CURS 6 biologie celulara

download CURS 6 biologie celulara

of 21

description

CURS 6

Transcript of CURS 6 biologie celulara

  • NUCLEUL I CROMATINA

  • Nucleul joac un rol central n viaa celulei, constituie centrul de comand al celulei, el conine genomul celulei. De asemenea, conine echipamentul necesar pentru repararea genomului, pentru replicarea sa (nainte de diviziunea celulei), pentru transcrierea sa n ARN i prelucrarea ARN-ului. Nucleul ocup n general o poziie central, ns poate ocupa i alte poziii n interiorul celulei n funcie de momentul funcional al acesteia (de rotaie, de deplasare prin celul) sau n funcie de momentul ciclului secretor, unde nucleul se deplaseaz excentric: inel cu pecete n celulele adipoase sau nucleu situat spre polul bazal al celulei, n celulele cu rol de absorbie (n cazul enterocitelor de la nivelul intestinului subire).

  • Numr: majoritatea celulelor sunt uninucleate, dar sunt i celule binucleate (hepatocitele, condrocitele), sau multinucleate (osteoclastele din esutul osos, plasmodiul fibrei musculare striate, sinciiul trofoblastic de la nivelul vilozitilor placentare din placenta matern).Forma nucleului variaz n funcie de forma celulei: sferic n celulele cubice sau sferoidale (ex: n ovocit, limfocit), lentricular n celulele endoteliale, ovoidal n celulele cilindrice, lobat la granulocitele din snge (multilobat la neutrofile, bilobat cu lobii egali la eozinofile, cu aspect de frunz de trifoi la bazofile), nmugurit la unele celule poliploide megacariocitul plachetar i, n cazuri patologice, n limfogranulocitoza malign.Dimensiunile nucleului variaz ntre 4-5m la limfocitele mici, unii neuroni precum neuronii granulari din scoara cerebeloas i 25-30m la ovulele foliculilor maturi din ovar.

  • STRUCTRURA NUCLEULUI Nucleul este format din:nveliul nuclear (membrana nuclear),cromatina,nucleolii,carioplasma (matricea nuclear)

  • nveliul nuclear (membrana nuclear)nveliul nuclear este o membran dubl prevzut cu pori, vizibil la microscopul electronic i care, n interfaz, separ coninutul nuclear de citoplasm.nveliul nuclear prezint:- o foi extern care este o continuare a membranei RE; ajuns n vecintatea nucleului se rsfrnge ca o expansiune n jurul acestuia (cisterna perinuclear);- membrana nuclear intern care vine n contact direct cu coninutul nucleului (carioplasma sau matricea nuclear) i poate fi considerat membrana propriu-zis a nucleului.

  • Spre deosebire de alte membrane ce delimiteaz celelalte compartimente celulare, membrana nuclear nu are o existen permanent, ea se dezagreg la sfritul profazei (prima faz a mitozei) i se reconstituie din fragmentele dispersate n citoplasm n telofaz (la sfritul mitozei).Spaiul dintre cele dou foie, denumit spaiu perinuclear, se continu cu lumenul reticulului endoplasmic, iar cele dou foie vin n contact la nivelul porilor.Foia intern prezint pe faa sa nuclear o structur lamelar numit lamina densa interna, alctuit din proteine fibrilare denumite lamine (proteine ce intr n alctuirea filamentelor intermediare). Aceast structur determin forma nucleului, interacioneaz cu cromozomii i particip la dezasamblarea nveliului nuclear.

  • Porii nucleari au un diametru de 80 nm i se mai numesc complexul por sau porosomi. Orificiul porului este ocupat de o structur special, format din 8 coloane (subuniti anulare) care prezint nite prelungiri sub form de fibrile nspre citoplasm dar i spre nucleu unde formeaz coul nuclear la captul cruia se afla un disc.Funciile porilor- Transportul prin por transport cu permeabilitate selectiv: spre nucleu ptrund proteine i enzime pentru sinteza ADN i a ARN, dar i proteine ribozomale pentru a servi la asamblarea precursorilor ribozomali. Transportul se face prin potenialul de membran.- Transportul macromoleculelor se face prin crui (proteine de transport nuclear)

  • Cromatina nuclear Cromatina reprezint forma relaxat a cromosomilor n interfaz (perioada de repaus dintre dou diviziuni). Cromosomii sunt formaiuni filamentoase n form de bastona, cu afinitate pentru coloranii bazici, care apar n timpul diviziunii celulare prin condensarea cromatinei.La microscopul optic, cromatina se prezint sub forma unei reele structurat din granule i filamente interconectate. Prin coloraii cu colorani bazici (hematoxilina, fucsin bazic etc.) o parte a cromatinei se coloreaz intens bazofil aceasta este componenta granular i se numete heterocromatin, iar o alt parte se coloreaz slab bazofil (palid) aceasta este componenta filamentoas i se numete eucromatin.Aceste aspecte diferite reprezint dou grade distincte de mpachetare sau condensare a cromatinei. n heterocromatin, cromatina prezint un grad nalt de mpachetare, iar n eucromatin este mai relaxat. Eucromatina este forma activ metabolic, deoarece ea permite legarea transcripazei, care asigur transcrierea genelor n ARNm n vederea exprimrii acestora. n majoritatea celulelor, heterocromatina formeaz un nveli discontinuu situat sub nveliul nuclear. Discontinuitile reprezint canale care duc la porii nucleari. Heterocromatina se gsete i n jurul nucleolilor formnd un nveli perinucleolar.

  • Fibrele de cromatin se prezint ca un fir cu lungime variabil care se interconecteaz cu formaiuni granulare cu diametru de 10 nm. Fiecare granul este un octomer format din histone perechi. Firul este un segment de 200 perechi de baze, din molecula de ADN n form de dublu-helix. Acesta este nfurat n jurul fiecrei granule; octomerul de histone mpreun cu filamentul care se nfoar pe el formeaz un nucleosom cu lungime de 4-5 nm. Nucleosomul este considerat unitatea repetitiv a cromatinei.n compoziia chimic a cromatinei intr: ADN (componenta principal materialul genetic), proteine (histonice i nehistonice) i puin ARN.Histonele sunt proteine bazice cu greutate molecular mic, de aproximativ 10000 20000 Da (daltoni).Histonele au fost mprite dup compoziia n aminoacizi i secvenialitatea lor n cinci clase: H1, H2A, H2B, H3 i H4. Histonele din clasa H1, H2A i H2B sunt bogate n lizin, iar cele din clasa H3 i H4 sunt bogate n arginin. Histonele H1 prezint o variabilitate a secvenelor la diferite specii, celelalte clase au o secven mult mai constant.

  • Organizarea molecular a cromatinei Unitatea fundamental de organizare a cromatinei este nucleosomul. n structura sa identificm un miez i o poriune de ADN internucleosomic AND-ul de legtur dintre doi nucleosomi. Miezul are n centru un octomer format din 8 histone (cte dou din clasele H2A, H2B, H3 i H4). Octomerul are forma unui cilindru turtit cu dimensiunile de 10 nm i lungime de 5 nm.; pe circumferina octomerului, ADN-ul este nfurat n dou spire.Lungimea ADN-ului nfurat pe octomerul de histone este fix la toate speciile (146 perechi de baze nucleotidice); n schimb ADN-ul internucleosomic are lungime variabil la diferite specii (de aproximativ 60 de perechi de baze azotate) i de el se leag histonele din clasa H1.

  • Nucleolul La MO, nucleolul apare ca un corpuscul globulos, cu diametrul de 0.5 m. Numrul nucleolilor variaz n funcie de intensitatea produciei de ribosomi. Nucleolul fiind sediul biogenezei ribosomilor, mrimea lor reflect intensitatea produciei de ribosomi.Ei lipsesc n celulele care nu au sintez proprie de proteine (ex: celulele embrionare). Nucleolii sunt bine vizibili n celulele care cresc rapid (celulele canceroase), dar i n celulele care sintetizeaz o mare cantitate de proteine.n celulele tinere, celulele secretorii, nucleolii sunt mari i multipli, iar n celulele canceroase acetia ajung pn la 10-12 cu forme monstruoase.n celulele btrne, cu activitate metabolic redus, nucleolul este mic i unic.Nucleolul apare nconjurat de un nveli de heterocromatin care variaz ca grosime de la un tip celular la altul.Ca structur nucleolul prezint dou pri cu morfologie diferit: una este fin fibrilar pars fibrosa, cealalt granular pars granulosa.Unii nucleoli conin i o parte amorf pars amorpha, precum i nveliul de heterocromatin care reprezint ADN-ul nucleolo-asociat pars chromosoma.

  • Carioplasma Carioplasma, denumit i matrice nuclear, reprezint o alt component a nucleului, n afara membranei nucleare, cromatinei i nucleolului.Matricea nuclear este format din: - ap, - ioni, - micromolecule, - proteine fibrilare (fibroase) precum nucleoplasmina, - proteinele nonhistonice de tipul enzimelor care intervin n glicoliz asigurnd energia necesar sintezei ADN-ului i ARN-ului sau nucleaze (enzime de scindare a acizilor nucleici), precum i - proteine care intr n structura cromatinei cu rol structural sau reglator.

  • CROMOSOMIICromosomii reprezint forma condensat a cromatinei nucleare n mitoz; n interfaz cromatina se gsete sub form granular mai mult sau mai puin condensat (eucromatin sau heterocromatin).La nceputul diviziunii, n nucleopasm are loc condensarea cromatinei i formarea cromosomilor, care la microscopul optic apar sub forma unor filamente sau bastonae, cu afinitate pentru coloranii bazici.Fiecare cromosom este organizat pe baza unei singure molecule de ADN care, dac ar fi ntins, ar avea lungimea de 10 cm, la om. Datorit spiralizrii i concentrrii ADN, cromosomii umani cei mai lungi nu depesc 10 m (deci de 104 ori mai scuri dect molecula de ADN).

  • n procesul de diviziune, (n anafaz) fiecare cromosom se cliveaz de-a lungul su, n dou jumti simetrice, numite cromatide, care erau unite la nivelul centromerului. La nivelul centromerului se gsete o structur n form de disc care conine dou formaiuni de care se ataeaz microtubulii fusului de diviziune, formaiuni denumite cinetocori. La om, majoritatea cromosomilor au centromerul aezat aproape de centrul fiecrei cromatide. n timpul diviziunii, cromatidele se separ una de alta i fiecare va forma un cromosom distinct.

  • Numrul de cromosomi este constant la toate celulele unei anumite specii. La om, numrul de cromosomi este 46 (44 autosomi i 2 gonosomi, XX sau XY) cu excepia gameilor care sunt celule haploide, cu cte 23 de cromosomi. Gametul femel (ovocitul) are 22 de autosomi + X, iar gametul mascul (spermatozoidul) poate avea 22 autosomi + X sau 22 de autosomi + Y. Cei doi gamei rezult n urma diviziunii reducionale (meioza vom reveni la diviziune).

  • Fiecare pereche de cromosomi autosomi are unul din cromosomi de origine matern i cellalt de origine patern, acetia numindu-se cromosomi omologi pentru c au aceeai morfologie i aceeai aranjare a genelor.Spre deosebire de autosomi, cromosomii de sex nu sunt omologi, nici la brbat unde cromosomul X este mai mare dect cromosomul Y, nici la femeie unde, dei exist doi cromosomi X, unul din ei este condensat (cromatina Barr).Cromosomii sunt principalele structuri celulare ale ereditii. Toate caracterele ereditare, att cele morfologice ct i cele fiziologice i biochimice, sunt determinate de genele situate n genomul nucleului. Informaia genetic este reprezentat de secvena nucleotidelor din gen.

  • Exprimarea informaiei genetice se face n dou etape:n prima etap are loc transcrierea informaiei genetice de pe ADN (deci de pe gen) ntr-o molecul de ARN mesager, care trece din nucleu n citoplasm ducnd informaia genetic la ribosomi. Aici are loc a doua etap:Traducerea informaiei genetice care se realizeaz prin sinteza proteinelor.Fiecare gen exist n dublu exemplar: una pe cromosomul matern i cealalt pe cromosomul patern; genele perechi se numesc alele.Anomaliile cromosomiale pot fi numerice i structurale. Un exemplu de anomalie numeric l constituie trisomiile unde, n loc de doi cromosomi omologi, exist trei cromosomi omologi (trisomia 21 sindromul Down). Anomaliile structurale constau n fragmentri ale cromosomilor, prezena cromosomilor inelari, translocaii, deleii etc.

  • Ciclul celularCiclul celular al unei celule are o durat medie de 24 de ore i cuprinde dou faze:1. Interfaza (perioada metabolic) dureaz 22 de ore i este mprit n 3 subfaze: G1, S i G2;2. Mitoza (diviziunea propriu-zis) care dureaz dou ore i cuprinde patru faze: profaza, metafaza, anafaza, telofaza.Interfaza este perioada de timp dintre dou diviziuni celulare i ncepe la sfritul telofazei unei diviziuni i se termin la nceputul profazei urmtoarei diviziuni.Subfaza G1 este o perioad activ a celulei n timpul creia are loc sinteza de macromolecule (ARN, proteine, lipide, polizaharide) necesare existenei ei i dureaz aproximativ 10 ore.Subfaza S, numit i perioada de sintez, este perioada n care genomul (ADN) se replica bidirecional. Cele dou lanuri ale dublului helix sunt desfurate i fiecare lan servete ca tipar pentru o nou molecul de ADN (proces care se realizeaz sub aciunea enzimei ADN-polimeraz). ADN-polimerazele produc secvene scurte, care apoi sunt legate una de alta de ctre enzime denumite ADN-ligaze.

  • Dup faza S urmeaz un stadiu scurt, uor inactiv, denumit intervalul G2, la sfritul cruia celula intr n mitoz.Deci, subfaza G1 se interpune ntre sfritul mitozei i subfaza S; subfaza G2 se interpune ntre subfaza S i nceputul mitozei.n procesul diferenierii celulare, apare i un stadiu G0 care se menine o perioad nedefinit; acest stadiu apare la celulele difereniate sau nalt difereniate (acele celule care nu se mai divid sau se divid extrem de rar), de exemplu celula nervoas sau, n unele cazuri, celula muscular.

  • Cea de-a doua faz a ciclului celular mitoza reprezint procesul prin care dintr-o celul diploid rezult dou celule, tot diploide. ntregul proces implic modificri morfologice, fiziologice i moleculare att la nivelul nucleului ct i al citoplasmei (vezi diviziunea celular). Acest proces se defoar n intervalul de timp dintre profaz i sfritul telofazei, cnd corpul celulei mam se divide prin citokinesis. Fiecare din celulele fiice nou create intr n interfaz. Sinteza de proteine are loc pe toat durata interfazei, pe cnd sinteza ADN-ului este strict limitat la subfaza S.Perioadele ciclului celular sunt foarte diferite n funcie de tipurile de celule. Aceast diferen ntre perioadele ciclului celular se datoreaz perioadei G1 care are lungime diferit; exist cicluri celulare foarte scurte, de 14-16 ore la celulele care se divid foarte rapid (celulele intestinale, celulele canceroase) i cicluri celulare lungi de zile sau sptmni (de exemplu hepatocitele i celulele pancreatice).

  • Reglarea ciclului celular n ciclul celular s-au identificat puncte de control care trebuie depite pentru ca celula s-i poat finaliza ciclul celular.Un prim punct de control este n perioada G1, punctul n care se decide dac celula va continua ciclul celular. Acesta depinde de prezena sau absena factorilor de cretere celular (factorul de cretere fibroblastic, factorul de cretere epidermic), n funcie de care va trebui decis dac celula poate ncepe replicarea ADN-ului.Al doilea punct de control este spre sfritul perioadei G2, unde celula controleaz dac nu exist greeli n replicarea ADN-ului.Al treilea punct de control este n timpul mitozei, n metafaz, cnd nu se trece la anafaz dac nu sunt aliniai toi cromozomii pe fusul de diviziune.Depirea punctelor de control se realizeaz prin intervenia enzimelor care fosforileaz proteinele (protein-kinaze). Acestea acioneaz dup ce au format un complex cu o protein numit ciclin.