei n citosol.

Simportul Na-glucoz se realizeaz i la polul apical al membranei plasmatice (cu microvili) a nefrocitelor din tubii uriniferi.

22

Simportul Na-aminoacizi se realizeaz printr-un mecanism identic, dar cu participarea altor proteine de transport.

n citosolul enterocitelor se acumuleaz ioni de Na, glucoz i ami-noacizi. n regiunea bazolateral a membranei plasmatice a enterocitului se afl Na-K ATP-aza prin activitatea creia ionii de Na sunt pompai n spa-iul extracelular. Tot n regiunea bazolateral a membranei enterocitului se afl proteine transmembranare care transport moleculele de glucoz i ami-noacizii care se concentreaz n citosolul enterocitelor prin procesul de sim-port. Astfel, prin cele dou procese desfurate la nivelul celor dou regiuni (apical i bazolateral) ale membranei plasmatice a enterocitelor, ionii de Na, glucoza i aminoacizii ajung din lumenul intestinului subire n circulaia sanguin.

ANTIPORTUL

Antiportul este modalitatea de transport a unor ioni n celul, cuplat cu ieirea n spaiul extracelular a unor ioni sau molecule. Exist dou mecanis-me importante de antiport: antiportul Na-Ca2 i antiportul Na-H.

Antiportul Na-Ca2 este mecanismul prin care ionii de Na intr n citosol, cuplat cu ieirea ionilor de Ca2 din citosol n spaiul extracelular. Acest tip de transport este realizat de o protein de care se leag ambii ioni.

Antiportul Na-Ca2 constituie alturi de transportul activ prin pompa de Ca2, un mecanism adiional de transport al acestor ioni. La nivelul fibrei musculare cardiace, antiportul Na-Ca2 este principalul mecanism de reducere a concentraiei ionilor de Ca2 din citosol, urmat de scderea frecvenei cardiace.

Antiportul Na-H are o importan mare la nivelul tubilor contori pro-ximali, unde prin participarea unei proteine de transport, ionii de Na ptrund din lumenul tubular n citosolul nefrocitelor (n sensul gradientului de con-centraie), n timp ce ionii de H trec prin antiport n lumenul tubilor uriniferi. Prin acest mecanism este meninut la un nivel normal pH-ul citosolic necesar desfurrii proceselor vitale.

TRANSPORTUL PRIN VEZICULE

Transportul prin vezicule este o form particular de transport, prin care celula preia o serie de substane din mediul extracelular sau elimin diferite particule n spaiul extracelular. Mecanismul de transport include formarea la nivelul membranei celulare a unor vezicule care ncorporeaz particulele ce urmeaz a fi transportate, npreun sau fr lichid interstiial. n funcie de sensul n care particulele urmeaz a fi transportate deosebim:

x exocitoza, x endocitoza, x transcitoza.

Prin exocitoz celula elimin la exteriorul ei diferii produi de secreie sau substane rezultate din metabolism, fiind implicat n special n mecanismul secreiei celulare.

23

Prin endocitoz celulele introduc n citoplasm particule din mediul extracelular, prin vezicule formate din membrana celular. Dup modul n care particulele sunt interiorizate, deosebim dou tipuri de endocitoz:

x fagocitoza, procesul prin care particulele sunt endocitate fr fluid intercelular; x pinocitoza, procesul de endocitare a unei cantiti oarecare de lichid in-terstiial

mpreun cu particulele pe care le conine.

FAGOCITOZA

Fagocitoza este o modalitate de hrnire pentru anumite vieuitoare inferioare (protozoare). La mamifere fagocitoza joac un rol important n pro-cesele de aprare ale organismului, deoarece pe aceast cale sunt nglobate i apoi distruse intracelular bacteriile, unii parazii, substane strine, resturi celulare, celule degenerate sau mbtrnite, celule maligne, etc. Procesul de fagocitoz este realizat la mamifere, n condiii normale i patologice de ctre celulele specializate numite fagocite.

n funcie de dimensiunea particulelor pe care sunt capabile s le nglo-beze, fagocitele sunt clasificate n:

x microfage, reprezentate de granulocite, capabile s nglobeze numai particule de dimensiuni mici;

x macrofage, reprezentate de celulele din sistemul fagocitelor mononu-cleare (sistemul monocito-macrofagic), capabile s nglobeze i particule de dimensiuni mai mari. Microfagele reprezentate de granulocitele neutrofile i ntr-o msur mai redus de

granulocitele eozinofile, cnd ajung la nivelul esuturilor sunt deja mature avnd imediat capacitatea de a fagocita. n mod normal, neutro-filul are capacitatea de a fagocita pn la 20 de bacterii, dup care se va inac-tiva i va fi distrus.

Macrofagele sunt prezente n toate tipurile de esut conjunctiv, cu o densitate mai

mare n zone apropiate mediului extern, cum sunt corionul mu-coaselor, dermul pielii, stroma organelor parenchimatoase sau n jurul vaselor sanguine. Ele aparin sistemului monocito-macrofagic. Originea lor este n celulele stem existente n mduva hematogen, care prin difereniere dau natere monocitelor. Acestea trec n snge pentru aproximativ 60 ore, apoi prin diapedez trec n esutul conjunctiv, unde se transform n macrofage tisulare (histiocite) care desfoar activiti specifice. Durata lor de via este de cteva luni.

Macrofagele au form rotund sau ovalar, prezint prelungiri citoplas-matice scurte, iar nucleul lor este relativ mic, rotund sau reniform, dispus central sau excentric i este heterocromatic. Nucleolii se disting greu. Cito-plasma este abundent i conine organite celulare numeroase, dintre care se evideniaz numrul mare de lizozomi (primari i secundari). Pe suprafaa lor prezint receptori pentru regiunea Fc a imunoglobulinei G (RFc) i pentru cel de-al treilea component al sistemului complementului (RC3).

Diferitele celule care sunt incluse n sistemul fagocitelor mononucleare sunt urmtoarele:

x monocitele din snge, x macrofagele (histiocitele) din esutul conjunctiv,

24

x celulele Kupffer din ficat, x microgliile din sistemul nervos central, x macrofagele libere din fluidele pleurale, peritonele, sinoviale i cele din alveolele

pulmonare i splin, x osteoclastele din esutul osos, x celulele dendritice din epiderm (celule Langerhans) i celulele similare ramificate din

ganglionii limfatici, splin i timus, toate fiind celule prezentatoare de antigene. Macrofagele sunt celule mobile care se deplaseaz n esuturi cu ajuto-rul

pseudopodelor. Prin activitatea fagocitar a macrofagelor sunt ndeprtate din esuturi: microorganisme (pot fagocita mai mult de 100 de bacterii), res-turi organice, complexe imune multimoleculare, hematii, ocazional parazii (protozoarele din genul Plasmodium, care determin malaria).

Recunoaterea fagocitar se realizeaz la dou niveluri: la nivel tisular, cu ajutorul opsoninelor i la nivelul celular, prin receptorii de suprafa. Op-soninele pot fi neimunospecifice (fibronectina) i imunospecifice (IgG, C3). Astfel, macrofagul poate realiza dou tipuri de fagocitoz:

x fagocitoza neimunospecific mediat de opsonine neimunospecifice (de tipul fibronectinei),

x fagocitoza imunospecific mediat de opsonine imunospecifice (de tip IgG i C3). n anumite situaii patologice, ca rspuns la ptrunderea n organism a unor microbi

(bacilul tubeculos i bacilul leprei) sau a unor corpi strini ma-crofagele pot fuziona, dnd natere unor celule gigante multinucleate, cu 20-50 de nuclei cuprini ntr-o mas citoplasmatic unic. Alteori ele se agreg i se unesc prin jonciuni strnse, n jurul unor focare de infecie. Aceste celule poart numele de celule epitelioide, datorit asemnrii cu celulele epiteliale.

Fagocitele trebuie s fie selective n ceea ce privete materialul fagoci-tat. Selectivitatea procesului se datoreaz faptului c:

x multe structuri tisulare (proprii organismului) au suprafaa neted, care le confer rezisten la fagocitoz,

x multe structuri proprii organismului au un nveli proteic protector care nu favorizeaz fagocitoza, n timp ce esuturile moarte i multe par-ticule strine nu au un astfel de nveli,

x organismul are capacitatea de a recunoate materialele strine, prin sis-temul imun. Fagocitele prezint la suprafaa lor receptori cu ajutorul crora ele recunosc ceea ce

este "self" de ceea ce este "non self" (antigeni). Fagocitele sunt capabile s recunoasc componentele structurale proprii alterate, cum sunt celule degenerate, mbtrnite, maligne, resturi celulare, etc.

Dup extravazare prin diapedez, leucocitele se vor deplasa la locul a-gresiunii, sub aciunea unor ageni chemotactici, n sensul gradientului chimic, procesul numindu-se chemotaxie. Agenii chemotactici pot fi de natur endo-gen sau de natur exogen. Dintre substanele chemotactice de natur exo-gen, cele mai obinuite sunt produii bacterieni solubili (peptide i lipide), iar cele de natur endogen sunt reprezentate de:

x produii de metabolism ai acidului arahidonic, n special de leucotriena B, x citokine, n special de cele din familia chemochinelor (IL-8), x componentele sistemului complementului, n special de C5a.

25

Legarea agenilor chemotactici la receptorii specifici de la nivelul membranei celulare a fagocitelor va avea ca rezultat activarea fosfolipazei C, care va conduce la hidroliza fosfatidilinozitolului-4,5-bifosfat, cu producerea inozitolului-1,4,5-trifosfat i a diacilglicerolului, cu eliberarea ionilor de Ca2. Creterea concentraiei de ioni de Ca2 la nivelul citosolului, prin eliberarea din depozitele intracelulare i prin influxul de Ca2 extracelular, va declana asamblarea elementelor contractile, care face posibil micarea celular prin emiterea de pseudopode. La nivelul acestora exist o reea ramificat, constituit din actin i miozin. Micrile de locomoie implic asamblarea i dezasamblarea rapid a monomerilor de actin. Aceste procese sunt controlate de efectul ionilor de calciu i a inozitolilor asupra unor proteine reglatoare ale actinei cum sunt: filamina, gelsolina, profilina, calmodulina. Mecanismul prin care actina va interaciona cu miozina n interiorul pseudopodelor, n cursul micrilor de locomoie, este insuficient cunoscut.

Agenii chemotactici induc i activarea fagocitelor, caracterizat prin: x producia de metabolii ai acidului arahidonic, x modularea moleculelor de adeziune leucocitar, x degranularea i secreia de enzime leucocitare, x activarea degradrilor oxidative.

ETAPELE FAGOCITOZEI

Fagocitoza se realizeaz n trei etape distincte, aflate n interrelaie: x recunoaterea i ataarea particulei care urmeaz a fi fagocitat, x nglobarea i formarea fagozomului, x degradarea materialului fagocitat.

Recunoaterea i ataarea Ocazional, neutrofilele i macrofagele pot recunoate i ngloba bac-terii sau materiale

de origine exogen cu ar fi granulele de latex. Majoritatea microorganismelor ns, nu sunt recunoscute dect dup ce vor fi acoperite de opsonine n procesul de opsonizare. Exist dou opsonine majore:

x fragmentul Fc al imunoglobulinei G (IgG); x C3b (forma sa stabil fiind C3bi), fragmentul opsoninic al compo-nentei C3 a

sistemului complementului. Complementul reprezint un sistem format din aproximativ 20 de pro-teine prezente n

plasm, dintre care multe sunt precursori ai enzimelor. A-ceti precursori sunt n mod normal inactivi, dar pot fi activai prin dou me-canisme: clasic i alternativ.

La nivelul membranei celulare a leucocitelor exist receptori corespun-ztori opsoninelor. Acetia sunt:

x receptorul RFc, care recunoate fragmentul Fc al IgG, x receptorii complementului 1, 2 i 3 (RC1,2,3), care interacioneaz cu C3b i C3bi.

Receptorul RC3, are o importan particular deoarece: x este identic cu integrina-E2-Mac-1, implicat n adeziunea la endo-teliul vascular; x recunoate lipopolizaharidele bacteriene fr intervenia anticorpilor sau

complementului, rezultnd fagocitoza nonopsonic;

26

x leag unele componente ale matricei extracelulare, cum sunt fibro-nectina i laminina.

nglobarea Legarea particulei opsonizate la receptorul RFc este suficient pentru a declana

nglobarea, care ns devine foarte intens n prezena receptorilor pentru complement. n timpul nglobrii pseudopodele emise de fagocite vor nconjura par-ticula care

urmeaz a fi nglobat pe toat suprafaa, printr-un mecanism nu-mit "n fermoar", rezultnd n final internalizarea unei poriuni din membrana plasmatic (a celulei fagocitare), cu constituirea fagozomului. Membrana li-mitant a fagozomului va fuziona cu lizozomii (primari), cu constituirea fago-lizozomilor (lizozomi secundari). Astfel coninutul granulelor lizozomale va fi descrcat n interiorul fagolizozomului, granulocitele i monocitele degra-nulndu-se progresiv.

Multe dintre procesele implicate n fagocitoz i degranulare sunt simi-lare celor ntlnite n cazul chemotaxiei, fiind asociate cu:

x legtura ligand-receptor, x activarea fosfolipazei C, x producerea de diacilglicerol i inozitol-1,2,3-trifosfat, x activarea proteinkinazei C, x creterea concentraiei citosolice de calciu.

Degradarea Reprezint ultima etap a procesului de fagocitoz. n cazul fagocitrii bacteriilor, la

nivelul fagozomilor (neutrofilelor sau macrofagelor), exist a-geni bactericizi care omoar bacteriile nainte ca ele s fie digerate.

Omorrea bacteriilor se realizeaz printr-un mecanism dependent de oxigen, care presupune intervenia unor ageni oxidani care se formeaz (sub aciunea unor enzime) la nivelul membranelor fagozomilor, sau a peroxi-zomilor. Agenii oxidani sunt: superoxidul (O2-), peroxidul de hidrogen (H2O2) i ionul hidroxil (OH-).

Astfel, fagocitoza stimuleaz: x arderile cu consum de oxigen, x glicogenoliza, x creterea oxidrii glucozei (pe calea untului hexozomonofosfat), x producerea de metabolii reactivi ai oxigenului.

Producerea metaboliilor de oxigen se realizeaz prin rapida activare a NADPH oxidazei, care oxideaz NADPH (nicotinamidadenin dinucleotid fosfatul). n acest proces se produce i reducerea oxigenului, cu generarea ionului superoxid. Acesta va fi apoi convertit n H2O2. Cantitatea de peroxid de hidrogen (H2O2) produs la nivelul fagolizozomilor este suficient pentru a omor bacteriile.

NADPH oxidaza este un sistem enzimatic complex, constituit din fos-foproteine citosolice i componente proteice ale citocromilor membranari. Activarea NADPH oxidazei necesit translocarea componentelor citosolice pentru a interaciona cu citocromii fixai la nivelul membranei, iar cnd membrana este invaginat, la nivelul fagolizozomului. n aceast situaie peroxidul de hidrogen este produs n interiorul lizozomilor.

Granulele azurofile ale neutrofilelor conin enzima numit mielo-peroxidaz, care n prezena unui halogen, cum este clorul, transform pe-roxidul de hidrogen n HOCl. Acesta

27

este un agent antibacterian care distruge bacteriile prin halogenare, sau prin oxidarea lipidelor i proteinelor.

Importana mecanismului de distrugere a bacteriilor, dependent de oxi-gen, este demonstrat de existena unui grup de defecte congenitale privind omorrea bacteriilor, care determin boala cronic granulomatoas caracte-rizat prin predispoziia unor pacieni pentru infecii bacteriene recurente.

Aceast afeciune se datoreaz unor defecte genetice privind co-dificarea unor componente ale NADPH oxidazei.

Omorrea bacteriilor se poate realiza n absena arderilor oxidative, prin intervenia unor substane coninute n granulele leucocitelor. Aceste sub-stane sunt: proteina creterii permeabilitii bactericide, lizozimul, lactofe-rina, proteina bazic major (la nivelul eozinofilelor), defensina.

Dup omorre, bacteriile vor fi degradate la nivelul fagolizozomilor de ctre hidrolazele acide coninute de granulele azurofile.

Materialele nedigerabile sunt reinute n vacuole, constituind corpii re-ziduali. n citoplasma unor celule cu via lung, cum sunt neuronii sau ce-lulele musculare cardiace, se acumuleaz cantiti mari de corpi reziduali care conin lipofuscina numit i pigment de uzur.

PINOCITOZA

Pinocitoza reprezint procesul prin care se realizeaz ptrunderea n celule a unor molecule mpreun cu fluid extracelular, sub forma unor vezicule extrem de mici. Pinocitoza reprezint ingestia de substane aflate sub form de dispersie n fluidul extracelular, proces stimulat de modificrile ionice.

Pinocitoza se realizeaz n mod continuu la nivelul membranei plas-matice a celor mai multe celule. n unele cazuri procesul se desfoar cu mare rapiditate. Astfel, n cazul macrofagelor, pinocitoza se desfoar extrem de rapid, n fiecare minut pn la 3% din membrana macrofagului fiind nglobat sub form de vezicule.

Pinocitoza este singura modalitate prin care multe macromolecule (ex. moleculele proteice) ptrund n celule.

Exist dou forme de pinocitoz: x pinocitoza independent de receptori, cu producerea de vezicule pino-citotice netede,

proces relativ neselectiv; x pinocitoza mediat de receptori, cu producerea de vezicule acoperite, prin care se

realizeaz un proces selectiv de absorbie.

Pinocitoza independent de receptori este o modalitate de interiorizare (nglobare) a substanelor existente n lichidul extracelular, cu ajutorul unor vezicule formate prin internalizarea unei poriuni a membranei celulare, fr ca particulele s fie fixate n prealabil de receptorii membranari specifici. Procesul se desfoar la nivelul endoteliului vascular, n celulele musculare netede, dar este prezent la aproape toate tipurile de celule.

Veziculele pinocitotice se formeaz prin invaginarea membranei plas-matice. Iniial, membrana plasmatic se va invagina pentru a forma mici de-presiuni proiectate n interiorul celulei. Apoi membranele se apropie, deschi-derea depresiunii create se ngusteaz, formnd

28

un lumen ngust. n conti-nuare membranele vor fuziona lund natere vezicule numite pinozomi.

Continuarea constriciei va determina separarea veziculei de mem-bran. n faza urmtoare, pinozomii care se desprind de membrana celular vor fi antrenai de curenii intracitoplasmatici. n citoplasm pinozomii se vor uni cu lizozomii, iar particulele endocitate vor fi digerate pn la componente simple.

Pinocitoza mediat de receptori se mai numete i absorbtiv, selec-tiv sau

concentrativ i este o modalitate de nglobare a unor particule pe care celula le recunoate cu ajutorul unor receptori existeni la suprafaa membra-nei celulare.

n acest proces receptorii specifici de la suprafaa membranei se leag strns de macromoleculele extracelulare pe care le recunosc. Aceste molecule poart numele de liganzi.

n mod uzual, moleculele proteice se ataeaz la membrana plasmatic la nivelul unor receptori specializai, specifici pentru tipul de protein absor-bit. n general, aceti receptori sunt concentrai n mici depresiuni la nivelul suprafeei externe a membranei plasmatice. Acestea se numesc caveole aco-perite, deoarece pe suprafaa lor citosolic se gsete o reea a crei compo-nent principal o constitue o protein fibrilar, clatrina.

Clatrina este o protein fibrilar, vizibil n microscopia electronic ca o reea care acoper faa citosolic a caveolelor sau a veziculelor formate din membrana plasmatic i a celor formate la nivelul compartimentului trans al complexului Golgi. Clatrina purificat are forma unui triskelion cu trei brae, fiecare lan fiind constituit dintr-un bra lung (greu) i un bra scurt (uor).

Polimerizarea spontan a acestor formaiuni determin extinderea caveolelor i eventual formarea veziculelor acoperite.

Dup legarea moleculelor proteice la receptori se produce o modificare a proprietilor membranei celulare, astfel c ntreaga depresiune se invagi-neaz, iar proteinele care o nconjoar ca o reea vor determina fuzionarea marginilor acesteia, cuprinznd i o mic cantitate de fluid extracelular.

Imediat dup aceea poriunea invaginat a membranei se va desprinde de suprafaa celulei, constituind vezicula acoperit. Veziculele acoperite cu clatrin tipice au aspectul unor mingi de fotbal cu diametrul de 50-100 nm.

Dup endocitare veziculele acoperite pierd reeaua de clatrin, formnd vezicule netede, numite receptozomi.

n afar de clatrin, care este componenta cea mai studiat a reelei proteice care acoper veziculele, o alt protein este dinamina. Aceasta este o protein citosolic, care leag i apoi hidrolizeaz GTP-ul. Perturbri ale ac-tivitii acesteia determin imposibilitatea legrii GTP-ului, blocnd formarea veziculelor acoperite.

ntre reeaua de clatrin i membrana veziculelor se gsete un spaiu de aprox. 20 nm, care conine particule de asamblare.

n afar de clatrin, dinamin, particule de asamblare, la acest nivel exist probabil i filamente de actin i miozin.

Astfel, acest proces de formarea al veziculelor se realizeaz n urmtoarele etape: x membrana acoperit formeaz o depresiune, x apoi o caveol acoperit, x n final se va forma vezicula acoperit.

Pinocitoza mediat de receptori necesit:

29

x energie, care va fi furnizat de ATP; x prezena ionilor de calciu n fluidul extracelular, care interacioneaz cu filamentele

proteice contractile din jurul depresiunilor acoperite, pentru a mobiliza veziculele de la nivelul membranei celulare. Receptozomii vor fi antrenai de curenii intracitoplasmatici i se vor uni cu lizozomii

n vederea degradrii (digestiei) particulelor endocitate. Dac n cazul pinocitozei independente de receptori concentraia sub-stanelor n

veziculele endocitate este aceeai ca i n mediul extracelular, n cazul pinocitozei mediate de receptori concentraia este mult mai mare dato-rit capacitii receptorilor de a fixa un numr mai mare de particule. n acest proces rata de endocitare a liganzilor este limitat de concentraia de receptori corespunztori de la suprafaa membranei plasmatice, complexele ligand-receptor fiind n mod selectiv ncorporate n vezicule de transport intracelular (multe alte proteine membranare fiind excluse).

TRANSCITOZA

Procesul de transcitoz (transportul transcelular): x implic endocitarea substanelor, iar apoi exocitarea lor:

materialele endocitate traverseaz celula, fiind apoi exocitate la nivelul membranei plasmatice pe partea opus,

x se desfoar n unele esuturi unde celulele formeaz o barier ntre dou medii extracelulare, unele molecule sunt transportate de pe o parte a celulei pe cealalt fr implicarea lizozomilor, ex. la nivelul celulelor endoteliale i enterocitelor. La nivelul celulelor endoteliale intensificarea transcitozei reprezint un mecanism

potenial de cretere a permeabilitii vasculare, aspect evideniat la nivelul neoplasmelor maligne. n cazul enterocitelor, imunoglobulina A care este secretat de plasmocitele din matricea esutului conjunctiv al laminei bazale (corion) se va lega de receptorii Fc de la nivelul membranei plasmatice a acestor celule. Complexele IgA-receptor vor fi nglobate n enterocite prin endocitoz, fiind apoi transportate sub forma veziculelor acoperite nspre polul apical al acestora. La acest nivel, veziculele vor fuziona cu membrana plas-matic unde IgA va fi eliberat n urma desfacerii complexelor IgA-receptor.

30

EXPANSIUNILE MEMBRANEI CELULARE Suprafaa celular nu este niciodat neted. Exist ntotdeauna modifi-cri sub forma

unor prelungiri sau extensii, unele avnd caracter tranzitoriu, iar altele fiind permanente. Aceste prelungiri sunt implicate n procesele de motilitate celular, absorbie sau n realizarea fagocitozei.

EXPANSIUNILE TRANZITORII

Suprafaa celular poate s emit expansiuni care privite la microscop apar ca valurile pe suprafaa unei ape. Unele pot chiar s se desprind pentru ca imediat s fie ncorporate din nou. Acest aspect, datorat fluiditii cito-plasmei, este foarte accentuat nainte de diviziunea celular i nainte de ex-pulzarea nucleului eritrocitelor.

Alte expansiuni tranzitorii sunt pseudopodele, emise de obicei de ctre celulele capabile s se deplaseze activ pe un suport solid. Emit pseudopode celulele care se deplaseaz prin micri ameboidale i celulele capabile de fagocitoz (granulocitele neutrofile, macrofagele).

EXPANSIUNILE PERMANENTE

Expansiunile permanente ale suprafeei celulare sunt structuri stabile, susinute de fascicule de filamente de actin n cazul microvililor i stereoci-lilor sau de microtubuli n cazul cililor i flagelilor.

Microvilii sunt expansiuni cito- plasmatice 0,5-1 Pm i digitiforme, cilindrice, cu lungimea de

diametrul de 0,08 Pm, localizate la polul apical al unor celule epiteliale, cum sunt entero-citele, nefrocitele, hepatocitele, celulele foliculilor tiroidieni.

Fig. 1. Enterocite cu platou striat -microfotografie.

Rolul acestor prelungiri este de a mri de 10-20

de ori suprafaa de ab-sorbie a celulelor, dar i de a pompa n interiorul celulei substanele absor-bite.

n microscopia optic microvilii nu pot fi identificai separat, ci apar ca o dung mai intens colorat, cu aspect striat, dispus la polul apical al celu-lelor, constituindu-se aspectul de platou striat la enterocite (fig. 1) i mar-ginea n perie n cazul nefrocitelor.

La microscopul electronic se constat c microvilul este delimitat de membrana plasmatic, iar n interiorul lui se gsesc 20-30 de filamente de actin organizate n mnunchi (fascicul), care-i confer rigiditate.

31

Filamentele care constituie fasciculul sunt paralele i sunt legate trans-versal prin proteine asociate, cum sunt fimbrina i vilina. Rolul acestor pro-teine asociate este de a stabiliza filamentele n mnunchi.

Filamentele de actin au aceeai polaritate i se termin la polul apical ntr-o zon amorf care conine o protein de acoperire neidentificat i care realizeaz legarea filamentelor de membrana plasmatic. n regiunile laterale ale microvilului, mnunchiul de filamente se leag de membrana plasmatic prin calmodulin i printr-o protein similar miozinei de tip I. La polul ba-zal, filamentele de actin din microvil se ancoreaz n regiunea apical a celulelor epiteliale de reeaua terminal (regiune specializat a citoscheletu-lui) constituit din filamente de actin i proteine asociate.

Stereocilii sunt microvili foarte lungi, vizibili n microscopia optic. Pot fi observai la nivelul tractului ge-nital masculin, n epididim (fig. 2), dar i la nivelul urechii interne.

Fig. 2. Stereocili n epididim-microfotografie.

Cilii sunt formaiuni filiforme lungi de 5-15 Pm, cu diametrul de 0,5 Pm, prezente la polul apical al unor celule, ntotdeauna cubice sau prismatice (fig. 3). Cilii sunt prezeni la nivelul celulelor epiteliului mucoaselor: nazal, faringian, traheei, bronhiilor, trompe-lor uterine, uterului, cilor spermatice, etc.

32

Fig. 3. Epiteliu respirator ciliat-microfotografie.

Numrul cililor la suprafaa apical a unei celule este de ordinul sute-lor. Fiecare cil prezint un corpuscul bazal situat n citoplasm, care se con-tinu n profunzime cu o rdcin, iar la suprafaa celulei cu o tij. Membrana celular acoper cilul la exterior, iar la interior conine axonema i citoplasm lipsit de organite (fig. 4).

Fig. 4. Schema unui cil n seciune transversal. 1-membrana celular; 2-dublete periferice de

microtubuli; 3, 4-brae de dinein; 5-nexin; 6-teaca central; 7-spie radiale, cu capul de legtur (8); 9-perechea central de microtubuli.

La microscopul electronic, pe o seciune transversal, se constat c a-xonema cililor (Fig. 19) este constituit din:

x 20 de microtubuli cu configuraia 92, adic la periferie se afl 9 dublete de microtubuli, iar n centru doi microtubuli aezai mai distanat;

x braele de dinein, care pornesc unidirecional de la un dublet spre cel nvecinat; dineina este o protein cu proprieti enzimatice (este o ATP-az) ce asigur energia necesar micrii cililor;

x spiele radiale, care se ntind de la dubletele periferice, la teaca central; x teaca central, care nconjoar cei doi microtubuli centrali; mpreun cu spiele

radiale intervin n reglarea micrilor ciliare; x nexina, care este o protein elastic ce conecteaz dubletele adiacente de microtubuli,

contribuind la meninerea formei cililor. Dac seciunea transversal se face la nivelul corpusculului bazal (Fig. 20) se constat

c aici cei doi tubuli centrali lipsesc, iar dubletele de la peri-ferie devin triplete (configuraia 90), rezultnd o structur care se aseamn pn la identitate cu centriolii.

Cilii se gsesc la nivelul unor celule epiteliale pe suprafaa crora exist un strat de lichid. Funcia cililor este aceea de a deplasa lichidul care i scald, ntr-un singur sens, de regul nspre exterior, datorit faptului c micarea lor ordonat i succesiv ntr-o direcie este lent, iar n cealalt este rapid. Prin deplasarea lichidului care i scald, cilii realizeaz curirea epiteliului (ex. epiteliul traheal), fiind ndeprtate o serie de sub-stane sau particule

33

care au ptruns accidental sau care au rezultat din me-tabolismul sau moartea unor celule. n cazul trompelor uterine, cilii faciliteaz deplasarea ovocitului nspre uter.

Mecanismul micrii cililor. Sub aciunea dinein ATP-azei are loc eli-berarea energiei ATP-ului, care imprim braelor de dinein o micare de alunecare n lungul suprafeei perechilor adiacente de microtubuli. Cnd mi-crotubulii frontali alunec n afar spre vrful cilului, iar cei posteriori rmn nemicai, cilul se va nclina.

Flagelii sunt formaiuni cu lungimea de aprox. 80-100 Pm, prezente la suprafaa unor celule. Structura flagelului nu difer de cea a cilului dar lun-gimea sa este mai mare. n majoritatea cazurilor o celul prezint un singur flagel. n organismul uman singura celul cu flagel este spermatozoidul. Micarea ondulatorie a flagelului permite celulei s se deplaseze n mediul lichid, flagelul fiind componenta sa locomotorie. n acest mod, flagelul per-mite deplasarea spermatozoidului spre ovocit n vederea fecundrii.

CITOPLASMA

Citoplasma reprezint spaiul aflat ntre membrana celular i nveliul nuclear. Ea cuprinde dou componente majore:

x matricea citoplasmatic; x organitele celulare.

Matricea citoplasmatic se mai numete citosol, matrice fundamen-tal, substan fundamental a citoplasmei sau hialoplasm, toate semnificnd ns aceeai realitate biologic. La microscopul optic, matricea citoplasmatic apare astructurat, cu grade diferite de acidofilie sau bazofilie. Ea se prezint ca o "reea" microtrabecular cu dou faze:

x faza polimerizat sub form de reea bogat n proteine structurale i protein-enzime; x faza fluid, bogat n ap, ce se afl n ochiurile reelei microtrabecu-lare.

n faza lichid se gsesc diferite molecule ca: glucoz, aminoacizi, ioni sau gaze dizolvate (oxigen, dioxid de carbon, etc.).

Matricea citoplasmatic este sediul unor procese metabolice eseniale pentru celul ca: glicoliza, calea pentozo-fosfatic, glicogenogeneza, glico-genoliza, metabolizarea aminoacizilor, biosinteza acizilor grai i a nucleoti-delor.

La nivelul matricei citoplasmatice exist o serie de diferenieri care la celula animal cuprind: filamentele de miozin, filamentele de actin, fila-mentele intermediare, microtubulii.

FILAMENTELE DE MIOZIN

Miozina este o protein rspndit n celulele eucariote. Pn n prezent se cunosc dou specii moleculare ale acestei proteine. Miozina de tip I nu este prezent n celulele musculare, fiind implicat n celulele nemusculare n fenomene de motilitate ce au la baz mecanismul actin-miozin (ex. mic-rile din microvili sau transportul veziculelor i organitelor nvelite n mem-brane, de-a lungul filamentelor de actin). Miozina de tip II formeaz miofi-lamente n celulele musculare din muchii striai i netezi.

34

Molecula de miozina de tip II este alctuit din: x dou lanuri polipeptidice grele, fiecare cu greutatea molecular de aprox. 200.000

daltoni, dispuse sub forma unui dublu helix; fiecare lan are mici capuri globuloase dispuse n unghi drept la un capt al mo-leculei, acestea avnd activitate ATP-azic;

x patru lanuri uoare, fiecare cu greutatea molecular de aprox. 20.000 daltoni sunt de asemenea componente ale capurilor miozinei, cte dou pentru fiecare cap; au rol n controlul funciei capului n timpul con-traciei musculare. Moleculele de miozin polimerizeaz, genernd filamente de miozin. Prin mpletirea

cozilor moleculelor de miozin rezult corpul filamentului, iar capetele globuloase sunt proiectate n afar, fiind legate de corpul fila-mentului prin expansiuni sub form de brae, desprinse din fiecare molecul (sunt poriuni de helix). Aceste expansiuni se numesc puni transversale. Fie-care punte transversal prezint cte dou puncte unde este flexibil. Unul este la locul de emergen al braului din corpul filamentului de miozin, iar cel de-al doilea la locul jonciunii braului cu cele dou capete globuloase. Cele dou zone flexibile ale punilor au rol n contracie/relaxare pentru c permit ndeprtarea/apropierea capetelor fa de corpul filamentului de miozin.

O proprietate important a capului miozinei este funcia sa ATP-azic, care permite capului s descompun molecula de ATP. Va rezulta astfel e-nergia necesar n procesul contractil.

n celulele nemusculare filamentele de miozin au dimensiuni mici i un caracter tranzitoriu.

FILAMENTELE DE ACTIN

Actina, cea mai bine reprezentat protein a citoscheletului este prezent n celulele

musculare unde reprezint aproximativ 20% din proteine, dar i n celulele nemusculare, unde constituie 5-10% dintre proteinele ce-lulare.

Actina se prezint sub form de: x actin-G sau globular, care este forma monomeric; x actina-F sau forma filamentoas, care rezult prin polimerizarea actinei-G.

Polimerizarea actinei-G este posibil datorit unor situsuri de legare pe care le posed i care permit interaciuni cap-coad cu alte dou molecule de actin-G. Vor rezulta astfel filamentele de actin, care la microscopul elec-tronic apar ca structuri ale cror subuniti sunt dispuse n -helix.

Energia necesar procesului de polimerizare al monomerilor este furni-zat de hidroliza ATP.

Lungimea filamentelor de actin este controlat de unele proteine care influeneaz asamblarea i dezasamblarea monomerilor de actin. Aceste proteine sunt: proteinele care leag actina, reprezentate de timozin i profi-lin i proteinele de acoperire care conserv lungimea filamentelor, repre-zentate de proteina cap Z, tropomodulina, gelsolina.

Filamentele de actin formeaz: x fascicule alctuite din filamente paralele solidarizate de fimbrin la ni-velul

microvililor, sau de -actinin, n aceast situaie spaiile mai mari dintre filamente permit interaciunea cu miozina n fasciculele contractile;

35

x reele alctuite din filamente de actin dispuse n zig-zag, legate printr-o protein numit filamin. Rolul fasciculelor i reelelor de filamente de actin este de a susine membrana

celular, contribuind astfel la meninerea formei celulelor. La pe-riferia celulelor, sub membrana plasmatic se afl cortexul celular, cu aspec-tul unei reele tridimensionale. De asemenea, la locul unde celulele stabilesc legturi cu alte celule sau cu matricea extracelular, membranele celulare prezint regiuni specializate numite plci de adeziune.

n celulele nemusculare filamentele de actin au un caracter tranzitoriu, profilina fiind o protein ce influeneaz procesul de polimerizare al actinei. Vilina i gelsolina sunt proteine care regleaz procesele de polimerizare a ac-tinei prin ionii de Ca2, n acelai timp interconectnd filamentele de actin n mnunchiuri.

MICROTUBULII

Microtubulii, formaiuni filamentoase formate din tubuline, sunt com-ponente principale ale citoscheletului.

Tubulinele sunt de dou tipuri: -tubulina i -tubulina. Sunt proteine globulare cu diametrul de aprox. 5 nm, ambele au aceeai mas molecular (aprox. 50 kdal), dar cu secvene diferite ale aminoacizilor.

Cele dou subuniti formeaz dimeri, care prin polimerizare vor alctui protofilamente (protomicrotubuli), iar apoi 13 protofilamente prin aranjare sub form de cilindru cu interiorul aparent gol, vor forma un microtubul cu diametrul de 24 nm (fig. 5).

Asamblarea i polimerizarea tubuline-lor este controlat de unele proteine asociate microtubulilor, cum sunt: proteina MAP (microtubule - associated protein), care favori-zeaz polimerizarea tubulinelor i leag mic-rotubulii de alte componente celulare i pro-teina tau.

Fig. 5. Asamblarea i polimerizarea tubulinelor. Mirotubulii din structura citoscheletului sunt aranjai

sub form de bandelete, generate i centrate de centrozom. Acesta este centrat de doi centrioli formai din 9 triplete de microtubuli.

Diferenierea celulelor ciliate este nsoit de deplasarea centriolilor spre polul apical, unde formeaz sateliii centriolari care devin corpii bazali ai ci-lilor.

Microtubulii citoscheletului sufer continuu procese de asamblare i dezasamblare prin polimerizare i depolimerizare. Astfel, 50% din tubuline sunt n stare de sol la nivelul citosolului, constituind rezerva utilizat n pro-cesele de asamblare-dezasamblare desfurate n formarea citoscheletului, a-paratului mitotic sau a inelului de citodierez.

Exist unele substane cum sunt vinblastina i colchicina, care interfe-reaz cu asamblarea sau dezasamblarea microtubulilor. Vinblastina inhib formarea microtubulilor i

36

blocheaz formarea fusului mitotic prin fragmen-tarea microtubulilor, iar colchicina se leag de dimerul tubulinic i blocheaz procesul de polimerizare.

Microtubulii intervin n: x alctuirea axonemei cililor i flagelilor; x meninerea formei celulare; x transportul intracelular al unor organite; x transportul intracelular al veziculelor; x transportul granulelor de melanin n celulele pigmentare; x alctuirea fusului de diviziune i n transportul cromozomilor de-a lun-gul acestuia; x formarea centriolilor.

FILAMENTELE INTERMEDIARE

Denumite astfel datorit diametrului lor care are valori ntre cele ale microfilamentelor (aprox. 10 nm) i cele ale microtubulilor (aprox. 25 nm), fi-lamentele intermediare rezult prin polimerizarea unor subuniti proteice, care difer n funcie de tipul celular. Tabel. 1. Localizarea i funciile filamentelor intermediare.

Protein Localizare Funcii citocheratin cu cele 20 forme dis-tincte (acide, bazi-ce, neutre) tonofilamentele

celulele epiteliale suport structural; markeri pentru tumorile de origine epitelial. sunt asociate desmozomilor i

hemidesmozomilor

desmin muchi scheletali, muchi cardiac, muschi neted

formeaz o reea care leag miofi-brilele/miofilamentele; marker pen-tru tumorile de origine muscular

vimentin fibroblaste, celule endote-liale; condroblaste, macrofa-ge, celule mezenchimale, celule musculare netede din peretele vacular

sunt asociate cu nveliul nuclear i cu po