CITOPLASMA CELULAR

Citoplasma reprezint componenta celulei care ocup teritoriul aflat ntre membrana celular i nveliul nuclear. n componena citoplasmei se disting dou faze:O faz fluid (citosolul), format din ap, electrolii, molecule organice mici, proteine solubile (termen introdus la fracionarea celulei prin centrifugare diferenial). n citosol se defoar sinteza de aminoacizi, monozaharide, acizi grai i glicerol. O faz solid n a crei alctuire intr:citoscheletul (organite nedelimitate de membrane proprii) - reprezentate de microtubuli, filamente intermediare (ansambluri de susinere sau de ghidare), molecule proteice cu funcie contractil (reprezentate de microfilamente de actin i miozin) i proteine reglatoare (troponin, calmodulin i tropomiozin (structuri implicate n contracie i reglarea contraciei);organite celulare implicate n sinteze proteice (ribosomii);organite delimitate de membrane proprii (mitocondriile, reticulul endoplasmic, lisosomii, aparatul Golgi);incluziuni metabolice (glicogen, picturi lipidice, pigmenii).

Aparatul locomotor al celuleiFilamentele de miozin sunt formate din proteina numit miozin care constituie fraciunea proteic cea mai important cantitativ i funcional n fibra musculara scheletal. Aceasta poate fi de mai multe feluri, ns prototipul rmne miozina din esutul muscular. Molecula de miozin este asimetric, ceea ce explic anizotropia sau birefringena benzilor ntunecate (A) din miofibril (vezi structura fibrei musculare striate); are aspectul unui bastona, cu o zona globular (capul moleculei de miozin, la una din extremiti) i una liniar. Are o lungime de 160 nm i o grosime de 2 nm; regiunea globular are diametrul de 4-5 nm i lungimea de 15-20 nm, fiind alctuit din dou subuniti : subunitatea S1 i subunitatea S2.

Sub aciunea controlat a tripsinei, molecula de miozin se desface n dou fragmente numite meromiozine: - meromiozin uoar, numit L-meromiozina i - merozin grea, numit H-meromiozina. L-meromiozina apare ca un bastona cu lungimea de 80 nm i grosimea de 2 nm. Nu are aciune ATP-azic i nu se combin cu actina pentru a forma complexul actin-miozin.H-meromiozina are o poriune liniar de 60 nm care se termin cu o parte globular de 20/5 nm. H-meromiozina prin tratare cu papain se scindeaz n dou subuniti: - S1-H meromiozina i - S2-H meromiozina. Fraciunea S1-H-meromiozina are o greutate molecular de 120 kDa i corespunde poriunii globulare a H-meromiozinei. Aceasta fraciune conine dou proprieti fundamentale ale miozinei: activitatea ATP-aziccapacitatea de a interaciona cu actina.

Fraciunea S2-H-meromiozina are o greutate molecular de 60 kDa i i lipsesc cele dou proprieti ale S1-H meromiozinei. Astfel, poriunea liniar a moleculei de miozina este format din L-meromiozin i din fraciunea S2 a H-meromiozinei; capul moleculei de miozin este reprezentat de fraciunea S1 a H-meromiozinei. Molecula de miozin are n structura sa dou regiuni de mobilitate (de flexibilitate): una ntre L-meromiozin i H-meromiozin i alta ntre fraciunile S1-i S2- a H-meromiozinei.

Filamentele de actin conin n afar de moleculele contractile de actin i moleculele reglatoare de troponin i tropomiozin. Poriunea axial a filamentului de actin conine molecula contractil reprezentat de actina F (actina fibrilar), iar tropomiozina este aezat sub form de bastona de-a lungul axului de actina F. Troponina formeaz uniti proteice globulare dispuse la extremitatea moleculei de tropomiozin (la intervale de 40 nm de-a lungul filamentului de actin). Molecula de actin se gsete sub dou forme: - actina globular (actina G), care este monomerul de actin i - actina fibrilar (actina F), care reprezint forma polimerizat a actinei G . G-actina este o molecul globular cu diametrul de 5,5 nm, rezultat prin nfurarea unui singur lan polipeptidic format din 374 de aminoacizi. F-actina se prezint sub form de filamente cu grosimea de 7-8nm i este alctuit din dou lanuri polipeptidice dispuse n helix, cu o perioad repetitiv de 35-40nm. Fiecare lan este alctuit dintr-o singur serie de subuniti de actin G, pentru fiecare tur de helix existnd 13,5 uniti de actin G.

Tropomiozina este o molecul proteic cu rol reglator i cu o greutate de 70 kDa. Are form de bastona cu o lungime de 40 nm i este alctuit din dou lanuri polipeptidice, fiecare cu cte 284 de aminoacizi, tropomiozina fiind aezat n jgheabul filamentului de actin F. Troponina este o protein reglatoare compus din 3 uniti: 1. troponina C, care leag specific ionii de calciu;2. troponina T, care se leag de tropomiozin;3. troponina I, care blocheaz interaciunea actin-miozin.

FUNCIIFilamentele de miozin sunt filamente mai groase i contribuie prin subunitile sale (H-meromiozina) la formarea punilor transversale care vor interaciona cu situsul de legtur de pe suprafaa moleculei de actin G; are i activitate ATP-azic. Filamentele de actin sunt filamente subiri care stimuleaz activitatea ATP-azic a miozinei;Tropomiozina se leag de actin i mpreun cu complexul troponinic regleaz interaciunea miozin-actin;Troponina leag ionii de calciu, inhib activitatea actinei i se leag de tropomiozin.

Contracia muscular Contracia muscular const n alunecarea (glisarea) i ntreptrunderea filamentelor subiri de actin printre cele groase de miozin. Aceast teorie susine refacerea i desfacerea ciclic, repetitiv a unor legturi ntre punile transversale ale moleculei de miozin (S1-H meromiozin) i filamentele de actin.

La fiecare ciclu de ataare-detaare a punilor transversale se realizeaz o micare a filamentelor de actin (ctre centrul sarcomerului) cu aproximativ 5-10 nm, corespunztor unei uniti de actin G. Sarcomerul este unitatea funcional a miofibrilelor, structuri care ocup aproape n ntregime citoplasma fibrelor musculare, cu rol n contracia muscular. Miofibrilele sunt alctuite din filamente de actin i miozin cu dispunere specific, asociate cu diferite proteine reglatoare.Termenul de cuplare-excitare-contracie se refer la mecanismul prin care impulsul electric de la nivelul sarcolemei produce contracia miofibrilei. Acest proces parcurge mai multe etape: a)Sistemul transversal (sistemul T) reprezint o component specializat a sarcolemei (sub forma unor microtubuli) care ptrunde n sarcoplasma fibrei musculare printre miofibrile, face jonciune cu poriunile dilatate ale R.E. care reprezint sistemul L (longitudinal) i care conduce potenialul de aciune de la nivelul sarcolemei (potenial preluat de la placa motorie sinapsa neuromuscular) pn n vecintatea reticulului sarcoplasmic.

b) Ca urmare a semnalului primit de la sistemul T, ionii de Ca2+ depozitai n cisternele terminale ale RE i legai de o protein cu afinitate pentru ionii de calciu (numit calsechestrin), sunt eliberai prin canalele de calciu ale membranei RE n sarcoplasm. c) Datorit creterii concentraiei de calciu (de la 107M la 106M), n sarcoplasma fibrei musculare se declaneaz contracia prin intermediul unei proteine numit troponina C (proteina receptor pentru calciu).d) n stare de relaxare a fibrei musculare (de la o concentraie a calciului de aproximativ 107 M) troponina C nu leag ionii de calciu iar tropomiozina blocheaz situsul de legtur dintre puntea transversal (S1-H meromiozina care pleac din capul moleculei de miozin) i molecula de actin G (din filamentul de actin F). e) Prin legarea ionilor de calciu din troponina C (ca urmare a creterii concentraiei ionilor de calciu n sarcoplasma fibrei musculare), se produce o modificare a conformaiei moleculei de tropomiozin, care n stare de repaus blocheaz sistemul de legtur a punii S1-H-meromiozinei cu actina G, determinnd astfel o deplasare de poziie a tropomiozinei cu 1 nm. Astfel are loc interaciunea actinei cu miozina (interaciunea dintre S1-H meromiozin, ce reprezint puntea transversal a moleculei de miozin i situsul de legatur de la molecula de actina G).

Filamentele intermediare au fost denumite astfel deoarece au diametrul intermediar (10 nm) ntre cel al microfilamentelor (7 nm) i cel al microtubulilor (25 nm). Ceea ce difereniaz filamentele intermediare de celelalte diferenieri citoplasmatice este structura i localizarea lor. Astfel : a. n cazul filamentelor intermediare, n acelai filament exist mai multe proteine diferite care copolimerizeaz (2-10 proteine). n celelalte diferenieri citoplasmatice exist o singur protein, care prin polimerizare duce la formarea filamentului sau microtubulului; b. polimerizarea nu se face prin nlnuirea unor proteine globulare ci prin niruirea n sistem cap la coad a componentelor sale, care sunt proteine fibrilare; c. filamentele intermediare sunt structuri stabile; odat polimerizate se menin sub aceeai form. Celelalte structuri (cu excepia celor din fibra muscular), sunt structuri labile; d. un tip de filamentele intermediare sunt localizate n nucleu, pe faa intern a nveliului nuclear formnd lamina nuclear.

n citoplasm sunt 5 tipuri de filamente intermediare: filamente de keratin (citokeratina), localizate n epiderm, pr i unghii;filamentele de desmin sau scheletin, caracteristice fibrei musculare (cu excepia celor din peretele vaselor) ;filamentele de vimentin(vimentum = nuia, rmuric ondulat (lat.), caracteristice celulelor mezenchimale (fibroblaste, condroblaste, macrofage, celule endoteliale)neurofilamente localizate n axonii neuronilor.gliofilamente- localizate n celulele gliale (nevroglii).

Microtubulii sunt formai din proteine globulare numite tubuline. Microtubulii sunt structuri lungi, cilindrice, cu diametrul de 25 nm. Peretele lor este format din 13 protofilamente paralele, fiecare protofilament fiind format la rndul lui prin polimerizarea dimerilor de - i -tubulin. Polimerizarea tubulinei poate fi influenat de mai muli factori:1. temperatura (la 37 C are loc polimerizarea cu formarea spontan a microtubulinelor, iar la 0 C se produce depolimerizarea); 2. ionii de Ca2+ si Mg2+ n concentraie de 106 M favorizeaz polimerizarea, iar la o concentraie de 103 M favorizeaz depolimerizarea;3. colchicina inhib polimerizarea microtubulilor;4. unele proteine din citosol asociate microtubulilor favorizeaz polimerizarea;5. vinblastina i vincristina (medicamente citostatice) blocheaz polimerizarea tubulinei din aparatul mitotic i opresc n acest fel multiplicarea celulelor tumorale; 6. taxolul, (folosit i el ca citostatic n tratamentul cancerului ovarian), are acelai rol.

Localizare i clasificare. Microtubulii se clasific n: - microtubuli permaneni, ntlnii n axonema cililor, flagelilor i n centriolii din centrozom;microtubuli labili (cu existena temporar), sunt microtubulii liberi din citoplasma. n interfaz, formeaz o reea; centrul celular (centrosomul) va coordona polimerizarea tubulinei.

Rolurile microtubulilor n celul sunt:De a obine i menine forma celular, prelungirile permanente ale neuronilor (axoni i dendrite), a cililor i flagelilor;De a constitui un sistem de linii conductoare pentru deplasarea diferitelor componente subcelulare;Particip la formarea fusului mitotic i la micrile celulare;Aranjarea spaial a organitelor celulare n citoplasma celulei.

Centrosomul (sau centrul celular) este prezent n toate celulele care se divid, avnd rol principal n diviziunea celular prin formarea fusului de diviziune precum i n declanarea micarilor cililor i flagelilor. n raport cu fazele ciclului celular, are aspect diferit.