1

NOŢIUNI GENERALE DESPRE CELULĂ

Celulele:

sunt unităţile structurale ale lumii vii,

se află permanent în relaţie de echilibru dinamic cu mediul înconjurător,

transformă elementele din mediu în elemente proprii:

o prin procese consumatoare de energie,

au ca principale proprietăţi: creşterea, dezvoltarea, autoreproducerea.

Din punct de vedere structural există două tipuri fundamentale de celule: procariotele şi

eucariotele.

Procariotele (celulele fără nucleu propriu-zis) sunt:

formele celulare de viaţă cele mai simple şi primitive,

reprezentate în principal de bacterii şi alge,

celule mici, cu lungimea de 1-5 μm,

formate din puţine elemente structurale:

o membrana celulară alcătuită din:

membrana internă ce trimite spre interior mici expansiuni,

membrana externă cu rol protector,

la exterior poate prezenta un perete celular,

o un nucleoid reprezentat de un lanţ de ADN fără histone asociate, ce nu prezintă

înveliş nuclear pentru a-l separa de ceilalţi constituenţi celulari,

o numeroşi ribozomi liberi în citoplasmă.

Procariotele au capacitate de înmulţire deosebită şi se adaptează foarte uşor la

condiţiile de mediu. Procariotele sunt studiate în medicină doar ca agenţi patogeni.

Eucariotele:

sunt celule mai mari, cu diametrul peste 10 μm,

sunt reprezentate de protozoare (ex. amoeba), celulele plantelor, ani-malelor, omului,

au o organizare complexă, cu trei componente principale:

o membrana (suprafaţa celulară),

o citoplasma, la nivelul căreia există numeroase organite delimitate de

endomembrane,

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

înveluşul nuclear.

Organismul uman este alcătuit din 1012

– 1015

celule eucariote grupate în numeroase

(câteva sute) tipuri celulare, diferenţiate pentru a-şi realiza funcţia cu o eficienţă mare. Ele pot

prezenta o singură funcţie specifică, dar frecvent au capacitatea de a realiza două sau mai

multe funcţii:

celulele glandelor mucoase au rol în sinteza şi secreţia unor substanţe mucoase,

celulele musculare au ca funcţie contractilitatea,

2

celulele senzoriale, transformă stimulii fizici şi chimici în impulsuri nervoase,

polimorfonuclearele neutrofilele şi macrofagele, digestia intracelulară,

celulele epiteliale din intestin au rol în absorbţie, dar sintetizează şi enzime digestive

(ex. dizaharidaze, peptidaze).

Celulele diferenţiate, de diferite tipuri (hepatocit, neuron, enterocit, nefrocit), la

aceeaşi specie prezintă diferenţe mari, fiind uşor de recunoscut. Însă celule de acelaşi tip, care

aparţin unor specii diferite (ex. hepatocitul de şobolan şi cel de om), prezintă diferenţe mici.

FORMA CELULELOR

Celulelor eucariote au forme foarte diferite, determinate de:

factori genetici,

caracteristicile fizice şi chimice ale mediului în care se află,

raporturile intercelulare,

funcţiile pe care le îndeplinesc.

Celulele aflate în mediu lichid (ex. celulele sanguine) sunt de obicei de formă rotundă

sau ovalară, dar forma lor poate suferi modificări sub influenţa factorilor:

interni sau intracelulari,

externi sau extracelulari.

Astfel, leucocitele din sânge, sferice sau ovale în plasma sanguină, îşi modifică mult

forma când străbat peretele vascular prin procesul de diapedeză.

La nivelul ţesuturilor şi organelor, celulele realizează contacte strânse între ele, iar

forma lor devine neregulată datorită compresiunilor reciproce.

DIMENSIUNILE CELULELOR

La microscopul optic pot fi examinate structuri ale căror dimensiuni sunt de ordinul

micrometrilor. La microscopul electronic însă pot fi studiate şi cele de ordinul nanometrilor

sau chiar al angstromilor.

De obicei este apreciat diametrul celulelor, iar suprafaţa sau volumul lor pot fi

calculate.

Diametrul majorităţii celulelor din organism este cuprins între 10-30 µm:

cele mai mici celule la mamifere sunt considerate celulele granulare (neuronii

granulari) din cerebel, cu diametrul de 3-4 µm,

cele mai mari sunt ovocitele care au aproximativ 200 µm,

unele celule nervoase pot depăşi 100 µm.

Nu există o corelaţie stânsă între mărimea celulei şi mărimea corporală a individului

din aceeaşi specie decât numai pentru celulele foarte specializate cum sunt celulele nervoase.

Luând în considerare vârsta, se constată că celulele tinere au un diametru mai mare

decât cele îmbătrânite.

3

Volumul celulelor variază între 200-1500 µm3. Acelaşi tip celular are un volum

comparabil în seria animală.

COMPOZIŢIA CHIMICĂ A CELULEI EUCARIOTE

Elemente chimice care intră în alcătuirea celulelor eucariote sunt:

macroelemente (95%): oxigenul, carbonul, hidrogenul şi azotul,

microelemente reprezentate de Ca, P, K, S, Na, Fe, Mg şi Cl,

oligoelemente:

o foarte importante pentru activitatea celulară chiar dacă sunt prezente în cantităţi

mici,

o se cunosc până în prezent peste 30 oligoelemente ce intră în structura organismului

animal,

Cr, Co, Cu, I, Se, Vn şi Zn au rol esenţial în activitatea celulară.

Moleculele organice care intră în structura unor constituenţi de bază ai celulei sunt:

proteinele, lipidele, glucidele, acizii nucleici ADN-ul şi ARN-ul.

Proteinele sunt reprezentate de:

proteinele structurale, cu rol central în realizarea structurii celulei,

enzime, care au rolul de a cataliza reacţiile intra şi extracelulare.

Glucidele sunt prezente sub formă de glicogen, glicoproteine sau gli-colipide. Ele intră

în alcătuirea membranei celulare şi a unor organite.

Lipidele formează complexe lipoproteice care intră în structura cito-membranelor, pot

fi stocate ca rezerve şi servesc drept substrat energetic.

Acizii nucleici deţin informaţia genetică.

Apa intră în alcătuirea celulei în proporţie de 60-90%, dar deşi este in-dispensabilă

activităţii celulare, ea nu constituie substratul acesteia.

DURATA VIEŢII CELULELOR

Durata vieţii celulelor diferă în funcţie de tipul celular. Astfel, celulele epitelului

intestinal trăiesc 48-72 ore, după care sunt înlocuite, iar pe de altă parte celulele nervoase şi

cele musculare cardiace au durata de viaţă egală cu cea a individului.

Celulele epiteliale sunt elemente labile, cu o durată de viaţă relativ scurtă. Celulele

uzate sunt înlocuite în permanenţă cu celule tinere provenite din diviziunea celulelor epiteliale

din stratul bazal. Intensitatea procesului de reînnoire celulară a diferitelor epitelii este

variabilă. Astfel epiteliul intes-tinului subţire se reînnoieşte la 4-6 zile, epiteliul de suprafaţă

al stomacului la 3-4 zile, iar cel glandular anual. Studiul caracterelor morfologice ale celulelor

descuamate stă la baza citologiei exfoliative care permite depistarea precoce a unor afecţiuni

neoplazice (ex. studiul frotiului vaginal permite depistarea pre-coce a cancerului de col

uterin). Cheratinocitele au durata de viaţă de aproxi-mativ 28 de zile, după care se

descuamează.

4

Problema duratei în timp se pune şi pentru componentele structurale ale celulei.

Astfel, ADN (cromatina nucleară) persistă tot timpul vieţii celulei, dar alte unităţi structurale

sunt în continuă schimbare.

ORGANIZAREA MORFOLOGICĂ A CELULEI

EUCARIOTE

Structura celulei este diferită în raport cu:

fazele ciclului celular,

vârsta celulei (celulele tinere au talie mai mică şi structură mai simplă; cele mature au

structură complexă),

fazele funcţionale ale celulei.

Astfel, o celulă adipoasă când se încarcă cu grăsime are un aspect, iar când pierde

grăsimea, alt aspect.

Toate celulele eucariote au în componenţa lor trei elemente structurale de bază:

membrana sau suprafaţa celulară, citoplasma şi nucleul.

Membrana celulară este foarte subţire şi de aceea nu poate fi observată la microscopul

optic.

Citoplasma apare nestructurată la microscopul optic, cu aspect gra-nular sau

filamentos. La nivelul citoplasmei există organitele celulare:

ribozomii, cu rol în sinteza proteinelor,

reticulul endoplasmic, cu rol de sinteză şi de sistem microcirculator intracitoplasmatic,

aparatul Golgi, cu rol în procesul de secreţie celulară,

mitocondriile, producătoare de energie,

lizozomii, cu rol în digestia intracelulară,

peroxizomii, cu rol în procesele de detoxifiere de la nivel celular,

centriolul, ce iniţiază diviziunea celulară.

Pe lângă organite, în citoplasmă pot exista şi formaţiuni cu un caracter tranzitor cum ar

fi incluziunile celulare glucidice, lipidice, proteice, pigmen-tare.

Nucleul este structura celulară care se evidenţiază cel mai uşor la mi-croscopul optic.

În interiorul nucleului se găseşte cromatina şi nucleolul, în-corporate în matricea nucleară (suc

nuclear, carioplasmă, cariolimfă).

5

MEMBRANA CELULARĂ

.

Concepţia actuală privind structura membranei celulare a fost formu-lată pe baza

informaţiilor furnizate de teoriile precedente (modelul paucimo-lecular, teoria "unităţii de

membrană", teoria mozaicului fluid), completate cu date noi oferite în primul rând de

microscopia electronică.

S-a stabilit clar că structura fundamentală a membranelor celulare este reprezentată de

un bistrat lipidic continuu, situat la periferia celulei, cu grosimea a două molecule lipidice, în

care sunt interpuse molecule proteice integrale şi periferice.

La nivelul celulelor există trei tipuri de membrane:

membrana plasmatică, care delimitează celula şi intervine în:

metabolismul celulei,

schimburile dintre celule şi mediul extracelular,

realizarea adezivităţii celulare şi a dispozitivelor joncţionale,

imunitate,

endomembrane care delimitează organitele (nucleul, reticulul endo-plasmic,

complexul Golgi, mitocondriile, lizozomii, peroxizomii),

membranele speciale, cum este teaca de mielină.

În compoziţa chimică a membranelor celulare intră 30% apă, 70% sub-stanţe organice

şi cantităţi foarte mici de substanţe anorganice. Din masa us-cată a membranelor, peste 90% o

reprezintă lipidele şi proteinele (35-40% lipide, 55-60% proteine), iar restul sunt glucide (1-

9%).

Teaca de mielină conţine 80% lipide şi 20% proteine, în timp ce mem-brana internă a

mitocondriei este alcătuită în proporţie de 75% din proteine.

În structura membranei celulare:

lipidele sunt localizate în totalitate în plasmalemă,

glucidele sunt prezente doar în structura glicocalixului, pe frontul E (extern) al

plasmalemei,

proteinele se găsesc sub formă de proteine globulare în plasmalemă şi ca proteine

fibrilare (ce formează reţele fine) în glicocalix şi mai ales în citoscheletul membranei,

apa este localizată în glicocalix, feţele hidrofile ale plasmalemei şi în citoscheletul

membranei; în toate zonele îmbibate cu apă vor pătrunde ionii anorganici, substanţe cu

rol funcţional foarte important.

Suprafaţa celulară cuprinde:

plasmalema, partea centrală a membranei celulare, cu grosimea de 7,5 nm, observată

prima dată la microscopul electronic, constituită din:

o stratul bimolecular lipidic

o două straturi de proteine repartizate asimetric de-o parte şi de alta a bistratului

lipidic,

6

glicocalixul (glicolema), o structură glicoproteică cu grosimea de 50 nm ce acoperă

faţa externă (frontul E) a plasmalemei,

cortexul celular cu grosimea de 5-9 nm, situat pe faţa internă (frontul P) al

plasmalemei.

PLASMALEMA

Plasmalema:

este componenta principală a membranei celulare,

are o structură lipoproteică trilaminată cu grosimea de 7,5 nm:

aspectul trilaminat este conferit de cele două foiţe întunecate între care se află

o foiţă clară,

are permeabilitate selectivă dată de distribuţia lipidelor şi proteinelor.

Lipidele, localizate în totalitate în bistratul lipidic sunt reprezentate de:

fosfolipide: fosfatidilcolină, fosfatidiletanolamină, fosfatidilserină şi sfingomielină,

colesterol, mai abundent în stratul extern, împreună cu acizii graşi saturaţi,

glicolipide, care predomină în stratul intern, împreună cu acizii graşi nesaturaţi.

Moleculele lipidice din plasmalemă au forma de cui, cu:

un cap, numit grup polar, hidrofil (solubil în apă), purtător de sarcini electrice,

două cozi, segmentul apolar, hidrofob (solubil doar în lipide), format din acizi graşi.

Având la un capăt grupările hidrofile, iar la celălalt pe cele hidrofobe, moleculele

lipidice sunt molecule bimodale.

Lipidele pot forma în soluţii apoase micelii sau agregate moleculare bi-stratificate la

care partea hidrofilă poate forma cu apa legături de hidrogen (sau electrostatice), iar partea

hidrofobă este orientată astfel încât să nu fie în contact cu mediul apos. În laborator se pot

crea bistraturi lipidice artificiale, sub forma unor vezicule sferice, cu diametrul de 25 nm-1

μm, care poartă nu-mele de liposomi.

Datorită acestor proprietăţi lipidele din membrană se dispun în bistrat cu o grosime de

aproximativ 4 nm:

cu partea hidrofilă (grupul polar) înspre exteriorul bistratului lipidic,

cu partea hidrofobă înspre interiorul bistratului.

astfel, zona centrală a bistratului lipidic este hidrofobă, iar cele două zone

periferice hidrofile.

Datorită acestei distribuţii a lipidelor, permeabilitatea plasmalemei pentru diferite

substanţe (molecule) este inegală:

gazele şi solvenţii organici trec foarte uşor,

glucidele, aminoacizii, acizii graşi trec lent,

monozaharidele, electroliţii trec foarte lent,

proteinele, polizaharidele şi acizii nucleici nu trec.

7

Bistratul lipidic:

prezintă o asimetrie dată de compoziţia chimică diferită a mono-straturilor,

este fluid, iar moleculele sale pot efectua trei tipuri de mişcări:

o de condensare,

o de deplasare laterală,

o "flip-flop", adică sar dintr-un strat în altul.

Proteinele:

constituie cea de a doua componentă de bază a plasmalemei,

sunt de două tipuri:

o extrinseci sau periferice,

o intrinseci sau integrale.

Proteinele extrinseci se găsesc atât pe faţa plasmatică (P) cât şi pe cea externă (E),

fiind mai numeroase însă pe faţa P. Cele de pe faţa plasmatică se mai numesc şi proteine

membranare interne, iar cele de pe faţa externă, proteine membranare de suprafaţă.

Proteinele intrinseci se extind în toată grosimea membranei, motiv pentru care se mai

numesc şi proteine transmembranare sau proteine integrale. Aceste proteine pot delimita

canale transmembranare prin care o serie de molecule hidrosolubile pot difuza între lichidul

intracelular şi cel extracelular. Alte proteine structurale au funcţia de cărăuşi, sunt numite

proteine carrier şi sunt implicate în transportul activ al unor substanţe.

Interacţiunile dintre moleculele lipidice şi cele proteice din plas-malemă sunt de joasă

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

GLICOCALIXUL

Glicocalixul sau glicolema:

se afla pe faţa externă a plasmalemei,

apare ca o structură fibrilară laxă la microscopul electronic,

are grosimea de aproximativ 50 nm:

o nu este la fel de dezvoltat în cazul tuturor celulelor,

o o celulă poate prezenta zone cu grosime diferită a glicolemei, chiar zone în care

aceasta lipseşte:

în cazul celulelor epiteliale, glicocalixul acoperă polul apical, pe când la polul

bazal lipseşte, aici aflându-se membrana ba-zală,

prezintă două componente:

o internă mai puţin densă, cu grosimea de 20 nm şi care poartă nu-mele de înveliş de

suprafaţă,

o externă, ceva mai densă, cu grosimea de 30 nm, numită lamina externă.

Din punct de vedere chimic, glicocalixul este alcătuit în principal din glicoproteine.

Structura sa prezintă o ţesătură delicată şi laxă de lanţuri pro-teice pe care sunt ancorate

8

reziduuri glucidice. Partea proteică este repre-zentată de proteinele extrinseci ale

plasmalemei, care se prelungesc pe lun-gimi diferite în glicocalix. Partea glucidică este

reprezentată de fragmente oligozaharidice formate în principal din galactoză şi cantităţi mici

de manoză, fructoză, glucoză, etc.

Între glicocalix şi matricea extracelulară nu se poate trasa o linie clară de demarcaţie

deoarece ele se întrepătrund, iar în compoziţia matricei extra-celulare se găsesc molecule

glucidice asociate cu proteine, formând proteo-glicani şi glicoproteine.

Glicocalixul intervine în:

controlul schimbului ionic transmembranar,

facilitarea recunoaşterii şi interacţiunii intercelulare,

aderenţa intercelulară, acţionând ca un ciment intercelular,

ataşarea celulelor la componentele matricei extracelulare,

legarea şi ataşarea antigenelor şi enzimelor la suprafaţa celulară.

CORTEXUL CELULAR

Cortexul celular:

este componenta cea mai subţire a suprafeţei celulare,

are grosimea de aproximativ 5-9 nm,

are aspect de reţea:

o la microscopul electronic apare ca o reţea anastomotică de micro-filamente

proteice (actină) orientate neregulat,

o nodurile reţelei sunt reprezentate de proteine globulare,

legăturile dintre diferitele tipuri de proteine sunt modulate prin procese de

fosforilare şi prin intermediul gelsolinei, o proteină reglatoare calciu-

dependentă,

se ancorează de plasmalemă prin intermediul capătului intern al pro-teinelor

extrinseci, iar pe de altă parte este în legătură cu citoscheletul,

conferă membranei elasticitate şi rezistenţă:

o elasticitatea este dată de dispoziţia microfilamentelor proteice sub formă de reţea,

o rezistenţa este asigurată de proteinele globulare ce se află la nivelul nodurilor

reţelei proteice,

intervine şi în mecanismul de recepţie-transducţie care mediază trans-ferul prin

membrana celulară a unor semnale ajunse la celulă din ex-terior.

RECEPTORII DE MEMBRANĂ

Receptorii sunt proteine specializate dispuse în structura membranei celulare, cu

ajutorul cărora celula interceptează mesaje sau semnale sosite la nivelul ei pe cale umorală

sau nervoasă.

Aceste mesaje sunt reprezentate de molecule-semnal numite liganzi care ajunse la

receptorii celulari se leagă specific de aceştia, determinând un răspuns din partea celulei.

9

Liganzii sau mesagerii de ordinul I sunt produşi de celule specializate şi acţionează

specific asupra unor celule "ţintă".

În funcţie de originea substanţelor cu care receptorii sunt capabili să se cupleze,

deosebim:

receptori pentru substanţe endogene,

receptori pentru substanţe exogene.

Receptorii pentru substanţe endogene sunt:

receptorii pentru neurotransmiţători, aşezaţi pe faţa externă a membra-nei

postsinaptice a neuronilor sau a celulelor musculare:

ex. receptorii pentru acetilcolină, noradrenalină, serotonină, dopa-mină, histamină,

acid -aminobutiric, acid glutamic, encefalină,

receptorii pentru hormone:

ex. insulină, glucagon, adrenalină,

receptorii pentru antigene endogene, de la suprafaţa celulelor implicate în răspunsul

imun:

ex. receptorii de la suprafaţa limfocitelor T, codificaţi genetic pentru recunoaşterea

celulelor proprii organismului (self),

receptori pentru anticorpi:

ex. pentru IgE de la suprafaţa leucocitelor bazofile şi a masto-citelor, receptorii

pentru FC a IgG de pe suprafaţa fagocitelor,

receptorii pentru complement, pe suprafaţa membranei celulelor fago-citare,

ex. cei pentru componenta C3 a sistemului complementului,

receptorii pentru glicoproteine.

Receptorii pentru substanţe exogene sunt:

receptorii pentru virusuri, recunos tipuri diferite de virusuri,

receptorii pentru antigene, sunt aşezaţi pe suprafaţa celulelor imuno-competente şi

sunt asemănători imunoglobulinelor,

receptorii pentru toxine microbiene, situaţi la suprafaţa celulelor din diferite ţesuturi,

receptorii pentru substanţe medicamentoase,

receptori pentru lectine (fitohemaglutinina, concanavalina-A).

.

Mecanismul de acţiune al receptorilor

Ligandul sosit la nivelul membranei unei celule ţintă se va cupla cu re-ceptorul lui

specific, pentru o anumită perioadă de timp, fără să pătrundă în celulă. El constituie pentru

celulă un mesager şi în funcţie de mesajul pe care îl conţine, va declanşa o serie de

evenimente la nivelul acesteia.

Evenimentele complexe ce au ca finalitate modificări ale metabolismu-lui celulelor

ţintă, se derulează în trei etape şi anume:

recunoaşterea şi ataşarea liganzilor la receptori,

transferul semnalului prin membrana celulară,

iniţierea unui răspuns biochimic în interiorul celulei.

10

Recunoaşterea şi ataşarea liganzilor la receptori au ca rezultat formarea complexelor

ligand-receptor, care induc la nivelul membranelor celulei două tipuri de modificări:

structurale, ce se traduc în general prin agregarea receptorilor de la suprafaţa celulei în

zone restrânse numite "plaje",

atunci când "plajele" sunt mai dezvoltate, poartă denumirea de "cupolă",

funcţionale, dependente de natura ligandului:

o modificări de permeabilitate ale membranei, determinate în special de liganzii din

categoria neurotransmiţătorilor (ex. acetilcolina),

o inducerea endocitozei, când ligandul este vehiculat pe cale umo-rală,

o pătrunderea de ioni din mediul extracelular,

o activarea unor enzime din membrana celulară, dacă liganzii sunt hormoni,

neurotransmiţători sau diverse droguri.

MOLECULELE DE ADEZIUNE

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

capabile să asigure o adeziune selectivă (specifică) între două celule sau între o celulă şi

matricea extracelulară (membrana bazală sau ţesutul de susţinere).

Selectivitatea unei molecule de adeziune este dată de capacitatea sa de a interacţiona

cu un număr limitat de molecule numite liganzi.

Moleculele de adeziune joacă două posibile roluri în organism:

structural, prin asigurarea coeziunii ţesuturilor,

funcţional tranzitor (limitat doar la perioada inducerii procesului) dând posibilitatea

unei celule de a efectua o funcţie biologică determinată.

Proprietatea fundamentală a proteinelor de aderenţă este de a pune în relaţie mediile

intracelular şi extracelular. Astfel, recunoaşterea ligandului extracelular de către molecula de

adeziune antrenează producerea de infor-maţii destinate restului celulei şi susceptibilitatea de

a modifica structura sau funcţiile acesteia.

Aceste proprietăţi ale moleculelor de aderenţă se realizează datorită sistemelor

transmembranare de transducţie, sisteme membranare specializate în transformarea unei

informaţii extracelulare într-un mesaj intracelular recu-noscut de către celule.

Influenţa moleculelor de aderenţă asupra mediului intracelular este a-sigurată prin

relaţia lor cu citoscheletul, ca în cazul moleculelor de aderenţă implicate în aderenţa

structurală sau prin capacitatea lor de a produce mesa-geri intracelulari, cum se întâmplă în

cazul numeroaselor proteine implicate în aderenţa funcţională.

Moleculele de aderenţă sunt grupate în cinci familii principale: cade-rinele,

imunoglobulinele, integrinele, selectinele, moleculele CD44.

Caderinele:

sunt o familie formată din numeroase molecule, principalele sunt:

o caderina-E, prezentă în toate epiteliile,

o caderina-N, caracteristică ţesuturilor nervos şi muscular,

o caderina-P prezentă în mezoteliu şi epiderm,

sunt glicoproteine monomerice ce asegura prin:

11

o domeniul extracelular, aderenţa intercelulară dependentă de calciu,

o domeniul intracitoplasmatic asociere la microfilamentele de actină ale

citoscheletului.

Imunoglobulinele:

sunt caracterizate de prezenţa unuia sau mai multor domenii de struc-tură moleculară

caracteristică (legături antiparalele stabilizate prin punţi de sulf),

cuprind numeroase molecule cu funcţii foarte diverse:.

o unele joacă un rol major în răspunsul imun:

imunoglobuline,

moleculele HLA,

receptori antigenici ai limfocitelor T,

o altele sunt molecule de aderenţă care se pot grupa în:

familia N-CAM (neural cell adhesion molecule), care joacă un rol important în

embriogeneză şi care sunt exprimate în ţesutul nervos la adult,

familia antigenelor carcinoembrionare,

proteinele de aderenţă endotelială reprezentate de I-CAM1 (intercellular

adhesion molecule 1), I-CAM2 (intercellular adhesion molecule 2) şi V-CAM

(vascular cell adhesion molecule),

proteinele de aderenţă leucocitară CD2.

Integrinele sunt caracterizate printr-o structură heterodimerică şi pre-zintă două lanţuri

ß.

Natura lanţurilor ß permite clasificarea integrinelor în trei subfamilii principale, cu

distribuţie celulară şi cu funcţii particulare. Integrinele ß1 şi ß3 sunt principalele proteine

implicate în adeziunea celulelor la matricea extracelulară. Integrinele ß2 sunt caracteristice

leucocitelor şi sunt implicate în interacţiunile funcţionale cu endoteliul. Prin domeniul lor

intracitoplasmatic integrinele sunt asociate microfilamentelor de actină ale citoscheletului.

Selectinele sunt:

glicoproteine monomerice transmembranare,

reprezentate de trei molecule:

o E-selectina şi P-selectina exprimate la nivelul celulelor endoteliale,

o L-selectina, specifică unei subpopulaţii de limfocite.

implicate în aderenţa leucocitelor circulante la celulele endoteliale.

Moleculele CD44 sunt glicoproteine de suprafaţă reprezentate de 10 molecule

isomorfe implicate în aderenţa intercelulară şi aderenţa celulelor la matricea extracelulară.

12

JONCŢIUNILE CELULARE

Pentru menţinerea integrităţii ţesuturilor ce sunt supuse unor solicitări mecanice (ex.

ţesuturile epiteliale) este necesară solidarizarea celulelor care le constituie. În acest scop,

celulele sunt prevăzute cu dispozitive care le asigură ataşarea unele de altele, în strat compact.

Aceste dispozitive, care asigură solidarizarea celulelor între ele sunt joncţiunile

celulare.

După gradul lor de complexitate, joncţiunile celulare se împart în:

joncţiuni simple;

joncţiuni speciale.

Joncţiunile simple:

sunt legaturi foarte slabe,

se realizează atunci când între membranele a două celule alăturate există o distanţă de

cel mult 30 nm:

rămâne un spaţiu intercelular îngust care nefiind închis va per-mite circulaţia

lichidului intercelular,

sunt asigurate de forţe fizice care ţin de atracţia moleculară sau de legături chimice

realizate de anumitre substanţe prezente în glico-calixul celulelor:

o forţe van der Waals,

o punţi de hidrogen,

Joncţiunile speciale sunt dispozitive de legătură care asigură o ataşare a celulelor

mult mai puternică în comparaţie cu joncţiunile simple. În raport cu dispoziţia pe suprafaţa

celulei întâlnim două tipuri de joncţiuni speciale:

zonulae, formaţiuni în formă de panglică sau bandă, care înconjoară celula ca un brâu,

având o dispunere continuă,

maculae, formaţiuni circumscrise, în formă de buton, pată, spot, cu dis-punere

discontinuă.

După modul de ataşare al celulelor între ele, joncţiunile speciale se îm-part în:

joncţiuni ocludente, impermeabile sau "tight junction", care leagă celu-lele între ele şi

obliterează spaţiul intercellular,

joncţiuni de ancorare, care leagă celulele între ele, asigurându-le rezis-tenţă la acţiunea

unor factori mecanici,

joncţiuni de comunicare, gap sau nexus, care asigură trecerea unor mo-lecule dintr-o

celulă în alta.

Joncţiunile ocludente (zonulae occludens):

sunt dispuse pe marginile laterale, în treimea apicală a celulelor epiteliale ce

delimitează lumenul unor organe,

formează un cordon circumferenţial complet, ca un brâu, în jurul fiecărei

celule,

se realizează prin fuzionarea unor proteine (ocludine, claudine) prezente în

membranele plasmatice ale celulelor alăturate,

punctele lor de sudură sunt separate de mici spaţii interstiţiale.

13

se pot întinde pe o distanţă de 600 nm în care alternează por-ţiuni de

membrană fuzionate, cu porţiuni nefuzionate.

În zona de joncţiune spaţiul intercelular este închis pentru a nu permite trecerea

substanţelor.

Joncţiunile ocludente se realizează între celulele care alcătuiesc epitelii impermeabile.

Astfel, în cazul epiteliului din intestinul subţire, joncţiunile o-cludente sunt dispuse înspre

polul apical al enterocitelor, împiedicând pă-trunderea prin spaţiul intercelular a conţinutului

din lumenul intestinal, ab-sorbţia se va realiza selectiv, transcelular.

Joncţiunile de ancorare asigură stabilitatea mecanică a grupurilor de celule. De-a

lungul suprafeţei interne a membranelor celulare există un cortex celular (ce face parte din

citoschelet) dispus sub formă de reţea, alcătuit din filamente citoscheletale de actină, legate

între ele prin intermediul unei pro-teine numită filamină. Această reţea se leagă de reţeaua

similară a celulei învecinate prin intermediul unor proteine intercelulare de legătură.

Joncţiunile de ancorare sunt de mai multe tipuri:

joncţiuni aderente (zonulae adherens);

desmozomi (maculae adherens);

hemidesmozomi.

Joncţiuni aderente (zonulae adherens):

sunt situate în treimea apicală a celulelor, sub joncţiunile ocludente

membranele celulelor învecinate sunt foarte apropiate (15-20 nm),

se dispun sub formă de benzi de filamente de actină ce înconjoară circumferenţial

celula la interior, în citoplasmă,

solidarizarea reţelelor filamentelor de actină din celulele învecinate se

realizează prin intermediul unei proteine de ade-rare numită caderină.

Astfel de joncţiuni sunt prezente şi la nivelul discurilor intercalare (care sunt complexe

joncţionale) existente între fibrele musculare cardiace.

Desmozomii (maculae adherens):

sunt joncţiuni puternice în formă de buton,

se formează între membranele celulelor aflate la 25-30 nm,

în spaţiul intercelular există o substanţă proteică granulară, cu o condensare

centrală de natură glucidică,

prezintă două discuri dense în citoplasma celulelor adiacente:

constituite din proteine numite desmoplakine şi placoglobine,

la ele sunt conectate reţelele de filamente intermediare de che-ratină numite

tonofilamente, ce aparţin citoscheletului

prezintă proteine transmembranare desmogleine şi desmocoline, cu rol de "linkeri",

care leagă discurile din două celule învecinate

Desmozomii solidarizează între ele, celulele epiteliiilor stratificate (epiderm, epiteliul

mucoasei bucale, esofagiene), împotriva forţelor de frecare ce acţionează asupra lor, iar la

nivelul miocardului menţin ataşate capetele celulelor musculare pentru a nu se îndepărta în

timpul contracţiei.

14

Hemidesmozomii sunt joncţiuni de ancorare sub forma unor jumătăţi de desmozomi,

asigură contactul regiunii bazale a celulelor epiteliale cu mem-brana (lamina) bazală. Prezintă

în structura lor o placă citoplasmatică de care se ancorează reţeaua de tonofilamente de la

polul bazal al celulelor epiteliale, iar legarea sa de membrana bazală se realizează prin

intermediul unor gli-coproteine transmembranare.

Celulele supuse acţiunii unor factori mecanici, cum sunt celulele epi-teliale ale

epidermului sau cele ale colului uterin, preuintă numeroşi desmo-zomi şi hemidesmozomi.

Joncţiunile de comunicare (nexus sau gap junctions):

conectează membranele laterale ale celulelor,

spaţiul intermembranat este îngust de 2-3 nm,

asigură transferul direct de substanţe (ioni, ATP) de la o celulă la alta,

sunt realizate de nişte formaţiuni numite conexoni,

străbat atât membranele celulelor adiacente, cât şi spaţiul dintre ele, asigurând

comunicarea între citoplasmele celor două ce-lule,

fiecare conexon este alcătuit din şase subunităţi proteice în formă de bastonaşe,

dispuse sub formă de inel, delimitând la mijloc un canal de comunicare, cu

diametrul reglabil, între 0,4-2 nm.

Complexele joncţionale sunt asocieri de două sau mai multe tipuri de joncţiuni ce se

stabilesc între celulele alăturate.

La nivelul epiteliilor simple cubice şi simple prismatice, aceste com-plexe joncţionale

sunt dispuse de regulă în treimea apicală a membranelor celulelor învecinate şi ele cuprind

joncţiuni ocludente (zonulae occludens), sub care se dispun joncţiuni aderente (zonulae

adherens), urmează apoi desmo-zomii (maculae adherens), iar apoi joncţiuni de comunicare

(gap junctions).

Între celulele musculare cardiace adiacente apar discurile intercalare, numite şi strii

Eberth, care sunt de asemenea complexe joncţionale. Discurile intercalare sunt constituite din

fascia adherens, desmozomi şi joncţiuni gap.

Întotdeauna între celule se stabilesc acele joncţiuni sau complexe jonc-ţionale care

sunt necesare celulelor respective pentru îndeplinirea funcţiilor lor specifice.

15

SCHIMBURILE PRIN MEMBRANA CELULARĂ

Între celulă şi mediul extracelular există relaţii permanente concretizate prin

comunicări şi schimburi de substanţe, care sunt posibile datorită perme-abilităţii selective a

membranei celulare.

Membrana celulară este constituită dintr-un bistrat lipidic şi molecule proteice care

plutesc în aceste lipide. Multe dintre moleculele proteice pene-trează bistratul lipidic.

Permeabilitatea selectivă a membranei celulare se da-torează permeabilităţii reduse a

bistratului lipidic (care nu este miscibil cu fluidele intra sau extracelulare), dar care datorită

proteinelor ataşate, ce între-rup continuitatea bistratului lipidic este mărită şi făcută selectivă.

Multe molecule proteice penetrante sunt proteine de transport.

Proteinele de transport transmembranar

Există mai multe tipuri de proteine de transport transmembranar:

ATP-azele, care funcţionează ca pompe de transport a ionilor prin membrane,

împotriva gradientului de concentraţie chimică sau a gra-dientului de potenţial electric,

utilizând energia rezultată prin hidroliza ATP,

proteinele canal, pasaje care atunci când sunt deschise ca răspuns la semnale

specifice, permit trecerea prin membrane a moleculelor de apă sau a unor tipuri

specifice de ioni,

proteinele cărăuş (carrier), care spre deosebire de proteinele canal, leagă moleculele

transportate, după care prin modificarea lor con-formaţională vor elibera molecula

legată pe partea opusă a membranei.

Atât proteinele canal cât şi proteinele cărăuş prezintă o mare selec-tivitate privind tipul

(sau tipurile) de molecule sau ioni cărora le permit traversarea membranei celulare.

Permeabilitatea selectivă, o proprietate fundamentală a membranei ce-lulare, permite:

intrarea în celule a unor molecule esenţiale (glucoză, lipide, amino-acizi),

menţinerea în celulă în concentraţii constante a metaboliţilor interme-diari şi a

electroliţilor,

eliminarea din celule a:

o substanţelor active metabolic (enzime, hormoni),

o deşeurilor rezultate în urma proceselor metabolice,

crearea unui mediu adecvat desfăşurării activităţii enzimatice, prin menţinerea pH-ului

şi a compoziţiei ionice,

reglarea volumului celular ca urmare a relaţiilor osmotice dintre celulă şi mediul

extracelular,

crearea gradienţilor ionici necesari excitabilităţii celulelor nervoase şi musculare.

Organitele celulare prezintă şi ele un mediu intern având caracteristici diferite de cele

ale citosolului înconjurător, menţinerea acestor diferenţe da-torându-se endomembranelor.

Prin acest mecanism se asigură celulei un control permanent al compo-ziţiei mediului

ei intern, cu un înalt grad de specificitate.

Schimbul de substanţe prin membrana celulară implică mai multe mecanisme de

transport.

16

Diferitele tipuri de transport iau în considerare:

dimensiunile moleculelor transportate:

ionii şi moleculele mici traversează structurile membranei celulare prin difuziune

sau cu ajutorul proteinelor membranare,

macromoleculele şi particulele sunt transportate prin vezicule delimitate de

membrane,

consumul de energie:

transportul pasiv, prin care moleculele sunt transportate în sensul gradientului de

concentraţie sau a gradientului electrochimic, se realizează fără consum de

energie,

transportul activ, împotriva gradientelor de concentraţie sau electrochimic, se

realizează cu consum de energie rezultată prin hidroliza ATP.

TRANSPORTUL PASIV

Transportul pasiv:

asigură traversarea membranei celulare de către unele molecule mici, în sensul

gradientului de concentraţie sau al gradientului electrochimic în cazul ionilor,

se realizează fără consum de energie, deci nu este dependent de me-tabolismul celular,

se poate realiza prin două modalităţi:

o difuziunea simplă,

o difuziunea facilitată.

Difuziunea simplă

se desfăşoară lent, respectând legile difuziunii şi ale osmozei,

se realizează diferit în funcţie de natura chimică a moleculelor.

o moleculele mici neionizate dar liposolubile vor străbate stratul bimolecular lipidic,

proporţional cu gradul lor de liposolubilitate

oxigenul, azotul, dioxidul de carbon şi alcoolii, au o mare liposolubilitate.

moleculele de apă trec cu ajutorul unor proteine transmembranare numite aquaporine,

moleculele hidrosolubile, dacă sunt suficient de mici, trec prin protei-nele canal.

Proteinele canal:

sunt proteine transmembranare cu rol în difuziunea simplă,

prezintă canale cu două extremităţi orientate una extracelular, iar cealaltă intracelular,

această organizare structurală permite moleculelor să treacă prin difuziune

simplă, în mod direct prin aceste canale, de pe o parte a membranei, pe partea

opusă.

Caracteristicile proteinelor canal sunt următoarele:

au permeabilitate selectivă pentru anumite molecule,

canalele pot fi închise sau deschise prin porţi.

17

Permeabilitatea selectivă a proteinelor canal, adică selectivitatea pentru transportul

unuia sau mai multor ioni sau molecule se datorează unor caracteristici ale canalului:

diametrul, forma şi tipul încărcăturii electrice de-a lungul suprafeţei sale interne.

O importanţă deosebită o prezintă proteinele canal specializate în transportul selectiv

al unor ioni, proteinele canal de ioni:

proteinele canal de sodiu permit trecerea selectivă a ionilor de sodiu (Na):

o au diametrul canalelor de aprox. 0,3-0,5 nm,

o au suprafaţa internă încărcată negativ şi astfel exercită o puternică forţă de atracţie,

proteinele canal cu selectivitate pentru transportul ionilor de potasiu (K):

o au diametrul canalelor de aproximativ 0,3 nm,

o suprafaţa lor internă nu este încărcată negativ,

proteinele canal pentru ionul de calciu (Ca2

) şi pentru ionul de clor (Cl‾).

Porţile proteinelor canal:

sunt extensii în formă de poartă ale moleculelor acestor proteine,

se închid şi se deschid lor prin modificarea conformaţiei proteinelor canal:

o poarta proteinelor canal de sodiu, se închide şi se deschide la exteriorul membranei

celulare,

o poarta proteinelor canal pentru ionii de potasiu, se închide şi se deschide la

interiorul membranei celulare.

În funcţie de mecanismul de închidere şi deschidere a porţilor există:

porţi comandate de voltaj,

conformaţia lor moleculară este dependentă de valoarea po-tenţialului de

membrană,

porţi comandate chimic (de liganzi),

modificarea lor conformaţională se produce în urma legării unei molecule

semnal de proteina canal.

În cazul difuziunii simple, sensul de deplasare al moleculelor prin membrană este

dinspre faţa cu concentraţie mai mare, înspre cea cu concentraţie mai mică, până la egalizarea

concentraţiilor. Cu cât diferenţa de concentraţie a moleculelor existente de o parte şi de

cealaltă a membranei este mai mare, cu atât rata lor de difuziune este mai ridicată. Rata de

difuziune este mult influenţată de mărimea moleculelor. Astfel, moleculele mai mici de 0,8

Kdal trec uşor prin membrană, pentru ca rata de difuziune să scadă direct proporţional cu

creşterea dimensiunii moleculelor.

Difuziunea facilitată:

este un tip de transport transmembranar pasiv prin care unele substanţe greu solubile

în lipide şi cu masă moleculară relativ mare (ex. glucoză, aminoacizi, purine, glicerol),

străbat membrana celulară mult mai repede (de 100.000 ori) decât prin difuziune

simplă,

se realizează cu ajutorul unor molecule proteice transmembranare cu rol de "cărăuşi":

18

preiau substanţele de pe o faţă a membranei, le trec prin membrană, apoi le

eliberează pe faţa opusă.

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

explica prin existenţa la nivelul canalului proteinei cărăuş, a unui situs de legare pentru

molecula care urmează a fi transportată. Aceasta va pătrunde în canal şi va fi legată la nivelul

situsului. Proteina cărăuş va suferi o modificare conformaţională, iar canalul său se va

deschide pe partea opusă a membranei celulare. Pentru că forţa de legare a moleculei

transportate de situs este slabă, aceasta va fi eliberată pe partea opusă a membranei.

Prin difuziunea facilitată sunt transportate molecule, cum sunt glucoza şi unii

aminoacizi. Molecula cărăuş pentru glucoză poate transporta şi alte monozaharide cu structură

asemănătoare, cum este galactoza.

Transportul prin difuziune facilitată se efectuează în sensul gra-dientului de

concentraţie, rata de difuziune creşte până atinge un maximum (Vmax.), fiind limitată de rata

modificărilor conformaţionale a moleculelor cărăuş.

TRANSPORTUL ACTIV

Transportul activ asigură trecerea foartee rapidă prin membrană a unor molecule şi

ioni, împotriva gradientului de concentraţie sau al celui electro-chimic. Acest tip de transport

se realizează cu consum de energie. Modul de furnizarea a energiei utilizate a condus la

descrierea a două tipuri de transport activ:

transport activ propriu-zis sau transportul activ primar, în care este utilizată energia

rezultată din hidroliza ATP;

cotransportul sau transportul activ secundar, în care energia necesară transportului

unor ioni sau molecule împotriva gradientului este fur-nizată de transportul pasiv al

altor ioni sau molecule.

TRANSPORTUL ACTIV PROPRIU-ZIS

Pentru menţinerea gradientului ionic intracelular este necesară trecerea ionilor prin

membrane, de cele mai multe ori împotriva gradientului de con-centraţie sau al celui

electrochimic. Acest tip de transport este realizat de unele protein-enzime din plasmalemă,

numite pompe ionice, care au capacitatea de a cupla transportul împotriva gradientului de

concentraţie sau al celui electrochimic, cu hidroliza ATP. Există pompele ionice care

transportă un singur ion (ex. pompa de Ca2

, pompa de Mg2

) sau concomitent doi ioni (ex.

pompa de Na - K

).

POMPELE IONICE

Până în prezent se cunsc trei clase de protein-enzime care cuplează transportul unor

ioni cu hidroliza ATP:

pompe ionice (ATP-aze) P,

19

pompe ionice (ATP-aze) V,

pompe ionice (ATP-aze) F.

Toate aceste trei clase de ATP-aze prezintă la nivelul feţei interne (citosolice) a

membranei, unul sau mai multe situsuri de legare a ATP-ului, care însă va fi hidrolizat (cu

producerea de ADP, fosfat anorganic şi eliberarea de energie), doar în prezenţa ionului

transportat.

Pompele ionice din clasa P au structura cea mai simplă, constituită din patru

subunităţi transmembranare, două polipeptide şi două polipeptide . Se crede că ionii

transportaţi trec prin subunitatea .

În această clasă de pompe ionice sunt incluse:

Na-K

ATP-aza, care se găseşte în membrana plasmatică;

Ca2

ATP-azele, care se găsesc:

în membrana plasmatică, unde transportă ionii de calciu (Ca2

) afa-ră din celulă;

în membrana reticulului sarcoplasmic (la nivelul fibrei musculare striate), unde are

rolul de a pompa ionii de calciu din citosol în lu-menul acestui organit, urmată de

relaxarea musculară;

pompe transportoare de protoni (ioni de H) care se găsesc în celulele care secretă

acid, la nivelul mucoasei gastrice şi a celulelor tubilor con-torţi distali şi colectori din

rinichi. H-K

ATP-aza care se găseşte în celulele epiteliale ale mucoasei gastrice are

rolul de a transporta protoni (H) în exteriorul celulei şi ionii de potasiu (K

) în citosol.

Activitatea pompei de protoni la nivelul celulelor parietale ale mucoasei gastrice stă la

baza secreţiei de acid clorhidric de la acest nivel.

Pompele ionice din clasa V au structura constituită din aproximativ 7 subunităţi

(lanţuri polipeptidice). Rolul lor este de a transporta împotriva gradientului electrochimic ionii

de hidrogen (protonii). H ATP-azele se gă-sesc în membrana plasmatică a unor celule

secretoare de acid (ex. osteoclas-tele din ţesutul osos), dar şi în membrana lizozomilor şi

endozomilor, sau a vacuolelor unor celule vegetale sau a unor fungi, unde au rolul de a

menţine un pH acid în lumenul acestora.

Pompelele ionice din clasa F au o structură asemănătoare cu cea a H ATP-azelor,

fiind constituite din 8 lanţuri polipeptidice. Rolul lor este de a cupla transportul ionilor de

hidrogen cu hidroliza ATP. Au fost identificate în membrana mitocondriilor, a cloroplastelor

şi în membrana plasmatică a bacteriilor.

Recent a fost identificată a patra clasă de proteine de transport cu acti-vitate ATP-

azică, implicate în transportul activ al unor medicamente. Este cunoscută o glicoproteină din

membrana plasmatică (P170), care transportă diferite medicamente din citosol în spaţiul

extracelular, împotriva gradien-tului de concentraţie, utilizând energia furnizată de hidroliza

ATP. Această proteină, cunoscută ca P170, este responsabilă de rezistenţa celulelor maligne la

acţiunea diferitelor chimioterapice, indiferent de concentraţia lor.

20

POMPA DE SODIU - POTASIU (Na-K

ATP-aza)

Dintre pompele ionice, cea mai importantă pentru activitatea celulară este pompa Na-

K. Prezentă în toate celulele organismului această pompă are rolul de a menţine diferenţele

de concentraţie ale ionilor de sodiu şi potasiu, de-o parte şi de alta a membranei celulare, de a

menţine potenţialul electric negativ în interiorul celulei.

Prin activitatea sa, pompa de sodiu-potasiu controlează volumul celular. Lipsa

activităţii acestei pompe ar determina tumefierea celulelor, până la distrugerea lor.

Concentraţia ionilor de Na din citoplasmă este mult mai mică decât în mediul

extracelular, de aceea pentru buna desfăşurare a activităţii celulare a-ceştia trebuie să fie scoşi

permanent din celulă. Ionii de K se află în con-centraţie de 15 ori mai mai mică în mediul

extracelular decât în citoplasmă, dar vor fi introduşi în permanenţă în celulă. Astfel, ieşirea

din celulă a ionilor de Na se face împotriva gradientului de concentraţie şi împotriva poten-

ţialului electric, iar intrarea ionilor de K în citoplasmă din mediul extracelu-lar se face în

sensul gradientului electric, dar împotriva gradientului de con-centraţie.

Transportul acestor ioni (Na şi K

) prin membrană, împotriva gradien-tului de

concentraţie, este realizat de Na-K

ATP-ază, care în prezenţa ioni-lor de Na

şi K

şi a unei

concentraţii corespunzătoare de ioni de Mg2

hi-drolizează ATP-ul.

Na-K

ATP-aza este un tetramer ce prezintă două subunităţi şi două subunităţi .

Subunitatea prezintă:

trei situsuri pentru legarea ionilor de Na, în porţiunea care pătrunde în celulă,

două situsuri de legare pentru ionii de K, situate în porţiunea externă,

porţiune cu activitate ATP-azică, situată în porţiunea internă, în veci-nătatea

situsurilor pentru ionii de Na.

Legarea ionilor de Na la nivelul celor trei situsuri, va determina acti-varea funcţiei

ATP-azice a pompei, cu producerea hidrolizei ATP. Va rezulta astfel energia necesară

modificării conformaţionale a pompei de sodiu-potasiu, care va permite ieşirea ionilor de Na

şi pătrunderea ionilor de K în citoplasmă.

Hidroliza unei molecule de ATP va furniza enegia necesară pătrunderii în celulă a doi

ioni de K şi expulzării a trei ioni de Na

.

POMPA DE CALCIU (Ca2

ATP-aza)

Ionii de Ca2

din citosol sunt într-o concentraţie de 10.000 de ori mai mică decât în

spaţiul exrtracelular. Concentraţia scăzută a ionilor de Ca2

liberi de la nivelul citosolului este

menţinută prin activitatea pompelor de calciu:

din membrana celulară, care pompează ionii de Ca2

în spaţiul extrace-lular;

din membranele reticulului sarcoplasmic (în cazul celulelor musculare striate) şi

mitocondriei, care pompează ionii de Ca2

din citosol în inte-riorul acestor organite.

În activitatea pompei de Ca2

din membrana plasmatică este foarte im-portantă o

proteină din citosol numită calmodulină. Concentraţia mare a io-nilor de Ca2

din citosol

21

determină legarea calciului de calmodulină, care va suferi o modificare conformaţională şi se

va lega de Ca2

ATP-ază. În acest mod Ca2

ATP-aza va fi activată şi va elimina ionii de Ca2

în spaţiul ex-tracelular.

La nivelul celulelor musculare, eliberarea ionilor de Ca2

în citosol este urmată de

contracţie, iar prin activitatea Ca2

ATP-azei, ionii de Ca2

din ci-tosol vor fi pompaţi în

interiorul reticulului sarcoplasmic, urmarea fiind relaxarea musculară. Pentru desfăşurarea

activităţii pompei de Ca2

este nece-sară prezenţa ionilor de Mg2

.

La nivelul suprafeţei citosolice Ca2

ATP-aza are o mare afinitate pen-tru ionii de

Ca2

. Un singur polipeptid , prin hidrloliza unei molecule de ATP, poate transporta doi ioni

de Ca2

.

Reticulul sarcoplasmic conţine două proteine, calsequestrina şi pro-teina de legare cu

mare afinitate pentru calciu, care au capacitatea de a lega ionii de Ca2

. Astfel, scade

concentraţia ionilor liberi de Ca2

din reticulul sarcoplasmic, iar cantitate de energie necesară

pentru pomparea lor din citosol scade.

COTRANSPORTUL

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

aminoacizii) în citosol, împotriva gradientului de concentraţie, utilizând pentru aceasta

energia stocată în gradientul transmembranar al ionilor Na sau H

.

Transportul activ al ionilor de Na din citosol determină excesul acestor ioni la nivelul

spaţiului extracelular. Ionii de Na, în exces în spaţiul extracelular, au tendinţa de a pătrunde

în citosol (gradientul de concentraţie stochează energie), iar energia de difuziune a acestor

ioni poate fi utilizată pentru transportul în celulă şi a unor substanţe cum sunt glucoza sau

aminoa-cizii. Ionii implicaţi în acest tip de transport poartă numele de ioni cotrans-portaţi.

Există două tipuri de cotransport:

simportul, când moleculele se deplasează în aceeaşi direcţie cu ionul cotransportat,

antiportul în care moleculele se deplasează în direcţie opusă ionului cotransportat.

SIMPORTUL

Prin simportul Na-glucoză şi Na

-aminoacizi se realizează transportul împotriva

gradientului de concentraţie a glucozei şi aminoacizilor din lume-nul intestinului subţire în

citoplasma enterocitelor şi a glucozei din lumenul tubilor uriniferi în citoplasma nefrocitelor.

Simportul Na-glucoză. La nivelul regiunii apicale, prevăzută cu mi-crovili a

membranei plasmatice se află o proteină de transport ce realizează simportul ionului de Na şi

al glucozei. Proteina de transport prezintă un situs de legare pentru ionul de Na şi unul pentru

glucoză, iar energia necesară transportului este furnizată de diferenţa de concentraţie a ionului

de Na de-o parte şi de alta a membranei plasmatice. După ataşarea ionului de Na

şi a

glucozei, proteina de transport va suferi o modificare conformaţională, care va permite

pătrunderea Na şi a glucozei în citosol.

Simportul Na-glucoză se realizează şi la polul apical al membranei plasmatice (cu

microvili) a nefrocitelor din tubii uriniferi.

22

Simportul Na-aminoacizi se realizează printr-un mecanism identic, dar cu

participarea altor proteine de transport.

În citosolul enterocitelor se acumulează ioni de Na, glucoză şi ami-noacizi. În

regiunea bazolaterală a membranei plasmatice a enterocitului se află Na-K

ATP-aza prin

activitatea căreia ionii de Na sunt pompaţi în spa-ţiul extracelular. Tot în regiunea

bazolaterală a membranei enterocitului se află proteine transmembranare care transportă

moleculele de glucoză şi ami-noacizii care se concentrează în citosolul enterocitelor prin

procesul de sim-port. Astfel, prin cele două procese desfăşurate la nivelul celor două regiuni

(apicală şi bazolaterală) ale membranei plasmatice a enterocitelor, ionii de Na, glucoza şi

aminoacizii ajung din lumenul intestinului subţire în circulaţia sanguină.

ANTIPORTUL

Antiportul este modalitatea de transport a unor ioni în celulă, cuplat cu ieşirea în

spaţiul extracelular a unor ioni sau molecule. Există două mecanis-me importante de antiport:

antiportul Na-Ca

2 şi antiportul Na

-H

.

Antiportul Na-Ca

2 este mecanismul prin care ionii de Na

intră în citosol, cuplat cu

ieşirea ionilor de Ca2

din citosol în spaţiul extracelular. Acest tip de transport este realizat de

o proteină de care se leagă ambii ioni.

Antiportul Na-Ca

2 constituie alături de transportul activ prin pompa de Ca

2, un

mecanism adiţional de transport al acestor ioni. La nivelul fibrei musculare cardiace,

antiportul Na-Ca

2 este principalul mecanism de reducere a concentraţiei ionilor de Ca

2 din

citosol, urmată de scăderea frecvenţei cardiace.

Antiportul Na-H

are o importanţă mare la nivelul tubilor contorţi pro-ximali, unde

prin participarea unei proteine de transport, ionii de Na pătrund din lumenul tubular în

citosolul nefrocitelor (în sensul gradientului de con-centraţie), în timp ce ionii de H trec prin

antiport în lumenul tubilor uriniferi. Prin acest mecanism este menţinut la un nivel normal

pH-ul citosolic necesar desfăşurării proceselor vitale.

TRANSPORTUL PRIN VEZICULE

Transportul prin vezicule este o formă particulară de transport, prin care celula preia o

serie de substanţe din mediul extracelular sau elimină diferite particule în spaţiul extracelular.

Mecanismul de transport include formarea la nivelul membranei celulare a unor vezicule care

încorporează particulele ce urmează a fi transportate, înpreună sau fără lichid interstiţial. În

funcţie de sensul în care particulele urmează a fi transportate deosebim:

exocitoza,

endocitoza,

transcitoza.

Prin exocitoză celula elimină la exteriorul ei diferiţi produşi de secreţie sau substanţe

rezultate din metabolism, fiind implicată în special în mecanismul secreţiei celulare.

23

Prin endocitoză celulele introduc în citoplasmă particule din mediul extracelular, prin

vezicule formate din membrana celulară. După modul în care particulele sunt interiorizate,

deosebim două tipuri de endocitoză:

fagocitoza, procesul prin care particulele sunt endocitate fără fluid intercelular;

pinocitoza, procesul de endocitare a unei cantităţi oarecare de lichid in-terstiţial

împreună cu particulele pe care le conţine.

FAGOCITOZA

Fagocitoza este o modalitate de hrănire pentru anumite vieţuitoare inferioare

(protozoare). La mamifere fagocitoza joacă un rol important în pro-cesele de apărare ale

organismului, deoarece pe această cale sunt înglobate şi apoi distruse intracelular bacteriile,

unii paraziţi, substanţe străine, resturi celulare, celule degenerate sau îmbătrânite, celule

maligne, etc. Procesul de fagocitoză este realizat la mamifere, în condiţii normale şi

patologice de către celulele specializate numite fagocite.

În funcţie de dimensiunea particulelor pe care sunt capabile să le înglo-beze, fagocitele

sunt clasificate în:

microfage, reprezentate de granulocite, capabile să înglobeze numai particule de

dimensiuni mici;

macrofage, reprezentate de celulele din sistemul fagocitelor mononu-cleare (sistemul

monocito-macrofagic), capabile să înglobeze şi particule de dimensiuni mai mari.

Microfagele reprezentate de granulocitele neutrofile şi într-o măsură mai redusă de

granulocitele eozinofile, când ajung la nivelul ţesuturilor sunt deja mature având imediat

capacitatea de a fagocita. În mod normal, neutro-filul are capacitatea de a fagocita până la 20

de bacterii, după care se va inac-tiva şi va fi distrus.

Macrofagele sunt prezente în toate tipurile de ţesut conjunctiv, cu o densitate mai

mare în zone apropiate mediului extern, cum sunt corionul mu-coaselor, dermul pielii, stroma

organelor parenchimatoase sau în jurul vaselor sanguine. Ele aparţin sistemului monocito-

macrofagic. Originea lor este în celulele stem existente în măduva hematogenă, care prin

diferenţiere dau naştere monocitelor. Acestea trec în sânge pentru aproximativ 60 ore, apoi

prin diapedeză trec în ţesutul conjunctiv, unde se transformă în macrofage tisulare (histiocite)

care desfăşoară activităţi specifice. Durata lor de viaţă este de câteva luni.

Macrofagele au formă rotundă sau ovalară, prezintă prelungiri citoplas-matice scurte,

iar nucleul lor este relativ mic, rotund sau reniform, dispus central sau excentric şi este

heterocromatic. Nucleolii se disting greu. Cito-plasma este abundentă şi conţine organite

celulare numeroase, dintre care se evidenţiază numărul mare de lizozomi (primari şi

secundari). Pe suprafaţa lor prezintă receptori pentru regiunea Fc a imunoglobulinei G (RFc)

şi pentru cel de-al treilea component al sistemului complementului (RC3).

Diferitele celule care sunt incluse în sistemul fagocitelor mononucleare sunt

următoarele:

monocitele din sânge,

macrofagele (histiocitele) din ţesutul conjunctiv,

24

celulele Kupffer din ficat,

microgliile din sistemul nervos central,

macrofagele libere din fluidele pleurale, peritonele, sinoviale şi cele din alveolele

pulmonare şi splină,

osteoclastele din ţesutul osos,

celulele dendritice din epiderm (celule Langerhans) şi celulele similare ramificate din

ganglionii limfatici, splină şi timus, toate fiind celule prezentatoare de antigene.

Macrofagele sunt celule mobile care se deplasează în ţesuturi cu ajuto-rul

pseudopodelor. Prin activitatea fagocitară a macrofagelor sunt îndepărtate din ţesuturi:

microorganisme (pot fagocita mai mult de 100 de bacterii), res-turi organice, complexe imune

multimoleculare, hematii, ocazional paraziţi (protozoarele din genul Plasmodium, care

determină malaria).

Recunoaşterea fagocitară se realizează la două niveluri: la nivel tisular, cu ajutorul

opsoninelor şi la nivelul celular, prin receptorii de suprafaţă. Op-soninele pot fi

neimunospecifice (fibronectina) şi imunospecifice (IgG, C3). Astfel, macrofagul poate realiza

două tipuri de fagocitoză:

fagocitoza neimunospecifică mediată de opsonine neimunospecifice (de tipul

fibronectinei),

fagocitoza imunospecifică mediată de opsonine imunospecifice (de tip IgG şi C3).

În anumite situaţii patologice, ca răspuns la pătrunderea în organism a unor microbi

(bacilul tubeculos şi bacilul leprei) sau a unor corpi străini ma-crofagele pot fuziona, dând

naştere unor celule gigante multinucleate, cu 20-50 de nuclei cuprinşi într-o masă

citoplasmatică unică. Alteori ele se agregă şi se unesc prin joncţiuni strânse, în jurul unor

focare de infecţie. Aceste celule poartă numele de celule epitelioide, datorită asemănării cu

celulele epiteliale.

Fagocitele trebuie să fie selective în ceea ce priveşte materialul fagoci-tat.

Selectivitatea procesului se datorează faptului că:

multe structuri tisulare (proprii organismului) au suprafaţa netedă, care le conferă

rezistenţă la fagocitoză,

multe structuri proprii organismului au un înveliş proteic protector care nu favorizează

fagocitoza, în timp ce ţesuturile moarte şi multe par-ticule străine nu au un astfel de

înveliş,

organismul are capacitatea de a recunoaşte materialele străine, prin sis-temul imun.

Fagocitele prezintă la suprafaţa lor receptori cu ajutorul cărora ele recunosc ceea ce

este "self" de ceea ce este "non self" (antigeni). Fagocitele sunt capabile să recunoască

componentele structurale proprii alterate, cum sunt celule degenerate, îmbătrânite, maligne,

resturi celulare, etc.

După extravazare prin diapedeză, leucocitele se vor deplasa la locul a-gresiunii, sub

acţiunea unor agenţi chemotactici, în sensul gradientului chimic, procesul numindu-se

chemotaxie. Agenţii chemotactici pot fi de natură endo-genă sau de natură exogenă. Dintre

substanţele chemotactice de natură exo-genă, cele mai obişnuite sunt produşii bacterieni

solubili (peptide şi lipide), iar cele de natură endogenă sunt reprezentate de:

produşii de metabolism ai acidului arahidonic, în special de leucotriena B,

citokine, în special de cele din familia chemochinelor (IL-8),

componentele sistemului complementului, în special de C5a.

25

Legarea agenţilor 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 şi a

diacilglicerolului, cu eliberarea ionilor de Ca2

. Creşterea concentraţiei de ioni de Ca2

la

nivelul citosolului, prin eliberarea din depozitele intracelulare şi prin influxul de Ca2

extracelular, va declanşa asamblarea elementelor contractile, care face posibilă mişcarea

celulară prin emiterea de pseudopode. La nivelul acestora există o reţea ramificată, constituită

din actină şi miozină. Mişcările de locomoţie implică asamblarea şi dezasamblarea rapidă a

monomerilor de actină. Aceste procese sunt controlate de efectul ionilor de calciu şi a

inozitolilor asupra unor proteine reglatoare ale actinei cum sunt: filamina, gelsolina, profilina,

calmodulina. Mecanismul prin care actina va interacţiona cu miozina în interiorul

pseudopodelor, în cursul mişcărilor de locomoţie, este insuficient cunoscut.

Agenţii chemotactici induc şi activarea fagocitelor, caracterizată prin:

producţia de metaboliţi ai acidului arahidonic,

modularea moleculelor de adeziune leucocitară,

degranularea şi secreţia de enzime leucocitare,

activarea degradărilor oxidative.

ETAPELE FAGOCITOZEI

Fagocitoza se realizează în trei etape distincte, aflate în interrelaţie:

recunoaşterea şi ataşarea particulei care urmează a fi fagocitată,

înglobarea şi formarea fagozomului,

degradarea materialului fagocitat.

Recunoaşterea şi ataşarea

Ocazional, neutrofilele şi macrofagele pot recunoaşte şi îngloba bac-terii sau materiale

de origine exogenă cu ar fi granulele de latex. Majoritatea microorganismelor însă, nu sunt

recunoscute decât după ce vor fi acoperite de opsonine în procesul de opsonizare. Există două

opsonine majore:

fragmentul Fc al imunoglobulinei G (IgG);

C3b (forma sa stabilă fiind C3bi), fragmentul opsoninic al compo-nentei C3 a

sistemului complementului.

Complementul reprezintă un sistem format din aproximativ 20 de pro-teine prezente în

plasmă, dintre care multe sunt precursori ai enzimelor. A-ceşti precursori sunt în mod normal

inactivi, dar pot fi activaţi prin două me-canisme: clasic şi alternativ.

La nivelul membranei celulare a leucocitelor există receptori corespun-zători

opsoninelor. Aceştia sunt:

receptorul RFc, care recunoaşte fragmentul Fc al IgG,

receptorii complementului 1, 2 şi 3 (RC1,2,3), care interacţionează cu C3b şi C3bi.

Receptorul RC3, are o importanţă particulară deoarece:

este identic cu integrina-2-Mac-1, implicată în adeziunea la endo-teliul vascular;

recunoaşte lipopolizaharidele bacteriene fără intervenţia anticorpilor sau

complementului, rezultând fagocitoza nonopsonică;

26

leagă unele componente ale matricei extracelulare, cum sunt fibro-nectina şi laminina.

Înglobarea

Legarea particulei opsonizate la receptorul RFc este suficientă pentru a declanşa

înglobarea, care însă devine foarte intensă în prezenţa receptorilor pentru complement.

În timpul înglobării pseudopodele emise de fagocite vor înconjura par-ticula care

urmează a fi înglobată pe toată suprafaţa, printr-un mecanism nu-mit "în fermoar", rezultând

în final internalizarea unei porţiuni din membrana plasmatică (a celulei fagocitare), cu

constituirea fagozomului. Membrana li-mitantă a fagozomului va fuziona cu lizozomii

(primari), cu constituirea fago-lizozomilor (lizozomi secundari). Astfel conţinutul granulelor

lizozomale va fi descărcat în interiorul fagolizozomului, granulocitele şi monocitele degra-

nulându-se progresiv.

Multe dintre procesele implicate în fagocitoză şi degranulare sunt simi-lare celor

întâlnite în cazul chemotaxiei, fiind asociate cu:

legătura ligand-receptor,

activarea fosfolipazei C,

producerea de diacilglicerol şi inozitol-1,2,3-trifosfat,

activarea proteinkinazei C,

creşterea concentraţiei citosolice de calciu.

Degradarea

Reprezintă ultima etapă a procesului de fagocitoză. În cazul fagocitării bacteriilor, la

nivelul fagozomilor (neutrofilelor sau macrofagelor), există a-genţi bactericizi care omoară

bacteriile înainte ca ele să fie digerate.

Omorârea bacteriilor se realizează printr-un mecanism dependent de oxigen, care

presupune intervenţia unor agenţi oxidanţi care se formează (sub acţiunea unor enzime) la

nivelul membranelor fagozomilor, sau a peroxi-zomilor. Agenţii oxidanţi sunt: superoxidul

(O2-

), peroxidul de hidrogen (H2O2) şi ionul hidroxil (OH-).

Astfel, fagocitoza stimulează:

arderile cu consum de oxigen,

glicogenoliza,

creşterea oxidării glucozei (pe calea şuntului hexozomonofosfat),

producerea de metaboliţi reactivi ai oxigenului.

Producerea metaboliţilor de oxigen se realizează prin rapida activare a NADPH

oxidazei, care oxidează NADPH (nicotinamidadenin dinucleotid fosfatul). În acest proces se

produce şi reducerea oxigenului, cu generarea ionului superoxid. Acesta va fi apoi convertit în

H2O2. Cantitatea de peroxid de hidrogen (H2O2) produsă la nivelul fagolizozomilor este

suficientă pentru a omorî bacteriile.

NADPH oxidaza este un sistem enzimatic complex, constituit din fos-foproteine

citosolice şi componente proteice ale citocromilor membranari. Activarea NADPH oxidazei

necesită translocarea componentelor citosolice pentru a interacţiona cu citocromii fixaţi la

nivelul membranei, iar când membrana este invaginată, la nivelul fagolizozomului. În această

situaţie peroxidul de hidrogen este produs în interiorul lizozomilor.

Granulele azurofile ale neutrofilelor conţin enzima numită mielo-peroxidază, care în

prezenţa unui halogen, cum este clorul, transformă pe-roxidul de hidrogen în HOCl. Acesta

27

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

şi proteinelor.

Importanţa mecanismului de distrugere a bacteriilor, dependent de oxi-gen, este

demonstrată de existenţa unui grup de defecte congenitale privind omorârea bacteriilor, care

determină boala cronică granulomatoasă caracte-rizată prin predispoziţia unor pacienţi

pentru infecţii bacteriene recurente.

Această afecţiune se datorează unor defecte genetice privind co-dificarea unor

componente ale NADPH oxidazei.

Omorârea bacteriilor se poate realiza în absenţa arderilor oxidative, prin intervenţia

unor substanţe conţinute în granulele leucocitelor. Aceste sub-stanţe sunt: proteina creşterii

permeabilităţii bactericide, lizozimul, lactofe-rina, proteina bazică majoră (la nivelul

eozinofilelor), defensina.

După omorâre, bacteriile vor fi degradate la nivelul fagolizozomilor de către

hidrolazele acide conţinute de granulele azurofile.

Materialele nedigerabile sunt reţinute în vacuole, constituind corpii re-ziduali. În

citoplasma unor celule cu viaţă lungă, cum sunt neuronii sau ce-lulele musculare cardiace, se

acumulează cantităţi mari de corpi reziduali care conţin lipofuscina numită şi pigment de

uzură.

PINOCITOZA

Pinocitoza reprezintă procesul prin care se realizează pătrunderea în celule a unor

molecule împreună cu fluid extracelular, sub forma unor vezicule extrem de mici. Pinocitoza

reprezintă ingestia de substanţe aflate sub formă de dispersie în fluidul extracelular, proces

stimulat de modificările ionice.

Pinocitoza se realizează în mod continuu la nivelul membranei plas-matice a celor mai

multe celule. În unele cazuri procesul se desfăşoară cu mare rapiditate. Astfel, în cazul

macrofagelor, pinocitoza se desfăşoară extrem de rapid, în fiecare minut până la 3% din

membrana macrofagului fiind înglobată sub formă de vezicule.

Pinocitoza este singura modalitate prin care multe macromolecule (ex. moleculele

proteice) pătrund în celule.

Există două forme de pinocitoză:

pinocitoza independentă de receptori, cu producerea de vezicule pino-citotice netede,

proces relativ neselectiv;

pinocitoza mediată de receptori, cu producerea de vezicule acoperite, prin care se

realizează un proces selectiv de absorbţie.

Pinocitoza independentă de receptori este o modalitate de interiorizare (înglobare) a

substanţelor existente în lichidul extracelular, cu ajutorul unor vezicule formate prin

internalizarea unei porţiuni a membranei celulare, fără ca particulele să fie fixate în prealabil

de receptorii membranari specifici. Procesul se desfăşoară la nivelul endoteliului vascular, în

celulele musculare netede, dar este prezent la aproape toate tipurile de celule.

Veziculele pinocitotice se formează prin invaginarea membranei plas-matice. Iniţial,

membrana plasmatică se va invagina pentru a forma mici de-presiuni proiectate în interiorul

celulei. Apoi membranele se apropie, deschi-derea depresiunii create se îngustează, formând

28

un lumen îngust. În conti-nuare membranele vor fuziona luând naştere vezicule numite

pinozomi.

Continuarea constricţiei va determina separarea veziculei de mem-brană. În faza

următoare, pinozomii care se desprind de membrana celulară vor fi antrenaţi de curenţii

intracitoplasmatici. În citoplasmă pinozomii se vor uni cu lizozomii, iar particulele endocitate

vor fi digerate până la componente simple.

Pinocitoza mediată de receptori se mai numeşte şi absorbtivă, selec-tivă sau

concentrativă şi este o modalitate de înglobare a unor particule pe care celula le recunoaşte cu

ajutorul unor receptori existenţi la suprafaţa membra-nei celulare.

În acest proces receptorii specifici de la suprafaţa membranei se leagă strâns de

macromoleculele extracelulare pe care le recunosc. Aceste molecule poartă numele de liganzi.

În mod uzual, moleculele proteice se ataşează la membrana plasmatică la nivelul unor

receptori specializaţi, specifici pentru tipul de proteină absor-bită. În general, aceşti receptori

sunt concentraţi în mici depresiuni la nivelul suprafeţei externe a membranei plasmatice.

Acestea se numesc caveole aco-perite, deoarece pe suprafaţa lor citosolică se găseşte o reţea a

cărei compo-nentă principală o constitue o proteină fibrilară, clatrina.

Clatrina este o proteină fibrilară, vizibilă în microscopia electronică ca o reţea care

acoperă faţa citosolică a caveolelor sau a veziculelor formate din membrana plasmatică şi a

celor formate la nivelul compartimentului trans al complexului Golgi. Clatrina purificată are

forma unui triskelion cu trei braţe, fiecare lanţ fiind constituit dintr-un braţ lung (greu) şi un

braţ scurt (uşor).

Polimerizarea spontană a acestor formaţiuni determină extinderea caveolelor şi

eventual formarea veziculelor acoperite.

După legarea moleculelor proteice la receptori se produce o modificare a proprietăţilor

membranei celulare, astfel că întreaga depresiune se invagi-nează, iar proteinele care o

înconjoară ca o reţea vor determina fuzionarea marginilor acesteia, cuprinzând şi o mică

cantitate de fluid extracelular.

Imediat după aceea porţiunea invaginată a membranei se va desprinde de suprafaţa

celulei, constituind vezicula acoperită. Veziculele acoperite cu clatrină tipice au aspectul unor

mingi de fotbal cu diametrul de 50-100 nm.

După endocitare veziculele acoperite pierd reţeaua de clatrină, formând vezicule

netede, numite receptozomi.

În afară de clatrină, care este componenta cea mai studiată a reţelei proteice care

acoperă veziculele, o altă proteină este dinamina. Aceasta este o proteină citosolică, care

leagă şi apoi hidrolizează GTP-ul. Perturbări ale ac-tivităţii acesteia determină imposibilitatea

legării GTP-ului, blocând formarea veziculelor acoperite.

Între reţeaua de clatrină şi membrana veziculelor se găseşte un spaţiu de aprox. 20 nm,

care conţine particule de asamblare.

În afară de clatrină, dinamină, particule de asamblare, la acest nivel există probabil şi

filamente de actină şi miozină.

Astfel, acest proces de formarea al veziculelor se realizează în următoarele etape:

membrana acoperită formează o depresiune,

apoi o caveolă acoperită,

în final se va forma vezicula acoperită.

Pinocitoza mediată de receptori necesită:

29

energie, care va fi furnizată de ATP;

prezenţa ionilor de calciu în fluidul extracelular, care interacţionează cu filamentele

proteice contractile din jurul depresiunilor acoperite, pentru a mobiliza veziculele de

la nivelul membranei celulare.

Receptozomii vor fi antrenaţi de curenţii intracitoplasmatici şi se vor uni cu lizozomii

în vederea degradării (digestiei) particulelor endocitate.

Dacă în cazul pinocitozei independente de receptori concentraţia sub-stanţelor în

veziculele endocitate este aceeaşi ca şi în mediul extracelular, în cazul pinocitozei mediate de

receptori concentraţia este mult mai mare dato-rită capacităţii receptorilor de a fixa un număr

mai mare de particule. În acest proces rata de endocitare a liganzilor este limitată de

concentraţia de receptori corespunzători de la suprafaţa membranei plasmatice, complexele

ligand-receptor fiind în mod selectiv încorporate în vezicule de transport intracelular (multe

alte proteine membranare fiind excluse).

TRANSCITOZA

Procesul de transcitoză (transportul transcelular):

implică endocitarea substanţelor, iar apoi exocitarea lor:

materialele endocitate traversează celula, fiind apoi exocitate la nivelul membranei

plasmatice pe partea opusă,

se desfăşoară în unele ţesuturi unde celulele formează o barieră între două medii

extracelulare, unele molecule sunt transportate de pe o parte a celulei pe cealaltă fără

implicarea lizozomilor,

ex. la nivelul celulelor endoteliale şi enterocitelor.

La nivelul celulelor endoteliale intensificarea transcitozei reprezintă un mecanism

potenţial de creştere a permeabilităţii vasculare, aspect evidenţiat la nivelul neoplasmelor

maligne. În cazul enterocitelor, imunoglobulina A care este secretată de plasmocitele din

matricea ţesutului conjunctiv al laminei bazale (corion) se va lega de receptorii Fc de la

nivelul membranei plasmatice a acestor celule. Complexele IgA-receptor vor fi înglobate în

enterocite prin endocitoză, fiind apoi transportate sub forma veziculelor acoperite înspre polul

apical al acestora. La acest nivel, veziculele vor fuziona cu membrana plas-matică unde IgA

va fi eliberată în urma desfacerii complexelor IgA-receptor.

30

EXPANSIUNILE MEMBRANEI CELULARE

Suprafaţa celulară nu este niciodată netedă. Există întotdeauna modifi-cări sub forma

unor prelungiri sau extensii, unele având caracter tranzitoriu, iar altele fiind permanente.

Aceste prelungiri sunt implicate în procesele de motilitate celulară, absorbţie sau în realizarea

fagocitozei.

EXPANSIUNILE TRANZITORII

Suprafaţa celulară poate să emită expansiuni care privite la microscop apar ca valurile

pe suprafaţa unei ape. Unele pot chiar să se desprindă pentru ca imediat să fie încorporate din

nou. Acest aspect, datorat fluidităţii cito-plasmei, este foarte accentuat înainte de diviziunea

celulară şi înainte de ex-pulzarea nucleului eritrocitelor.

Alte expansiuni tranzitorii sunt pseudopodele, emise de obicei de către celulele

capabile să se deplaseze activ pe un suport solid. Emit pseudopode celulele care se deplasează

prin mişcări ameboidale şi celulele capabile de fagocitoză (granulocitele neutrofile,

macrofagele).

EXPANSIUNILE PERMANENTE

Expansiunile permanente ale suprafeţei celulare sunt structuri stabile, susţinute de

fascicule de filamente de actină în cazul microvililor şi stereoci-lilor sau de microtubuli în

cazul cililor şi flagelilor.

Microvilii sunt expansiuni cito- plasmatice

0,5-1 m şi digitiforme, cilindrice, cu lungimea de

diametrul de 0,08 m, 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 mări de 10-20

de ori suprafaţa de ab-sorbţie a celulelor, dar şi de a pompa în interiorul celulei substanţele

absor-bite.

În microscopia optică microvilii nu pot fi identificaţi separat, ci apar ca o dungă mai

intens colorată, cu aspect striat, dispusă la polul apical al celu-lelor, constituindu-se aspectul

de platou striat la enterocite (fig. 1) şi mar-ginea în perie în cazul nefrocitelor.

La microscopul electronic se constată că microvilul este delimitat de membrana

plasmatică, iar în interiorul lui se găsesc 20-30 de filamente de actină organizate în mănunchi

(fascicul), care-i conferă rigiditate.

31

Filamentele care constituie fasciculul sunt paralele şi sunt legate trans-versal prin

proteine asociate, cum sunt fimbrina şi vilina. Rolul acestor pro-teine asociate este de a

stabiliza filamentele în mănunchi.

Filamentele de actină au aceeaşi polaritate şi se termină la polul apical într-o zonă

amorfă care conţine o proteină de acoperire neidentificată şi care realizează legarea

filamentelor de membrana plasmatică. În regiunile laterale ale microvilului, mănunchiul de

filamente se leagă de membrana plasmatică prin calmodulină şi printr-o proteină similară

miozinei de tip I. La polul ba-zal, filamentele de actină din microvil se ancorează în regiunea

apicală a celulelor epiteliale de reţeaua terminală (regiune specializată a citoscheletu-lui)

constituită din filamente de actină şi proteine asociate.

Stereocilii sunt microvili foarte lungi, vizibili în microscopia optică. Pot fi observaţi la

nivelul tractului ge-nital masculin, în epididim (fig. 2), dar şi la nivelul urechii interne.

Fig. 2. Stereocili în epididim-microfotografie.

Cilii sunt formaţiuni filiforme lungi de 5-15 m, cu diametrul de 0,5 m, prezente la

polul apical al unor celule, întotdeauna cubice sau prismatice (fig. 3). Cilii sunt prezenţi la

nivelul celulelor epiteliului mucoaselor: nazală, faringiană, traheei, bronhiilor, trompe-lor

uterine, uterului, căilor spermatice, etc.

32

Fig. 3. Epiteliu respirator ciliat-microfotografie.

Numărul cililor la suprafaţa apicală a unei celule este de ordinul sute-lor. Fiecare cil

prezintă un corpuscul bazal situat în citoplasmă, care se con-tinuă în profunzime cu o

rădăcină, iar la suprafaţa celulei cu o tijă. Membrana celulară acoperă cilul la exterior, iar la

interior conţine axonema şi citoplasmă lipsită de organite (fig. 4).

Fig. 4. Schema unui cil în secţiune transversală. 1-membrana celulară; 2-dublete periferice de

microtubuli; 3, 4-braţe de dineină; 5-nexină; 6-teaca centrală; 7-spiţe radiale, cu capul de

legătură (8); 9-perechea centrală de microtubuli.

La microscopul electronic, pe o secţiune transversală, se constată că a-xonema cililor

(Fig. 19) este constituită din:

20 de microtubuli cu configuraţia 92, adică la periferie se află 9 dublete de

microtubuli, iar în centru doi microtubuli aşezaţi mai distanţat;

braţele de dineină, care pornesc unidirecţional de la un dublet spre cel învecinat;

dineina este o proteină cu proprietăţi enzimatice (este o ATP-ază) ce asigură energia

necesară mişcării cililor;

spiţele radiale, care se întind de la dubletele periferice, la teaca centrală;

teaca centrală, care înconjoară cei doi microtubuli centrali; împreună cu spiţele

radiale intervin în reglarea mişcărilor ciliare;

nexina, care este o proteină elastică ce conectează dubletele adiacente de microtubuli,

contribuind la menţinerea formei cililor.

Dacă secţiunea transversală se face la nivelul corpusculului bazal (Fig. 20) se constată

că aici cei doi tubuli centrali lipsesc, iar dubletele de la peri-ferie devin triplete (configuraţia

90), rezultând o structură care se aseamănă până la identitate cu centriolii.

Cilii se găsesc la nivelul unor celule epiteliale pe suprafaţa cărora există un strat de

lichid. Funcţia cililor este aceea de a deplasa lichidul care îi scaldă, într-un singur sens, de

regulă înspre exterior, datorită faptului că mişcarea lor ordonată şi succesivă într-o direcţie

este lentă, iar în cealaltă este rapidă. Prin deplasarea lichidului care îi scaldă, cilii realizează

curăţirea epiteliului (ex. epiteliul traheal), fiind îndepărtate o serie de sub-stanţe sau particule

33

care au pătruns accidental sau care au rezultat din me-tabolismul sau moartea unor celule. În

cazul trompelor uterine, cilii facilitează deplasarea ovocitului înspre uter.

Mecanismul mişcării cililor. Sub acţiunea dinein ATP-azei are loc eli-berarea energiei

ATP-ului, care imprimă braţelor de dineină o mişcare de alunecare în lungul suprafeţei

perechilor adiacente de microtubuli. Când mi-crotubulii frontali alunecă în afară spre vârful

cilului, iar cei posteriori rămân nemişcaţi, cilul se va înclina.

Flagelii sunt formaţiuni cu lungimea de aprox. 80-100 m, prezente la suprafaţa unor

celule. Structura flagelului nu diferă de cea a cilului dar lun-gimea sa este mai mare. În

majoritatea cazurilor o celulă prezintă un singur flagel. În organismul uman singura celulă cu

flagel este spermatozoidul. Mişcarea ondulatorie a flagelului permite celulei să se deplaseze în

mediul lichid, flagelul fiind componenta sa locomotorie. În acest mod, flagelul per-mite

deplasarea spermatozoidului spre ovocit în vederea fecundării.

CITOPLASMA

Citoplasma reprezintă spaţiul aflat între membrana celulară şi învelişul nuclear. Ea

cuprinde două componente majore:

matricea citoplasmatică;

organitele celulare.

Matricea citoplasmatică se mai numeşte citosol, matrice fundamen-tală, substanţă

fundamentală a citoplasmei sau hialoplasmă, toate semnificând însă aceeaşi realitate

biologică. La microscopul optic, matricea citoplasmatică apare astructurată, cu grade diferite

de acidofilie sau bazofilie. Ea se prezintă ca o "reţea" microtrabeculară cu două faze:

faza polimerizată sub formă de reţea bogată în proteine structurale şi protein-enzime;

faza fluidă, bogată în apă, ce se află în ochiurile reţelei microtrabecu-lare.

În faza lichidă se găsesc diferite molecule ca: glucoză, aminoacizi, ioni sau gaze

dizolvate (oxigen, dioxid de carbon, etc.).

Matricea citoplasmatică este sediul unor procese metabolice esenţiale pentru celulă ca:

glicoliza, calea pentozo-fosfatică, glicogenogeneza, glico-genoliza, metabolizarea

aminoacizilor, biosinteza acizilor graşi şi a nucleoti-delor.

La nivelul matricei citoplasmatice există o serie de diferenţieri care la celula animală

cuprind: filamentele de miozină, filamentele de actină, fila-mentele intermediare,

microtubulii.

FILAMENTELE DE MIOZINĂ

Miozina este o proteină răspândită în celulele eucariote. Până în prezent se cunosc

două specii moleculare ale acestei proteine. Miozina de tip I nu este prezentă în celulele

musculare, fiind implicată în celulele nemusculare în fenomene de motilitate ce au la bază

mecanismul actină-miozină (ex. mişcă-rile din microvili sau transportul veziculelor şi

organitelor învelite în mem-brane, de-a lungul filamentelor de actină). Miozina de tip II

formează miofi-lamente în celulele musculare din muşchii striaţi şi netezi.

34

Molecula de miozina de tip II este alcătuită din:

două lanţuri polipeptidice grele, fiecare cu greutatea moleculară de aprox. 200.000

daltoni, dispuse sub forma unui dublu helix; fiecare lanţ are mici capuri globuloase

dispuse în unghi drept la un capăt al mo-leculei, acestea având activitate ATP-azică;

patru lanţuri uşoare, fiecare cu greutatea moleculară de aprox. 20.000 daltoni sunt de

asemenea componente ale capurilor miozinei, câte două pentru fiecare cap; au rol în

controlul funcţiei capului în timpul con-tracţiei musculare.

Moleculele de miozină polimerizează, generând filamente de miozină. Prin împletirea

cozilor moleculelor de miozină rezultă corpul filamentului, iar capetele globuloase sunt

proiectate în afară, fiind legate de corpul fila-mentului prin expansiuni sub formă de braţe,

desprinse din fiecare moleculă (sunt porţiuni de helix). Aceste expansiuni se numesc punţi

transversale. Fie-care punte transversală prezintă câte două puncte unde este flexibilă. Unul

este la locul de emergenţă al braţului din corpul filamentului de miozină, iar cel de-al doilea la

locul joncţiunii braţului cu cele două capete globuloase. Cele două zone flexibile ale punţilor

au rol în contracţie/relaxare pentru că permit îndepărtarea/apropierea capetelor faţă de corpul

filamentului de miozină.

O proprietate importantă a capului miozinei este funcţia sa ATP-azică, care permite

capului să descompună molecula de ATP. Va rezulta astfel e-nergia necesară în procesul

contractil.

În celulele nemusculare filamentele de miozină au dimensiuni mici şi un caracter

tranzitoriu.

FILAMENTELE DE ACTINĂ

Actina, cea mai bine reprezentată proteină a citoscheletului este prezentă în celulele

musculare unde reprezintă aproximativ 20% din proteine, dar şi în celulele nemusculare, unde

constituie 5-10% dintre proteinele ce-lulare.

Actina se prezintă sub formă de:

actină-G sau globulară, care este forma monomerică;

actina-F sau forma filamentoasă, care rezultă prin polimerizarea actinei-G.

Polimerizarea actinei-G este posibilă datorită unor situsuri de legare pe care le posedă

şi care permit interacţiuni cap-coadă cu alte două molecule de actină-G. Vor rezulta astfel

filamentele de actină, care la microscopul elec-tronic apar ca structuri ale căror subunităţi sunt

dispuse în α-helix.

Energia necesară procesului de polimerizare al monomerilor este furni-zată de

hidroliza ATP.

Lungimea filamentelor de actină este controlată de unele proteine care influenţează

asamblarea şi dezasamblarea monomerilor de actină. Aceste proteine sunt: proteinele care

leagă actina, reprezentate de timozină şi profi-lină şi proteinele de acoperire care conservă

lungimea filamentelor, repre-zentate de proteina cap Z, tropomodulina, gelsolina.

Filamentele de actină formează:

fascicule alcătuite din filamente paralele solidarizate de fimbrină la ni-velul

microvililor, sau de α-actinină, în această situaţie spaţiile mai mari dintre filamente

permit interacţiunea cu miozina în fasciculele contractile;

35

reţele alcătuite din filamente de actină dispuse în zig-zag, legate printr-o proteină

numită filamină.

Rolul fasciculelor şi reţelelor de filamente de actină este de a susţine membrana

celulară, contribuind astfel la menţinerea formei celulelor. La pe-riferia celulelor, sub

membrana plasmatică se află cortexul celular, cu aspec-tul unei reţele tridimensionale. De

asemenea, la locul unde celulele stabilesc legături cu alte celule sau cu matricea extracelulară,

membranele celulare prezintă regiuni specializate numite plăci de adeziune.

În celulele nemusculare filamentele de actină au un caracter tranzitoriu, profilina fiind

o proteină ce influenţează procesul de polimerizare al actinei. Vilina şi gelsolina sunt proteine

care reglează procesele de polimerizare a ac-tinei prin ionii de Ca2

, în acelaşi timp

interconectând filamentele de actină în mănunchiuri.

MICROTUBULII

Microtubulii, formaţiuni filamentoase formate din tubuline, sunt com-ponente

principale ale citoscheletului.

Tubulinele sunt de două tipuri: α-tubulina şi β-tubulina. Sunt proteine globulare cu

diametrul de aprox. 5 nm, ambele au aceeaşi masă moleculară (aprox. 50 kdal), dar cu

secvenţe diferite ale aminoacizilor.

Cele două subunităţi formează dimeri, care prin polimerizare vor alcătui

protofilamente (protomicrotubuli), iar apoi 13 protofilamente

prin aranjare sub formă de cilindru cu interiorul aparent gol,

vor forma un microtubul cu diametrul de 24 nm (fig. 5).

Asamblarea şi polimerizarea tubuline-lor este

controlată de unele proteine asociate microtubulilor, cum

sunt: proteina MAP (microtubule - associated protein), care

favori-zează polimerizarea tubulinelor şi leagă mic-rotubulii

de alte componente celulare şi pro-teina tau.

Fig. 5. Asamblarea şi polimerizarea tubulinelor.

Mirotubulii din structura citoscheletului sunt aranjaţi

sub formă de bandelete, generate şi centrate de centrozom.

Acesta este centrat de doi centrioli formaţi din 9 triplete de microtubuli.

Diferenţierea celulelor ciliate este însoţită de deplasarea centriolilor spre polul apical,

unde formează sateliţii centriolari care devin corpii bazali ai ci-lilor.

Microtubulii citoscheletului suferă continuu procese de asamblare şi dezasamblare

prin polimerizare şi depolimerizare. Astfel, 50% din tubuline sunt în stare de sol la nivelul

citosolului, constituind rezerva utilizată în pro-cesele de asamblare-dezasamblare desfăşurate

în formarea citoscheletului, a-paratului mitotic sau a inelului de citodiereză.

Există unele substanţe cum sunt vinblastina şi colchicina, care interfe-rează cu

asamblarea sau dezasamblarea microtubulilor. Vinblastina inhibă formarea microtubulilor şi

36

blochează formarea fusului mitotic prin fragmen-tarea microtubulilor, iar colchicina se leagă

de dimerul tubulinic şi blochează procesul de polimerizare.

Microtubulii intervin în:

alcătuirea axonemei cililor şi flagelilor;

menţinerea formei celulare;

transportul intracelular al unor organite;

transportul intracelular al veziculelor;

transportul granulelor de melanină în celulele pigmentare;

alcătuirea fusului de diviziune şi în transportul cromozomilor de-a lun-gul acestuia;

formarea centriolilor.

FILAMENTELE INTERMEDIARE

Denumite astfel datorită diametrului lor care are valori între cele ale microfilamentelor

(aprox. 10 nm) şi cele ale microtubulilor (aprox. 25 nm), fi-lamentele intermediare rezultă

prin polimerizarea unor subunităţi proteice, care diferă în funcţie de tipul celular.

Tabel. 1. Localizarea şi funcţiile filamentelor intermediare. Proteină Localizare Funcţii

citocheratină cu

cele 20 forme dis-

tincte (acide, bazi-

ce, neutre)

• tonofilamentele

celulele epiteliale suport structural; markeri pentru

tumorile de origine epitelială.

• sunt asociate desmozomilor şi

hemidesmozomilor

desmină muşchi scheletali, muşchi

cardiac, muschi neted

formează o reţea care leagă miofi-

brilele/miofilamentele; marker pen-

tru tumorile de origine musculară

vimentină fibroblaste, celule endote-

liale; condroblaste, macrofa-

ge, celule mezenchimale,

celule musculare netede din

peretele vacular

sunt asociate cu învelişul nuclear şi

cu porii nucleari; marker pentru

tumorile ţesutului conjunctiv

proteina glială fi-

brilară acidă

astrocite, oligodendrocite, ce-

lule Schwan

suport structural; marker pentru

tumorile gliale

neurofilamente neuroni suport structural pentru axon şi

dendrite; facilitează starea de gel a

citosolului

lamininele A, B, C lamina nucleră organizarea cisternei perinucleare şi

a cromatinei perinucleare

Aceste proteine sunt (tabel 1.) :

citocheratinele (familie de 20 de polipeptide), în celulele epiteliale;

neurofilamentele din citoscheletului neuronilor;

proteina glială fibrilară acidă, în astrocite;

laminina, în lamina nucleară;

37

vimentina, în celulele de origine mezenchimală;

desmina, în fibrele musculare netede şi în membrana Z din fibrele mus-culare striate.

Funcţiile filamentelor intermediare diferă în raport cu tipul celular unde se găsesc,

astfel:

intervin în ataşarea celulelor între ele prin ancorarea de proteinele transmembranare

ale desmozomilor;

intervin în legarea celulelor epiteliale de elementele matricei extrace-lulare, în cazul

hemidesmozomilor;

la nivelul fibrelor musculare (de toate tipurile), filamentele de desmină au rol

structural, susţin discurile Z şi miofibrilele.

CITOSCHELETUL

Celulele eucariote prezintă în matricea citoplasmatică în plus faţă de organitele

celulare delimitate de endomembrane şi o reţea complexă de fila-mente proteice care

constituie citoscheletul .

Filamentele proteice ale citoscheletului sunt reprezentate de:

microfilamente (filamentele de actină);

microtubuli;

filamentele intermediare.

Filamentele proteice ale citoscheletului sunt legate între ele, sau de or-ganite, prin

intermediul unor proteine de asociaţie.

Citoscheletul este o structură dinamică, într-o continuă reorganizare, cu rolul în:

menţinerea formei celulelor,

compartimentarea funcţională a citosolului,

realizarea mişcărilor celulare (emiterea de pseudopode),

fagocitoză,

diviziune celulară (aparatul mitotic, inelul de plasmadiereză),

ancorarea celulelor între ele.

MIŞCĂRILE CELULARE

Motilitatea celulară, o proprietate esenţială a celulei, are la bază in-teracţiuni în:

sistemul actină-miozină prin activitatea căruia se produc contracţia musculară şi

mişcările ameboidale;

sistemul microtubul-dineină prin funcţionarea căruia se produc mişcă-rile cililor şi ale

flagelilor.

Dintre mişcările realizate la nivel celular, o importanţă deosebită o are contracţia

celulelor musculare cardiace, scheletale şi a celor netede.

38

CONTRACŢIA MUSCULARĂ

Interacţiunea actină-miozină realizată de structuri specializate din muş-chii striaţi şi

netezi determină un tip particular de mişcare celulară care poartă numele de contracţie

musculară.

Din punct de vedere histologic se pot recunoaşte trei tipuri distincte de celule sau fibre

musculare:

fibra musculară striată scheletală care intră în alcătuirea musculaturii scheletului,

limbii, faringelui, diafragmului, muşchilor extrinseci ai globului ocular, prezintă un

aranjament ordonat al miofibrilelor res-ponsabile de contracţia musculară, sub forma

unor benzi transversale clare ce alternează cu benzi întunecate ce-i conferă acestui tip

de fibră musculară numele de striat (fig. 6); contracţia fibrei musculare striate

scheletale este voluntară;

fibra musculară striată cardiacă ce alcătuieşte musculatura involun-tară a inimii; are

aspect striat în microscopia optică şi se află sub con-trolul inervaţiei vegetative;

fibra musculară netedă sau viscerală ce se găseşte în structura organe-lor cavitare sau

tubulare, cum ar fi tractul gastrointestinal, aparatul uro-genital, căile respiratorii, vasele de

sânge, dar şi în structura irisului şi a corpului ciliar; nu prezintă striaţiuni în microscopia

optică, iar acţiunea sa este involuntară, fiind sub controlul sistemului nervos vegetativ.

Fig. 6. Fibre musculare striate scheletale-

microfotografie.

Organizarea fibrei musculare striate scheletale

Fibra musculară striată scheletală este o celulă alungită, cilindrică, cu o lungime

variabilă de la un muşchi la altul. Se întinde pe toată lungimea muş-chilor scurţi, iar uneori

poate ajunge până la 50 cm lungime (m. croitor). Ce-lulele musculare striate sunt dispuse

paralel în lungimea muşchiului şi nu se ramifică.

Fibra musculară striată este învelită de o membrană plasmatică lipoproteică cu

grosimea de 15 nm, înconjurată de un glicocalix bogat în glicozaminoglicani, iar la exterior de

o teacă conjunctivă impropriu denumită şi membrană bazală, alcătuită din lamina bazală şi

lamina reticulară. Toate a-ceste structuri formează învelişul celular sau sarcolema, rezistentă,

groasă de 0,5-1 µm, ce înveleşte fibra musculară striată.

Celula musculară striată scheletală este o celulă multinucleată, are sute de nuclei

dispuşi în axul lung al fibrei, situaţi la periferie, imediat sub plas-malemă. Nucleii au

lungimea de aprox. 10 µm, sunt ovoizi, uşor aplatizaţi, hipercromatici şi conţin 1-2 nucleoli.

39

Sarcoplasma, citoplasma fibrei musculare, este semifluidă, acidofilă, mai abundentă şi

mai densă la periferie. Ea conţine proteine necontractile (ca miogenul şi mioglobina),

numeroşi sarcozomi (mitocondrii), complex Golgi slab dezvoltat, lizozomi, incluziuni de

glicogen, lipide, pigment de uzură.

În citoplasma fibrei musculare există numeroase miofibrile alcătuite din proteine

contractile care ocupă aprox. 80% din volumul fibrei, dispuse paralel în lungimea fibrei

musculare, sub forma unor fascicule denumite co-loanele lui Leydig.

Miofibrilele apar în microscopia optică (fig. 6) ca o succesiune ordo-nată de:

discurile întunecate denumite discurile A, care sunt anizotropice, bire-fringente în

lumina polarizată, mai intens colorate cu eozină sunt stră-bătute de o zonă clară, banda

H sau striaţiunea lui Hensen, care la rândul ei este străbătută la mijloc de linia M,

discurile luminoase sau discurile I, care sunt izotropice şi monorefrin-gente în lumina

polarizată; sunt mai slab colorate cu eozină şi sunt stră-bătute la mijloc de membrana

Z sau stria lui Amici.

Între două membrane Z succesive se delimitează un sarcomer care re-prezintă unitatea

structurală şi funcţională a miofibrilei. Un sarcomer măsoară 2-3 µm în repaus, iar în

contracţie extremă se poate scurta până la 1µm. El cuprinde câte două jumătăţi de bandă I ce

flanchează banda A. În timpul contracţiei, datorită glisării miofilamentelor, membranele Z se

deplasează spre banda A, astfel încât în contracţie completă benzile I nu mai sunt vizibile.

Deşi membrana H din discul A se scurtează, discul întunecat A îşi păstrează lungimea

constantă.

În muşchiul contractat miofibrilele rămân la lungimea iniţială, iar sar-comerul se

scurtează şi se îngroaşă. Fibra musculară scheletală prezintă o dublă striaţiune, una

longitudinală dată de miofibrilele dispuse în fascicule paralele cu axul fibrei şi alta

transversală dată de discurile clare şi întunecate din structura miofibrilelor.

La baza contracţiei fibrei musculare stau elementele contractile sau miofilamentele,

vizibile doar în microscopia electronică, organizate sub forma unor filamente groase de

miozină sau subţiri de actină, de natură proteică (Fig. 25).

Miofilamentele groase de miozină au lungimea de aprox. 1,5 µm şi grosimea de 12-15

nm. Sunt situate în porţiunea centrală a sarcomerului, adică în banda A. Aceste miofilamente

sunt menţinute în mijlocul discului A de membrana H ce conţine filamente transversale de

miomesină (localizate în linia M). Fiecare miofilament este alcătuit din aprox. 300 de

molecule de mi-ozină.

Miofilamentele subţiri se prind pe linia Z cu un capăt, iar cu celălalt ca-păt pătrund în

banda A până la limita striei H. Astfel, porţiunile învecinate din două sarcomere conţin numai

miofilamente subţiri. Acestea au lungimea de 2 µm, grosimea de 6-7 nm şi sunt alcătuite din

actină, tropomiozină şi tro-ponină, care sunt asociate la nivelul discului Z (ce apare ca o linie

în zig-zag) cu α-actinină.

Actina filamentoasă (actina-F) este alcătuită din două lanţuri rezultate prin

polimerizarea moleculelor de actină G (globuloasă), lanţuri ce sunt dis-puse sub formă de

dublu helix. Fiecare moleculă de actină globuloasă are un loc de legare pentru miozină.

Tropomiozina este o proteină filamentoasă dispusă în jurul moleculelor de actină, pe

care le stabilizează.

Complexul troponinic ce reglează legarea actinei de miozină este ataşat de

tropomiozină, fiind format din trei subunităţi denumite:

40

troponina T, care leagă complexul troponinic de tropomiozină în locul unde actina se

va lega de miozină,

troponina I, care previne legarea miozinei de actină,

troponina C, care leagă calciul ce va modifica aranjamentul spaţial al complexului

troponinic, permiţând accesul miozinei la actină.

Miozina, actina, tropomiozina şi troponina constituie mai mult de 75% din proteinele

totale ale fibrei musculare.

Proteinele accesorii cu rol în ataşarea, dispunerea şi alinierea spaţială a

miofilamentelor includ:

titina (conectina), o proteină elastică care conectează filamentele groase (din linia M)

de discul Z,

nebulina, o proteină ataşată de discul Z, dispusă paralel cu miofila-mentele de actină,

α-actinina, o moleculă alungită care ajută la ancorarea filamentelor de actină de discul

Z,

miomesina, o proteină care contribuie la ataşarea filamentelor groase la nivelul liniei

M,

proteina C, o proteină cu funcţii asemănătoare cu cele ale miomesinei.

Se pare că există peste 20 tipuri de proteine reglatoare care contribuie la menţinerea

integrităţii structurale şi funcţionale ale sarcomerului.

Într-o secţiune longitudinală prin fibra musculară scheletală, miofibri-lele dispuse în

coloane paralele formează coloanele lui Leydig, iar în secţiune transversală ele apar grupate în

câmpurile Conheim, cu dispunerea miofila-mentelor sub formă hexagonală.

Mecanismul contracţiei musculare în fibra musculară

striată scheletală

Contracţia voluntară a musculaturii striate scheletale este sub influenţa sistemului

nervos somatic.

Fiecare fibră musculară striată este inervată de fibre nervoase motorii cu origine în

motoneuronii din coarnele anterioare ale măduvei spinării, care îşi trimit axonii spre fibrele

musculare scheletale unde vor stabili un tip special de sinapsă, denumită placă neuromotorie .

La acest nivel fibra nervoasă îşi pierde teaca de mielină, fiind acoperită numai de

celula Schwan şi lamina sa bazală, iar axonul se ramifică într-un număr de ramuri terminale,

fiecare dintre acestea fiind situate în depresiuni ale membranei celulei musculare.

Acetilcolina eliberată în spaţiul sinaptic se leagă de receptorii specifici de la nivelul

sarcolemei, care devine mai permeabilă pentru ionii de sodiu şi se va depolariza.

Impulsul nervos ce determină depolarizarea membranei plasmatice se propagă de-a

lungul celulei musculare şi se continuă, via sistemul "T" tubu-lar, spre interiorul fibrei

musculare.

La nivelul triadelor, unda de depolarizare propagată determină deschi-derea canalelor

de calciu din membrana reticulului sarcoplasmic şi eliberarea în citoplasmă a ionilor de calciu

stocaţi în cisternele reticulului sarcoplasmic (Fig. 27).

41

Ionii de Ca2

difuzaţi se vor lega de subunitatea C a troponinei, iar complexul

troponinic va suferi o modificare conformaţională ce va deplasa tropomiozina în profunzime,

eliberând astfel locurile de legare ale miozinei de pe molecula de actină.

Mecanismul molecular al contracţiei musculare constă în glisarea fila-mentelor groase

de miozină de-a lungul filamentelor subţiri, cu scurtarea sar-comerelor prin apropierea

discurilor Z, proces care se realizează cu consum de energie metabolică furnizată prin

hidroliza legăturilor macroergice din mo-lecula de ATP.

Premergător contracţiei, capetele globuloase ale moleculei de miozină vor fixa ATP;

datorită activităţii lor ATP-azice vor hidroliza imediat ATP-ul, energia rezultată va fi

înmagazinată, iar produşii de clivaj ADP şi Pi vor ră-mâne ataşaţi de cap, care în această etapă

este perpendicular pe filamentul de actină, fără a se leaga încă de acesta.

Eliberarea situsurilor active de pe filamentul de actină (prin legarea io-nului Ca2

la

troponina C) va permite legarea complexului miozină-ATP de subunitatea G a filamentului de

actină. Interacţiunea dintre capul moleculei de miozină şi situsul activ al filamentului de

actină determină eliberarea fos-fatului anorganic care generează o forţă ce roteşte capul

miozinei cu 45˚ şi împinge filamentele subţiri printre cele groase, spre centrul sarcomerului.

La sfârşitul ciclului, pe locul eliberat se va lega o nouă moleculă de ATP, care va

provoca detaşarea capului miozinei de pe monomerul filamen-tului de actină.

Noua moleculă de ATP care a fost legată, va fi la rândul său descom-pusă, iar energia

degajată va fi înmagazinată şi va aşeza capul miozinei în poziţia sa iniţială, gata pentru a

începe un nou ciclu.

Desfăşurarea unui ciclu necesită hidroliza unei molecule de ATP, care asigură o

deplasare a filamentului subţire cu 7 nm, iar pentru producerea unei contracţii musculare sunt

necesare sute de astfel de cicluri.

Organizarea şi contracţia fibrei musculare

striate cardiace

Muşchiul cardiac este format din celule musculare scurte care se ra-mifică şi se

anastomozează între ele, formând o reţea. Contracţia fibrei musculare cardiace este ritmică,

automată şi involuntară.

Celule au lungimea de aprox. 100 µm şi diametrul de 15-20 µm. În mi-croscopia

optică prezintă striaţiuni transversale şi longitudinale date de un a-ranjament al filamentelor

de actină şi miozină similar celui din fibra muscu-lară striată scheletală. Învelişul celular este

asemănător ca structură cu cel al fibrelor musculare striate scheletale (alcătuit din

plasmalemă, glicocalix şi reţeaua conjunctivo-reticulară), dar este ceva mai subţire.

Plasmalema pre-zintă invaginări sub forma caveolelor şi a tubilor transversali "T". În contrast

cu fibrele musculare striate scheletale, celulele cardiace sunt solidarizate la extremităţi prin

joncţiuni intercelulare alcătuite din desmozomi, ce solidari-zează celulele între ele, fascia

adherens şi joncţiuni de comunicare, ce facili-tează comunicarea între celule şi sincronizarea

contracţiei acestora. Aceste structuri sunt vizibile în microscopia optică sub forma unor benzi

groase, hipercrome, dispuse transversal, denumite discuri intercalare sau striile sca-lariforme

ale lui Eberth.

42

Fibra musculară cardiacă prezintă un singur nucleu dispus central, cu formă de

bastonaş, cu axul mare orientat în lungul celulei, ceea ce permite diferenţierea acesteia de

celula musculară striată scheletală, care este multi-nucleată şi prezintă nucleii dispuşi

periferic.

Sarcoplasma este acidofilă şi mai abundentă decât la fibrele musculare scheletale.

În regiunea juxtanucleară există un spaţiu în care sunt concentrate organitele celulare

(mitocondriile, aparatul Golgi) şi lipofuscină, dar lipsesc miofibrilele. În atrii, în regiunea

juxtanucleară sunt concentrate granule atriale cu diametrul de 0,3-0,4 µm, ce conţin doi

hormoni polipeptidici: factorul na-triuretic atrial şi factorul natriuretic cerebral. Ambii

hormoni au efect diuretic, inhibă secreţia de renină din rinichi şi a aldosteronului din glanda

suprarenală.

Reticulul sarcoplasmic nu este atât de bine organizat ca cel al fibrei musculare

scheletale. O cisternă terminală a reticulului sarcoplasmic formea-ză împreună cu un tub T, la

nivelul discului Z, o diadă. Sistemul T tubular este mai larg şi mai bine reprezentat decât în

muşchiul scheletal (Fig. 29).

Contracţia fibrei musculare cardiace se face după un mecanism depen-dent de

concentraţia Ca+2

din citosol, asemănător cu cel din fibra musculară scheletală.

Organizarea fibrei musculare

netede

Fibrele musculare netede formează musculatura intrinsecă a tractului digestiv şi

genitourinar, tunica medie a vaselor de sânge, musculatura căilor respiratorii. Fibre musculare

organizate în fascicule sunt întâlnite în iris şi corpul ciliar al ochiului, formează muşchiul

erector al firelor de păr, de ase-menea apar în capsula unor organe (ex. splina, prostata).

Celula musculară netedă are formă de fus şi poate avea lungimi cu-prinse între 20 µm

în peretele vaselor mici şi 500 µm în peretele uterului gravid şi grosimea de 3-8 µm. Fiecare

celulă are un singur nucleu eucromatic, dispus central, în formă de bastonaş, cu capetele

rotunjite, cu 1-2 nucleoli. Când celula se află în stare de contracţie nucleul devine spiralat ca

un tirbuşon. Învelişul celular asemănător ca structură cu cel al fibrei musculare striate prezintă

câteva particularităţi. Astfel, în relaţie cu membrana plasmatică s-au pus în evidenţă trei zone

de specializări morfofuncţionale: caveolele, ariile dense şi joncţiunile intercelulare.

Caveolele sunt microvezicule (aprox. 7.000-15.000/celulă) formate prin invaginarea

plasmalemei. Sunt dispuse în benzi paralele cu axul lung al celulei şi asociate cu mitocondriile

şi cisternele reticulului endoplasmic. Se pare că acestea au o funcţie similară cu sistemul

tubular din fibra musculară striată şi controlează influxul ionilor de calciu în urma

depolarizării mem-branei.

Ariile dense sunt zone de material electronodens, ce conţin α-actinină (întâlnită şi la

nivelul discului Z din fibra musculară scheletală) cu rol în an-corarea filamentelor de actină.

Se pare că aceste arii dense îndeplinesc un rol asemănător cu cel al discurilor Z din fibra

scheletală.

Joncţiunile intercelulare de tip gap (nexus) şi de tip macula adherens, existente între

fibrele musculare netede, permit răspândirea undei de depolari-zare de la o celulă la alta şi

reprezintă substratul morfologic implicat în con-ductibilitate.

43

Sarcoplasma acidofilă conţine concentrate la capetele nucleului mito-condrii

abundente, ribozomi liberi, aparatul Golgi şi granule de glicogen. În restul citoplasmei se află

răspândite filamentele de actină cu diametrul de 6-8 nm, printre filamentele de miozină cu

diametrul de 8-10 nm.

Aparatul contractil al fibrei musculare netede este mai puţin structura-lizat decât în

fibra musculară scheletală sau cardiacă. Contracţiile lente ale fibrelor musculare netede se află

sub controlul sistemului nervos vegetativ şi a unor hormoni.

Contracţia fibrei musculare netede

Fibra musculară netedă este specializată pentru contracţia lentă, prelungită.

Mecanismul prin care aceasta se realizează diferă de cel al fibrelor musculare striate. Astfel:

filamentele de actină au asociată tropomiozina, dar nu şi troponina;

filamentele groase sunt alcătuite din alt tip de miozină decât cel prezent în fibra

musculară striată, ce se va lega de actină numai dacă lanţul uşor este fosforilat;

când fibra musculară netedă este relaxată, ionii de calciu sunt seches-traţi în reticulul

sarcoplasmic, iar când fibra musculară netedă este în stare de contracţie, calciul

difuzează în citoplasmă şi se fixează pe cal-modulină; în urma acestei interacţiuni sunt

activate enzime ce fosfori-lează lanţurile uşoare ale miozinei şi îi permite să se fixeze

de actină;

fibra musculară netedă poate rămâne în stare de contracţie pentru pe-rioade mai lungi

de timp, fără să obosească.

Deoarece proteinele contractile sunt dispuse în reţea, celula în stare con-tractată are o

formă globuloasă, iar în stare relaxată este alungită.

Pe lângă contracţie, fibrele musculare netede pot secreta componente ale matricei

ţesutului conjunctiv. Astfel, în peretele vaselor sanguine, în uter, celulele musculare netede au

organite dezvoltate pentru a îndeplini funcţia secretorie şi pot produce colagen, elastină; în

unele cazuri pot sintetiza lami-nină, proteoglicani, colagen de tip IV. În peretele arteriolei

aferente din glo-merulii renali, celule musculare netede din aparatul juxtaglomerular secretă

renina, componenta importantă a sistemului renină-angiotensină ce reglează presiunea

sanguină.

MIŞCAREA AMEBOIDALĂ

Mişcarea ameboidală întâlnită frecvent la protozoare este întâlnită şi la unele celule

din organismul omului, cum sunt leucocitele sau fibroblastele. Locomoţia ameboidală începe

cu emiterea la unul dintre capetele celulei a u-nui pseudopod ce se fixează pe suprafaţa

tisulară, iar apoi restul celulei se de-plasează în direcţia pseudopodului.

Mecanismul locomoţiei ameboidale

Emiterea şi retracţia pseudopodelor se bazează pe trecere citosolului din stare de gel în

stare de sol şi invers.

44

Prin utilizarea microscopiei electronice s-a constatat că citoplasma pre-zintă două

regiuni cu caracteristici diferite:

endoplasma, situată central, în stare de sol,

ectoplasma, situată imediat sub membrana plasmatică, în stare de gel,

nu conţine organite,

conţine o reţea tridimensională de filamente de actină interco-nectate de proteinele

asociate: filamina, gelsolina, α-actinina.

În procesul de emitere a pseudopodelor endoplasma care este în stare de sol se

deplasează la nivelul prelungirilor celulare unde se va transforma în gel. Această modificare

reversibilă a citoplasmei din stare de sol în stare de gel se realizează prin depolimerizarea şi

polimerizarea filamentelor de actină care intră în alcătuirea citoscheletului. Un rol important

în acest proces îl au ionii de Ca2

. Creşterea concentraţiei acestora determină scindarea

filamentelor de actină de către gelsolină şi astfel citoplasma trece în stare de sol.

Înaintarea celulei presupune şi aderarea pseudopodului la structurile tisulare. Astfel,

porţiunea conducătoare devine fixă, iar restul celulei este tras înainte spre punctul de fixare.

Fibroblastele atunci când prezintă mişcări ameboidale, emit în direcţia de deplasare

nişte prelungiri celulare numite lamelipode. Aderenţa la substrat este realizată de structruri

speciale numite plăci de adeziune. La extremitatea opusă a celulei rămâne fibra de retracţie,

care se poate rupe şi rămâne ataşată la substrat. În timpul deplasării, pe suprafaţa membranei

celulare apar ondulaţii ce favorizează înaintarea celulei.

MIŞCAREA CILILOR

Mişcările ciliilor de la suprafaţa mucoasei respiratorii sau a mucoasei trompelor

uterine ale tractului genital sunt mişcări sacadate.

La nivelul căilor respiratorii mişcările sacadate ale cililor deplasează în direcţia

faringelui mucusul şi particulele pe care le conţine, cu o viteză de 1 cm pe minut, realizând

curăţirea permanentă a acestor căi. În trompele uterine cilii mobilizează lichidul şi ovulul

către cavitatea uterină.

În aceste procese cilul execută o mişcare rapidă spre înainte, în-clinându-se în unghi

ascuţit faţă de suprafaţa celulei şi împinge lichidul aflat la suprafaţa celulei în direcţia

deplasării cilului. După fiecare înclinare cilul se retrage lent spre înapoi, realizând o mişcare

de unduire, care nu are însă nici un efect asupra lichidului.

Mecanismul mişcării cilului. Nu toate aspectele legate de mişcările ci-lului sunt clare,

dar s-a constatat că:

îndepărtarea membranei cilului şi a altor elemente structurale, dar cu păstrarea

axonemei nu afectează mişcarea cilului,

mişcarea cililor necesită prezenţa ATP şi concentraţii adecvate ale ionilor de Mg2

şi

Ca2

,

dineina are proprietăţi ATP-azice,

pentru realizarea mişcării spre înainte a cilului, microtubulii din regiu-nea frontală a

cilului alunecă în afară spre vârful cilului, iar cei din par-tea opusă rămân pe loc.

45

Există defectele genetice privind codificarea proteinelor ciliare. În aceste condiţii

elementele structurale ale cililor sunt afectate sau chiar lipsesc. Aceste modificări determină

perturbări de coordonare a mişcării cililor, cu apariţia sindromului cililor imobili. Tulburări

ale motilităţii cililor pot deter-mina: dextrocardia (cordul se găseşte în dreapta), când în

timpul embrioge-nezei datorită defectelor cililor se produce o deplasare anormală a celulelor

foiţelor embrionare; infertilitatea, prin afectarea transportului ovocitului prin trompa uterină;

infecţii ale căilor respiratorii, prin stagnarea mucusului, ur-mată de multiplicarea bacteriilor.

NUCLEUL

Nucleul este o componentă celulară prezentă în toate celulele eucariote, cu excepţia

hematiilor adulte şi a trombocitelor. El a fost descoperit în urmă cu peste două secole (1781)

de către Fontana, dar conceptul de celule nucleate a fost enunţat abia în secolul următor

(1833) de către Brown.

Nucleul are un rol primordial în viaţa celulei, îndeplinind în esenţă două funcţii foarte

importante:

stocarea codului genetic şi transmiterea (perpetuarea) informaţiei gene-tice de-a lungul

generaţiilor, la nivelul său aflându-se marea majoritate a ADN-ului celular, care

reprezintă aprox. 20% din masa nucleului;

reglarea şi controlul tuturor proceselor vitale care au loc la nivel celular.

Structura nucleului diferă în funcţie de fazele ciclului celular. Astfel, în interfază

(perioada dintre două diviziuni) se descrie nucleul interfazic sau metabolic, alcătuit din:

învelişul nuclear, care separă conţinutul nucleului de cel al cito-plasmei;

matricea nucleară, care conţine încorporate în ea alte două compo-nente ale nucleului:

nucleolul şi cromatina.

În timpul diviziunii celulare învelişul nuclear dispare, nucleolul de ase-menea, iar

cromatina se organizează sub formă de cromozomi.

Marea majoritate a celulelor eucariote prezintă un singur nucleu, dar e-xistă şi celule

binucleate cum ar fi hepatocitele, dintre care 7-10% prezintă doi nuclei. Există şi celule care

în mod normal sunt multinucleate. Unele dintre acestea prezintă zeci de nuclei, ca

osteoclastele, care au până la 60 de nuclei, sau chiar sute, cum sunt fibrele musculare striate,

ce au până la 200 de nuclei.

Celule multinucleate pot apare însă în diferite situaţii patologice, cum ar fi celulele

Langhans din infecţia tuberculoasă sau celulele de corp străin.

Celule pot deveni multinucleate prin unul din cele două mecanisme:

nucleul unei celule se divide de mai multe ori fără ca aceste diviziuni să fie urmate de

diviziunea citoplasmei şi separarea în celule fiice, rezultând astfel un plasmodiu;

mai multe celule uninucleate pot fuziona formând un sinciţiu.

Forma nucleului este adaptată în funcţie de forma celulei, astfel:

celulele sferice, cubice, poliedrice au nucleul sferic;

celulele prismatice au nucleul oval;

celulele pavimentoase au nucleul aplatizat;

celulele fusiforme au nucleul alungit.

46

Există însă şi excepţii de la această regulă. Astfel, leucocitele granulare din sânge sunt

celule sferice şi au un nucleu lobat, format din mai mulţi lobi uniţi între ei.

În cele mai multe cazuri, nucleul este dispus central în celulă, dar în a-numite stări

funcţionale el poate ocupa şi alte poziţii. Astfel, în celulele glan-dulare, în care la nivelul

polului apical se acumulează granule de secreţie, nucleul este împins înspre polul bazal, iar în

celulele adipoase nucleul este împins la periferie de către lipidele acumulate în citoplasmă.

Dimensiunile nucleului diferă în funcţie de tipul celular, vârsta celulei, activitatea sa

metabolică, etc. În medie, nucleul celulelor eucariote are di-ametrul cuprins între 5-25 m.

Celulele tinere, cu metabolism activ au nucleu mare, eucromatic, iar celulele îmbătrânite au

nucleu mic, heterocromatic.

Între volumul nucleului şi volumul citoplasmei se stabileşte un raport cunoscut sub

numele de raport nucleo-citoplasmatic, care poate varia în limite largi, de la 1/3 la 1/10. Cu

cât celula este mai tânără şi mai activă, cu atât nucleul este mai mare. În anumite situaţii

patologice, cum ar fi cazul formaţiunilor tumorale (în care toate celulele sunt tinere),

determinarea aces-tui raport reprezintă un test cu valoare de diagnostic.

Valoarea raportului nucleo-citoplasmatic (RNC) se determină după for-mula:

Vn

RNC -----------

Vc - Vn

în care: Vn volumul nucleului; Vc volumul celulei.

Când raportul nucleo-citoplasmatic al unei celule atinge valoarea maxi-mă, celula intră

în diviziune, în urma căreia se restabileşte RNC normal.

STRUCTURA NUCLEULUI INTERFAZIC

Nucleul interfazic sau metabolic prezent în celulele eucariote aflate în interfază are o

structură tipică, constituită din:

învelişul nuclear;

matricea nucleară (nucleoplasma).

Învelişul nuclear este un sistem special de endomembrane, care separă conţinutul

nuclear de citosol. El este alcătuit din cisterna perinucleară, conti-nuă, străbătută din loc în loc

de porii nucleari. Cisterna perinucleară este for-mată din următoarele componente:

membrana nucleară externă;

membrana nucleară internă;

spaţiul cisternal (spaţiul perinuclear intermembranar);

porii nucleari.

Cele două membrane au structura similară tuturor endomembranelor (li-poproteice)

dar compoziţia lor chimică este puţin diferită în sensul că în structura lor predomină

proteinele, aprox. 70%. Lipidele reprezintă 20%, iar restul sunt glucide.

Membrana nucleară externă are grosimea de 6 nm. Ea este în continui-tate din loc în

loc cu membranele reticulului endoplasmic rugos şi poate avea ataşaţi ribozomi pe faţa ei

47

dinspre citoplasmă. Pe lângă ribozomi, membrana nucleară externă mai prezintă numeroase

puncte de ancorare ale citoschele-tului, respectiv pentru ancorarea microtubulilor şi a

filamentelor de actină.

Membrana nucleară internă are grosimea de 7-8 nm. Ea are un contur continuu şi mai

rigid decât membrana externă, deoarece sub ea, pe faţa nu-cleoplasmatică, există o reţea

proteică cunoscută sub denumirea de lamina fibrosa sau lamina nucleară, asemănătoare unui

citoschelet. Această forma-ţiune are o grosime variabilă şi este compusă dintr-o reţea fibroasă

de natură proteică, în care intră trei polipeptide denumite laminele A, B şi C, care au

capacitatea de a se lega specific de proteinele membranei nucleare interne. Secvenţa

aminoacizilor acestor lamine este analoagă cu cea a proteinelor fi-lamentelor intermediare ce

intră în componenţa citoscheletului. Laminele au şi capacitatea de a se lega de regiunile de

cromatină nucleară, ancorând astfel cromozomii interfazici de învelişul nuclear (membrana

internă).

Spaţiul cisternal este delimitat de cele două membrane (internă şi externă) şi are o

grosime variabilă cuprinsă între 10-60 nm, care poate creşte mult în unele situaţii patologice.

În acest spaţiu au fost puse în evidenţă histone, imunoglobuline, apă, molecule mici solubile

şi uneori chiar virusuri încapsulate. Din loc în loc, spaţiul cisternal comunică cu reticulul

endoplasmic ru-gos.

Porii nucleari sunt orificii ce străbat din loc în loc învelişul nuclear la toate celulele

eucariote. La nivelul porilor membrana nucleară externă fuzio-nează cu membrana nucleară

internă, astfel încât cele două membrane se află în continuitate.

Numărul şi distribuţia porilor diferă în funcţie de specie şi de tipul celular. La

mamifere constituie 10% din suprafaţa învelişului nuclear şi au o distribuţie ordonată.

Arhitectura porilor a determinat introducerea termenului de complex al porului sau

complex por.

În structura complexelor porale intră niste proteine numite nu-cleoporine, care sunt

grupate în:

componenta columnară ce constitue suprafaţa internă a porului nuclear,

componenta anulară care este constituită din două octogoane, unul pe frontul

citoplasmatic si unul pe frontul nuclear al porului nuclear:

octogoanele sunt realizate de câte opt nucleoporine şi sunt concentrice,

componenta luminara este reprezentata de proteine transmembranare care leaga

complexul poral la invelisul nuclear.

De la periferia porului nuclear pornesc niste filamente spre citoplasmă, iar altele spre

interiorul nucleului. Aici se ancoreaza la o structura în forma de inel.

Porii nucleari sau complexele porale au o mare importanţă pentru că permit transportul

selectiv al unor molecule sau ioni din interiorul nucleului în citosol şi invers, din citosol în

nucleu. Astfel, în interiorul nucleului vor pătrunde prin complexele porale enzime necesare

sintezei ADN, proteine, aminoacizi, ioni. Invers, din nucleu în citoplasmă sunt transportaţi

precursori ribozomali sintetizati sau produsi în nucleol.

Complexele porale au în general un diametru de aproximativ 9 nm, de aceea molecule

sau ioni cu dimensiuni mai mici trec liber prin complexele porale. Molecule mai mari însă pot

să treaca printr-un transport activ într-o direcţie sau în cealaltă. În acest proces de transport

intervin două tipuri de moelecule, RAN şi karioferine (importine, exportine).

Pentru a fi recunoscute moleculele ce urmează a fi transportate prin porii nucleari

intervin nişte semnale şi anume semnalul de localizare nucleara (NLS) şi semnalul de export

48

nuclear (NES). NLS-ul este o secvenţă de 3, 4 aminoacizi (de obicei lizina, arginina, prolina)

aflată în structura unor peptide. Importinele prezintă o porţiune α şi o porţiune β. Porţiunea α

recunoaşte NLS-ul din structura proteinei şi leagă proteina respectivă. În prezenţa Ran-GTP,

complexul realizat se leaga la nucleoporine apoi patrunde în interiorul nucleului. În mod

asemănător exportinele recunosc proteinele care au în structura lor NES-ul, complexul format

se ataşază la nucleoporine. Molecula respectivă va fi exportata astfel în citosol. Energia

necesară procesului este stocata în gradientul transmembranar, Ran-GDP ce se află în

concentraţie mai mare în citosol, iar Ran-GTP în nucleu.

Matricea nucleară (carioplasma, cariolimfa) reprezintă acea parte a nucleului care în

mod aparent este lipsită de structură. Ea apare ca o masă incoloră în care se evidenţiază alte

două componente nucleare: nucleolul şi cro-matina.

După extragerea cromatinei şi a nucleolului, rămâne matricea nucleară propriu-zisă,

alcătuită dintr-o reţea proteică stabilă, cu greutate moleculară mare. Cea mai mare parte a

proteinelor o reprezintă proteinele nonhistonice, urmate de nucleoplasmină.

Matricea nucleară este o structură labilă, dinamică, capabilă de contractilitate. Ea

reprezintă, prin analogie cu citoscheletul, un adevărat nucleoschelet. În afară de această reţea

proteică, matricea nucleară mai conţine: apă, ioni, molecule mici, enzime specifice, etc.

Matricea nucleară are rol esenţial în:

determinarea formei nucleului;

medierea acţiunii unor hormoni;

medierea acţiunii unor enzime specifice ale unor procese glicolitice, în sinteza NAD

(nicotin adenin dinucleotid) şi altele.

NUCLEOLUL

La microscopul optic, în celulele fixate, nucleolul apare ca un corpuscul bazofil, mai

refringent decât carioplasma înconjurătoare. Nucleolul este evident numai în nucleul

interfazic, dispare în timpul diviziunii celulare şi reapare la sfârşitul mitozei, când se

reorganizează din componente ale unor cromozomi care poartă numele de organizatori

nucleolari. El este prezent în nucleul tuturor celulelor eucariote nucleate, lipsind doar în

celulele embrionu-lui (nu se produce încă sinteză proprie).

Nucleolul nu este delimitat de membrană. În general are forma sferică şi este dispus

mai mult sau mai puţin central în nucleu, dar în momentul când se eliberează în citoplasmă

ARN-ul, el se deplasează spre învelişul nuclear. Odată cu îmbătrânirea, nucleolul capătă o

formă din ce în ce mai neregulată. Nucleolul are densitatea cea mai mare dintre toate

structurile celulare.

Dimensiunea medie a nucleolului este de 1-3 m. Este mai mare şi mai dens în

celulele cu activitate metabolică intensă (ex. celule secretorii, neuroni) şi mai mic în cele cu

activitate mai redusă (ex. celule epiteliale). În general, nucleolul are dimensiuni mari în

celulele care prezintă creştere rapidă. Cei mai mari nucleoli se întâlnesc în celulele maligne,

unde poate ajunge să ocupe până la 30% din masa nucleului şi să prezinte forme aberante.

Numărul nucleolilor este variabil. Cel mai frecvent într-un nucleu există un singur

nucleol, dar uneori pot fi prezenţi mai mulţi. În anumite limite numărul nucleolilor este

49

corelat cu gradul de ploidie, existând de obicei câte un nucleol pentru fiecare set

cromozomial.

La microscopul electronic, nucleolul prezintă trei componete:

componenta granulară (pars granulosa) alcătuită din granule mici cu diametrul de 15-

20 nm; este componenta majoritară a nucleolului, fiind formată din precursorii

ribozomilor, respectiv particule ale subuni-tăţilor ribozomale aflate în diferite stadii de

maturare;

componenta fibrilară (pars fibrosa) numită şi nucleonemă, alcătuită din:

o fibrile fine, cu diametrul de 5 nm, reprezentând ADN-ul com-plementar pe baza

căruia se induce sinteza ARNr, ele corespund transcripţiei genelor ARN-ului

ribozonal, de la care începe for-marea ribozomilor,

o subunităţi de 45 S, reprezentând produsul primar rezultat în urma transcripţiei,

componenta amorfă (pars amorpha) constituită din elemente ale cario-plasmei,

respectiv apă, molecule mici, electroliţi şi care ocupă zonele libere dintre granulele şi

filamentele nucleolului.

În compoziţia chimică a nucleolului intră ADN, ARN şi proteine.

ADN-ul reprezintă 3% din masa nucleolului. El intră în alcătuirea organizatorilor

nucleolari, care sunt nişte bucle ale perechilor de cromozomi 13, 14, 15, 20 şi 21, care pătrund

în nucleol şi sunt răspunzătoare de sinteza ARNr şi a proteinelor ribozomale. Organizatorii

nucleolari controlează şi formarea nucleolilor. Astfel, la sfârşitul mitozei se formează 5

nucleoli co-respunzând câte unul pentru fiecare din cei 5 cromozomi mai sus menţionaţi şi

care ulterior vor fuziona într-un singur nucleol.

ARN-ul ocupă 7% din masa nucleolului, fiind constituit din ARNm (ARN mesager),

ARNr (ARN ribozomal) care se sintetizează în nucleol şi ARNt (ARN de transfer sau de

transport) aflat în tranzit prin nucleol.

Proteinele ocupă 90% din masa nucleolului. Aceste proteine provin din citoplasmă şi

ele sunt reprezentate de enzimele implicate în transcriere şi de precursorii ribozomali.

Funcţiile nucleolului sunt următoarele:

biogeneza subunităţilor ribozomale, funcţia principală a nucleolului, ca-re începe prin

copierea de pe buclele cromozomilor (organizatorilor nucleolari) a genelor care

codifică ARNr şi proteinele ribozomale şi apoi urmează sinteza ARNr şi stocarea

precursorilor ribozomali înainte de a fi transportaţi în citosol;

stocarea şi transferul ARNt şi mai ales ARNm, prin care codifică sec-venţialitatea

proteinelor celulare şi extracelulare, astfel că nucleolul re-prezintă o staţie de tranzit în

transmiterea ARNm şi ARNt în citoplas-mă;

pregătirea celulelor pentru diviziunea mitotică, fiind demonstrat faptul că celulele

cărora li s-a distrus nucleolul nu se mai divid.

50

CROMATINA NUCLEARĂ

Cromatina este un material nuclear care pe coloraţiile histologice are o mare afinitate

faţă de coloranţii bazici. Când cromatina este rarefiată nucleul se colorează slab (nucleu

eucromatic), iar când este mai condensată se colo-rează intens bazofil (nucleu

heterocromatic). Cromatina reprezintă partea vi-zibilă la microscopul optic a cromozomilor în

interfază. Cromatina şi cromo-zomii sunt de fapt două aspecte ale aceluiaşi material nuclear şi

anume ADN (cromozomii reprezintă aspectul din mitoză şi cromatina aspectul din inter-fază).

În interfază cromatina reprezintă forma relaxată (desfăşurată) a cromo-zomilor, iar în

cursul diviziunii cromatina formează structurile condensate ale cromozomilor.

În interfază cromatina se prezintă sub două aspecte:

eucromatina, o reţea de filamente fine, mai slab colorate;

heterocromatina, blocuri condensate şi intens colorate.

Din punct de vedere biochimic, cele două tipuri de cromatină au aceeaşi compoziţie:

ADN, proteine histonice şi nonhistonice şi cantităţi foarte mici de ARN. Diferenţa

morfologică dintre ele este dată de gradul diferit de spiralizare a ADN-ului. Acesta este intens

spiralizat în heterocromatină şi slab spiralizat în eucromatină.

Eucromatina fiind mai laxă este accesibilă transcrierii mesajului deţi-nut de

moleculele de ADN. Ea este de două feluri:

eucromatina activă, care este transcrisă continuu;

eucromatina permisivă, care este transcrisă cu intermitenţă, numai în urma unei

inducţii enzimatice.

Heterocromatina este înalt condensată şi inactivă pentru transcripţia ADN-ului.

Există două feluri de heterocromatină:

heterocromatina constitutivă care este constant condensată şi conţine gene care nu se

transcriu; în cromozomi ea este situată pe lângă centro-meri şi constituie 15% din

ADN-ul repetitiv;

heterocromatina facultativă prezintă regiuni condensate doar în anu-mite celule,

reflectând diferenţe stabile de activitate genetică între diferitele tipuri de celule ale

unui organism.

Celulele embrionare au o heterocromatină redusă pe când cele înalt specializate au o

cantitate mare, ceea ce înseamnă că pe măsură ce se dezvoltă celulele, din ce în ce mai multe

gene sunt inactivate. De regulă, heterocroma-tina facultativă conţine gene structurale

represate care s-au transcris sau se vor transcrie într-un anumit stadiu evolutiv al celulei.

Raportul eucromatină/heterocromatină reprezintă un indiciu al activită-ţii metabolice.

Astfel, un nucleu cu multă eucromatină are ADN-ul relaxat şi aici sunt transcrise mai multe

gene, fiind caracteristic unor celule cu activitate metabolică intensă. Un nucleu cu multă

heterocromatină are ADN-ul condensat şi aici genele nu se transcriu, ceea ce caracterizează

celulele cu ac-tivitate metabolică redusă.

51

CROMOZOMII

În nucleul interfazic cromozomii sunt prezenţi la nivelul cromatinei nucleare, respectiv

în eucromatină şi heterocromatină. Ei se individualizează în timpul diviziunii celulare când

pot fi evidenţiaţi uşor, datorită unui fenomen de condensare şi spiralizare. Cromozomii

metafazici sunt cel mai uşor de ob-servat la microscop şi ei au dimensiuni variabile între 1,5 şi

10 m.

Cromozomii reprezintă o caracteristică de specie, fiind în număr con-stant la o

anumită specie. Ei au rol important în transmiterea ereditară a ca-racterelor. Acestea sunt

determinate de gene, iar genele sunt localizate în cromozomi. Genele sunt constituite din

acizi nucleici, care reprezintă suportul material al eredităţii. Fiecare specie şi fiecare individ

are propriul său program genetic înscris în genele din cromozomii săi. Materialul genetic este

reprezentat de ADN. Gena este o porţiune din molecula de ADN, iar in-formaţia este stocată

în genă sub formă codificată. O genă cuprinde 300-1.500 nucleotide, iar cromozomii umani

conţin peste 30.000 de gene.

Marea majoritate a materialului genetic se găseşte în cromozomi şi o parte foarte mică

se află în mitocondrii. Transmiterea informaţiei genetice se realizează astfel: în faza S

(sintetică) a ciclului celular se produce replicarea ADN-ului din cromozomi, ADN-ul nou

sintetizat fiind o replică (o copie) a secvenţei de nucleotide din ADN-ul iniţial şi conţine

aceeaşi informaţie ge-netică. În cursul diviziunii celulare, ADN-ul cromozomial se împarte în

mod egal la cele două celule fiice care vor avea aceeaşi informaţie genetică ca şi generaţia

precedentă.

Din punct de vedere biochimic, cromozomii sunt alcătuiţi din ADN, proteine histonice

şi nonhistonice precum şi o cantitate foarte redusă de ARN.

Din punct de vedere morfologic fiecare cromozom este format din două cromatide

surori absolut identice, fiecare cromatidă fiind o moleculă de ADN. Cele două cromatide

conţin aceleaşi gene structurale. Extremităţile cromatidelor poartă numele de telomere. Locul

în care cele două cromatide se unesc poartă numele de centromer sau constricţie primară.

Această zonă este mai puţin colorabilă şi la microscopul elctronic s-a constatat că este

constituită din două formaţiuni cilindrice numite kinetocori, respectiv câte unul pentru fiecare

cromatidă.

După poziţia centromerului deosebim patru tipuri de cromozomi:

metacentrici, cu centromerul situat în, sau imediat lângă centrul cromozomului, ca

urmare braţele unui astfel de cromozom sunt aproape egale,

submetacentrici, când centromerul este plasat excentric şi împarte cro-mozomul în

două braţe scurte şi două lungi,

subtelocentrici (acrocentrici), cu centromerul astfel dispus încât braţele scurte sunt

puţin vizibile,

telocentrici, cu centromerul dispus la unul dintre capetele cromozomu-lui, deci nu

există braţe scurte.

La nivelul telomerelor pot să mai existe strangulări care poartă denumi-rea de

constricţii secundare.

52

CICLUL CELULAR

Prin ciclul celular se înţelege perioada de timp scursă din momentul în-cheierii

diviziunii prin care a luat naştere o celulă şi până în momentul înche-ierii propriei sale

diviziuni.

Ciclul celular cuprinde două mari faze:

interfaza (perioada dintre două diviziuni),

mitoza (perioada diviziunii celulare).

Interfaza nu este o perioadă de repaus ci o perioadă de activitate meta-bolică intensă

în care celula îşi realizează funcţiile specifice şi în acelaşi timp se fac şi pregătirile pentru o

nouă mitoză.

Interfaza cuprinde trei perioade distincte:

perioada G1 sau presintetică, în care ADN-ul cromozomial are o funcţie

heterocatalitică, adică în această perioadă participă la sinteza tuturor tipurilor de ARN

şi prin aceasta la sinteza diferitelor tipuri de proteine la nivelul ribozomilor,

perioada S sau sintetică, în care ADN-ul cromozomial are o funcţie au-tocatalitică,

adică are loc fenomenul de duplicare semiconservativă a ADN-ului cromozomial

(2C4C),

perioada G2 sau postsintetică în care ADN-ul îşi reia funcţia heteroca-talitică, masa

citoplasmatică creşte, se acumulează substanţe energetice necesare procesului de

mitoză şi se sintetizează proteinele aparatului mitotic.

În ciclul celular există anumite puncte de restricţie pe care celula trebuie să le

depăşească pentru a putea parcurge etapele următoare. Dacă celula nu este capabilă să-l

depăşească, evoluţia ei se opreşte în etapa ciclului celular situată imediat înaintea punctului de

restricţie. Cel mai important punct de restricţie este situat la trecerea din perioada G1 în

perioada S.

Ca durată în timp, ciclul celular este de aproximativ 16 ore în culturi celulare (G1 5

ore, S 7 ore, G2 3 ore, M 1 oră). Între diferitele tipuri de celule din organism există mari

diferenţe în ceea ce priveşte durata ciclului celular.

Astfel, există:

celule cu ciclul celular scurt, de aproximativ 72 ore, cum sunt enteroci-tele,

celule cu ciclul mediu, cum sunt celulele epidermului, cu ciclul celular de 30 zile, sau

hepatocitele cu un ciclu de aproximativ 100 zile,

celule au ciclul lung de mai multe luni de zile, cum sunt celulele cartilaginoase,

celule perpetue, cum ar fi neuronii sau fibrele musculare cardiace, a că-ror ciclu

durează cât viaţa individului.

Sub aspectul desfăşurării ciclului celular, celulele se împart în:

celule statice,

celule în transit,

celule stem (matcă, suşă, precursoare).

Celulele statice sunt celule foarte specializate cum ar fi neuronii, fibrele musculare

cardiace şi scheletale, care sunt situate în faza G1 a ciclului celular, fază de care nu trec

niciodată.

53

Celulele în tranzit cuprind cea mai mare parte a celulelor din organism. Ele sunt

capabile de 1-2 cicluri celulare, după care îşi pierd capacitatea de diviziune. Ele sunt înlocuite

mereu cu celule noi provenite din celule pre-cursoare.

Celulele stem sunt reprezentate de un număr redus de celule, ce îşi păs-trează

proprietatea de diviziune pe tot parcursul vieţii individului. În mod normal, aceste celule stem

se află într-o fază blocată a ciclului celular (G0) de unde nu ies decât în urma acţiunii unor

stimuli.

Ciclul celular poate fi influenţat de:

factori generali ca: temperatura, lumina, ritmul circadian, hormoni (ex. hipofizari,

tiroidieni),

factori intracelulari ca:

o modificarea raportului nucleo-citoplasmatic,

o factorii de creştere ai fibroblastelor, condrocitelor, celulelor epi-dermice,

o factori genetici, în programul genetic fiind înscris numărul de cicluri celulare pe

care celula îl poate desfăşura (ex. fibroblastee au 50 de cicluri),

factori intercelulari, adică mesageri chimici veniţi de la alte celule; în vecinătatea unor

celule care mor, alte celule intră în mitoză; există apoi hormoni locali (chalone) care

induc mitoze la distanţă, în celule din acelaşi ţesut.

Există o seama de antimitotice utilizate în scop terapeutic cum ar fi: ci-tostaticele,

radiaţii ionizante, etc.

MITOZA

Mitoza (mitos-filament) este modalitatea normală de diviziune a ce-lulelor somatice.

Ea se mai numeşte şi diviziune indirectă, pentru că mo-dificările din nucleu le preced pe cele

din citoplasmă. Mitoza este ecuaţională pentru că celulele fiice dobândesc aceeaşi cantitate de

ADN şi acelaşi cariotip ca şi celula mamă (2n, 2C).

Mitoza este un proces biologic esenţial care stă la baza creşterii şi dife-renţierii

celulare, reînnoirii celulelor, reparării ţesuturilor, formării şi creşterii tumorilor. Ea se împarte

în patru faze (Fig. 35):

profaza,

metafaza,

anafaza,

telofaza.

Durata mitozei la om este de circa 60 minute, iar fazele au o durată inegală. Astfel,

profaza durează 30 minute, metafaza 8 minute, anafaza 4 mi-nute, iar telofaza 18 minute.

Profaza debutează prin apariţia celui de-al doilea centriol, fără alte modificări vizibile

la nivelul nucleului sau citoplasmei. Apoi cei doi centrioli migrează fiecare înspre un pol al

celulei, iar între ei se dispun filamentele care vor alcătui fusul de diviziune. Concomitent au

loc fenomene nucleare, marcate prin dispariţia nucleolilor, condensarea cromatinei şi

individualizarea cromozomilor, care se dispun cap la cap şi constituie o formaţiune numită

spirem. În continuare cromozomii se individualizează, învelişul nuclear se dizolvă şi astfel

nucleoplasma (împreună cu cromozomii) se amestecă cu citosolul. După dezorganizarea

nucleului, fusul de diviziune tinde să ocupe poziţie centrală în celulă.

54

Metafaza se derulează în continuarea profazei şi începe prin ataşarea cromozomilor la

filamentele fusului de diviziune, în zona ecuatorială a aces-tuia, alcătuind placa ecuatorială

metafazică. La nivelul acesteia, axa lungă a fiecărui cromozom este perpendiculară pe axa

fusului mitotic, fiecare cro-matidă fiind legată de o fibră din fus, prin intermediul

kinetocorului. Ulterior are loc clivarea (despicarea) longitudinală a cromozomilor cu

separarea celor două cromatide surori, rezultând astfel două seturi de cromozomi monocro-

matidici.

Anafaza se caracterizează prin faptul că în cursul ei cele două seturi de cromozomi se

vor deplasa treptat înspre polii celulei (unul spre un pol iar ce-lălalt spre polul opus).

Telofaza începe când cele două seturi de cromozomi ajung la cei doi poli ai celulei. În

continuare, fusul de diviziune se dezorganizează, iar cro-mozomii se aşează cap la cap

refăcând spiremul, care ulterior se va transfor-ma într-o reţea de cromatină. Apoi, în jurul

cromatinei se reorganizează în-velişul nuclear şi se reface nucleolul. În zona centrală a celulei,

citoplasma se strangulează treptat, până la separarea completă a celor două celule, fenomen

numit citodiereză. Vor rezulta astfel două celule fiice, fiecare având o cantitate de ADN egală

cu aceea a celulei mamă.

Deşi în urma mitozei rezultă două celule cu aceeaşi cantitate de ADN ca şi celula din

care au provenit, celulele rezultate nu se vor asemăna întotdea-una din toate punctele de

vedere cu celula mamă şi uneori nici între ele. După gradul de asemănare dintre cele două

celule fiice şi celula mamă, se descriu patru forme de mitoză:

mitoza homoplastică numită şi homotipică, în cazul căreia celulele fiice se aseamănă

atât între ele cât şi cu celula mamă; această formă de mitoză se întâlneşte numai la

celulele nedifenţiate (celule foarte tinere),

mitoza heteroplastică sau heterotipică, în cazul căreia celulele rezultate se aseamană

între ele, dar nu şi cu celula mamă; celulele rezultate sunt mai mature (mai

diferenţiate) decât celula din care s-au format, de aceea această formă de mitoză se

mai numeşte şi mitoză de di-ferenţiere,

mitoza homoheteroplastică sau asimetrică, în cazul căreia celulele fiice nu se

aseamănă între ele, una semănă cu celula mamă, iar cealaltă este diferită,

mitoza de dediferenţiere, care dă naştere la două celule fiice ce se asea-mănă între ele

dar nu şi cu celula mamă, acestea fiind mai tinere (mai puţin diferenţiate); această

diviziune apare frecvent la limfocite cu for-mare de limfoblaşti.

Factorii care determină intrarea celulei în mitoză nu sunt încă toţi pe deplin lămuriţi.

Cei care participă într-o măsură mai mare sau mai mică la de-clanşarea acestui proces pot fi

împărţiţi în trei mari categorii:

factori generali: temperatura, lumina, unii hormoni (tiroidieni, hipofi-zari), vitamine,

etc.

factori intracelulari, dintre care cel mai important este modificarea ra-portului nucleo-

citoplasmatic şi a raportului nucleolo-nuclear; prin creşterea volumului citoplasmei

fenomenele celulare nu mai pot fi controlate eficient de nucleu şi în acest caz se

impune intrarea celulei în diviziune cu refacerea unui raport nucleo-citoplasmatic

normal,

factori intercelulari, care se pare că sunt cei mai importanţi. În fiecare organ sau ţesut

se păstrează, în mod normal, un echilibru între celulele mature (funcţionale), celulele uzate şi

55

celulele care se divid pentru a le înlocui pe cele care se distrug. Ori de câte ori o celulă sau un

grup de celule moare, o altă celulă sau alt grup de celule intră în diviziune, menţinând în

condiţii normale un raport corespunzător între cele trei categorii de celule.

MEIOZA

Meioza:

este tipul de diviziune celulară prin care se formează celulele sexuale,

ovulul şi spermatozoidul sunt celule haploide (n, C), prin unirea lor se

formează zigotul care este o celulă diploidă (2n, 2C).

este alcătuită din două diviziuni succesive, meioza I şi meioza II.

o în meioza I are loc înjumătăţirea numărului de cromozomi (diviziune reducţională)

în

o în meioza II se aseamănă până la identitate cu o mitoză obişnuită (diviziune

ecuaţională).

Cele două diviziuni meiotice se deosebesc prin modul de repartizare a materialului

genetic la celulele fiice:

în anafaza meiozei I migrează spre cei doi poli ai celulei cromozomi întregi

(bicromatidici), nu cromatide separate ca în mitoză.

cromatidele surori ale unui cromozom bicromatidic se vor separa şi vor migra spre cei

doi poli ai celulei abia în anafaza celei de a doua diviziuni meiotice.

Celulele care au calitatea de a parcurge diviziunea meiotică sunt sper-matocitul şi

ovocitul primar. După prima diviziune meiotică vor lua naştere spermatocitul şi ovocitul

secundar, care în urma celei de-a doua diviziuni meiotice, vor deveni spermatozoid, respectiv

ovul.

La fel ca şi în cazul mitozei, pentru ca o celulă să poată începe procesul de diviziune

meiotică, ea trebuie să parcurgă în prealabil faza S şi să-şi dubleze cantitatea de ADN. Numai

după aceasta va intra în profaza primei diviziuni meiotice.

Meioza I cuprinde aceleaşi faze ca şi mitoza (profaza, metafaza, anafa-za şi telofaza),

dar care se realizează diferit.

Profaza I prezintă următoarele subfaze:

leptoten, în care cromozomii sunt încă alungiţi şi greu de individua-lizat, dar prin

declanşarea procesului de spiralizare şi condensare, vor deveni din ce în ce mai

vizibili,

zigoten, în care cromozomii omologi (din setul matern şi patern) se aşează unul în

dreptul celuilalt, parte corespondentă cu parte co-respondentă se apropie, se alipesc,

dar nu fuzionează,

procesul poartă numele de conjugare,

în anumite zon, cromozomii omologi stabilesc legături între ei, numite sinapse.

pachiten, în care se continuă procesul de spiralizare a cromozomilor,

o devin scurţi şi groşi,

o legăturile dintre ei devin foatre stânse şi suprapunerea lor este perfectă, aşa încât o

pereche de cromozomi omologi se vede ca unul singur,

56

astfel de cromozomi omologi poartă numele de bivalenţi şi în această situaţie

celula pare haploidă,

legătura foarte strânsă dintre cromatidele omologilor care formează un bivalent

permite schimbul de fragmente între cromatidele nesurori, fenomen numit

"crossing over".

diploten, în care cromozomii încep să se separe longitudinal şi astfel se evidenţiază

din nou structura lor bicromatidică:

separarea lor nu este completă, ei rămânând încă ataşaţi la nivelul chiasmelor

(poziţia de pe cromatidă unde a avut loc fenomenul de crossing over), astfel

perechile de omologi formează tetrade cromozomiale.

diachineza, în care segmentele cromatidice se dispun de o parte şi de alta a chiasmei,

se rotesc şi centromerii omologilor se îndepărtează, determinând alunecarea

chiasmelor spre telomeri.

În profaza I se produc astfel un număr mare de evenimente dintre care trei sunt mai

importante: condensarea cromozomilor, conjugarea şi crossing over-ul.

Metafaza I se caracterizează prin dispariţia membranei nucleare şi for-marea primului

fus de diviziune pe filamentele căruia, la nivelul plăcii ecua-toriale, se ataşază cromozomii.

În anafaza I fiecare omolog al unei perechi de bivalenţi se deplasează spre unul din

polii celulei (unul spre un pol, iar celălalt spre polul opus). Re-zultă în acest fel două celule

haploide, dar cu fiecare cromozom bicromati-dic.

Telofaza I nu este o fază obligatorie. Uneori la animale se formează o membrană în

jurul nucleilor şi celula revine la stadiul din interfază. Dar nici în această situaţie celula nu

intră în faza S şi nu îşi dublează cantitatea de ADN.

Meioza II (a doua diviziune meiotică) are loc imediat după meioza I, iar ca

desfăşurare se aseamănă cu mitoza. Există totuşi câteva diferenţe faţă de mitoză astfel:

meioza II nu este precedată de sinteză de ADN;

în cursul meiozei II se divid celule haploide;

în cursul meiozei II cromatidele surori nu mai sunt identice din punct de vedere

genetic, datorită schimbului de fragmente între cromatidele nesurori din timpul

profazei I (crossing over-ul).

Abia în cursul meiozei II cromatidele surori se despart la nivelul cen-tromerului şi are

loc deplasarea lor spre polii celulei deoarece în meioza I s-a produs numai separarea

cromozomilor omologi. La sfârşitul anafazei II re-zultă patru nuclei haploizi în care fiecare

cromozom este monocromatidic. Astfel, prin două diviziuni succesive, meioza împarte cele

patru cromatide ale unui bivalent la patru celule distincte.

57

ORGANITELE CELULARE NEDELIMITATE

DE MEMBRANĂ

RIBOZOMII

Ribozomii reprezintă componente deosebit de importante ale comparti-mentului

matriceal, datorită rolului lor în sinteza proteinelor. Ribozomii sunt de natură

ribonucleoproteică şi sunt prezenţi în toate celulele, atât la proca-riote, cât şi la eucariote, cu

excepţia hematiilor adulte. Ei se mai numesc şi citoribozomi, pentru a fi diferenţiaţi de

ribozomii mitocondriali care se mai numesc şi mitoribozomi.

Ribozomii au fost descoperiţi de George Emil Palade cu ajutorul mi-croscopului

electronic. Ei apar ca formaţiuni granulare cu dimensiunea de aprox. 30 nm. Ribozomul este

un complex format din două subunităţi inegale ca dimensiuni şi inegale în privinţa constantei

lor de sedimentare:

subunitatea mare, cu diametrul de 30 nm şi cu o constantă de sedimen-tare de 60 S,

are formă sferoidală şi prezintă o mică depresiune înspre subunitatea mică;

subunitatea mică, cu diametrul de 10-20 nm şi cu o constantă de sedi-mentare de 40 S,

are o formă alungită, convex-concavă.

Cele două subunităţi reunite (adică întreg ribozomul) au constanta de sedimentare 80

S.

Ribozomii sunt formaţi din ARN, proteine, cantităţi mici de apă, ioni (calciu,

magneziu), etc.

ARN ribozomal (ARNr) se găseşte în ambele subunităţi ribozomale. Astfel,

subunitatea mică conţine o moleculă de ARNr cu constanta de se-dimentare 18 S, iar

subunitatea mare conţine trei molecule de ARNr cu constanta de sedimentare 5 S; 5,8 S şi 23

S.

Proteinele ribozomale sunt localizate în interiorul ambelor subunităţi ribozomale, fiind

legate mai strâns sau mai lax de moleculele de ARNr. Nu-mărul lor este destul de mare la

nivelul ambelor subunităţi ribozomale. Astfel, subunitatea mare conţine 50 de proteine

ribozomale, iar subunitatea mică 30.

Ribozomii se pot găsi liberi în citoplasmă, sau ataşaţi de membranele reticulului

endoplasmic rugos. Ei pot fi observaţi fie izolaţi, fie grupaţi în poliribozomi (polizomi).

Numărul de ribozomi ce intră în alcătuirea unui poli-ribozom depinde de mărimea moleculei

proteice ce urmează a fi sintetizată. Gruparea în poliribozomi se realizează cu participarea

unei molecule de ARNm, care are forma unui filament cu diametrul de 2 nm. Acest filament

înşiră ribozomii ca mărgelele pe aţă, trecând prin fiecare granulă ribozomală între subunitatea

mică şi subunitatea mare a acesteia. După ce proteina a fost sintetizată lanţul polipeptidic se

rupe, iar ribozomii se dispersează în cito-plasmă. Marea majoritate a particulelor ribozomale

la eucariote se găsesc a-samblate tot timpul în poliribozomi şi numai un număr mic sunt

dispersaţi în citosol.

Poliribozomii pot fi:

poliribozomi liberi,

poliribozomi ataşaţi de membrana reticulului endoplasmic.

58

Poliribozomii liberi sunt responsabili de sinteza proteinelor structurale, adică cele ce

sunt utilizate pentru nevoile celulei. Ei sunt numeroşi în celulele nediferenţiate care cresc

rapid, precum şi în celulele diferenţiate (sau în curs de diferenţiere) care au nevoie de o

cantitate mare de proteine matriceale (ex. mioblaştii, precursorii eritrocitelor, etc.).

Poliribozomii ataşaţi membranelor reticulului endoplasmic sunt re-sponsabili de

sinteza proteinelor pentru export ca şi a unor proteine de uz intracelular cum ar fi enzimele

lizozomale. Ei sintetizează şi proteinele integrale ale membranei celulare. În celulele care

sintetizează cantităţi mari de proteine, poliribozomii ataşaţi membranelor reticulului

endoplasmic sunt cei care predomină. Exemple de astfel de celule ar fi: hepatocitele,

plasmocitele, celulele acinilor pancreatici şi ai glandelor salivare, etc.

În funcţie de necesităţile de moment, ribozomii trec din starea liberă în cea ataşată şi

invers. Ataşarea ribozomilor la membrana reticulului en-doplasmic este dirijată de nişte

molecule numite riboforine, existente în membrana reticulului.

Biogeneza ribozomilor este iniţiată la nivelul nucleolului. Aici are loc transcrierea

ARN ribozomal de pe genele situate pe o porţiune cromozomială comună cu organizatorii

nucleolari. Imediat după sinteză, ARN-ul este parţial asamblat cu proteine şi formează

precursorii ribozomali, adică ai subunităţii mici şi ai celei mari. Subunităţile ribozomale

migrează separat în citoplasmă, unde se maturează foarte repede, se asamblează şi asociază

proteine citoplasmatice specifice ribozomilor.

Principala funcţie a ribozomilor este aceea că ei reprezintă organitele ci-toplasmatice

responsabile de sinteza proteinelor, atât a celor structurale cât şi a celor de export. La nivelul

polizibozomilor liberi din citoplasmă se sinteti-zează proteinele structurale, cele utilizate

pentru diviziune, creştere, sau pro-teinele necesare înlocuirii organitelor uzate. La nivelul

poliribozomilor ataşaţi membranelor reticulului endoplasmic rugos se sintetizează proteinele

de export, cum sunt enzimele, hormonii, anticorpii, etc., care vor fi eliberate din celule, pentru

a fi utilizate în altă parte.

CENTRIOLII ŞI FUSUL DE DIVIZIUNE

În citoplasma din vecinătatea nucleului şi adeseori în apropierea com-plexului Golgi

se găsesc în mod normal doi centrioli, care împreună formează un organit numit centrul

celular. Centriolii sunt structuri microtubulare cu diametrul de 0,15 m şi lungimea de până la

0,5 m, dispuşi perpendicular unul pe celălalt. La microscopul electronic s-a constatat că

peretele centri-olului este format din nouă triplete de microtubuli dispuse în jurul unei zone

centrale cu aspect omogen. Pentru identificare, microtubulii din fiecare triplet au fost notaţi:

cel intern cu A, cel mijlociu cu B, iar cel extern cu C. Cu totul excepţional pot fi observaţi şi

centrioli al căror perete este format din nouă dublete de microtubuli sau chiar nouă

microtubuli simpli.

Fiecare microtubul intern (A) este conectat la un miez cilindric central printr-o spiţă de

natură fibrilară. Uneori s-au descris în jurul cilindrului două rânduri de câte nouă sferule

ataşate prin punţi individuale de peretele tubular, aceste formaţiuni fiind numite structuri

satelite.

Centrul celular este responsabil de iniţierea diviziunii celulare şi formarea fusului de

diviziune. Astfel, înainte de începerea profazei, centriolii suferă un proces de duplicare şi

59

fiecare din cele două perechi migrează înspre unul din polii celulei. O serie de microtubuli se

vor organiza în jurul fiecărei perechi de centrioli sub forma unei structuri radiare ce poartă

numele de aster. Alţi microtubuli vor forma fusul de diviziune care se dispune între cele două

perechi de centrioli. O parte dintre microtubulii fusului de diviziune se întind de la un pol la

altul, dar mulţi microtubuli se întind de la unul dintre poli, până la kinetocorul cromatidelor,

legând astfel fiecare cromatidă de unul dintre poli.

Prezenţa microtubulilor este necesară în timpul diviziunii pentru mi-grarea celor două

seturi de cromozomi spre polii celulei, aspect demonstrat de faptul că substanţele

medicamentoase care interferează cu polimerizarea tubulinelor (ex. colchicina, vinblastina,

vincristina) blochează celulele în me-tafază şi determină în final moartea celulelor.

INCLUZIUNILE CELULARE

Dacă organismul dispune la un moment dat de anumiţi produşi meta-bolici în exces,

există posibilitatea stocării (depozitării) lor temporare sau de-finitive la nivelul citosolului

unor celule. Aceste depozite intracitoplasmatice poartă numele de incluziuni celulare. Pot fi

depozitate intracitoplasmatic substanţe diferite: glucide, lipide, proteine, pigmenţi, cristale,

cristaloizi, etc. Dacă acest fenomen depăşeşte anumite limite se poate ajunge în situaţii pato-

logice, unele cu un caracter reversibil, altele fiind ireversibile.

Glucidele sunt depozitate în citoplasma celulelor animale sub formă de glicogen.

Depozite intracelulare de glicogen pot fi evidenţiate în hepatocite şi celulele musculare prin

metoda PAS sau prin colorarea cu carmin Best.

Lipidele sunt stocate în citoplasma celulelor ca trigliceride, sub formă de picături

sferice de diferite mărimi. Celulele care stochează lipide sunt ce-lulele corticosuprarenalei,

celulele corpului galben din ovar, nefrocitele, he-patocitele.

Proteinele sunt depozitate aproape în exclusivitate sub forma gra-nulelor secretorii.

Pigmenţii pot apare în mod normal sub formă de pigment brun-negru (granulele de

melanină) în celulele pigmentare, sau pigment galben (lipofus-cină) în celulele nervoase,

celulele corticosuprarenalei, etc. Pe măsură ce or-ganismul îmbătrâneşte, lipofuscina poate

apare ca pigment de uzură în celu-lele musculare cardiace şi în neuroni.

Cristalele şi cristaloizii pot apare, în mod normal, în citoplasma unor celule cum ar fi

celulele Leydig din testicul sau chiar în nucleul unor hepato-cite.

În unele situaţii patologice, la nivelul citoplasmei pot apare şi alţi pig-menţi cum ar fi:

pigmenţii biliari, hemosiderina. Atunci când nevoile celulei (sau organismului) o impun,

unele dintre aceste incluziuni pot fi mobilizate şi utilizate până la epuizarea lor.

60

ORGANITELE CELULARE DELIMITATE

DE MEMBRANĂ

Subcompartimentele celulare delimitate de membrane sunt legate între ele structural şi

funcţional, alcătuind un sistem de endomembrane. Legătura structurală între aceste formaţiuni

este însă o legătură temporară. Din acest sistem de endomembrane fac parte: reticulul

endoplasmic, aparatul Golgi, li-zozomii, peroxizomii, vacuolele, veziculele de exo- şi

endocitoză şi chiar în-velişul nuclear, deoarece acesta comunică cu reticulul endoplasmic.

Subcompartimentele celulare care alcătuesc sistemul de endomembra-ne prezintă

următoarele trăsături:

membranele care delimitează subcompartimentele sunt asimetrice (ase-mănător

plasmalemei),

legătura structurală (de cele mai multe ori temporară) dintre comparti-mente este

asigurată prin intermediul veziculelor, care pot fuziona fie cu alte subcompartimente

ale sistemului, fie cu membrana plasmatică sau cu veziculele de endocitoză, fie pot

fuziona între ele,

prin intermediul veziculelor se realizează un flux al membranelor care poate să fie

orientat fie de la reticulul endoplasmic spre membrana plasmatică, fie invers,

prin intermediul veziculelor de exocitoză, subcompartimentele siste-mului de

endomembrane comunică cu mediul extracelular, dar aceste vezicule nu comunică cu

matricea nucleoplasmică (numai accidental).

Majoritatea organitelor celulare delimitate de membrane sunt cuprinse în acest sistem

de endomembrane (reticulul endoplasmic, aparatul Golgi, li-zozomii, peroxizomii). Există

însă şi organite celulare delimitate de membra-ne, mitocondriile, care nu fac parte din acest

sistem.

RETICULUL ENDOPLASMIC

Reticulul endoplasmic este un organit celular cavitar, răspândit în în-treaga

citoplasmă, fiind format din saci, cisterne, tubi, vezicule, anastomozate între ele. Formaţiunile

reticulului sunt delimitate de o endomembrană cu grosime de aprox. 6 nm.

Reticulul endoplasmic, observat iniţial la microscopul optic, a fost des-cris sub diferite

denumiri: substanţă tigroidă sau corpi Nissl în pericarion, corpi Berg în hepatocit şi

ergastoplasmă în celula pancreasului exocrin. De-numirea actuală şi prima descriere

electronomicroscopică au fost făcute de către Porter şi Kallman (1952). Organitul este prezent

în toate celulele euca-riote cu excepţia hematiei adulte.

Deoarece el a fost observat la început în partea internă a citoplasmei a primit

denumirea de reticul endoplasmic. Morfologia reticulului endoplasmic diferă de la o celulă la

alta. Astfel, celulele embrionare au un reticul en-doplasmic rudimentar, care se dezvoltă pe

măsura diferenţierii celulei. De a-semenea, celulele aflate în interfază au un reticul

endoplasmic mai bine dez-voltat decât celulele aflate în diviziune.

Există două tipuri de reticul endoplasmic:

61

reticul endoplasmic rugos sau granular (RE rugos sau RE granular);

reticul endoplasmic neted (RE neted).

Membranele celor două tipuri de reticul endoplasmic sunt în conti-nuitate, lumenele

lor comunică, de aceea apar ca o unitate.

Reticulul endoplasmic rugos este format în principal din saci aplatizaţi sau cisterne şi

mai rar din canalicule. Pe suprafaţa plasmatică a membranei, aceste formaţiuni prezintă

ribozomi ataşaţi (de aici denumirea de rugos sau granular). Reticulul endoplasmic rugos este

dispus preferenţial în jurul nu-cleului şi are legătură structurală directă cu cisterna

perinucleară. Membranele RE rugos sunt în relaţie de continuitate cu membrana nucleară

externă, iar lumenul în continuitate cu spaţiul cisternei. Lumenul reticulului este ocupat de

reticuloplasmă, o masă fluidă amorfă mai puţin densă decât hialoplasma.

Reticulul endoplasmic rugos, datorită ribozomilor ataşaţi, este speciali-zat în primul

rând în sinteza proteinelor, motiv pentru care este mai dezvoltat în celulele angajate în procese

intense de sinteză, cum sunt celulele glandu-lare exo- şi endocrine.

Membranele reticulului endoplasmic rugos conţin riboforine (proteine specifice) care:

facilitează ataşarea ribozomilor la membranele reticulului endoplasmic rugos;

asigură transferul prin membrană a lanţului polipeptidic nou format la nivelul

ribozomilor;

contribuie la menţinerea formei caracteristice a cisternelor, deoarece ri-boforinele

formează o reţea extinsă în membrană.

Reticulul endoplasmic neted este format în principal din tubi, cana-liculi sau vezicule

şi nu are ribozomi ataşaţi.

Din punct de vedere topografic, reticulul endoplasmic neted este dispus spre periferia

citoplasmei, fără să vină în contact cu membrana plasmatică. El este mai bine dezvoltat în

celulele care secretă hormoni steroizi (celulele glandelor suprarenale, celule interstiţiale din

testicul şi ovar) precum şi în cele care produc glucide (celulele hepatice).

În celula musculară există un organit asemănător reticulului endoplas-mic neted, care

are rolul de a stoca ionii de calciu, de a-i elibera în citosolul fibrei musculare cu producerea

contracţiei şi de a-i restoca prin intervenţia pompei de Ca2

din membranele sale, cu inducerea

relaxării musculare. Acest organit este reticulul sarcoplasmic, ce reprezintă un tip special de

re-ticul endoplasmic neted. Studiul electronomicroscopic al acestuia a evidenţiat că este

dispus sub forma unei reţele de tubuli sau cisterne orientate de-a lungul sarcomerului între şi

în jurul miofibrilelor (sistemul tubular “L“). La nivelul fiecărei zone H, aceşti tubuli orientaţi

longitudinal trimit anastomoze laterale, iar la nivelul joncţiunii dintre banda A şi I formează

nişte saci sau cisterne terminale unde sunt stocaţi ionii de calciu. Două asemenea cisterne

terminale se alătură la nivelul joncţiunii dintre banda I şi banda A, dar rămân separate de

sistemul tubular “T“ (transvesal) cu origine în plasmalemă. Această dispoziţie particulară a

reticulului sarcoplasmic în fibra musculară striată scheletală, ce constă din alăturarea a două

cisterne terminale ce aparţin sistemului “L“ şi a unui tubul transversal “T“, formează o triadă.

Astfel, la joncţiunea dintre banda A-I de la nivelul fiecărui sarcomer, există două triade.

Sistemul tubular T cu origine în plasmalemă comunică cu spaţiul extracelular, pătrunde la

intervale regulate, se ramifică şi se dispune printre cisternele terminale pentru a forma triade.

Cele două sisteme tubulare T şi L joacă un rol important în mecanismul contracţiei musculare,

deoarece la nivelul triadelor are loc cu-plararea excitaţiei cu contracţia.

62

FUNCŢIILE RETICULULUI ENDOPLASMIC

Funcţiile reticulului endoplasmic pot fi grupate în funcţii comune ambe-lor tipuri şi

funcţii specifice RE rugos, respectiv RE neted.

Funcţii comune. Reticulul endoplasmic funcţionează ca un sistem circ-lator

intracitoplasmatic prin care sunt vehiculate în permanenţă diferite sub-stanţe spre alte zone ale

citoplasmei, spre cisternele aparatului Golgi prin mi-crovezicule, sau spre spaţiul perinuclear

cu care comunică.

Reticulul endoplasmic este implicat în sinteza componentelor structu-rale ale

membranelor şi a enzimelor prin care lizozomii şi peroxizomii îşi desfăşoară activităţile

specifice.

Reticulul endoplasmic rugos are ca principală funcţie biosinteza protei-nelor de

export. Pentru realizarea sintezei proteice, ribozomii se ataşază pe membrana RE rugos prin

subunitatea mare (60S), în timp ce subunitatea mică (40 S) este orientată spre exterior.

Legarea ribozomilor se realizează sub forma polizomilor, unde mai mulţi ribozomi se

înlănţuie pentru a citi mesajul de pe molecula de ARNm şi pentru a începe sinteza lanţului

polipeptidic. După ataşarea ribozomilor, sinteza proteică se desfăşoară pe membranele RE

rugos, iar lanţul polipeptidic în formare este transferat prin membrană în lumenul organitului.

Proteinele destinate exportului din celulă se vor acumula în lumenul RE rugos şi vor fi

împachetate în micovezicule ce se formează prin frag-mentarea sau înmugurirea cisternelor.

Microveziculele vor fuziona cu membranele cisternelor complexului Golgi. Aici proteinele

vor suferi un proces complex de acumulare, maturare şi împachetare în vezicule de secreţie ce

se desprind din complexul Golgi şi vor fi eliminate din celulă prin exo-citoză.

Proteinele destinate nevoilor proprii ale celulei (pentru alimentarea sis-temului de

endomembrane precum şi proteinele enzimelor lizozomale) vor rămâne ataşate feţei interne a

membranelor reticulului endoplasmic rugos sau sunt integrate în bistratul lipidic al

membranelor organitului. Pe lângă această fucţie de bază, RE rugos mai are rol în sinteza unor

fosfolipide (lecitina) sau a unor glicoproteine integrale din membrană.

Reticulul endoplasmic neted are ca principală funcţie sintetiza şi meta-bolizarea

acizilor graşi şi a fosfolipidelor. Este implicat de asemenea şi în bi-osinteza colesterolului şi a

hormonilor steroizi. De aceea, reticulul endoplas-mic neted este mai dezvoltat în celulele

specializate în aceste procese de sin-teză, din ficat, corticosuprarenală, gonade.

O altă funcţie importantă a reticulului endoplasmic neted o reprezintă aceea de

detoxifiere, adică de inactivare şi metabolizare a unor substanţe cum sunt pesticidele,

medicamentele, etc. Prin enzimele pe care le conţine (citocromii P-450, glutation S-

transferaze) reticulul endoplasmic neted deter-mină metabolizarea acestor substanţe şi

eliminarea lor prin urină. Pentru o detoxifiere eficientă cantitatea şi activitatea enzimatică

cresc. Astfel admi-nistrarea unor doze mari de fenobarbital determină dublarea suprafeţei reti-

culului endoplasmic neted din hepatocite şi revine la normal (prin autofagie) după

aproximativ 5 zile de la încetarea adimistrării acestei substanţe.

63

COMPLEXUL GOLGI

Acest organit a fost descris prima dată de medicul italian Camillo Golgi în anul 1898,

ca o reţea de filamente fine pe care le-a observat în citoplasma unor celule nervoase. El a

denumit această formaţiune cu numele de aparat reticular intern. În 1910 elevul lui Golgi,

Aldo Peroncito a observat că în timpul diviziunii celulei are loc o fragmentare a elementelor

acestui aparat şi a denumit aceste fragmente cu numele de "dictiozomi". Aceştia apar la

microscopul optic sub diferite aspecte: bastonaşe, tubi anastomozaţi, cisterne, etc. În cinstea

descoperitorului său, oamenii de ştiinţă au denumit ulterior organitul cu numele de aparat

Golgi.

Numărul complexelor Golgi într-o celulă diferă mult, de la unu la câte-va sute, în

funcţie de tipul, vârsta sau de activitatea funcţională a celulei. Astfel, celulele tinere sau aflate

în plin proces secretor au de regulă un nu-măr mare de asemenea organite.

Poziţia organitului în celulă diferă după tipul şi activitatea acesteia. Astfel, în neuroni

complexul Golgi este dispus perinuclear, iar în celulele se-cretorii exocrine apare

supranuclear.

La microscopul electronic s-a constatat că în structura lui intră trei componente de

bază (fig. 7):

pachete de saci turtiţi sau cisterne aplatizate,

microvezicule,

macrovezicule.

Cisternele aplatizate sau sacii turtiţi au formă curbată şi se dispun sub formă de

pachete. Numărul sacilor într-un pachet este variabil, în majoritatea cazurilor fiind între 5 şi

11. Fiecare sac poate fi comparat cu o farfurie care are partea centrală mai subţire şi periferiile

mai dilatate.

În ansamblu, complexul Golgi are o polaritate morfofuncţională dis-tinctă, prezentând:

compartimentul "cis" orientat spre nucleu, reprezentat de faţa convexă, numită şi faţă

formatoare sau imatură, deoarece prin această faţă organitul primeşte veziculele de

transport a proteinelor sau lipidelor sintetizate de reticulul endoplasmic;

compartimentul "median", la nivelul căruia se realizează glicozilarea lipidelor şi

proteinelor;

compartimentul "trans" orientat spre membrana plasmatică, reprezentat de faţa

concavă, numită şi faţa de elaborare sau matură, deoarece la a-cest nivel are loc

elaborarea granulelor de secreţie.

Fig. 7.

Structura

complexului

Golgi-diagramă.

64

Microveziculele sunt mici vezicule (de ordinul nm) care se desprind din reticulul

endoplasmic şi se deplasează înspre sacii golgieni de pe faţa cis, cu care fuzionează. Ele se

mai numesc şi vezicule de transfer deoarece macro-moleculele sintetizate în reticulul

endoplasmic sunt "transferate" cu ajutorul microveziculelor în sacii golgieni.

Macroveziculele sunt dispuse la periferia cisternelor şi pe faţa concavă a organitului.

Ele se formează prin înmugurirea la periferie a cisternelor gol-giene şi sunt de fapt vezicule de

secreţie care conţin proteine sau alte macro-molecule ce au fost maturate la nivelul cisternelor

golgiene şi care urmează să fie eliminate din celulă prin exocitoză.

Grosimea endomembranelor care delimitează formaţiunile complexu-lui Golgi este de

aprox. 6-8 nm, mai mică la microvezicule şi mai mare la ma-crovezicule.

Alte vezicule eliberate de pe faţa trans sunt de dimensiuni mai mici de-cât cele ale

veziculelor de secreţie. Ele conţin hidrolaze acide şi reprezintă li-zozomi primari care prin

enzimele pe care le conţin vor participa la procesul de digestie intracelulară.

Complexele Golgi sunt structuri dinamice care prezintă o mare labilita-te, o

permanentă modificare şi o permanentă regenerare. Astfel, paralel cu "dispariţia" cisternelor

prin formarea de macrovezicule (pe faţa trans), noi cisterne se formează pe faţa cis (faţa

formatoare), din microveziculele venite de la reticulul endoplasmic. Se apreciază că o cisternă

sau sac golgian se for-mează în 2-3 minute, iar ansamblul sacilor dintr-un complex Golgi se

reîn-noieşte în aproximativ 30 minute pe seama microveziculelor care vin de la reticulul

endoplasmic şi care fuzionează cu membranele compartimentului cis.

FUNCŢIILE COMPLEXULUI GOLGI

Funcţia de secreţie celulară, prin care produşii sintetizaţi în reticulul endoplasmic, ce

ajung la complexul Golgi prin intermediul microveziculelor vor fi aici maturaţi, condensaţi şi

împachetaţi în vezicule secretorii. Maturarea lor se realizează prin prelucrare biochimică cum

ar fi: glicozilarea terminală a proteinelor, glicozilarea lipidelor, sulfatarea lipidelor, etc.

Concentrarea pro-duşilor de secreţie se realizează prin constituirea unor agregate sub influenţa

unor interacţiuni electrostatice între produşii de secreţie şi între complexe de proteine-

polizaharide cu sarcină contrară. Pentru desfăşurarea corespunzătoare a acestor procese un rol

important îl au ionii de Ca2

. Aceste agregate sunt împachetate apoi în vezicule de secreţie ce

se vor desprinde de pe faţa trans sau de la periferia sacilor golgieni.

Biogeneza lizozomilor constă în separarea enzimelor lizozomale de alţi produşi de

sinteză şi împachetarea acestora în vezicule de dimensiuni mai mici decât veziculele de

secreţie. Aceste vezicule se desprind din formaţiuni-le complexului Golgi tot de pe faţa trans

sau de la periferia sacilor golgieni.

Dirijarea traficului endomembranelor se realizează sub forma vezicu-lelor care vin şi

pleacă de la complexul Golgi. Astfel, complexul Golgi pri-meşte permanent vezicule de la

reticulul endoplasmic, le modifică conţinutul şi elaborează alte vezicule ce vor fi expediate

înspre plasmalemă unde, după exocitoză membranele veziculelor vor fi înglobate în structura

plasmalemei înlocuind porţiunile "consumate" prin crearea veziculelor de endocitoză. În felul

acesta suprafaţa plasmalemei se menţine constantă, deşi în permanenţă se formează din ea

vezicule de endocitoză, însă membranele consumate vor fi înlocuite de cele ale veziculelor de

exocitoză. Alte vezicule vor fi dirijate în citosol, fie pentru asigurarea necesarului propriu de

endomembrane, fie sub formă de lizozomi primari.

65

Formarea acrozomului spermatozoizilor este o altă funcţie a acestui organit.

Complexul Golgi dispus supranuclear la aceste celule se modifică şi realizează formaţiunea

numită acrozom care conţine enzimele necesare lizării membranei ovulului.

LIZOZOMII

Lizozomii sunt organite în formă de vezicule, sferice sau ovale, au dia-metrul cuprins

între 0,2-1 m, sunt formaţi de aparatul Golgi şi conţin enzi-mele hidrolitice necesare

digestiei intracelulare a materialelor înglobate de către celulă. Au fost descoperiţi de către

Christian de Duve (1952) prin me-tode biochimice şi apoi au fost vizualizaţi la microscopul

electronic de către Nivikoff (1956). Lizomii sunt prezenţi în citoplasma tuturor celulelor

anima-le, cu excepţia hematiei adulte. La microscopul electronic s-a observat că ei sunt

alcătuiţi din:

membrana lizozomală,

matricea lizozomală.

Membrana lizozomală are grosimea de 7-8 nm şi structura asemănă-toare cu a

celorlalte endomembrane.

Matricea lizozomală poate apare omogenă, fin granulară, sau heteroge-nă, ceea ce

determină un polimorfism lizozomal în fiecare celulă. În matricea lizozomală există aprox.

50-60 enzime hidrolitice ca: proteaze, lipaze, nucle-aze, fosfataze, sulfataze, etc., capabile să

digere proteine, carbohidraţi, lipide sau derivate ale acestora. Toate aceste enzime sunt

hidrolaze acide, active la un pH situat în jurul valorii de 5. Membrana lizozomală este în mod

normal impermeabilă pentru aceste enzime, prevenind astfel contactul şi digestia altor

structuri celulare. Ruperea din diverse motive a membranei lizozomale, va determina

eliberarea enzimelor, care vor produce liza citoplasmei învecinate.

Prin observaţii la microscopul electronic s-a stabilit că lizozomii pot fi împărţiţi în trei

categorii:

lizozomi primari,

lizozomi secundari,

lizozozmi terţiari.

Lizozomii primari se prezintă sub forma unor vezicule sferice care au la interior un

conţinut bogat în hidrolaze acide. Enzimele lizozomale sunt sin-tetizate în ribozomii ataşaţi

membranelor reticulului endoplasmic, unde sunt glicozilate cu manoză. Trec apoi în

compartimentul cis al complexului Golgi, unde moleculele de manoză sunt fosforilate în

poziţia 6 (manozo-6-fosfat). Aceste enzime trec apoi prin compartimentul median spre

compartimentul trans unde pe baza grupărilor manozo-6-fosfat (M6P) sunt direcţionate spre

lizozomi. Această selecţie este posibilă datorită unor receptori pentru M6P localizaţi în

membranele compartimentului trans şi care leagă doar proteinele care au gruparea M6P.

Astfel, enzimele lizozomale sunt separate de alte proteine, vor fi concentrate în vezicule

transportoare, care fuzionează cu endolizozomii, iar apoi ajung la lizozomii maturi. La un pH

acid se va produce disocierea receptorilor pentru M6P, care apoi vor fi reciclaţi, ajungând din

nou la nivelul compartimentului trans al complexului Golgi (fig. 8). Lizozomii primari sunt

66

lizozomii care încă nu au fost angajaţi în activitate. Ei sunt de talie mică şi au o matrice

omogenă sau fin granulară.

Lizozomii secundari sau fagolizozomii se formează prin fuziunea lizozomilor primari

cu fagozomii.

Lizozomii terţiari sunt corpii

reziduali, care conţin material nedige- rabil

rămas în urma procesului de digestie la

nivelul lizozomilor secun-dari.

.

Fig. 8. Diagrama sintezei şi

transportului enzimelor lizozomale

FUNCŢIILE LIZOZOMILOR

Funcţiile lizozomilor sunt:

heterofagia, procesul de digestie intracelulară a substanţelor introduse în citoplasmă

prin endocitoză (celule neoplazice, bacterii, virusuri, substanţe nutritive, etc.);

procesul de heterofagie este legat de nutriţia celulei şi de mecanismele de apărare;

autofagia, procesul prin care organitele uzate, aflate în diferite grade de dezintegrare

vor fi înconjurate de citomembrane, se vor forma au-tofagozomii care după fuziunea

cu lizozomii primari formează auto-fagolizozomii, în interiorul cărora sunt digerate

structurile uzate;

participarea la diferite procese fiziologice cum ar fi involuţia timusului, apoptoza,

reglarea nivelului unor hormoni aflaţi în exces în celulă (cri-nofagia), etc.;

participă în unele procese patologice cum ar fi inflamaţiile sau necro-zele.

Imediat după moartea organismului are loc ruperea membranelor lizo-zomale, cu

răspândirea enzimelor în citoplasmă, ceea ce determină autoliza post mortem.

Digestia intracelulară nu este în toate cazurile completă, uneori pot ră-mâne resturi

nedigerabile care se acumulează în vacuolele digestive transfor-mându-le în corpi reziduali

67

(lizozomi terţiari). Corpii reziduali sunt eliminaţi în afara celulei prin exocitoză, dar uneori ei

pot fi depozitaţi în citosol (ex. granulele de lipofuscină în procesul de îmbătrânire) diminuând

treptat capa-citatea metabolică a celulelor respective.

PEROXIZOMII

Peroxizomii au fost descoperiţi la microscopul electronic de către Rhodin (1954) în

celulele renale, dar o descriere detaliată a lor a fost făcută abia în 1966 de către Wattiaux.

Peroxizomii sunt organite mici, sferice, cu diametrul de 0,5-1,5 m şi se aseamănă fizic cu

lizozomii. Se deosebesc însă de aceştia prin următoarele:

se presupune că se formează prin autoreplicare sau prin înmugurirea reticulului

endoplasmic neted,

conţin în special oxidaze.

Peroxizomii sunt delimitaţi de o membrană lipoproteică, iar în interior prezintă o

matrice proteică mai densă decât cea a lizozomilor.

Matricea peroxizomilor conţine enzime implicate în oxidarea anumitor substanţe, în

special în -oxidarea unor lanţuri lungi de aminoacizi (care con-ţin mai mult de 18 atomi de

carbon). Dintre enzimele cele mai importante amintim: urat-oxidaza, D-aminoacid-oxidaza şi

catalaza.

Peroxizomii se găsesc în cantitate mai mare în celulele ficatului şi ri-nichiului. În

unele cazuri, peroxizomii prezintă în matricea lor un miez electronodens ce are o structură

paracristalină şi care a fost numit cristaloid.

FUNCŢIILE PEROXIZOMILOR

Peroxizomii intervin în metabolismul apei oxigenate (H2O2 sau peroxi-dul de

hidrogen) în două etape astfel:

iniţial urat-oxidaza şi D-aminoacid-oxidaza catalizează diferite reacţii oxidativ-

catalitice, reacţii care utilizează oxigenul molecular şi produc peroxid de hidrogen,

Urat-oxidază sau D-aminoacid-oxidază

RH2 O2 -------------------------------------- R H2O2

în continuare, catalaza utilizează apa oxigenată pentru a oxida o mare varietate de

substraturi (fenoli, alcooli, formaldehidă etc.) printr-o reacţie numită reacţie

peroxidativă.

catalază

R’H2 H2O2 ----------------------- R’ 2H2O

Surplusul de peroxid de hidrogen va fi oxidat de către catalază, deoare-ce el este toxic

pentru celulă, rezultând în final apă şi oxigen.

68

catalază

2H2O2 --------------------- 2H2O O2

Peroxizomii joacă un rol important în procesele de detoxifiere, funcţie facilitată de

permeabilitatea foarte mare a membranei peroxizomilor pentru ioni şi molecule mici. Catalaza

peroxizomilor oxidează alcoolul, fenolul, aci-dul formic, formaldehida, etc.

Peroxizomii conţin de asemenea un sistem enzimatic capabil de -oxi-darea acizilor

graşi, apreciindu-se că 1/4 din totalul acestor oxidări au loc în peroxizomi, iar restul în

mitocondrii.

MITOCONDRIILE

Pentru desfăşurarea complexelor activităţi ce se desfăşoară la nivelul celulelor

eucariote este nevoie în permanenţă de energie. Aceasta este asigu-rată de sistemele

generatoare de energie. În cazul eucariotelor, sursa de ener-gie o reprezintă unii metaboliţi, iar

energia metaboliţilor este convertită în e-nergia chimică a legăturilor de ATP (adenozin-

trifosfat). Aceste legături sunt numite legături fosfat-macroergice şi reprezintă forma de

energie chimică ce poate fi utilizată cu promptitudine de către toate componentele celulare.

Ce-lulele eucariote folosesc concomitent două sisteme generatoare de ATP:

glicoliza;

fosforilarea oxidativă.

Glicoliza se derulează la nivelul citosolului şi foloseşte glucoza ca sub-strat pentru

generarea energiei. Aceasta este prelucrată enzimatic până la piruvat, cu generarea a două

molecule de ATP.

Fosforilarea oxidativă se derulează la nivelul mitocondriilor şi folo-seşte ca substrat

energetic piruvatul, deci începe acolo unde se sfârşeşte gli-coliza.

În felul acesta, cele două sisteme de conversie energetică, glicoliza şi fosforilarea

oxidativă sunt cuplate.

Mitocondriile sunt organite celulare prezente în citoplasma tuturor celulelor eucariote,

cu excepţia hematiilor adulte. Principala lor funcţie este a-ceea de a produce energia necesară

desfăşurării activităţilor celulare (creştere, diferenţiere, diviziune, mişcare, etc.). Ele au fost

descoperite la microscopul optic de către Altman (1890) şi denumite astfel de către Benda

(1897). La microscopul electronic au fost descrise de Sjöstrand şi Palade (1952), in-dependent

unul de altul. Mitocondriile au lungimea cuprinsă în medie între 1-3 m, dar pot ajunge pâna

la 7 m şi au diametrul 0,5 m.

Formă mitocondriilor poate fi sferică sau pot fi ca un bastonaş, filifor-me, ramificate,

curbe sau spiralate.

Numărul mitocondriilor în celule este variabil, depinzând de tipul celu-lei şi de

intensitatea proceselor sale energetice. Astfel, spermatozoidul are aprox. 25 mitocondrii,

nefrocitul în jur de 300, iar hepatocitul aprox. 2500.

69

De obicei mitocondriile sunt răspândite în întreg citosolul, dar au posi-bilitatea să se

grupeze la polul activ al unor celule. Astfel, în enterocite ocupă în principal polul apical, în

nefrocite polul bazal, în fibra musculară striată scheletală şi cardiacă se dispun printre

miofibrile, în hepatocit de jur îm-prejurul nucleului, iar la spermatozoid în jurul axonemei

flagelului. În general mitocondriile ocupă aprox. 5-6% din volumul celular, dar în cazul fibrei

musculare striate scheletale şi al hepatocitului ocupă 20%, iar la fibra mus-culară cardiacă

35%. Aceste valori sugerează importanţa mitocondriilor pentru activitatea celulelor.

În compoziţia chimică a mitocondriei intră: proteine 60-70%, lipide 30-35% şi 0,5 %

ADN, ARN, ioni, aminoacizi, glucide. Dintre proteine, 70% au funcţie enzimatică şi 30% au

funcţie structurală. Dintre lipide, 95% sunt fos-folipide şi 5% colesterol.

La microscopul electronic, mitocondria apare constituită din următoa-rele elemente

structurale:

membrana externă,

membrana internă,

spaţiul intermembranar (dintre cele două membrane),

matricea mitocondrială.

Membrana externă are grosimea de aprox. 6 nm şi o structură lipopro-teică. În

compoziţia ei chimică intră 50% proteine şi 50% lipide, structura a-cestei membrane fiind

asemănătoare cu cea a reticulului endoplasmic. Mem-brana externă conţine aproape tot

colesterolul existent în mitocondrie. Ea es-te relativ rigidă şi foarte permeabilă. La nivelul ei

se realizează schimburile dintre organit şi citosol şi se desfăşoară o serie de activităţi

enzimatice, dar nici una dintre acestea nu are legătură cu producerea de ATP.

Membrana internă are şi ea structură lipoproteică şi grosimea de 6 nm. Caracteristic

este faptul că această membrană este plisată, formând nume-roase creste (criste)

mitocondriale care proemină în interiorul matricei mito-condriale, mărindu-i de peste cinci ori

suprafaţa, comparativ cu membrana externă. Forma cristelor poate fi lamelară, aşa cum este în

cazul majorităţii mitocondriilor, sau poate fi tubulară în celulele care secretă hormoni steroizi

(celulele corticosuprarenalei, celulele interstiţiale din ovar şi testicul).

Compoziţia chimică a membranei interne se deosebeşte de cea a mem-branei externe.

Ea conţine 80% proteine şi 20% lipide, funcţia ei fiind pre-ponderent metabolică. Membrana

mitocondrială internă este străbătută de proteine integrale. Ea prezintă un conţinut ridicat de

cardiolipină ceea ce face ca această membrană să aibă o permeabilitate foarte redusă (inclusiv

pentru ioni). Transportorii proteici existenţi în grosimea ei o fac să prezinte per-meabilitate

selectivă pentru acele molecule ce urmează să fie metabolizate în spaţiul matricei

mitocondriale sau pentru intermediari metabolici care ur-mează să fie expulzaţi din

mitocondrie.

În general, membrana mitocondrială internă conţine trei mari grupe de proteine:

proteinele lanţului respirator (respectiv lanţul transportor de electroni),

proteine de transport specific (care reglează trecerea metaboliţilor sau a ionilor spre

interiorul sau exteriorul mitocondriei),

un complex enzimatic responsabil de producerea şi eliberarea în matri-cea

mitocondrială a ATP-ului:

70

aceste complexe enzimatice sunt dispuse pe faţa matriceală a membranei

interne,

la microscopul electronic apar ca mici sfere cu diametrul de 10 nm, numite F1-

ATP-ază, prinse cu un peduncul de o piesă inclusă în membrana internă,

numită particulă F0,

întregul complex poartă numele de ATP-sintetază sau F0F1 ATP-ază.

Enzima marker a membranei mitocondriale interne este citocromoxida-za. Alte

enzime specifice sunt: succinat-dehidrogenaza, acil-carnitintransfe-raza, enzimele -oxidării

acizilor graşi, etc.

Spaţiul intermembranar mitocondrial are în medie grosimea de 8 nm. La

microscopul electronic, conţinutul acestui spaţiu apare clar şi omogen, fiind constituit din

soluţii apoase ce conţin ioni şi diferite molecule. Ca enzimă marker este considerată adenilat-

kinaza, care catalizează reacţia:

adenilat-kinaza

ATP AMP ----------------------------- 2 ADP

Această reacţie este necesară pentru recuperarea AMP-ului, deoarece membrana

mitocondrială internă este permeabilă numai pentru ADP şi ATP, nu şi pentru AMP. Cele

două molecule de ADP rezultate în urma reacţiei, vor trece în matricea mitocondrială şi vor fi

fosforilate la ATP. În afară de adenilat-kinază, la acest nivel se mai găsesc şi alte enzime ca:

nucleozid-difosfatkinaza şi nucleozid-monofosfatkinaza.

Matricea mitocondrială este compartimentul delimitat de membrana mitocondrială

internă şi se mai numeşte substanţa fundamentală a mitocon-driei. Datorită faptului că ea

conţine o cantitate mare de proteine (60% din substanţa uscată) starea ei fizică este apropiată

de gel. La microscopul elec-tronic, matricea mitocondrială apare fin granulară datorită

prezenţei ribozo-milor mitocondriali, care pot fi liberi sau grupaţi în polizomi, dar pot fi şi

ataşaţi pe faţa matriceală a membranei interne.

Porţiunea centrală a matricei apare ceva mai electronodensă şi aici este localizat ADN-

ul mitocondrial. Acest ADN este înfăşurat elicoidal şi dispus circular. ADN-ul mitocondrial

are aprox. 5 m lungime, fiind capabil să sin-tetizeze aprox.35 de molecule, ceea ce îi conferă

mitocondriei o autonomie maximă de 35% faţă de materialul genetic nuclear. Acest lucru face

ca mitocondriile să fie organite semiautonome.

Matricea mitocondrială conţine două tipuri de proteine: proteine struc-turale şi

protein-enzime (aproximativ 200). Pe lângă acestea mai există: nu-cleotide, aminoacizi,

glucide etc.

În general, cele mai importante proteine din matrice sunt:

enzimele oxidării piruvatului şi acizilor graşi cu producere de coenzimă A (CoA);

enzimele ciclului Krebs (ciclul acidului citric) responsabile de oxidarea acetil

coenzimei A;

enzimele necesare replicării şi expresiei genelor mitocondriale.

71

Complexele enzimatice din matricea mitocondrială acţionează asupra substratului în

trei trepte, astfel:

în prima etapă, piruvat dehidrogenaza converteşte piruvatul, la acetil coenzimă A şi

reduce NAD la NADH;

în a doua etapă are loc o cascadă de reacţii ce formează ciclul Krebs. Ciclul începe cu

sinteza citratului din acetil coenzima A, după care ci-tratul este oxidat şi decarboxilat

în trepte, rezultând în final oxal-acetatul :

la fiecare parcurgere a ciclului, dehidrogenazele care oxi-dează intermediarii

succesivi, reduc trei molecule de NAD la NADH şi o moleculă de FAD

la

FADH2;

în a treia etapă acţionează lanţul mitocondrial transportor de electroni care efectuează

tranzitul electronilor de la NADH la NADH2 şi ulterior la O2 molecular. Pentru fiecare

pereche de electroni ce se mişcă de-a lungul lanţului, pe întreaga sa lungime, sunt sintetizate

trei molecule de ATP.

În urma parcurgerii întregului ciclu de la nivelul mitocondriei se obţin 34 molecule de

ATP. În felul acesta, oxidarea completă a unei molecule de glucoză (la CO2 şi H2O) generează

36 molecule de ATP: două în timpul gli-colizei în citosol şi 34 în timpul fosforilării în

matricea mitocondrială.

Mitocondriile uzate sunt îndepărtate prin autofagie şi în locul lor se for-mează prin

condriodiereză alte mitocondrii. Prin acest proces o mitocondrie funcţională va da naştere la

două organite asemănătoare.

Funcţia principală a mitocondriilor este generarea energiei necesare des-făşurării

activităţilor celulare, cum sunt: diviziunea, diferenţierea, secreţia, contracţia musculară, etc.

Prin acţiunea enzimelor oxido-reducătoare şi prin procesul fosforilării oxidative iau naştere

molecule de ATP (fosfat macro-ergice). Sub acţiunea ATP-azei, moleculele de ATP vor fi

scindate, cu elibe-rarea unei cantităţi de energie ce va fi utilizată pentru desfăşurarea procese-

lor vitale din celulă.

TRANSMITEREA ŞI EXPRIMAREA

INFORMAŢIEI GENETICE

Genele controlează transmiterea caracterelor de la părinţi la copii, în-mulţirea

celulelor, dar în acelaşi timp coordonează sinteza elementelor struc-turale şi a enzimelor.

Informaţia genetică este reprezentată de secvenţa ADN, iar perpetuarea de la o celulă

la alta se realizează prin replicare.

Dogma centrală a biologiei moleculare postulează că informaţia pentru sinteza

proteinelor este conţinută de secvenţa ADN şi este transmisă prin in-termediul ARNm

proteinelor.

Genele sunt constituite din ADN şi controlează sinteza de ARN. În citoplasmă acesta

coordonează sinteza proteinelor:

structurale, care alături de lipide şi glucide întră în alcătuirea diferitelor structuri

celulare;

enzime, care catalizează reacţiile chimice din celule.

72

Procesul de sinteză al proteinelor este denumit şi translaţie, deoarece în acest proces

are loc traducerea secvenţei nucleotidice a ARNm în secvenţa aminoacizilor care formează

proteina.

Sinteza unei proteine este controlată în general de o pereche de gene, astfel, celula

umană care are o sută de mii de perechi de gene, are capacitatea de a sintetiza peste o sută de

mii de tipuri diferite de proteine.

În molecula de ADN, genele sunt ataşate cap la cap.

În structura ADN intră:

acidul fosforic;

dezoxiriboza (un zaharid);

patru baze azotate, dintre care:

o două sunt purinice, adenina şi guanina;

o două sunt pirimidinice, timina şi citozina.

Molecula dublu-helicoidală de ADN are un ax de susţinere format din două lanţuri

helicoidale constituite din acid fosforic şi dezoxiriboza. Între cele două lanţuri se află bazele

azotate.

În procesul de sinteză a ADN sunt parcurse două etape:

sinteza nucleotidelor, prin combinarea unei molecule de acid fosforic cu o moleculă de

dezoxiriboză şi cu una dintre cele patru baze azotate, rezultând patru nucleotide

diferite: acidul dezoxiadenilic, acidul dezoxiguanilic, acidul dezoxitimidilic şi acidul

dezoxicitidilic;

asamblarea nucleotidelor, care se face astfel încât acidul fosforic şi de-zoxiriboza să

alterneze între ele la nivelul celor două lanţuri separate.

Între bazele purinice şi pirimidinice ale celor două lanţuri se stabilesc legături slabe,

astfel:

adenina se leagă întotdeauna de timină,

guanina se leagă întotdeauna de citozină.

Legături slabe de hidrogen ce se stabilesc între baze permit ca în timpul funcţionării

ADN în celulă, cele două catene să se separe cu uşurinţă.

CODUL GENETIC

Prin separarea celor două lanţuri ale ADN, baze purinice şi piri-midinice proemină pe

marginea fiecărei catene constituind codul genetic. Fiecare catenă a moleculei de ADN

posedă câte un cod genetic propriu. Prin intermediul său, ADN controlează procesele de

sinteza de la nivel celular.

Codul genetic cuprinde cuvinte de cod care sunt constituite din triple-tele succesive de

baze. Cuvintele de cod controlează secvenţa aminoacizilor în procesul de sinteză a

proteinelor.

73

ACIDUL RIBONUCLEIC (ARN)

Majoritatea ADN-ului celulei se află în nucleu, iar cea mai mare parte a funcţiilor

celulare se desfăşoară în citoplasmă. Controlul reacţiilor chimice din citoplasmă se realizează

prin intermediul ARN. Sinteza acestuia este controlată de ADN. Astfel, prin procesul numit

transcripţie codul genetic este transferat ARN-ului, care trece în citoplasmă prin porii

nucleari.

Sinteza ARN necesită separarea temporară a celor două catene de ADN, rezultând:

o catenă, folosită ca matriţă pentru sinteza ARN (transcripţia); tri-pletele codului ADN

determinând formarea tripletelor (codoni) codului complementar al ARN, care

controlează secvenţa aminoacizilor din proteinele sintetizate;

o catenă inactivă.

Fiecare catenă de ADN a fiecărui cromozom conţine codul pentru aproximativ patru

mii de gene.

Structura elementară a ARN este similară cu a ADN, cu două di-ferenţe: riboza

înlocuieşte dezoxiriboza, iar uracilul înlocuieşte timina.

Sinteza moleculei de ARN se realizează în două etape:

sinteza nucleotidelor ARN (ca la ADN), pentru care sunt utilizate patru nucleotide

diferite care conţin bazele adenina, guanina, citozina, uraci-lul (în locul timinei din

ADN).

activarea nucleotidelor, prin adiţia a câte doi radicali fosfat, cu formarea trifosfaţilor.

Cei doi radicali fosfat se combină cu nucleotidul prin legături fosfat ma-croergice

provenite de la ATP-ul celular. Astfel, fiecare nucleotid dispune de o mare cantitate de

energie, necesară în următoarele etape ale sintezei ARN.

Nucleotidele activate vor fi asamblate folosind ca matriţă catena de ADN. În acest

proces este implicată enzima ARN polimeraza.

Aceată enzimă are următoarele proprietăţi funcţionale:

recunoaşte şi se fixează pe o secvenţă de nucleotide numită promotor, din catena

ADN, situată imediat înaintea genei iniţiale, aceasta fiind eta-pa esenţială în sinteza

ARN;

după fixarea la promotor, determină "despletirea" a aproximativ două ture din spirala

helix a ADN cu separarea acestor porţiuni;

se deplasează în lungul catenei ADN, nucleotidele complementare ale ARN vor fi

legate la catena ADN; iar prin legarea între ele a nu-cleotidelor succesive ale ARN se

va forma molecula de ARN.

când polimeraza ARN ajunge la capătul genei sau al secvenţei de gene, întâlneşte

secvenţă de încheiere a lanţului; care determină desprinderea polimerazei de pe catena

de ADN şi eliberarea concomitent în nucleo-plasmă a catenei de ARN.

Cele patru tipuri de baze ale ADN şi cele patru tipuri de baze ale ARN se combină

între ele într-un mod specific, codul de pe catena ADN fiind transcris într-o formă

complementară pe molecula de ARN, astfel:

74

Baza ADN Baza ARN

guanina citozina

citozina guanina

adenina uracil

timina adenina

Există trei tipuri de ARN, cu rol în procesul de sinteză proteică. Acestea sunt:

ARN mesager (ARNm), ce transportă codul genetic la nivelul citoplas-mei;

ARN de transfer (ARNt), ce transportă aminoacizii activaţi către ribo-zomi, unde

suferă un proces de asamblare rezultând moleculele pro-teice;

ARN ribozomal (ARNr), care intră în structura ribozomilor.

SINTEZA PROTEINELOR

Proteinele sunt sintetizate din aminoacizi. Secvenţa în care sunt legaţi este determinată

de ordinea în care bazele sunt aranjate în catena ADN, fie-care aminoacid fiind reprezentat de

o secvenţă de trei baze (triplet).

Adenina, citozina, timina şi guanina, din molecula de ADN, funcţio-nează ca literele

într-un cuvânt. Prin aranjarea lor în combinaţii diferite, pot forma mai mult de 64 de cuvinte

de cod. Astfel pot fi codaţi până la 20 de aminoacizi. Fiecare aminoacid poate avea mai mult

de un codon.

Codul unui lanţ polipeptidic se formează prin aranjarea într-o secvenţă proprie a

aminoacizilor care intră în alcătuirea sa.

ARN mesager (ARNm)

Majorităţii aminoacizilor le corespund mai mult de un codon. Pe de altă parte un

anumit codon reprezintă comanda de începere a sintezei proteinei, iar trei codoni reprezintă

semnalul de încetare a sintezei proteinei.

ARN de transfer (ARNt)

ARN de transfer, indispensabil pentru sinteza proteinelor, are rolul de a transfera

aminoacizii pe catena de ARNm, pe măsură ce proteina este sinte-tizată.

Fiecare tip de ARNt se combină specific cu unul din cei 20 de amino-acizi comuni

acţionând ca un cărăuş al aminoacidului specific spre ribozomi. La acest nivel, fiecare tip

specific de ARNt recunoaşte un anumit codon de pe ARNm şi aşează aminoacidul la locul său

în lanţul molecule proteice sin-tetizate.

ARNt este o moleculă mică cu aspectul unui lanţ molecular plicaturat, în formă de

frunză de trifoi, fiind formată din 80 de nucleotide.

Rolul ARNt este de a ataşa aminoacizii la catena proteică. De aceea este important ca

pentru fiecare tip de aminoacid să existe numai un singur tip specific de ARNt, care să

corespundă în acelaşi timp unui anumit codon al ARNm.

75

ARNt are capacitatea de a recunoaşte codonul specific al ARNm, dato-rită unei

triplete de nucleotide, numită anticodon. Acesta este localizat în mijlocul moleculei ARNt,

corespunzând petalei din mijloc a frunzei de trifoi.

În procesul de sinteză a moleculei proteice între bazele anticodonului şi cele ale

codonului se stabilesc legături slabe de hidrogen. Astfel, aminoacizii corespunzători se

aliniază într-o anumită ordine în lungul catenei de ARNm, stabilindu-se astfel secvenţa

aminoacizilor din molecula proteică.

ARN ribozomal (ARNr)

ARN ribozomal intră în structura ribozomului (60%) alături de protei-nele structurale

sau enzime, necesare sintezei proteice.

Ribozomii sediul sintezei proteice fcţionează întotdeauna în asociere cu ARNt, care

alege aminoacidul şi cu ARNm care indică locul acestuia în lan-ţul proteic.

Sinteza proteinelor în ribozom. În procesul sintezei proteinelor mole-cula de ARNm

trece prin faţa ribozomului, începând de la un capăt predeter-minat al moleculei de ARN,

specificat de o anumită secvenţă de baze ale ARNm, iar ribozomul va citi codul ARNm. Prin

procesul de translaţie va avea loc sinteza unei molecule proteice. În momentul în care prin

dreptul ri-bozomului trece codonul stop, sinteza moleculei proteice încetează, proteina fiind

eliberată apoi în citoplasmă.

Ataşarea ribozomilor de reticulul endoplasmic se produce la începerea sintezei

proteinei, deoarece capătul iniţial al unor molecule proteice în curs de sinteză are o secvenţă

de aminoacizi ce se leagă la receptorul specific de pe reticulul endoplasmic.

Proteina nou sintetizată străbate membrana RE rugos şi apoi pătrunde în matricea

acestuia. În acest timp la nivelul ribozomului continuă sinteza pro-teinei ce va favoriza

tracţionarea şi ataşarea ribozomului la membrana re-ticulul endoplasmic.

Acest proces se desfăşoară simultan în mai mulţi ribozomi ca răspuns la aceeaşi

moleculă de ARNm.

În realizarea lanţurilor proteice aminoacizii succesivi din lanţul proteic se leagă

conform următoarea reacţii chimice:

H2N O2 H R H2N O2 H R

| || | | | || | |

R– C – C – OH + H– N– C–COOH → R– C– C – N – C– COOH + H2O

Radicalul hidroxil al grupării –COOH a unui aminoacid şi un ion de hidrogen al

grupării –NH2 de la celălalt aminoacid sunt îndepărtate şi vor forma o moleculă de apă. Cele

două situsuri reactive restante la cei doi ami-noacizi vecini se leagă unul de altul într-o

moleculă unică. Acest proces se numeşte legătură peptidică.

Fiecare legătură peptidică necesită multă energie, furnizată prin hi-droliza a patru

molecule de ATP, procesul de sinteză proteică fiind printre pro-cesele celulare cu cel mai

mare consum energetic.

76

MATRICEA EXTRACELULARĂ

Matricea extracelulară realizează interacţiunea dintre celule şi alţi con-stituenţi. Ea

este alcătuită din fibre incluse într-o substanţă fundamentală al-cătuită din glicozaminoglicani

şi glicoproteine structurale.

Matricea extracelulară ocupă spaţiul interstiţial şi prezintă o compo-nentă fluidă

reprezentată de apă şi de molecule solubile şi o componentă solidă alcătuită din molecule

insolubile şi macromolecule ordonate în structuri. Componentele matricei extracelulare sunt

secretate de către celulele con-junctive.

Până nu demult se considera că matricea extracelulară este alcătuită din proteine

structurale pasive. În prezent, ca urmare a progreselor din biochimia şi biologia celulară şi

moleculară a ţesutului conjunctiv, s-a schimbat con-cepţiei privind matricea extracelulară.

Acum este clar că matricea extrace-lulară este implicată într-un număr tot mai mare de

procese. Astfel, matricea extracelulară stabilizează structura fizică a ţesuturilor, asigurând

elasticitatea ţesuturilor şi organelor; joacă un rol important în adezivitatea celulară;

îndeplineşte un rol metabolic şi nu în ultimul rând intervine în morfogeneză prin influenţarea:

formei celulelor, proliferării, migrării şi dezvoltării celulelor la embrion.

SUBSTANŢA FUNDAMENTALĂ

Substanţa fundamentală a ţesutului conjunctiv este substanţa amorfă, omogenă şi

vâscoasă care umple spaţiul dintre fibrele şi celule ţesutului con-junctiv. În compoziţia ei

intră: glicozaminoglicanii, glicoproteinele structu-rale şi lichidul tisular.

Glicozaminoglicanii sunt polizaharide liniare formate din unităţi diza-haridice

repetitive şi caracteristice. Acestea sunt compuse din:

acid uronic care poate fi acid glucuronic sau acid iduronic;

hexozamină care poate fi glucozamina sau galactozamina.

Din grupul glicozaminoglicanilor fac parte: acidul hialuronic, condro-itin sulfaţii,

heparan sulfatul, keratan sulfatul, dermatan sulfatul şi heparina. Cu excepţia acidului

hialuronic, toţi ceilalţi glicozaminoglicani sunt legaţi covalent de o proteină, rezultând

molecule de proteoglicani.

Acidul hialuronic este bine reprezentat în: substanţa fundamentală a cordonului

ombilical, piele, ligamente, sinoviale, valvule cardiace şi în pereţii vasculari. Cea mai mare

parte a acidului hialuronic este legată de proteine. Datorită numărului mare de grupări

hidroxilice de pe suprafaţa sa, acidul hialuronic are rol în retenţia apei, în controlul

mecanismelor de difuzie şi este reglator al unor activităţi enzimatice. Datorită structurii sale

laxe şi poroase, acidul hialuronic ţine la distanţă celulele, permiţându-le să se mişte liber şi să

prolifereze. Aceste funcţii ale acidului hialuronic sunt importante în procesul de diferenţiere

celulară, permiţând migrarea celulelor. Acidul hialuronic este sintetizat de fibroblaste şi

mastocite, cantitatea acestuia fiind mai mare la tineri. Sinteza acidului hialuronic este

stimulată de hormonii androgeni, estrogeni, STH, ACTH, iar degradarea sa se face cu ajutorul

hialuronidazei.

77

Condroitin sulfaţii apar ca amestecuri rezultate prin polimerizarea de unităţi

dizaharidice ce conţin o moleculă de acid glucuronic legată de N-acetil galactozamina 4-

sulfatată sau N-acetil galactozamina 6-sulfatată. Condroitin 4-sulfatul (denumit şi condroitin

sulfat A) şi condroitin 6-sulfatul (denumit şi condroitin sulfat C) sunt legaţi întotdeauna de

proteine, fiind bine reprezentaţi în cartilaj, piele, tendon, ligamente şi în pereţii vasculari.

Condroitin sulfaţii sunt implicaţi în stabilizarea fibrelor de colagen, prin formarea de punţi in-

terfibrilare.

Keratan sulfatul se găseşte în cornee, în nucleul pulpos şi în cartilaj. El înlocuieşte

condroitin 4-sulfatul pe măsură ce ţesuturile îmbătrânesc. Con-centraţia de keratan sulfat este

crescută în stările patologice ale ţesutului con-junctiv.

Heparan sulfatul şi heparina au efecte anticoagulante şi de clarificare a plasmei,

participând la homeostazia mediului intern. Lanţurile de heparan sulfat se leagă de: colagenii

fibroşi de tipul I, III, V, fibronectină, laminină, trombospondină, care sunt prezenţi în matricea

interstiţială ce înconjoară lamina bazală. Heparan sulfatul predomină în membranele bazale de

la ni-velul glomerulului renal şi din piele, unde îndeplineşte un rol specific în re-cunoaşterea,

ataşarea şi filtrarea unor substanţe anionice.

Dermatan sulfatul este un proteoglican sulfatat prezent în piele, inimă şi în vasele de

sânge.

Glicoproteinele structurale sunt alcătuite dintr-un nucleu proteic şi din polizaharide

care se ramifică, se termină adesea cu acid sialic şi nu conţin glucozamină. Glicoproteinele

structurale mediază relaţiile intercelulare şi in-fluenţează adezivitatea celulară. Din această

categorie fac parte fibronecti-nele, care pot fi identificate în matricea tuturor ţesuturilor

conjunctive; con-dronectinele, prezente în cartilaj şi lamininele, dispuse în membrana bazală.

Fibronectinele reprezintă o clasă importantă de proteine multiadezive, identificate în

matricea extracelulară conjunctivă şi în membrana bazală, fiind sintetizate de fibroblaste, de

celulele endoteliale şi în măsură mai mică de unele celule epiteliale. În prezent se cunosc

peste douăzeci de tipuri de lanţuri polipeptidice diferite ce intră în alcătuirea fibronectinelor.

Rolul principal al fibronectinelor este în ataşarea celulelor la colagenul de tip I, II, III şi V,

precum şi în formarea de complexe cu fibrina, fibrinogenul, proteoglicanii, heparina, acidul

hialuronic şi cu unele componente ale complementului. De asemenea fibronectinele au rol

important în organizarea citoscheletului, în migrarea şi diferenţierea celulară din timpul

dezvoltării embrionare. În anumite condiţii, fibronectinele pot suplini acţiunea factorului de

creştere a fibroblastului, a factorului de creştere a epidermului şi a prostaglandinei F.

Fibronectinele sunt proteine opsonizante care facilitează fagocitoza şi pro-cesele de reparare

tisulară. Ele sunt importante deoarece facilitează migrarea macrofagelor şi a altor celule

implicate în imunitate, în timpul reparării rănilor. Sinteza şi cantitatea fibronectinelor sunt

alterate în boala canceroasă, reducându-se astfel aderenţa intercelulară şi favorizând

metastazarea.

Entactina, componentă a laminei bazale, este o glicoproteină de ade-ziune, sulfatată,

legată de laminină. Rolul său este de a lega laminina cu colagenul de tip IV al laminei densa.

78

Tenascina este o glicoproteină de adeziune, abundentă în ţesutul embrionar. Este

secretată de celulele gliale ale ţesutului nervos în dezvoltare. Are rol în migrarea celulară, prin

implicarea în adeziunea dintre celule şi marticea extracelulară.

Condronectina este prezentă în cartilaj, unde mediază adeziunea con-drocitelor la

colagenul de tip II.

Laminina este o glicoproteină sulfatată, heterotrimerică care se găseşte în mare

concentraţie în membranele bazale.

Osteonectina este o glicoproteină situată în matricea extraccelulară a osului. Are rolul

de a lega mineralele la colagenul de tip I; influenţează cal-cificarea prin inhibarea creşterii

cristalelor.

Lichidul tisular rezultă în urma trecerii din capilare în ţesutul conjunc-tiv a apei,

împreună cu molecule mici, inclusiv proteine cu masă moleculară mică şi cu diferiţi ioni.

Rezultă în felul acesta un lichid asemănător cu plasma sanguină. În unele situaţii patologice,

apa se acumulează în cantitate mare în ţesuturile conjunctive, formându-se edeme.

FIBRELE CONJUNCTIVE

În substanţa fundamentală a ţesuturilor conjunctive se deosebesc trei categorii de fibre:

de colagen, elastice şi de reticulină. La microscopul optic ele au aspect diferit, dar studiile

biochimice şi cele de microscopie electronică au scos în evidenţă faptul că între ele există

asemănare ultrastructurală şi de compoziţie în aminoacizi.

FIBRELE DE COLAGEN

Colagenii sunt o clasă majoră de proteine fibroase insolubile în matricea extracelulară

a ţesutului conjunctiv. Colagenul formează mai mult de 30% din greutatea proteinelor din

ţesutul conjunctiv, iar în piele mai mult de 70% din greutatea dermului.

În funcţie de necesităţile structurale şi funcţionale ale ţesutului, ele-mentele colagene

pot fi abundente (ex. ţesut conjunctiv dens) sau slab re-prezentante (ex. ţesutul conjunctiv lax)

şi pot fi dispuse într-un mod distinct. De exemplu în tendon şi ligamente, fibrele de colagen

sintetizate de fibroblaste sunt groase, lungi şi grupate în fascicule paralele, ce conferă

rezistenţa necesară la întindere. În contrast, fibrele de colagen au tendinţa de a fi dispuse

circular în jurul axului lung al unor structuri tubulare, extensive, cum sunt vasele de sânge sau

intestinul. În cartilaj şi os, fibrele de colagen sintetizate de condroblaste respectiv osteoblaste,

sunt dispuse astfel încât să ajute la îndeplinirea rolului mecanic al scheletului.

Moleculele de colagen reprezintă o componentă majoră a laminei ba-zale, care se

găseşte interpusă între celulele epiteliale şi ţesutul conjunctiv subiacent. În microscopia

79

electronică, lamina bazală poate fi observată ca o reţea de fibrile fine ce pierd modelul

caracteristic reprezentat prin benzi în-tunecate şi clare. Endoteliul capilarelor este de

asemenea susţinut de o lamină bazală. În acest caz (capilarele glomerulului renal) lamina

bazală are o gro-sime de 1500 Å. Colagenul serveşte pentru o varietate largă de funcţii struc-

turale şi mecanice, iar ca un component al laminei bazale joacă un rol important în controlul

permeabilităţii vasculare şi epiteliale.

Fibrele de colagen se colorează în roz în coloraţia uzuală cu hematoxi-lină-eozină,

albastru în coloraţia tricrom Malory sau cu albastru de anilină, verde prin metoda tricrom

Masson (modificată de Goldner), roşu aprins prin metoda Van Gieson şi în mod specific roşu

cu colorantul roşu Sirius.

Fibrele de colagen au diametrul de 10-15 µm, culoarea albă, sunt drepte sau ondulate,

nu se ramifică şi nu se anastomozează. Fiecare fibră este alcătuită din fibrile fine de 0,3-0,5

µm, dispuse paralel, solidarizate între ele prin proteoglicani.

Studiile de microscopie electronică au arătat că fiecare fibrilă este alcă-tuită din

protofibrile cu diametrul de 200-400 Å, cu un aspect ultrastructural caracteristic, reprezentat

printr-o periodicitate de 640 Å compusă dintr-o ban-dă clară şi o bandă întunecată.

Unitatea de proteină care se polimerizează pentru a forma fibrilele de colagen este o

moleculă alungită denumită tropocolagen, care măsoară 280 nm în lungime şi 1,5 nm

grosime. Tropocolagenul constă din trei subunităţi de lanţuri polipeptidice alfa spiralate,

dispuse sub forma unui triplu helix. Diferenţele în compoziţia chimică a acestor lanţuri

polipeptidice sunt respon-sabile de existenţa diferitelor tipuri de colagen. Structura moleculară

este de-terminată de compoziţia în aminoacizi a fiecărui lanţ. Lanţurile de polipeptide din

colagen conţin secvenţa repetitivă de tipul (X-Y-Gly)n, în care cel mai adesea prolina se află

în poziţia X, iar hidroxiprolina în poziţia Y. Aceşti doi aminoacizi reprezintă 22% din

compoziţia în aminoacizi a colagenului. Glicina reprezintă aproximativ 33% din conţinutul în

aminoacizi a colagenu-lui.

Toţi colagenii prezintă segmente helicale spiralate care constau din lan-ţuri similare ca

structură, dar proprietăţile unice ale fiecărui tip de colagen se datorează în primul rând

segmentelor care întrerup triplu helixul şi care se plicaturează în alte tipuri de structuri

tridimensionale.

Configuraţia sub formă de triplu helix îi oferă colagenului o serie de proprietăţi unice

şi este esenţială pentru fibrilogeneza normală. Mutaţiile care afectează formarea unui triplu

helix stabil, conduc la modificări funcţionale ale ţesutului conjunctiv.

În colagenii de tip I, II şi III, moleculele de tropocolagen se agregă în unităţi

microfibrilare care se împachetează împreună pentru a forma fibrile. Legăturile de hidrogen şi

stabilirea de interacţiuni hidrofobe, reprezintă etape importante în agregarea şi împachetarea

acestor molecule. Într-o etapă ulterioară, această structură este solidarizată prin formarea unei

legături co-valente, proces catalizat de lizil oxidază.

În prezent este clară ideea potrivit căreia colagenii reprezintă o familie de proteine

foarte înrudite structural, dar care din punct de vedere genetic sunt distincte.

În genomul uman există cel puţin 25 de gene diferite ce codifică lanţu-rile alfa, care

prezintă diferenţe minime în secvenţele de aminoacizi, iar aceste lanţuri alfa corespund cel

puţin pentru 16 tipuri diferite de colagen identificate şi numerotate cu litere romane. În pielea

umană s-au identificat 10 tipuri de colagen distincte din punct de vedere genetic, iar

localizarea precisă a genelor pe cromozomi, pentru cei mai mulţi dintre aceştia, a fost făcută

prin tehnici de hibridizare in situ.

80

Segmente colagenice de tipul triplu helix au fost identificate şi în alte proteine, ca:

acetilcolinesteraza, fracţiunea C1q a complementului şi în recep-tori ai macrofagelor.

FIBRELE ELASTICE

Fibrele elastice sunt alcătuite din elastină, o scleroproteină care spre deosebire de

colagen conţine în cantitate mai mică hidroxiprolina, dar în mod caracteristic mai multă

valină, dezmozină şi isodezmozină. Proprietatea e-senţială a fibrelor elastice este elasticitatea,

proprietate care diminuă odată cu îmbătrânirea organismului, din cauza depunerii sărurilor de

calciu şi a trans-formării elastinei în elacină. Elastina este sintetizată de fibroblaste şi se agre-

gă în fibre cu diametrul de 0,5-2 µm, mai subţiri decât cele colagene, care se ramifică şi se

anastomozează. Precursorul intracelular al elastinei se numeşte tropoelastină, care prin

polimerizare dă naştere fibrelor elastice solidarizate între ele prin legături covalente şi

necovalente. Fibrele şi lamele elastice se colorează slab prin metoda hematoxilină-eozină sau

sunt cromofobe, fiind evidenţiate cu orceină în roşu brun, în roşu cu rezorcină-fuxină sau în

negru cu aldehid-fuxină; sunt constant PAS+ datorită cimentului interfibrilar de natură

glicoproteică.

Examinate cu ajutorul microscopului electronic cu transmisie, fibrele elastice mature

prezintă două componente distincte:

componenta majoră reprezentată de elastină (aproximativ 90%) care este amorfă,

electronodensă şi nu prezintă periodicitate distinctă în mi-croscopia electronică;

componenta microfibrilară care înconjoară elastina fiind reprezentată de microfibrile

cu diametrul de aproximativ 10-12 nm, alcătuite din fibrilină, o familie de

glicoproteine codificate de gene aflate pe cro-mozomii umani 5, 15 şi 17; o

caracteristicile fibrilinei este conţinutul său mare în cisteină.

Fibrele elastice din ţesuturile conjunctive formează o reţea res-ponsabilă de

elasticitatea diferitelor organe.

Distribuţia fibrelor elastice este variabilă în diferite ţesuturi: în plămâni şi în aparatul

cardiovascular sunt bine reprezentate (abundente); în aortă se găsesc lamele elastice, iar în

piele constituie o componentă minoră, elastina reprezentând doar 1-2% din greutatea

dermului.

FIBRELE DE RETICULINĂ

Fibrele de reticulină sunt formate din reticulină, substanţă asemă-nătoare colagenului,

denaturată de colagenază şi pepsină, dar rezistentă la acţiunea tripsinei. Diferenţele faţă de

colagen sunt legate de compoziţia în aminoacizi, concentraţia mai mare de glucide şi prezenţa

unei importante fracţiuni lipidice (absente din colagen). Fibrele reticulare sunt mai numeroase

la tineri, aspect care pledează pentru transformarea lor în fibre colagene la bă-trâni.

Fibrele de reticulină sunt foarte subţiri, cu diametrul cuprins între 0,5-2 µm; se

ramifică şi se anastomozează formând reţele. Nu se evidenţiază în coloraţii uzuale, decât prin

impregnaţie argentică şi sunt PAS+. Argirofilia şi reacţia PAS+ sunt date de concentraţia

mare de glicoproteine asociate acestor fibre. Fibrele de reticulină conţin 6-12% hexoze faţă de

numai 1% în fibrele de colagen. Imunocitochimia şi histochimia evidenţiază că fibrele de

81

reticulină sunt alcătuite în principal de colagen de tip III în asociere cu alte tipuri de colagen,

glicoproteine şi proteoglicani. Ultrastructural, fibrele de reticulină prezintă fibrile cu

periodicitate axială specifică colagenului, dar cu o dispoziţie particulară ce explică absenţa

birefringenţei. Fibrele de reticulină sunt sintetizate de fibroblaste, condroblaste, celule

endoteliale, ca molecule de colagen tip III, care exocitate vor polimeriza în spaţiul

extracelular.

PROLIFERAREA ŞI DIFERENŢIEREA

CELULARĂ

Dezvoltarea organismului se realizează prin două procese fundamen-tale:

proliferarea celulară, prin care se produce creşterea numerică a celulelor,

diferenţierea celulară, prin care se produce specializarea celulelor pentru îndeplinirea

anumitor funcţii.

În perioada timpurie a dezvoltării embrionare se produce proliferarea rapidă a

celulelor, iar prin diferenţiere vor rezulta numeroase tipuri de celule specializate. Organismul

adult este alcătuit din mai multe sute de tipuri celulare deosebite, majoritatea fiind blocat în

faza Go a ciclului celular.

Diferenţierea celulară:

se desfăşoară pe tot parcursul vieţii (începe în momentul concepţiei şi încetează la

moartea individului).

are intensitate maximă în timpul dezvoltării embrionare,

este un proces ireversibil la om, deoarece nici o celulă diferenţiată nu mai poate, în

condiţii normale să-şi recapete caracterele embrionare avute la începutul diferenţierii.

Desfăşurarea procesului de diferenţiere celulară are la bază anumite mecanisme

specifice. Astfel, la mamifere fertilizarea oului marchează înce-putul procesului de

diferenţiere. Oul fertilizat şi celulele rezultate din primele două diviziuni (primele blastomere)

pot genera prin diferenţiere oricare din tipurile celulare funcţionale ale adultului. Acestea au

deci un potenţial maxim de diferenţiere, motiv pentru care sunt numite celule pluripotente sau

multipotente. În cazul celulelor pluripotente, întregul set de gene din nucleu este funcţional,

ele având astfel posibilitatea să urmeze orice traseu evolutiv de diferenţiere.

Când celulele discului embrionar se dispun pe cele trei straturi ectoderm, mezoderm

şi endoderm, ele devin celule orientate. Din acest mo-ment ele pot da naştere diferitelor tipuri

de celule. Astfel, celulele ecto-dermului vor putea forma celule nervoase, celule epiteliale.

Şi celulele orientate posedă întregul set de gene caracteristic speciei res-pective însă

nu toate sunt funcţionale, unele fiind represate. Vor rămâne funcţionale acele gene care sunt

necesare pentru îndeplinirea funcţiilor specifice, caracteristice tipurilor celulare spre care

poate evolua o celulă orientată.

Se formează mai târziu celulele stem, care au capacitate de înmulţire, dar pot da

naştere numai unui singur tip celular sau a unui număr mic de celule înrudite. Astfel, celulele

stem din măduva osoasă hematogenă reprezintă celule cap de serie pentru leucocite, hematii şi

82

trombocite; celulele stem din epiteliu sunt celule cap de serie pentru celulele epiteliale.

Celulele care se formează din celulele stem nu mai au posibilităţi de diferenţiere, ele

numindu-se celule adulte specializate. Înlocuirea acestora se poate face doar pe baza celulelor

stem.

Organismul adult la mamifere nu posedă celule pluripotente sau celule orientate, dar

are rezerve de celule stem în toate ţesuturile care se autoîntreţin prin diviziune. Excepţie fac

ţesutul muscular cardiac şi ţesutul nervos ale căror celule nu se mai divid.

FACTORII DE CREŞTERE

Proliferarea celulară este controlată prin factorii de creştere care se leagă la receptorii

de pe suprafaţa celulară, care la rândul lor sunt conectaţi la moleculele semnal care transmit

mesajul la receptorii nucleari, unde factorii de transcripţie se leagă la ADN, iar sinteza

proteică va fi stimulată, determinând astfel continuarea diviziunilor celulare (fig. 9).

Factorii de creştere sunt proteine care se leagă la receptorii de pe suprafaţa celulelor,

având ca principal rezultat activarea proliferării şi/sau diferenţierii celulare (tabel. 2).

Mulţi factori de creştere sti- mulează

diviziunea celulară a mai multor tipuri

celulare, în timp ce alţii sunt specifici unui

tip celular.

Fig. 9. Diagrama controlului proliferării

celulare.

Factorul de creştere al epidermului (EGF). Ca şi alţi factori, se leagă de receptorii

specifici de pe suprafaţa celulară. Receptorul pentru EGF conţine un domeniu kinazic, cu

activitate tirozin kinazică activat ca răspuns la legarea EGF. Acest domeniu kinazic va

fosforila receptorul EGF printr-un proces de autofosforilare, ca la alte proteine, cu activarea

receptorului. Experimental s-a demonstrat că proto-oncogena Neu este omoloagă receptorului

EGF.

Factorul de creştere al epidermului are efecte proliferative atât asupra celulelor de

origine mezodermală, cât şi asupra celor de origine ectodermală, în mod particular asupra

cheratinocitelor şi fibroblastelor. EGF are efect negativ asupra unor carcinoame, cât şi asupra

celulelor foliculului de păr.

83

Tabel. 2. Factorii de creştere şi efectele lor.

Factor de

creştere Sursa principală Activitate primară

PDGF trombocitele, celulele en-

doteliale, placenta

stimulează proliferarea: ţesutului

conjunctiv, celulor glialele, celule-

lor musculare netede

EGF glandele submaxilare, glan-

dele Brunner

stimulează proliferarea celulelor

mezenchimale, gliale şi epiteliale

TGF-α

celule tumorale (carcinoa-

me), macrofage, cheratino-

cite activate

important în procesele de vinde-

care

FGF

diferite tipuri celulare, pro-

teine asociate matricei ex-

tracelulare

stimulează proliferarea diferitelor

celule, inhibă unele celule stem,

induce dezvoltarea mesodermului

în fazele embrionare precoce

NGF – stimulează creşterea neuritului şi

supravieţuirea celulelor nervoase

Eritropo-

etina rinichii

stimulează proliferarea şi diferen-

ţierea eritrocitelor

TGF-β celulele TH1 (T-helper) ac-

tivate şi celulele (NK)

efect antiinflamator, stimulează

procesele de vindecare, inhibă

proliferarea macrofagelor şi lim-

focitelor

IGF-I ficatul stimulează proliferarea diferitelor

tipuri celulare

IGF-II diverse celule stimulează proliferarea diferitelor

tipuri celulare de origine fetală

Tot un răspuns la EGF este şi inducţia expresiei unor proto-oncogene nucleare, cum sunt

Fos, Jun şi Myc. EGF are de asemenea efect de scădere a secreţiei gastrice acide.

Factorul de creştere derivat din plachete (PDGF) este alcătuit din două lanţuri

polipeptidice A şi B, care formează homodimerii AA sau BB, sau hetero-dimeri (AB). Proto-

oncogena c-Sis este omoloagă lanţului A al PDGF. Doar forma dimerică a PDGF

interacţionează cu receptorul PDGF. Se cu-nosc receptori specifici homodimerului AA şi

receptori pentru dimerii BB şi AB. Ca şi receptorul EGF, receptorii PDGF au activitate tirozin

kinazică intrinsecă. După autofosforilarea receptorului PDGF, numeroase proteine semnal

asociate receptorului sunt în mod subsecvent tirozin fosforilate. Efectul proliferativ al PDGF

se exercită asupra mai multor tipuri de celule mezenchimale. Alte răspunsuri la PDGF includ:

remanierile citoscheletale şi intensificarea turnoverului polifosfoinositolului. Ca şi EGF,

PDGF induce expresia a numeroase proto-oncogene localizate nuclear, cum sunt Fos, Myc şi

Jun.

Factorul de creştere fibroblastică (FGFs). Sunt cel puţin 19 membrii distincţi ai

familiei FGF. Sarcomul Kaposi, prevalent la pacienţii cu SIDA, secretă un omolog al FGF,

84

numit proto-oncogena K-FGF. FGFs au un rol important în dezvoltarea sistemului scheletal şi

a celui nervos. FGFs au efect neurotrofic pentru celulele sistemului nervos central şi periferic.

De asemnea, diferiţi membrii ai familiei FGF sunt inductori puternici ai diferenţierii

mezodermale în perioada timpurie a vieţii embrionare. Ca efecte non-proliferative sunt

reglarea funcţiei celulelor hipofizei şi ovarului.

Factorii de creştere fibroblastici interacţionează cu receptori celulari specifici. Au fost

identificate patru tipuri distincte de receptori FGFR1-FGFR4. Toţi aceşti receptori au

activitate tirozin kinazică intrinsecă, la fel ca receptorii EGF şi PDGF.

Şi în acest caz, autofosforilarea este răspunsul imediat la legarea FGF. După activarea

receptorilor FGF numeroase proteine semnal asociate recep-torului vor suferi procese de

tirozin fosforilare.

Proto-oncogena Flg este omoloagă familiei de receptori FGF. Receptorul FGFR1 este

şi poarta de intrare în celule a herpes virusurilor. FGFs se prinde la suprafaţa celulei de

proteoglicanul heparansulfat. Scopul acestei legături nu este clar, dar permite ca factorul de

creştere să rămână asociat suprafeţei extracelulare a celulei, care poate astfel stimulată în

diferite con-diţii.

Receptorii FGF au expresie crescută la osul în dezvoltare şi diferite boli dominant

autozomale rezultă în urma unor mutaţii ale genelor receptorilor FGF. Cu prevalenţă mare

este acondroplazia, la aceşti pacienţi producându-se modificări ale domeniului

transmembranar al FGFR3 (glicina înlocuieşte arginina).

Alte tulburări ale creşterii oaselor cunoscute ca sindroame cra-niosinostoză rezultă în

mutaţii ale FGFR1, FGFR2 şi FGFR3. Uneori aceeaşi mutaţie putând cauza două sau mai

multe astfel de sindroame (tabel. 3).

Tabel. 3. Sindroame produse de mulaţii ale genelor

receptorilor FGF.

Receptor afectat Sindrom produs FGFR1 Pfeiffer

FGFR2 Apert

FGFR2 Beare-Stevenson

FGFR2 Crouzon

FGFR2 Jackson-Weiss

FGFR2 Pfeiffer

FGFR3 Crouzon

Factorul de creştere transformator- (TGF-) a fost caracterizat ca o proteină

(secretată de celule tumorale) capabilă să inducă transformarea fe-notipului celulelor non-

neoplazice în cultură. Acest efect este reversibil, as-pect demonstrat de revenirea celulelor la

un fenotip normal după îndepăr-tarea TGF-. Au fost identificate mai multe proteine

omoloage TGF- (TGF--1 – TGF--4). De asemenea există mai multe clase de receptori de

suprafaţă care leagă diferit TGF-.

TGFs- au efecte proliferative asupra multor celule mezenchimale şi e-piteliale. În

diferite condiţii TGFs- au efecte antiproliferative asupra celu-lelor endoteliale, macrofagelor,

limfocitelor T şi B. Unele efecte includ scă-derea secreţiei de imunoglobuline, supresia

85

hematopozei, miogenezei, adipo-genezei, steroidogenezei. Diferiţi membrii ai familiei TGF-

pot induce di-ferenţierea mezodermală în perioada timpurie a embriogenezei.

Factorul de creştere transformator- (TGF-) ca şi forma β, a fost ini-ţial identificat

ca substanţă secretată de diferite celule tomorale. În conjuncţie cu TGF--1, poate transforma

reversibil diferite tipuri de celule normale în cultură. TGF- se leagă la receptorii EGF ca şi

de receptorii proprii pro-ducându-se astfel efectul factorului de creştere. Sursa principală de

TGF- sunt carcinoamele, dar şi macrofagele şi cheratinocitele activate. În popu-laţiile de

celule normale, TGF- este un puternic factor de creştere al chera-tinocitelor.

Eritropoietina (Epo) este sintetizat de rinichi, fiind reglator al eritropo-iezei. Epo

stimulează proliferarea şi diferenţierea eritrocitelor imature, sti-mulează creşterea celulelor

progenitoare eritroide şi induce diferenţierea uni-tăţilor formatoare de colonii de eritrocite.

Factorul de creştere insulin-like (IGF-I), numit iniţial somatomedina C, este un factor

de creştere înrudit structural cu insulina. IGF-I este produs ca răspuns la hormonul de creştere

(GH) şi atunci induce activităţi celulare sub-secvete, în mod particular în dezvoltarea osoasă.

Datorită faptului că IGF-I răspunde la hormonul de creştere a fost numit

somatomedină. Studiile ulterioare au demonstrat că IGF-I are activităţii autocrine şi paracrine

în plus faţă de activităţile endocrine observate iniţial. Re-ceptorul IGF-I, ca şi receptorul

pentru insulină, are activitate intrinsecă ti-rozin kinazică. Datorită structurii similare, IGF-I

poate să se lege de recep-torii pentru insulină, dar cu o afinitate mai mică decât insulina.

Factorul de creştere insulin-like este aproape exclusiv exprimat în ţesu-turile

embrionare şi neonatale. După naştere nivelul detectabil al IGF-II scade semnificativ. De

aceea se consideră că este un factor de creştere fetal. Re-ceptorii IGF-II sunt identici cu

receptorii pentru manoză-6-fosfat, respon-sabili pentru integrarea enzimelor în lizozomi.

Factorul de necroză tumoral- (TNF-) este produs de către macrofa-gele activate.

Ca şi IL-1, TNF- induce expresia altor factori de creştere au-tocrini, intensificând răspunsul

celular la acţiunea factorilor de creştere. TNF- acţionează sinergic ce EGF şi PDGF asupra

unor tipuri celulare. Ca alţi factori de creştere, TNF- induce expresia unor proto-oncogene

nucleare şi a unor interleukine.

Factorul de necroză tumoral- (TNF-) se caracterizează prin capaci-tatea de a omorî

diferite tipuri celulare şi de capacitatea de a induce diferen-ţierea terminală în altele. Un

răspuns semnificativ non-proliferativ ca răs-puns la TNF- este inhibarea lipoprotein lipazei

prezentă pe suprafaţa clulelor endoteliale. Sinteza TNF- se realizează în principal în

limfocitele T citotoxice. Inducerea expresiei TNF- rezultă după creşterea nivelului IL-2, ca

şi prin interacţiunea antigenelor cu receptorii de pe celulele T.

Citokinele:

reprezintă un grup de molecule cu rol regulator ce funcţioneaza ca mediatori ai

comunicării intercelulare, în condiţii normale cât şi în condiţii patologice,

sunt glicoproteine solubile, cu greutate moleculară mică,

îşi exercită efectele prin intermediul interacţiunii cu receptori specifici de pe suprafaţa

celulelor circulante sau a celor tisulare,

sunt secretate primar de către leucocito şi stimulează răspunsul imun umoral şi celular

şi celulele fagocitare:

o citokinele secretate de limfocite se numesc limfokine,

o cele secretate de monocite sau macrofage sunt numite monokine.

86

O mare familie de citokine sunt produse de diferite celule ale orga-nismului. Multe

dintre limfokine sunt cunoscute ca interleukine, care nu sunt secretate doar de leucocite, dar

sunt capabile să afecteze răspunsul celular al leucocitelor. În mod specific interleukinele sunt

factori de creştere orientaţi spre celule de origine hematopoietică.

Interleukinele au un spectru mult mai larg de efecte biologice (tabel. 4). Au fost

descrise până acum aproximativ 20 de tipuri de interleukine. IL-1, IL-6 şi IL-8 sunt mediatori

multifuncţionali nespecifici sintetizaţi de mai multe tipuri celulare, printre care şi de

keratinocite, cu rol în etapa precoce a re-acţiilor de apărare a organismului împotriva

diferitelor agresiuni. În ansamblu rolul lor este de reglare a proliferării, diferenţierii şi migrării

celulelor infla-matorii şi non-inflamatorii.

Interleukina-1 (IL-1) este reprezentată de o familie de trei polipeptide înrudite din

punct de vedere structural. Acestea sunt IL-1a şi IL-1b, molecule cu un spectru larg de efecte

sistemice, locale (prin mecanism autocrin) şi imunologice, acestea din urma cu rol în

medierea mecanismelor de aparare ale organismului gazda. A treia polipeptidă este

antagonistul receptorului IL-1 (IL-1ra), inhibitor specific al activitaţii IL-1.

Tabel. 4. Citokinele şi rolul lor.

Interleukina Principala sursă Activitate primară

IL1-α şi

IL-1-β

macrofagele şi alte

celule prezentatoare

de antigene

costimularea celulelor prezenta-

toare de antigene şi a limfocitelor

T; inflamaţie şi febră, hematopo-

ieză

IL-2 limfocitele TH1 şi

NK

proliferarea limfocitelor B şi a

limfocitelor T activate, funcţii NK

IL-3 limfocitele T activa-

te

creşterea celulelor hematopoietice

progenitoare

IL-4 limfocitele TH2 şi

mastocitele

proliferarea limfocitelor B, creş-

terea şi funcţionarea eozinofilelor

şi mastocitelor, inhibarea produc-

ţiei de monokine

IL-5 limfocitele TH2 şi

mastocitele

creşterea şi funcţionarea eozino-

filelor

IL-6

limfocitele TH2 ac-

tivate, celulele pre-

zentatoare de anti-

gene şi alte celulele

somatice

proliferarea limfocitelor B, trom-

bopoieză, sinergic cu IL-1 şi TNF

pe imfocitele T

IL-7

celulele stromale ti-

mice şi din măduva

osoasă

limfopoieză T şi B

IL-8 macrofagele şi alte

celule somatice

chemoatractant pentru neutrofile şi

celule T

IL-9 limfocitele T efecte hematopoietic şi timopo-

ietic

IL-10

celulele TH2 activa-

te, celulele TCD8+,

celulele B, macrofa-

inhibă producţia de citokine, sti-

mulează proliferarea limfocitelor

B şi producerea de anticorpi, efect

87

gele supresor asupra imunităţii celu-

lare, creşterea mastocitelor

IL-11 celulele stromale efecte hemato- şi trombopoietice

IL-12 limfocitele B, ma-

crofagele

proliferarea celulelor NK, produ-

cerea de INF-γ, stimulează imuni-

tatea mediată celular

IL-13 limfocitele TH2

proliferarea limfocitelor B, creş-

terea şi funcţionarea eozinofilelor

şi mastocitelor, inhibarea produc-

ţiei de monokine

Principala funcţie a IL-1 este de a intensifica activarea limfocitelor T ca răspuns la

antigene. Activarea imfocitelor T de către IL-1 determină creşte-rea de către limfocite T a

producţiei de IL-2 şi de receptori a IL-2, care de-termină intensificarea activării limfocitelor T

(prin mecanism autocrin). IL-1 induce de asemenea creşterea expresiei interferonului-γ (IFN-

γ) asupra lim-focitelor T. Interleukinele-1 sunt secretate primar de către macrofage, dar şi de

către neutrofile, celule endoteliale, celule musculare netede, celule gliale, astrocite, celule T şi

B, fibroblaste şi cheratinocite. Producţia de IL-1 de către aceste tipuri diferite de celule se

produce doar ca răspuns la stimularea celulară. În plus faţă de efectele asupra celulelor T, IL-1

poate induce pro-liferarea celulelor non-limfoide.

Interleukina-2 (IL-2) produsă şi secretată de limfocitele T activate, este o interleukină

majoră responsabilă pentru proliferare clonală a celulelor T. IL-2 exercită efecte şi asupra

limfocitelor B, macrofagelor şi celulelor natural killer (NK). Producţia de IL-2 se realizează

primar la nivelul limfocitelor T helper CD4+ T. Expresia atât a IL-2, cât şi a receptorilor IL-2

este realiază de celulele T, fiind indusă de IL-1.

IL-2 are rol în:

stimularea proliferarii limfocitelor T cu receptori cu afinitate mare pen-tru IL-2,

stimularea proliferării şi diferenţierii limfocitelor B activate,

stimularea activităţii celulelor NK,

stimularea sintezei IFN-γ la nivelul celulelor T.

Interleukina-3 (IL-3) produsă de celulele T activate, este un membru al familiei

factorilor de stimulare a coloniilor (CSFs). Principala acţiune este stimularea formării

coloniilor de granulocite, macrofage şi a coloniilor de granulocite-macrofage. În plus

stimulează şi producţia de megacariocite.

Interleukina-4 (IL-4), denumită iniţial factorul de stimulare al limfoci-telor B (BSF-1)

are ca principale efecte:

activarea proliferării celulelor B,

inducerea expresiei antigenelor clasei a II-a a MHC,

inducerea sintezei de IgG şi IgE,

factor de creştere pentru unele limfocite T şi mastocite.

Interleukina-5 (IL-5) acţioneaza ca:

stimulatoare a sintezei de imunoglobuline de către limfocitele B,

activatoare a proliferării şi funcţiei eozinofilului.

88

Interleukina-6 (IL-6) apartine grupului de factori stimulatori ai celulei B (BSF-2). IL-6

este produsă de macrofage, fibroblaste, celule endoteliale şi celule T helper activate. IL-6

acţionează sinergic cu cu IL-1 şi TNF în reali-zarea răspunsului imun, incluzând activarea

celulelor T. Are multiple alte e-fecte biologice:

induce diferenţierea limfocitelor B şi sinteza consecutivă de imunoglo-buline,

este cofactor al proliferarii celulelor T,

este cofactor al sintezei de IL-2,

stimulează sinteza de glucocorticoizi,

este principalul inductor al proteinelor de faza acută cu origine hepatică,

acţionează sinergic cu CSFs în diferenţierea celulelor hematopoietice.

Interleukina-7 (IL-7) este un factor de creştere a celulelelor B imature, timocitelor şi a

unor limfocite T.

Interleukina-8 (IL-8) reprezintă o familie de proteine cu acţiune chemo-atractantă

asupra leucocitelor şi fibroblastelor. Această familie de proteine se numesc chemokine. IL-8

este produsă de monocite, neutrofile, celule NK şi are rol de chemoatractant pentru neutrofile,

bazofile şi celule T.

Interleukina-9 (IL-9) stimuleaza proliferarea celulelor T, mastocitelor şi celulelor

leucemice megacarioblastice.

Interleukina-10 (IL-10) este o citokină pleiotropică produsă de limfoci-tele Th2.

Inhibă sinteza: IL-2, IL-3, TNF-, IFN- şi a GM-CSF.

Celelalte limfocite IL-11 – IL-20 sunt recent descrise, funcţiile lor fiind încă incomplet

elucidate.

Familia interferonilor (IFN) este formată din IFN-α produs mai ales de leucocite;

IFN-β, sintetizat de fibroblaste şi celulele endoteliale şi IFN-γ sin-tetizat de limfocite. IFN-α

şi IFN-β au un receptor comun, diferit de cel al IFN-γ.

Acţiunile interferonilor sunt (tabel. 5):

controlul creşterii şi diferenţierii celulare,

modularea raspunsului imun celular şi umoral,

modificări ale suprafeţei membranei celulare.

Tabel. 5. Interferonii şi rolul lor.

Interferonii Sursa principală Activitate primară

INF-α şi INF-β

macrofagele, neu-

trofilele şi unele ce-

lule somatice

efect antiviral, activarea

celulelor şi macrofagelor

INF-γ

limfocitele TH1

activate şi celule

NK

activarea macrofagelor,

neutrofilelor, limfocitelor NK,

stimulează imunitatea mediată

celular, efect antiviral

89

Factorii de stimulare a coloniilor (CSFs) sunt citokine care stimulează proliferarea

unor celule stem specifice pluripotente din măduva osoasă la a-dult. Factorul de stimulare a

coloniilor de granulocite (G-CSF) are efecte proliferative asupra liniei granulocitare. Factorul

de stimulare a coloniilor de macrofage (M-CSF) este specific pentru linia macrofagelor.

Există şi fac-torul de stilulare a coloniilor de granulocite şi macrofage (GM-CSF) care sti-

mulează proliferarea ambelor tipuri celulare. Epo este considerat ca factor de creşterea a

coloniilor (CSF), pentru că stimulează proliferarea unităţilor for-matoare a coloniilor de

eritrocite. IL-3 este de asemenea cunoscut ca multi-CSF, pentru că stimulează celulele stem să

producă toate formele de celule hematopoietice.

SEMNALIZAREA CELULARĂ

Celulele nu trăiesc izolat, comunicarea intercelulară ajungând în orga-nismele

superioare la o mare complexitate. Orice modificare aparută în comunicarea intra- sau

intercelulară ca urmare a unor disfuncţii ale unor căi de semnalizare celulară, determină

modificări în creşterea şi diferenţierea celulelor.

Celulele semnalizatoare sintetizează moleculele semnal sau liganzii, c-re vor ajunge la

celulele ţintă, unde detecţia lor este realizată de receptori specifici. Prin transducţie, semnalul

captat de receptor este transmis, declanşând răspunsul celular. Astfel, moleculele semnal pot

declanşa: mo-dificarea metabolismului celular (ex. glicozilarea în hepatocitele care de-

tectează adrenalina), o imediată modificare a încărcăturii electrice membra-nare, sau

modificarea expresiei unor gene (transcripţia) în nucleu.

În funcţie de distanţa la care sunt transmise semnalele, deosebim:

semnalizarea endocrină, moleculele semnal sunt hormonii, ce acţionează la distanţă,

semnalizarea paracrină, realizată între celulele vecine prin intermediul citokinelor,

semnalizarea autocrină, în care celulele răspund la moleculele semnal pe care le

produc.

Liganzii sunt de două tipuri:

unii trec prin membrana plasmatică, pentru a se lega la receptorii intracelulari (ex.

steroizii, monoxidul de azot),

alţii se leagă la receptorii celulară de la suprafaţa celulei (ex. proteine).

Steroizii sunt mici molecule hidrofobe care pot difuza liber prin membrana plasmatică,

pentru a se lega la receptorii intracelulari. Receptorii pentru steroizi sunt proteine ce se află în

nucleu, cu excepţia celor pentru glucocorticoizi, care se află în citosol înaite de a lega

ligandul. După legarea moleculei semnal, receptorii devin activatori sau vor represa genele

ţintă.

Monoxidul de azot după ce este sintetizat, iese în afara celulei afectând activitatea

celulelor vecine prin mecanism paracrin. După ce difuzează liber prin membrana plasmatică

monoxidul de azot va acţiona pe enzimele intracelulare. Cea mai frecventă proteină ţintă este

guanil ciclaza, enzima care generează mesagerul de ordinul II, cGMP.

90

La cea de-a doua categorie de liganzi: hormonii peptidici (insulina, glucagonul,

hormonul de creştere, ACTH, etc.) sau factorii de creştere, legarea se face la receptorii de la

suprafaţa celulelor, ceea ce va declanşa un lanţ de reacţii intracelulare.

Interacţiunile dintre receptorii de pe suprafaţă şi moleculele ţintă in-tracelulare se

realizează prin intermediul proteinei G. Receptorii cuplaţi cu proteina G (RCPG) sunt

asemănători din punct de vedere morfofuncţional, prezentând şapte pasaje transmembranare.

Proteina G sunt alcătuit din subunităţile α, β, γ şi este în legătură cu membrana plasmatică.

Legarea liganzilor la RCPD va fi urmată de legarea acestuia de o proteină G, care va fi

activată, se va desprinde de receptor, transportând semnalul la o ţintă intra-citoplasmatică,

canal ionic, enzimă (fig. 10).

Fig. 10. Diagrama activităţii receptorilor legaţi de proteina G.

Există şi altfel de receptori celulari, receptorii tirozin kinazici, care spre deosebire de

cei descrişi mai sus se leagă la enzimele intracelulare. În această categorie este inclusă

majoritatea factorilor de creştere. Procesul de fosforilare care urmează legării ligandului va

cuprinde atât proteina receptor, cât şi proteina ţintă intracelulară. Acest proces stă la baza

răspunsului celular la acţiunea factorilor de creştere.

Receptorii pentru citokine şi pentru unii hormoni peptidici func-ţionează în asociere cu

tirozin kinaze nereceptoare, care aparţin familiilor Src, Janus sau Jak. Legarea ligandului va

determina dimerizarea receptorului şi fosforilarea încrucişată a tirozin kinazelor nereceptoare,

care odată activate vor fosforila receptorul, iar apoi tirozin fosforilarea moleculelor de

semnalizarea situate în aval.

91

ÎMBĂTRÂNIREA CELULARĂ

Îmbătrânirea este rezultatul modificărilor continue acumulate în or-ganismele vii, de la

naştere până la moarte. Odată cu înaintarea în vârstă se produc o serie de modificări

morfologice şi funcţionale, iar alterările celulare reprezintă o componentă importantă a

îmbătrânirii organismului.

O serie de funcţii celulare suferă un declin progresiv, odată cu înaintarea în vârstă.

Fosforilarea oxidativă la nivelul mitocondriei se reduce, ca şi sinteza proteinelor structurale şi

a enzimelor, sau a receptorilor celulari.

Celulele senescente au o scăzută capacitate de a prelua nutrienţi, sau de a repara

defectele cromozomiale.

Fiecare celulă îmbătrâneşte specific, printr-un mecanism mai mult sau mai puţin

diferit de acela al altor tipuri celulare. Astfel, în cazul celulelor diferenţiate şi care mai au

capacitate de diviziune, se consideră că în cursul vieţii lor, acestea sunt capabile de un număr

precis de diviziuni programate genetic. Pentru acest tip de celule, îmbătrânirea înseamnă în

primul rând scăderea sau chiar oprirea procesului de diviziune. Pentru celulele care nu se

divid (neuroni, celule musculare cardiace) îmbătrânirea înseamnă acumularea de

macromolecule cu proprietăţi diferite faţă de cele specifice acestor celule, sau acumularea de

substanţe nedegradabile în citoplasma lor, paralel cu scă-derea capacităţii metabolice.

În procesul de îmbătrânire celulară apar o serie de modificări morfologice ale

celulelor, cum sunt:

scaderea volumului celulei,

scaderea volumului nucleului,

scaderea raportului nucleu/citoplasmă,

scaderea raportului nucleu/nucleol,

scaderea ratei diviziunilor,

hipercromia nucleului,

nuclei neregulaţi şi anormal lobaţi,

modificarea bazofiliei citoplasmei,

mitocondrii vacuolate,

reducerea reticulului endoplasmic şi a complexului Golgi,

acumularea de reziduuri nemetabolizabile în lizozomii terţiari,

acumularea de lipofuscină, un produs de peroxidare a lipidelor,

vacuolizarea citoplasmei.

Ipoteze privind îmbătrânirea celulară

În procesul de îmbătrânire celulară sunt incriminate unele defecte genetice induse de

scurtarea telomerelor cromozomilor. Telomerele sunt importante în stabilizarea porţiunii

terminale a cromozomilor şi ancorarea lor la matricea nucleară. Pierderea ADN din porţiunea

terminală a cromozomilor, cu scurtarea telomerelor, va determina deleţia unor gene esenţiale

cu scăderea duratei de viaţă a celulelor.

92

Se cunosc şi unele defecte dobândite în celulele senescente. O teorie favorită invocă

efectul progresiv al radicalilor liberi, datorat repetatei expuneri la radiaţiile ionizante din

mediu sau prin reducerea progresivă a mecanismelor defensive antioxidante (ex. vitamina E,

glutation peroxidaza), sau prin ambele mecanisme.

Radicalii liberi determină afectarea acizilor nucleici, estimându-se că speciile de

oxigen sunt responsabile pentru 10.000 modificări ale ADN per celulă, pe zi.

Nu doar ADN nuclear, ci şi cel mitocondrial va suferi mutaţii şi deleţii, care cresc

dramatic cu vârsta.

Radicalii liberi de oxigen catalizează de asemenea modificările oxida-tive ale

proteinelor, incluzând enzimele, favorizând degradarea lor de către proteazele citosolice

neutre sau alcaline, afectând funcţiile celulare.

Modificările posttranslaţionale a proteinelor intracelulare şi extrace-lulare, care se

cunoaşte că survin cu vârsta, determină modificări morfo-funcţionale ale celulelor senescente.

O modificare care reţine atenţia este glicozilarea non-enzimatică a pro-teinelor, care

conduce la glicozilare avansată şi la apariţia de produşi capa-bili să se lege de proteinele

adiacente.

APOPTOZA

După 1980 s-a elaborat, în diferite variante, teoria morţii programate a celulelor,

conform căreia fiecare tip de celulă are înscrisă în programul său genetic o anumită perioadă

de viaţă, după care celula moare. Moartea celulară programată poartă numele de apoptoză.

Apoptoza este o formă naturală de moarte celulară, care se produce în procesele de

dezvoltare a ţesuturilor şi organelor

Apoptoza este responsabilă pentru numeroase evenimente fiziologice şi patologice,

dintre care amintim:

distrugerea programată a celulelor în cursul embriogenezei;

involuţia hormon dependentă la adult (ex. distrugerea celulelor endo-metrului în

timpul ciclului menstrual, atrezia foliculilor ovarieni la menopauză, regresia glandei

mamare după lactaţie);

eliminarea celulelor în proliferarea populaţiilor celulare;

moartea:

celulelor tumorale;

celulelor imune, a limfocitelor T şi B, după depleţia limfochinelor; eliminarea

celulelor T autoreactive în timpul dezvoltării timusului;

atrofia patologică a:

ţesuturilor hormono-dependente (ex. prostata după castrare, scă-derea limfocitelor

din timus după administrarea de glucocorticoizi);

organelor parenchimatoase după obstrucţia ductelor (ex. tiroidă, pancreas, rinichi);

lezarea celulelor în unele boli virale (ex. hepatita virală, în care la ni-velul ficatului

apar corpii apoptoici Councilman);

moartea celulară produsă de stimuli capabili să producă necroză (ex. radiaţii,

medicamente, hipoxia) dar care dacă acţionează în doză redusă determină apoptoză.

93

Modificările morfologice ale celulelor în apoptoză sunt următoarele:

scăderea volumului celular, citoplasma devine densă, iar organitele relativ normale

apar îngrămădite;

condensarea cromatinei este cea mai caracteristică trăsătură a apop-tozei, agregate de

cromatină apar dispuse periferic sub membrana nucleară; nucleul se poate fragmenta;

formarea corpilor apoptoici, iniţial pe suprafaţa celulei se observă invaginări, se vor

forma vezicule, apoi celula se fragmentează, rezul-tând numeroşi corpi apoptoici

delimitaţi de membrane, care conţin citoplasmă, organite strâns împachetate, cu sau

fără fragmente nu-cleare;

fagocitarea celulelor sau corpilor apoptoici de către macrofage şi vor fi rapid

degradate la nivelul lizozomilor secundari.

În coloraţia cu hematoxilină-eozină, celulele apoptoice apar rotunde sau ovalare,

intens eozinofile, cu fragmente de cromatină dense.

MECANISMELE APOPTOZEI

Există mai multe mecanisme diferite prin care se produce sinuciderea celulelor prin

apoptoză: unul este generat de semnale ce provin din interiorul celulei; altul este declanşat de

activatori ai morţii celulare care se leagă la suprafaţa celulară cum sunt factorul de necroză

tumoral α (TNF-α), limfotoxina, ligandul Fas (FasL); un altul este declanşat de speciile

reactive de oxigen.

1. Apoptoza declanşată de semnale interne este calea intrinsecă sau mitocondrială. La

celulele sănătoase, pe membrana externă a mitocondriilor este exprimată proteina Bcl-2, care

este legată de o proteină Apaf-1. Afectarea internă a celulei (ex. prin speciile reactive de

oxigen) va cauza desprinderea Apaf-1 de Bcl-2. O proteină înrudită, numită Bax, va penetra

membranele mitocondriale, determinând eliberarea citocromului-c. Acesta şi proteina Apaf-1

se vor lega la moleculele de caspase 9. Va rezulta un complex constituit din citocromul c,

Apaf-1, caspasa 9 şi ATP, numit apoptosome, a-gregat în citosol. Caspasa 9 face parte dintr-o

familie de caspase, toate fiind proteaze. Caspasa 9 va activa alte caspase. Această capacitate a

caspaselor de a activa alte caspase va produce o activitate proteolitică în cascadă, care va

determina digestia proteinelor structurale din citoplasmă, degradarea ADN şi în final

fagocitarea celulei.

2. Apoptoza declanşată de semnale externe este numită şi calea extrinsecă. Receptorii

Fas şi TNF sunt proteine membranare integrale, al căror domeniu receptor se află la exteriorul

membranei celulare. Legarea activatorilor complementari ai apoptozei, ligandul Fas şi TNF,

determină transmiterea semnalului la citoplasmă şi va determina activarea caspasei 8, care ca

şi caspasa 9 va iniţia o activare în cascadă a caspaselor care în final va duce la distrugerea şi

fagocitarea celulei.

3. Apoptoza declanşată de factorul de inducere a apoptozei (AIF). Neuronii şi

probabil şi alte celule au o altă cale de sinucidere, care spre deosebire de cele două precedente

nu utilizează caspasele.

94

Factorul de inducere a apoptozei (AIF) este o proteină care în mod normal este

localizată în spaţiul intermembranar al mitocondriei. Când celula va primi mesajul că este

momentul sinuciderii, AIF va fi eliberat de către mitocondrie, va pătrunde în nucleu, se va

lega la ADN, va fi declanşată distru-gerea ADN urmată de moartea celulară.

Apoptoza şi cancerul

Unele virusuri care cauzează cancere utilizează mijloace care previn a-poptoza

celulelor transformate. Unele papiloma virusuri sunt implicate în producerea cancerului de col

uterin. Unele dintre ele produc proteina E6 care leagă şi apoi inactivează un promotor al

apoptozei, numit p53. Virusul Epstein-Barr, cauza mononucleozei şi a limfomului Burkitt,

produce o pro-teină similară Bcl-2, sau produce alte proteine care cresc producţia celulară de

Bcl-2. Aceste acţiuni vor face ca celulele să fie mai rezistente la apoptoză, iar celulele

canceroase vor putea prolifera.

Chiar şi celulele canceroase care apar fără implicarea virusurilor au căi prin care evită

apoptoza.

În unele leucemii şi limfoame celulele B prezintă un nivel crescut de Bcl-2, care

blochează semnalele ce induc apoptoza.

Celulele neoplazice ale melanoamelor evită apoptoza, prin inhibarea expreziei genei

proteinei Apaf-1.

Unele celule neoplazice, din cancerul pulmonar şi din cancerul de colon, secretă la un

nivel crescut unele molecule care leagă FasL, ce determină blocarea legării acestuia la Fas.

Astfel, celulele T citotoxice nu vor putea distruge celulele maligne.

Alte celule canceroase au o expresie crescută a Fasl şi pot distruge orice celulă T

citotoxică care va încerca să le omoare.

Apoptoza în SIDA

Caracteristic pentru pacienţii cu SIDA este declinul numărului de celule T CD4+

responsabile direct sau indirect pentru răspunsul imun. Când numărul lor scade în jur de

200/µl, pacientul nu va mai avea un răspuns imun eficient, cu producerea unor infecţii

periculoase.

Apoptoza este cea care cauzează dispariţia celulelor T CD4+. Virusul HIV invadează

celulele T CD4+ ceea ce va determina distrugerea acestora. Dar mai puţin de 1 din 100.000 de

celule T CD4+ din sângele pacienţilor cu SIDA sunt infectate cu virusul HIV. Apoptoza este

cea care omoară şi celulele CD4+ neinfectate. Deşi mecanismele apotozei în această situaţie

nu sunt clare, există mai multe posibilităţi. Toate celulele T, atât cele infectate cât şi cele

neinfectate au crescută expresia Fas. Expresia genei HIV, numită Nef în celulele infectate va

cauza creşterea expresiei FsaL pe suprafaţa lor şi va fi prevenită interacţiunea cu Fas care să

cauzeze distrugerea.

Pe de altă parte, când o celulă T infectată va întâlni una neinfectată (ex. în ganglionii

limfatici) interacţiunea FasL cu Fas la nivelul celulelor neinfectate va determina moartea

acestora prin apoptoză.

Apoptoza în transplantul de organe

Se cunoaşte de mult timp că unele părţi ale corpului, cum sunt camera anterioară a

ochiului sau testiculul, sunt locuri privilegiate imunologic. Antigenele din aceste spaţii nu

reuşesc să inducă un răspuns imun. Celulele din aceste locuri diferă de celulele din alte zone

95

ale corpului prin faptul că un nivel crescut al expresiei FasL tot timpul. Astfel, celulele T

antigen reactive care au expresie crescută a Fas vor fi omorâte când ajung în aceste spaţii. În

acest mod ar fi posibilă o nouă cale de prevenire a rejecţiei. Dacă la unele celule ale rinichilor,

ficatului sau cordului transplantat ar creşte nivelul expresiei FasL, ar putea fi protejată rejecţia

grefelor de atacul celulelor T ale imunităţii mediate celular.

Cunoaşterea mecanismelor intime ale acestui important proces de apoptoză ar

deschide perspective pentru modularea lui. Modularea apoptozei ar putea servi pentru

inhibarea apoptozei în celulele normale şi inducerea ei în celulele tumorale. Clarificarea

mecanismelor biochimice ale procesului de apoptoză ar putea schimba conceptul actual

privind tratamentul bolilor în general şi al neoplasmelor în special.