ORGANIZARE CELULARA

8/13/2019 ORGANIZARE CELULARA

1/282

X

CUVNT NAINTEManualul de Citologie i Embriologie animal este destinat, n

principal, studenilor n medicinveterinari n biologie, dar este utili altor specialiti care se ocup de creterea, reproducerea,exploatarea i pstrarea biosecuritii animalelor domestice, precummedici veterinari, ingineri zootehniti, biologi i biotehnologi.

Prelund datele de microscopie optic, microscopie electronic,embriologie i mbinndu-le cu rezultatele tiinifice obinute nactivitatea, de peste treizeci de ani din domeniul morfologiei normale(macro- i microscopice) a autorului, s-a elaborat o lucrarestructuratlogic, ancoratn realitile biologiei, creterii, exploatriii medicinei animalelor domestice. Lucrarea prezintnivelul celular,tisular, organic i sistemic de organizare a organismului animal,

mpreuncu noiunile de embriologie aferente.Se urmrete, astfel, ca instruirea actualilor studeni s se

realizeze metodic, de la simplu la complex, nct nsuireacunotiinelor sse fac raional i gradual, rezultnd o baz solidde cunotiine fundamentale, cu implicaii practice, care s permit

nelegerea, perfecionarea continu i mbuntirea eficacitiiactivitilor viitorilor absolveni .

Adresndu-se, n primul rnd, studenilor din anii nceptori ,

lucrarea a fost conceputinnd cont de programa programa analitica disciplinelor de Biologie celular, histologie i embriologie de laFacultatea de medicinveterinardin Bucureti i a disciplinelor deOraganizare celular ( citologie animal), Histologie i embriologieanimal de la Facultatea de Agriculturdin Bucureti, specializareaBiologie.

Astfel, Biologia celular ( citologia sau organizarea celular)studiaz organizarea, structura, ultrastructura i funcionareacelulelor animale, permind cunoaterea substratului celular alfenomenelor biologice, iar "Embriologia" se ocup cu studiuldezvoltrii ontogenetice, din momentul producerii gameilor, alapariiei zigotului i pn la formarea ntregului organism animal.Formaiunile sunt prezentate att cu denumirea n limba romn, cti cu denumirea internaionaln limba latin, fapt ce are menire defacilita reinerea lor de ctre studenii strini.

Organismul animalelor domestice conine o serie de substaneanorganice (ap, elemente i sruri minerale, etc.) i organice(proteine, glucide, lipide, enzime, acizi nucleici, etc.), care nu


2/282

X

formeaz soluii la ntmplare, ci sunt organizate cu mareprecizie, intracelular sau extracelular, sub forma unor structuri i

ultrastructuri, care ndeplinesc roluri bine definite. La rndul lor,celulele sunt grupate, morfologic i funcional n esuturi sau organe,rezultnd organismul, ca un tot unitar.

Celulele care intr n alctuirea unui organ realizeaz ostructur stabil, asemntoare la specii diferite, fenomen cunoscutsub denumirea de homeostazie structural. Pentru realizarea uneiastfel de structur coopereaz un mare numr de celule de tipuridiferite, care comunic ntre ele, i controleaz forma, mrimea,

poziia, orientarea n spaiu i activitatea n aa fel, nct fiecarecelul i structur, n ansamblul su, s funcioneze optim,

obinndu-se efecte maxime cu minimum de cheltuieli materiale ienergetice.

Funciile celulelor, esuturilor sau organelor pot fi explicatenumai dupcunoaterea n profunzime, pnla nivelul molecular, astructurilor, care formeazbaza lor material. A nelege o structur,un ansamblu de fapte observabile optic sau electronomicroscopic

nseamn s descoperi interrelaiile dintre elementele componente. Domeniul tiinific prezentat n manual nregistreaz ogigantic explozie informaional, nct a trebuit s selectez, din

multitudinea de date recente, numai pe acelea care prezint oimportan major pentru latura formativ, instructiv i tiinific apregtirii studenilor . Acest fapt limiteaz, de la nceput orice preteniiasupra cartacterului exhaustiv al lucrrii i al indicaiilor bibliografice.

Pentru a facilita nsuirea materialului teoretic, autorul adesenat o serie de scheme dup preparate histologice, iar altescheme au fost preluate, prelucrate i modificate din lucrriconsacrate.

Mulumesc tuturor celor care mi vor adresa sugestii iidei ce vor duce la mbuntirea acestui material didactic, pe care ldoresc a fi ct mai util studenilor.

Autorul


3/282

X

1.1 Repere istorice n evoluia cunotiinelor desprecelule i esuturi

Descoperirea celulei a fost posibil dup inventareamicroscopului n anul 1590 de ctre doi frai olandezi HANS iZACHARIAS JENSSEN. n anul 1665, ROBERT HOOKE (1635-1703), fizician englez a observat cu ajutorul microscopului, ntr-obucatsubire de plut, o serie de caviti mici pe care le-a denumit

celule ( de la latinescul cella = cmru). Mai trziu (1674), A. vanLEEUWENHOEK (1632-1723) descopermai multe tipuri de celulelibere (protiste, globulele roii) , iar HAM LUDWIG (1650-1723) adescoperit spermatozoizii, n 1677. Tot n secolul al XVII-lea,MARCELLO MALPIGHI (1628-1694) a descris pentru prima datcapilarele sanguine n peritoneul de broasc i le-a denumit astfeldup latinescul "capillus", care nseamn fir de pr. Totodat,Malpighi a mai descoperit glomerulii renali, stratul intermediar alepidermului, dar nu i-a dat sema ccelula este unitatea de bazalumii vii. Olandezul REGNIER de GRAAF (1641-1693) a descoperitfoliculii ovarieni, n anul 1672.

La sfritul secolului al XVIII-lea, FRANCOIS MARIE XAVIERBICHAT (1771-1802) a descris i a introdus noiunea de esut,individualiznd 21 tipuri de esuturi i descriind n mod magistralesutul osos, cartilaginos i muscular.Pentru descoperirile sale esteconsiderat printele histologiei.

Un moment crucial n dezvoltarea cunotiinelor despre celule l-a avut cristalizarea teoriei celulare pe baza cercettilor igeneralizrilor efectuate de botanistul MATHIAS JACOB


4/282

X

SCHLEIDEN (1804-1880) i de zoologul THEODOR SCHWANN(1810-1882). Ei au artat ccelula nu este goal,ci conine un "utricul

azotat", cu caracter reticular, ce se formeazdin citoblastem.Teoria celular, elaboratde ei, susinea c: 1- corpul tuturorplantelor i animalelor este format din celule; 2- celulele au o viaproprie, caracteristic fiecrei celule; 3- viaa individuala celuleloreste influenatde viaa n ansamblu a organismului.

Mai trziu, RUDOLPH VIRCHOW (1821-1902) a completat imbuntit teoria celular, susinnd c: 1) "Omnis cellula e cellula" -toate celulele provin din celule preexistente, negnd n acest felgeneraia spontandin citoblastem; 2) "Omnis vivum ex ovo" - tot ceeste viu provine din diviziunea i creterea unui ou fecundat, rezultatdin contopirea a doucelule diferite, ovulul i spermatozoidul; 3) nafara celulelor nu existvia, iar organismul este o confederaie decelule.

Microscopul optic modern a aprut n a doua jumtate asecolului a XIX-lea ca urmare a contribuiei unor fizicieni, printre carese disting doi germani, mecanicul KARL ZEISS (1816-1888) iprofesorul ERNEST ABBE(1840-1905).

Primul microscop electronic a fost pus la punct de germaniiG.A. KAUSCHE i H. RUSKA n 1939, cnd au reuit s observe i

s fotografieze un virus. n paralel cu perfecionarea microscopuluioptic,s-au pus la punct tehnicile de colorare i impregnare cusubstane de contrast a componentelor celulare, n acest domeniuremarcndu-se germanii G.H. HOFMANN, R. HEIDENHEIM,C.WEIGERT, R. FEULGEN, A. PAPPEMHEIM, P.EHRLICH,G.MANN, danezii M.G. GRAM, italianul C. GOLGI, spaniolul RAMONY.CAJAL, romnii V.BABE, G.LEVADITI, D.VOINOV i alii.

n secolul XX, histochimia i histoenzimologia modernau fostfondate i ilustrate de personaliti ca: R. FEULGEN, J.VERNE,J.BRACHET, G.GMRI, A. SELIGMAN, A.C.PEARSE i alii.

1.2. Contribuii romneti la studiul celulei i ladezvoltarea histologiei

Constituirea unei discipline de histologie de sine stttoare nnvmntul medical din Romnia s-a realizat n anul 1873, la Iai dectre profesorul LEON SCULLY (1853-1912) i n anul 1881 laBucureti de ctre profesorul Mihail PETRINI de GALATZ (1846-1926), elev a lui LOUIS-ANTOINE RANVIER (1835-1922), prinsepararea histologiei de anatomie. nainte de aceste date, n 1839,NICOLAE KRETZULESCU (1812-1900) i-a susinut teza de doctorat


5/282

X

privind structura microscopic a dinilor i cristalinului, iar din 1859ADOLF LUDOVIC FIALLA (1831-1910) a predat un curs de

Anatomia microscopic i histologie, fiind primul profesor dehistologie la coala de medicin din Bucureti, ctitorit de CAROLDAVILA (1828-1884).

La Facultatea de Medicin Veterinar din Bucureti, n anul1883,histologia figura printre obiectele de studiu ale anului I, fiindpredatde profesorul Constantin Gavrilescu pn n anul 1899, iar

n continuare de profesorul Ion Athanasiu, n paralel fiziologiaanimal. Din 1905 pnn 1923, cursul de histologie a fost predat deprofesorul Ion Drgoi, elev al lui Ion Athanasiu, mpreun cu care aefectuat cercetri remarcabile privind histofiziologia esutuluimuscular, descriind sarcolema i tubii " T ". ntre anii 1923-1941,profesorul Drgoi a predat histologia la Facultatea de medicinumandin Cluj. Dup1923, la conducerea disciplinei, s-au succedatprofesorii: G. NIKITA (ntre anii 1923-1928), I.T.NICULESCU (ntre1928-1932)- un strlucit elev al lui G. MARINESCU (fondatorulneurohistologiei romneti), ILIE BDESCU (ntre 1932-1848), ILIEDICULESCU (ntre 1946-1962), V.CIUREA(ntre anii 1948-1952) iGH.BORDA ( ntre anii 1962 -1985).

Profesorul ILIE DICULESCU, absolvent al Facultii de

medicinveterinar, a condus din anul 1962 disciplina de Citologie ihistologie, de la Facultatea de medicin uman din Bucureti,impunndu-se ca un creator al colii de histoenzimologie i citochimieultrastructural. Un merit deosebit n dezvoltarea biologiei celularerevine savatului de origine romn, GEORGE EMIL PALADE (1912 prezent), laureat al premiului Nobel pentru medicin (n anul 1974),considerat principalul cartograf al celulei.

n prezent, disciplinele de Biologie celular, histologie iembriologie sunt predate la Facultile de medicin veterinar dinar de: prof.dr. Corneliu Cotea la Iai, prof.dr. IClaudiu Lizovschi-Cheleanu la Cluj-Napoca, prof.dr. Mariana incai la Timioara iprof.dr. Nicolae Cornil la Bucureti, continundu-se i dezvoltndu-se tradiiile valoroase ale ntemeietorilor i naintailor coliiromneti de morfologie microscopic.


6/282

X


7/282

1

1.3.Concepia actualdespre citologie

Citologia este o ramur a tiinelor biologice, care studiazstructurile funcionale i fenomenele biologice generale comune tuturorcelulelor, evideniind legile generale de desfurare a proceselor vitale lanivelul celular i molecular de organizare. Manifestndu-se ca o tiinintegrativ, ea folosete noiuni de morfologie, biochimie molecular icelular, fiziolgie celular i genetic molecular. Ultimul deceniu seremarc

prin intensificarea studierii nivelului molecular al proceselor

celulare. Celula este considerat ,astfel, un microcosmos, n carestructurile i funciile interacioneaz armonios, fiind determinate ireglate genetic, nct sse realizeze o eficacitate maxim.

Dezvoltarea biologiei celulare i moleculare se datoreazpe de oparte perfecionrii tehnicilor de studiere a celulei, iar pe de alt parteprogreselor teoretice (conceptuale).

1.4.1.Tehnicile de studiere a celulei.

Sunt reprezentate de tehnici de microscopie (optic sauelectronic) i de tehnici de cercetare ( fizice, biochimice, debiologiecelulari molecular, etc).

1.4.1. Tehnicile de microscopie optici electronic

Microscopia optic folosete fotonii pentru realizareaimaginilor, asigurnd mriri de 1500-3000 de ori (n mod obinuit de1400 ori), cu o putere de rezoluie de 0,2 micrometrii (m).(Fig.1.1)


8/282

2 Fig.1.1 Formarea imaginii n microscopul optic

1.Sursa de lumin; 2.Dispozitiv de uniformizare i dozare aluminii;3.Condensor;4.Preparat;5.Lentil obictiv;6.Imagine format nobiectiv;7.Lentilocular;8.Imagine final.

Microscopia n contrast de faz, permiteexaminarea celulelor vii. Utilizeaz: microscoape cuinterferen, pentru aprecierea cantitativ a masei unorcomponente tisulare; - microscoape cu interferendifereniat, pentru studierea suprafeei celulelor.

Microscopia de fluorescen evideniazmoleculele cu fluorescen natural ( vitamina A,catecolaminele) sau fluorescena indus. Se folosete nimunohistochimie pentru detectarea reaciei antigen-anticorp.

Microscopia cu ultraviolete folosete luminaultraviolet pentru detectarea unor amino acizi sau aacizilor nucleici.

Microscopia cu luminpolarizatpentru studierea formaiunilorcristaline.

Microscopul confocalPermite obinerea de imagini tridimensionale ale structurilor din

preparatele histologice.Principiul de funcionare este asemntor cu cel al microscopului de

fluorescen. Sursa de lumineste reprezentatde un laser a crei raztrece printr-o diafragmcu deschidere punctiform, dupcare este reflectatde o oglindmobilspre lentila obiectiv. Preparatul este situat la nivelul distanei focale a obiectivului. Inurma aciunii razei laser asupra preparatului, acesta emite un fascicul de lumin(eventual fluorescent) care este colectat de lentila obiectiv i dirijat spre diafragmapunctiforma detectorului , situat confocal ( n focarul lentilei obiectiv, opus

focarului n care este situat preparatul), rezultnd o imagine final, care este captatde un detector (similar ocularului).

Razele luminoase emise de formaiuni situate n alte planuri nu vor fi captatede detector, nct se obine o imagine foarte"curat", neestompat de imagini aleobiectelor situate proximal sau distal fa de planul focal. Prin deplasarea n planvertical a focarului lentilei obiectiv, se pot obine imagini ale unor planuri succesive,ca profunzime, realiznd "seciuni optice", fr a fi nevoie de o resecionare apreparatului. Imaginile planurilor succesive sunt stocate n memoria unui computer,care le "ansambleaz" obinnd o imagine tridimensionala preparatului examinat.


9/282

3

Microscopul confocal permite examinatorului s obin"tomografia" unei structuri histologice, fiind folosit pentru studireacitoscheletului, a dispunerii cromozomilor n nucleu,etc. Daceste dotatcu lumin flurescent se pot obine imagini confocale

fluorescente. Microscopul electronicse bazeazpeutilizarea fluxurilor de electroni pentru realizareaimaginilor, permind obinerea unor grosismenteteoretice mai puternice de 10.000 de ori dect nmicroscopia optic. Se ajunge la o putere de rezoluieegalcu 0,1 nanometri (nm).Existdoutipuri principalede microscoape electronice: - microscopul electronic detransmisie i microscopul electronic de baleaj(scanning).(Fig.1.2)

Fig.1.2 Formarea imaginii n microscopul electronic1-Catod; 2-Anod; 3-Lentila (bobina)condensator;4-Preparatul; 5-

Lentila (bobina) obiectiv; 6-Imaginea primar; 7-Lentila (bobina) de proiecie; 8-Imagine final.

Microscopul electronic de transmisie(Transmission electron microscope - TEM) poate fi: -convenional (CTEM), cnd diferena de potenial ajungepn la 100.000 voli; sau - de nalt voltaj (HVEM), cnddiferena de potenial ajunga la 800.000 voli.

Componentele eseniale ale unui microscopelectronic de transmisie sunt:

Catodul sau sursa de electroni, reprezentat de un filament detungsten nclzit.

Anodul, care relizeazdiferena de potenial.

Un sistem de electromagnei, care acioneaz ca nite lentile

condensator, lentile-obiectiv i lentile de proiecie.

Un suport pentru preparat sau portobiect, reprezentat de o grilmetalic fin pe care se fixeaz seciunea de esut, inclus n masplastic.

Un ecranpe care se capteazimaginea.

Un dispozitiv de fotografierea imaginii.


10/282

4

Puterea de rezoluie este de 2 Angstromi(), n practicajungndu-se la 1,2 nanometri.

Fig.1.3 Formarea imaginii la microscopul de baleaj (scanning)1-Catod; 2-Anod; 3-Lentil (bobin) condensator; 4-Bobin de scanare; 5-

Preparat; 5'-Detector de electroni; 6-Amplificator electronic; 7-Ecran deproiecie;8-Imagine final.

Ca fixatori se folosesc glutaralaldehida, pentruconstiutieni proteici i tetraoxidul de osmiu pentrulipide i fosfolipide.

Se realizeazseciunide ordinul nanometrilor cuajutorul unor ultramicrotoame, nzestrate cu cuite dediamant.

Ultraseciunile sunt incluse n mase plastice i

ntise pe grile de cupru. Pentru realizarea contrastuluintre diferite ultrastructuri se folosesc substane precumcitratul de plumb i acetatul de uranil.

La examinare se observ c structurile cudensitate mare disperseaz (mprtie) electronii,aprnd de culoare nchis, n timp ce structurile cudensitate mic, care permit trecerea electronilor fara-i devia apar clare.

n cazul microscoapelor electronice de nalt voltaj ( HVEM ),diferena de potenial atinge un milion de voli. Electronii pot ptrundeprin celule ntregi sau preparate de civa microni (cca. 2 microni). Seobine o imagine detaliat a organizrii tridimensionale, permindu-sevizualizarea texturii celulare interne i a unor detalii de structur, cum arfide exemplu elemntele citoscheletului.

Microscopul electronic de scanning (Scanning electron

microscope SEM ) se carcterizeaz prin faptul c electronii nu trecprin preparatul studiat, ci mtur (terg) suprafaa acestuia, nct se vaobine o imagine tridimensionala accidentelor de suprafa. Puterea derezoluie este de cca. 100 Angstromi.

Cnd electronii folosii de TEM sau SEM bombardeazpreparatul se producradiaii X cu lungimi de und caracteristice elementelor lovite de electroni. Prinanaliza acestor raze X cu aparate adecvate se pot obine estimri calitative icantitative foarte exacte asupra elementelor cu numrul atomic mai mare de 12.


11/282

5

1.4.2.Tehnici fizice .biochimice,de biologie celulari

molecularTehnici fizice:

- Fracionarea celulei prin centrifugare difereniat permiteobinerea n stare pura unor componente celulare, precum complexulGolgi, aparatul mitotic, ribozomi, etc.

O contribuie deosebitla perfecionare acestei tehnici a adus-o G.Em.Paladecare a pus la punct centrifugarea n gel de sucroz.

- Criofracturarea permite despicarea membranelor celularengheate, la nivelul planului median al bistratului lipidic.

- Autoradiografia localizeazmaterialul radioactiv din esut.- Historadiografiarealizeaz o microradiografie cu raze X a unui

preparat histologic.- Difracia razelor X, care a permis descifrarea structurii spaiale a

proteinelor i a acizilor nucleici.- Difracia i dispersia de neutroni, prin care s-a descifrat

organizarea moleculara cromatinei.- Rezonana magnetic nuclear de nalt rezoluie, ce se

utilizeaz pentru studierea interaciunilor moleculare n membranelebiologice.

- Rezonana magnetic n impulsuri, folosit la studiulpermeabilitii membranelor pentru api ioni.

- Rezonana electronicde spin, ce folosete ca markeri specificisubstane cu electroni impari care se ataeazi evideniazmoleculede ADN, de proteine,etc.

- Spectrofluorometria,ce permite studierea vscozitiimembranelor, difuziunea, rotaia proteinelor.

Tehnici biochimicen biologia molecularse utilizeaz:-Electroforeza n gel de poliacrilamid, pentru studiiul proteinelor

i acizilor nucleici.- Marcrile bazate pe fotoafinitate a unor pri din moleculeleleintegrate n structuri celulare.

- Reconstituiri de structuri i funcii celulare din componentelepurificate.

- Imunocitochimia evideniazreaciile dintre antigen i anticorp.

Tehnici complexe de biologie celulari molecularSunt reprezentate de:-Tehnica ADN-ului recombinat.


12/282

6

- Producerea de anticorpi monoclonalicu ajutorul hibridoamelor, cea permis descifrarea mecanismelor care regleazexprimarea genei.

-Sinteza artificiala genelor.-Manipulri de gene, etc.

1.5. Progrese conceptuale.Progresele teoretice sau conceptuale au permis mbogirea,

dezvoltarea i aprofundarea cunotiinelor de biologie celular imolecular. Sunt reprezentate de:

- Analiza i sinteza informaiilor obinute de morfologiacelular, biochimia i biofizica celular, fiziologia celular, geneticamolecular, imunologia celular i molecular, virusologie,etc. n acestconcept se manifestdoutendine opuse: una de acentuare a sintezeii alta de extindere a sferei de sintez.

- Molecularizarea informaiilor , care const n descifrareastructurilor i funciilor pn la nivel molecular. Acest fapt a dus laschimbarea denumirii acestei ramuri a tiinelor biologice din "citologiegeneral" n "biologie celular" i apoi n "biologie celular imolecular".

-Integrarea informaiilorobinute prin toate metodele i de latoate nivelele ntr-un tot unitar, nct biologia celular i molecularstudiaz n mod complex i complet aspectele morfofuncionale alecelululelor, observabile la microscopul optic, ultrastructurile relevate de

microscopul electronic, organizarea i fiziologia molecular, realiznd oimagine exhaustiva nivelului celular de organizare a materiei vii.

2. CELULA CA SISTEM BIOLOGIC

Prin sistem biologic se nelege un ansamblu de elemente

(componente) interconectate ntr-o formaiune complex, relativ stabil,formaiune care se comport ca un ntreg, cu proprieti i funciidistincte cantitativ i calitativ de proprietile elementelor componente.

Exist sisteme lipsite de via (abiotice), precum particulelesubatomice, atomii, moleculele i sisteme dotate cu via( biotice )cumar fi celulele, esuturile, organele, organismul, populaia, biocenoza ibiosfera.

Celula (cellula)este primul sistem biologic care manifestcea maiimportant caracteristic a materiei vii - capacitatea de auto

reproducere. Formele de "viamolecular", identificate pnn prezent,ca "prionii" (microorganisme patogene, formate din particule proteice,


13/282

7

faracizi nucleici) i virusurile (microorganisme ce conin acizi nucleici iproteine) sunt capabile sse reproducnumai n interiorul celulei.

Celula, ca sistem, prezinturmtoarele caracteristici:Este un sistem deschis, pentru care n permanenschimburi

de energie i substancu mediul extracelular. Are un caracter istoric, aprnd la un anumit moment alevuluiei materiei vii i putnd sdispar, atunci cnd materia vie i vaproduce o altformmai eficientde organizare dect celula.

Are caracter informaional, deoarece recepioneaz,acumuleaz, prelucreaz i transmite informaii cu ajutorul coduluigenetic.

Prezint trei categorii de programe, legate de capacitile salestructurale i funcionale: a- programul " pentru sine", ce asigurautoconservarea celulei ( de expl. n culturile de celule); b- programe alesistemelor componente, ca de exemplu programele organitelor sau alecomplexelor moleculare; i c- programe superioare care asigurexistena sistemelor superioare ( esut, organ, organism).

Echilibrul dinamic, ce se manifest printr-o "pendulare"continu, fade o stare morfofuncionaloptim, stabil.

Autoreglarea sau "feed back"-ul, prin care i controleazprocesele interne, n funcie de relaiile cu mediul prin mecanisme de tipcibernetic.

Heterogenitatea intern este nsuirea de a fi alctuit din

elemente componente mai mult sau mai puin diferite ( de expl.mitocondrii, ribozomi, microfilamente, microtubului,etc.)

Integralitatea, prin care celula ca sistem, nu se reduce la sumansuirilor elementelor componente, ci prezintnsuiri noi (structurale ifuncionale) pe care nu le au aceste elemente considerate izolat.

Aceastnuire permite desfurarea funciilor biologice fundamentale:metabolismul, reproducerea, adaptarea, meninerea strii de stabilitateadifereniat,etc.

Pe baza acestor caracteristici, concepia actual despre celul o

definete ca fiind: unitatea elementara lumii vii, produs al evoluiei,cu structurcomplex, n relaie de autonomie i echilibru dinamiccu mediul nconjurtor, avnd ca proprieti eseniale metabolismul,autoreproducerea, creterea i dezvoltarea.

2.1. Arhetipurile celulareExist douarhetipuri (arhetip = model primar, dupG.E.Palade)

celulare: procariotele (procariot =prenucleat, fr nucleu distinct) ieucariotele(eukariot= cu nucleu distinct).

2.1.1. Procariotele


14/282

8

Sunt reprezentate, n principal, de bacterii i de algele albastreverzi (denumite i cianobacterii).

Ele sunt mai mici (1-10 m) dect celulele eucariote i lipsite demembrane intracelulare.

Organitele celulare sunt puine ( numai ribozomi) sau absente.Nucleul nu apare distinct, genomul (totalitatea genelor) nefiindseparat de citoplasm.

Prezintun cromozom unic, dispus n citoplasmi reprezentat deun AND circular neconjugat cu proteine. ARN-ul i proteinele suntsintetizate n acelai compartiment, n citoplasm.

Nu au aparat mitotic, deoarece se nmulesc prin sciziparitate.i realizeazlocomoia prin flageli simpli.Au metabolism aerob sau anaerob.Sunt delimitate de o membran plasmatic, ce trimite prelungiri

endocelulare, denumite mezozomi, dublat la exterior de un peretecelular.

Nu prezint citoschelet, nu au cureni citoplasmatici, iarendocitoza i exocitoza sunt absente.

De obicei sunt monocelulare.

2.1.2.EucarioteleSunt reprezentate de protiste, fungi, plante i animale.

Au dimesiuni mai mari (5-100 m) dect procariotele.

Prezint un sistem complicat de membrane intracelulare, caredelimiteazunele componenete intracelulare (nucleul) i unele organite(mitocondriile, reticulul endoplasmic,complexul Golgi,etc).

Au un nucleu distinct, n care este situat genomul, ce cuprinde maimuli cromozomi. Molecula de AND este foarte lung i conjugat cuproteine.

ARN-ul este sintetizat i procesat n nucleu, n timp ce proteinelesunt sintetizate n citoplasm.

Au citoschelet compus din proteine filamentoase, cureni

citoplasmatici i desfoarprocese de endocitozi exocitoz.Prezintaparat mitotic.Se divid prin mitozi meioz.

2.2 Morfologia generala celulelor eucariote

Dimensiunile celulelor eucariote sunt extrem de variate. Ele seexprim n urmtoarele uniti de msur: micrometrul, nanometrul iangstromul.


15/282

9

Unitile de msurfolosite n morfologia microscopic

Denumire Simbol ValoareMicrometrul ( =

micronul )m ( ) 1 m =0,001 mm = 10 6 m

Nanometrul nm 1 nm = 0,001 m = 10-9mAngstrom A 1A=0.1nm=10-4um=10-10m

Limita practicde rezoluie a ochiului uman este de cca. 0,1 mm, amicroscopului optic de 0,2m, iar a celui electronic de 2 angstromi( ).

Pentru fiecare categorie de celule, dimensiunile sunt relativconstante, indiferent de specie sau mrimea organului. Diferenele degreutate a aceluiai organ la specii diferite sunt generate de numrul decelule pe care l conin i nu de volumul celulelor.

De exemplu, nefrocitele i celulele musculare cardiace au dimensiuniapropiate la hominide, ecvine i canide.

Limitele de rezoluie in morfologie

A. Cu ochiul

liber

0,1 milimetri (mm) Ovocitul de pasre

Ovocitul umanAmoebaB. Cumicroscopuloptic

0,2 micrometri saumicroni

( sau m)

Celule,Hematii,NeuroniNucleiMitocondriiBacterii, etc

C. cumicroscopulelectronic

2 Angstromi ()

sau0,2 nanometri (nm)

Ribozomi,Virusuri,Organite celulaereMacromoleculemolecule

* Prin rezoluie se nelege distana minimdintre doupuncte n care acestea pot fi percepute caimagini seperate


16/282

10

Fig.2.1.Diagrama unitilor de lungime

Dimensiunile medii ale diametrului celulelor se ncadreazntre 10-30 m, darn organismul animalelor exist i celule mai mici, precum: neuronii din stratulmolecular al scoarei cerebrale ( de cca.4-4 m), eritrocitele (5-7 m), precum i

celule ce ajung la dimesiuni foarte mari, un exemplu constituindu-l ovulul ce atinge undiametru de 150-200 m la mamifere, 3,5 cm la psri i 10 cm la stru. Neuroniimotori din coarnele ventrale ale mduvei spinrii au un corp ce atinge un diametru de200 m, iar dacse iau n considerare i prelungirile ajung la o lungime de 1-1,5 msau mai mult, n funcie de talia animalului. Fibra muscularstriatare un diametrude ordinul micronilor, dar lungimea este foarte variat, de la 1 la 12 cm.

Volumul celulelor variaz n limite foarte largi de la 200 la15000micrometri cubi (m3), menndu-se constant pentru un anumit tip de

celul, independent de mrimea organului, aspect cunoscut subdenumirea de "legea constanei volumului".Vrsta i funcia determin variaii n mrimea celulelor. Se

observo reducere a volumului celular n cursul embriogenezei timpurii,n cursul mbtrnirii i o cretere volumetric n timpul dezvoltriipostnatale. Se stabilete un raport nucleo/citoplasmatic optim, un raportal suprafeei celulei fa de volum i un raport ntre metabolism ivolumul celulei.

Masa(greutatea) unei celule este de aproximativ 10-12g, iar cea aunui ovocit uman de 10 -8g.


17/282

11

Fig.2.2. Forma celulelor1-Ovula; 2-Hematie de mamifer; 3-Eritrocit de pasre; 4-Neutrofil de mamifer; 5-

Spermatozoid; 6-Celule poliedrice;7-Celule pavimentoase; 8-Celule cubice; 9-Leiocit; 10-Neuronpiramidal; 11-Neuron piriform; 12-Celulmezenchimal; 13-Fibroblast;14-Melanocit,15-Adipocit alb;16-Histiocit; 17-Celulprismaticcu platou striat; 18-Celulcaliciform.

Forma celulelor, inial sfericse modific n cursul diferenierii imaturrii celulelor. Forma celulelor este controlatatt de factori externi

ca presiunea i vscozitatea mediului, ct i de factori interni caactivitatea funcional, vrsta, vscozitatea citoplasmei, structura interni caracteristicile suprafeei.(Fig.2.2 )

Forma celulelor se adapteaz la funcie, respectndu-se o legegenerala biologiei, conform creia se obine maximum de randamentfuncional cu minimum de cheltuieli materiale i energetice.Astfel,celulelecontractile sunt fuziforme sau cilindrice, iar celulele specializate nconductibilitate prezintnumeroase prelungiri.

Numrul celulelor este extrem de mare, ajungnd la ordinul demilioane de miliarde (1014).

Celulele sanguine reprezint populaia cea mai numeroas, reprezentat demai multe zeci de miliarde. Numrul hepatocitelor i al neuronilor este de circa 100de miliarde, iar cel al nevrogliilor este de aproximativ 10 ori mai mare dect numrul

neuronilor.Durata vieii celulei sau ciclul celular reprezint intervalul de la

apariia unei celule pni terminpropria sa diviziune.Variaz de la 10-20 minute pn la 109 minute. Celulele bacteriene triesc

cteva zeci de minute, celulele epiteliale 1-2 zile, hematiile 127 zile, iar unele celulemusculare i nervoase toatviaa individului.

La om, n fiecare secundau loc peste 4 milioane de diviziuni celulare, ntr-o

zi au loc cca. 350 bilioane diviziuni, iar ntr-un an 1014diviziuni, numr egal practic cunumrul total al celulelor ce alctuiesc corpul omului adult.


18/282

12

2.3. Compartimentarea celulelor eucarioteCelula eucariotprezinttrei componenete principale: membrana,

nucleul i citoplasma.(Fig.2.3)

Membranapoate fi situtatla periferie, realiznd pe de o partedelimitarea celulei de mediul extracelular, sau poate fi dispus ncitoplasm, unde formeaz un sistem de membrane intracelulare cu osuprafadeosebit de activbiologic, de 10-20 ori mai mare dect cea amembranei periferice.

Fig.2.3. Schema unei celule eucariote

ideale1-Membrana celular;2-Nucleul; 3-Citoplasm; 4-Lizozom primar; 5-Poliribozomi liberi; 6-Reticul endoplasmicrugos; 7-Reticul endoplasmic neted; 8-Complex Golgi;9-Microfilamente; 10-Microtubuli; 11-Centrioli; 12-Corpuscul bazal; 13-Microvili;14-Cil; 15- Fagozom; 16-Peroxizom;17-Caveol acoperit; 19-Nucleoli; 20-eterocromatin; 21- Cisternperinuclear; 22-Por nuclear; 23-Mitocondrie; 24-Corp rezidual; 25-Granulede secreie; 26-Pictur de lipide; 27-Granule de glicogen; 28-Pseudopode.

Membranele intracelulare, endomembranele sau citomembranelediferntre ele prin structur, compoziie chimici funcie.

Ele mpart celula n dou compartimente: compartimentulmatriceal sau plasmatic "P" i compartimentul intracisternal sau "E".Exist i un compartiment secundar sau de tip "C", reprezentat de

matricea mitocondriali a cloroplastelor.Totodat endomembranele delimiteaz nucleul i unele organitecelulare (lizozomii, reticulul endoplasmic,complexul Golgi). Exist iorganite nedelimitate de membrane (ribozomii,centriolii, corpusculiibazali, microfilamentele, filamentele intermediare i microtubulii).


19/282

13


20/282

13

3. Membranele celulare

Membranele celulare (membrana celullaris)sunt structuri molecularecomplexe care marcheazlimita celulei sau a unui teritoriu intracelular.

Existtrei categorii principale de membrane celulare:1.Membrana plasmaticsauplasmalema, ce conferindividualitate

celulei i particip la interaciunile dintre celule sau la cele cu mediulextracelular.

2.Citomembranele sau endomembranele, reprezentate demembrana nucleului, membranele reticulului endoplasmic, membranelecomplexului Golgi, membranele mitocondriilor, lizozomilor i peroxizomilor.

3. Membranele speciale reprezentate de membranele tecilor demielin i de membranele discurilor din segmentul extern al celulelorvizuale din retin.

3.1 Organizarea moleculara membranelorn evoluia cunotiinelor despre organizarea molecular a

membranelor se disting mai multe modele: iniial, paucimolecular, unit,mozaicul fluid i modelul actual.

Fig.3.1 Modelul paucimolecular.1-Bistratul lipidic; 2-Stratul proteic extern; 3-Stratul proteic intern.

Modelul iniial (elaborat de OVERTON n 1895) asugerat prezena lipidelor n membranelecelulare, observnd c solvenii organicidifuzeaz mai rapid prin membrane dect nap. Lipidele din membrane sunt dispuse nstrat dublu ( n bistrat ), pentru c suprafaafilmului lipidic din hematii este dubl fa de

suprafaa acestora. ( dupGRTER i GRENDEL 1925)

Modelul paucimolecular a fost elaborat ( n 1930 de DANIELLI iDAVSON ) , dup msurarea tensiunii superficiale a membranelor celulare,cnd au gsit aproximativ o din/cm2 , fa de 5 dine ct reieea dincalcule.

Asfel, ei au dedus cbistratul lipidic (stratul lipidic dublu) este tapetatpe ambele fee de straturi de proteine, care reduc tensiunea superficial.Totodat au demonstrat experimental acest fapt, adugnd proteine, ceau produs reducerea tensiunii superficiale. Tot ei au elaborat modelulpaucimolecular (paucus = puin numeros), dupcare membranele celulare


21/282

14

au un centru lipoid "lamina intermedia", ( format din fosfolipide, dispuse n stratdublu, cu capetele polare orientate spre exterior ), tapetat cu proteine, care

formeazo laminexterni altaintern.(Fig.3.1)

Modelul "UNIT" a fost elaborat ( de ROBERTSON, ntre 1958-1960 ),dupcercetri efectuate la microscopul electronic ( cu grosisment de 100.000),efectuate pe membrana tecii de mielin. Dupacest model, membranelecelulare au o ultrastructurtrilaminar, prezentnd doubenzi dense (de 2,5nm), ce delimiteaz ntre ele o band clar ( de 3 nm), formatdintr-un axlipidic hidrofob.

Acest model confirm modele anterioare i le dezvolt, adugnd

dounoi concepte: - universalitatea bistratului lipidic i - asimetria chimic,dup care glucidele sunt ataate numai pe faa extern, lipsind pe faaintern. Modelul este incomplet pentru c ignor dinamismul moleculelorcomponente.(Fig.3.2).

Fig.3.2 Organizarea molecular amembranei periferice

Modelul"mozaiculuifluid", (elaborat de SINGER i

NICOLSON n 1972 )susine cmoleculele componente ( delipide i de protide) se mic

n mod ntmpltor nbistratul lipidic.

Cercetrile ulterioare auartat c micrilemoleculelor sunt controlate de citoschelet i sunt limitate la anumite poriuniale suprafeei membranei. Exist i zone ale feei externe a bistratuluilipidic neacoperite de proteine.

Modelul actual susine c: - bistratul lipidic este asimetric, fluid ireprezint axul ntregului edificiu molecular al membranelor; - pe feelehidrofile, proteinele sunt distribuite asimetric, n aranjamente caracteristice.


22/282

15

3.2. Ultrastructura membranei periferice

Membrana periferic are trei componente ultrastructurale:plasmalema, glicolema,citoscheletul membranei.

Membrana periferica celulei eucariote

Glicolema

Componentaintern 20

nm

Puindenslafluxul deelecroni

Conine:GalactozaGalactozaminaManoza,Fucoza,Glucoza

(50 nm) Componentaextern

30nm

Mai densla fluxuldeelectroni

Glucozamina,Acidul sialic

Laminaexterna

2,5nm

Banddenslafluxul deelecroni

Conine:Gruprile polarehidrofile alefosfolipidelorProteine extriseci

Membrana

celularperiferic

Plasmalema(7- 8 nm)

Laminaintermedia

3 nm Bandclarlafluxul deelectroni

Conine:Fosfolipide 70%Colesterol-25%Glicolipide-5%

Lamina interna 2,5nm

Banddenslafluxul deelectroni

Conine:Gruprile polarehidrofile alefosfolipidelorProteineextrinseci

Citoscheletulmembranei 5-9nm Conine:ActinAnchirinSpectrinProteina benzii 4-1


23/282

16

3.2.1. Plasmalema

Plasmalema (plasmalemma) reprezint structura de baz a tuturormembranelor celulare ( periferice sau endomembrane), fiind alctuit dinbistratul lipidic asociat cu proteine.Are o grosime de cca. 7,5 nm.

La un grosisment redus (de 10.000 ori ) apare ca o linie unicelecronodens. La o mrire de 100.000 ori, dac planul seciunii a czutperpendicular pe membran, plasmalema prezintun aspect caracteristic,trilaminar, cu doubenzi dense (de 2,5 nm), separate de o bandclar( de 3nm).

Endomembranele au ,n general, acelai aspectelectronomicroscopic, respectnd modelul unit. (Fig.3.3)

Banda luminoas, clar (lamina intermedia) corespunde radicalilor de acizi graihidrofobi din fosfolipidele bistratului, iar benzile dense (lamina externa et interna)cuprind gruprile polare hidrofile ale fosfolipidelor i parial proteinele asociatemembranei.

Fig.3.3Componentelemembranei celulareperiferice

I-Glicolema; II-Plasmalema; III-Citoscheletul membranei

Compoziiachimic aplasmalemeicuprinde: lipidecomplexe,proteine iglucide.

LIPIDELE sunt coninute n bistratul lipidic, fiind reprezentate defosfolipide (70%),colesterol (25%)i glicolipide (5%).


24/282

17

Fig.3.4. Tendina de organizare a moleculelor de fosfolipideA-Monostrat; B,C- Micelii

1-Lauri de acizi grai; 2-Grup polar; 3-Ap; 4-Aer

Fosfolipidele i glicolipidele sunt molecule complexe cu caracter amfofil(=amfipatice=bimodale), prezentnd un "cap" hidrofil (sau grupare polar) i o"coad"hidrofob, ce cuprinde fragmente de acizi grai esterificai.Ele au tendina de ase organiza n pelicule sau micelii , deoarece cozile trebuie sse dispun n afaracontactului cu apa.Meninerea moleculelor n pelicule sau micelii se realizeaz prinlegturi hidrofobe ce nu impliccheltuieli de energie.

n cazul fosfolipidelor i glicolipidelor din membran, forma cea maistabila miceliilor este reprezentatde stratul lipidic dublu n care gruprilepolare sunt dispuse la exterior n contact cu apa, iar lanul de acizi grai seaflla interior. Asfel, se formeazun bistrat sau continuum lipidic.

Fosfolipidele din plasmalemsunt reprezentate de fosfogliceride (ca de exemplu:fosfatidilcolin, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina, fosfatidilinozitolul) i de sfingolipide

( dintre care cea mai rspditeste sfingomielina. Molecula de fosfatidilcolin, denumiti lecitin, are aspectul unui "cui", n care "capul" (alctuit din radicali de colini fosfat)este hidrofil, poart sarcini electrice i este numit grup polar. Radicalii de acizi graisunt hidrofobi i formeazsegmentul apolar al moleculei.

Glicolipidele pot fi simple ( de expl. cerebrozidele) sau complexe (deexpl.gangliozidele). Au asarcinelectricnegativ.Gangliozidele conin unulsau mai multi radicali de acid sialic (numit i acid N-acetilneuraminic sauNANA) care le confersarcinelectricnegativ.

ncrctura electricnegativa suprafeelor celulare este conferitn mare parte

de gruprile polare ale fosfolipidelor, ale glicoproteinelor sulfatate i ndeosebi deradicalii carboxilici ai acidului sialic.

Colesterolul se gsete n proporie mai mare n membranele la carepredominfuncia de barier, dar scade n membranele intracelulare.

Exist o asimetrie n dispunerea lipidelor n bistratul membranei eritrocitare.Astfel,glicolipidele se gsesc numai n stratul extern, la nivelul cruia este abundent icolesterolul. n stratul intern al bistratului lipidic sunt mai frecveni acizii grai nesaturai,n timp ce n stratul extern se ntlnesc n proporie mai mare acizii grai saturai culanuri lungi.


25/282

18

Lipidele sunt repartizate neuniform pe suprafaa membranei celulare,putndu-se grupa n "petice" sau "calote", cu implicaii funcionale speciale,

ndeplinind rol de receptori.Fluiditatea lipidelor. La temperatura corpului, toate lipidele din membran

se gsesc n stare fluid. Ele pot executa doutipuri de micri: 1- micrin interiorul unei molecule, precum micri ale atomilor de carbon nlanurile de acizi grai i n gruparea polar; 2-micri ale ntregii molecule,ce pot fi: - de translaie sau de difuziune lateral; - de rotaie n jurul axeilongitudinale a moleculei i c- micri de difuziune transversal (flip-flop).(Fig.3.5)

Fig.3.5.Micrile lipidelor n bistrat1-Gruparea hidrofil; 2-Gruparea hidrofob; 3-Difuziune lateral; 4-Rotaie; 5-Flip-flop;6-Flexie.

Moleculele de lipide se deplaseazmai uor prin micri laterale n acelai strati trec foarte greudintr-un strat n altul.

Unele lipide (expl. cardiolipina) sunt capabile, n prezena ionilor de calciu, ssedetaeze din straturile lipidice i sse dispunn formhexagonal, n cilindri de lipide,care delimiteazcanale, ce permit schimburi selective prin bistratul lipidic.

PROTEINELE plasmalemei formeaz dou straturi asimetrice, cetapeteaz bistratul lipidic sau pot traversa bistratul lipidic, unde execut

micri de translaie (difuziune lateral) i de rotaie. (Fig.3.6).Prin electroforezn gel de poliacrilamidau fost identificate 15 proteine majore,cu greuti moleculare ntre 15.000-250.000 daltoni. Trei din aceste proteine (spectrina,glicoforina i proteina benzii 3) ocup mai mult de 60% din greutatea proteinelormembranare.


26/282

19

Fig.3.6.Formarea porilor hidrofili

1-Lipide - grupri

hihrofobe; 2-Lipide - gruprihidrofile; 3-Proteine;4-Por hidrofil.

S-au identificat dou grupuri de proteine ( prin metode de cogelare-fracionare i fracionare - purificare ):

-a) proteinetransmembranare (intriseci sau integrale),cuprinse nbistratul lipidic ca nite cuburi de ghea, legate hidrofil i hidrofob de lipide.Se extrag foarte greu i servesc ca dispozitive de recepie-transducie.

-b) proteine membranare periferice (sau extrinseci), situate de oparte i de alta a bistratului lipidic, de care se ataeazprin slabe legturihidrofile.(Fig.3.7)

Fig.3.7. Dispunerea proteinelor n plasmalem1-Bistratul lipidic; 2- Proteine extrinseci externe;

3-Proteine extrinseci interne; 4-Proteine intrisecitransmembranare

Proteinele extrinseci sunt distribuite pe o fa sau alta abistratului lipidic i i se leagde capatele hidrofile ale lipidelor.


27/282

20

Sunt mai numeroase pe fa intern unde particip la realizarea citoscheletuluimembranei celulare.

Proteinele de pe faa externa bistratului lipidic sunt glicoproteine ise prelungesc pe distane mai scurte sau mai lungi n glicolem, atandpe lanul lor polipeptidic fragmente de oligozaharide.

Compoziia, ordinea moleculelor i dispunerea lanurilor de de oligozaharide fade proteinele transmembranare determin specificitatea funcional i identitateafiecrui tip de celule.

3.2.2.Glicolema sau glicocalixulGlucidele plasmalemei sunt reprezentate de hexoze, hexozamine i

acid sialic. Fragmentele de acid sialic ocup ntotdeuna extremitile

periferice ale lanurilor de oligozaharide i confer sarcin electricnegativsuprafeei celulelor eucariote.(Fig.3.8)

Fig.3.8. Organizarea glicocalixuluiA-Glicocalix;B-Bistratul lipidic.

1-Rest glucidic;2-Glicolipid;3-Glicoproteinadsorbit;4-Proteintransmembranar

Lanurile de oligozaharide suntancorate pe versantul extern al plasmalemei,formnd un nveli al suprafeei celulare,numit glicocalix (nvelidulce) sau glicolem.Nu exist o delimitare net ntre glicocalix isubstana vie din spaiul extracelular,cunoscut sub numele de matriceextracelular.

Glicolema sauglicocalixul (glicocalyx) esteo componenta extern,de naturglicoproteica membranei celulare periferice (cu grosimea medie de

50 nm).Glicocalixul prezintdouzone: - o zonintern, denumiti nvelide suprafa, mai puin dens, (cu grosimea de 20 nm)i o zonexternmaidens (cu grosimea de 30 nm).

Grosimea glicocalixului apare variat. Este mult redus la celulele nculturi; - subiat (pna la 20-30 nm), cnd ocup spaiul dintre celulele nvecinate; -crescut (pnla 50 nm) la celulele libere sau pe polul apical al celulelor intestinale.

Din punct de vedere chimic, glicocalixul este alctuit dintr-o esturdelicatde de lanuri proteice, pe care sunt ancorate fragmente de glucide.


28/282

21

Dintre monozaharide, n glicoproteinele i glicolipidele de la nivelul membranelor idin glicocalix, cele mai importante sunt: galactoza, galactozamina, manoza,fucoza,glucoza, glucozamina i acidul sialic.

Raportul strns, de continuitate, dintre glicolem i plasmalem se datoreazglicolipidelor i glicoproteinelor componente, nveliul de suprafa devennd parteintegranta membranei celulare.

Glicocalixul conferindividualitate biochimiccelulei, comportndu-se ca o "cartede identitate a celulei", datoritnumeroaselor variante moleculare pe care le realizeazcu ajutorul monozaharidelor componenete. Intre moleculele membranei, oligozaharideleinduc o variabilitate periferic pronunat, n contrast cu varibilitatea redus a lanului

polipeptidc. Astfel, trei aminoacizi diferii pot da natere la ase tripeptide, n timp ce treimonozaharide pot genera 1056 trizaharide diferite.

Funciile glicocalixului sunt :Particip, alturi de matricea extracelular, la realizarea adezivitiiintercelulare;

Asigur specificitatea i individualitatea biochimic tipului decelule.Astfel grupele sanguine sunt determinate de gruprile glucidiceterminale aflate pe glicoproteinele i glicolipidele din membranaeritrocitelor.

Conine gruprile glucidice ale proteinelor-receptori din membran,dar i ale unor proteine implicate n fenomenele de transport.

Depoziteazionii de calciu (Ca2+)datoritsarcinilor elctrice negative

i intervine n controlul schimburilor ionice transmembranare.Participla transmiterea informaiei despre celul.Astfel, unele celule din ficat i din splin recunosc cu ajutorul receptorilor de

membran glicoproteinele i glicolipidele de pe suprafaa eritrocitelor uzate, care aupierdut acidul sialic i prezint descoperitgalactoza, ce ocuppenultimul loc din lan.Galactoza este recunoscutde receptorii macrofagelor din ficat (celulele Kupffer), ncthematiile uzate sau mbtrnite sunt imobilizate, fagocitate i lizate.

3.2.3. CitoscheletulCitoscheletul (cytoscheleton) membranei celulare este o reea de

proteine extrinseci (cu grosimea de 5-9 nm), situate pe faa intern amembranei periferice. Citosheletul este legat de plasmalem prinintermediul captului intern al proteinelor transmembranare, iar spreinteriorul celulei se continucu citoscheletul din matricea citoplasmatic.

La microscopul electronic, citoscheletul membranei apare ca o reeade microfilamente proteice orientate neregulat, n nodurile reelei fiindprezente proteine globulare. (Fig.3.9)

Datele referitoare la citoscheletul mebranei au fost obinute n urma cercetrilorefectuate pe membranele globulelor roii, ulterior fiind considerate valabile i pentrumembranele altor tipuri de celule.


29/282

22

n membrana hematiilor, citoscheletul nglobeazcirca 60% din masa proteinelorntregii membrane. Principalele tipuri de proteine citoscheletale sunt:spectrina,anchirina, actina,glicoforina i o proteincare n cursul electroforezei n gel de

poliacrilamidmigreazn banda 4-1. Mai sunt prezente i alte proteine neidentificate,ce au mase moleculare diferite. Prin extragerea spectrinei i actinei, citoscheletulmembranei se dezintegreaz, piezndu-i forma i structura.

Spectrina(sau tectina) este proteina care predomin n citoschelet.Moleculele solitare de spectrinsunt foarte flexibile.Apare sub forma a doi dimeri (unul de 240.000daltoni i altul de 220.000 daltoni).Dimerii de spectrinau o formde bastonacu o lungime de 100 nm i o grosime de 5nm. Ei se pot lega cap la cap formnd tetrameri, hexameri, octameri.

Fig.3.9.Schema citoscheletuluimembranei

A-Complexul spectrin,anchirin, proteinintegral;

B-Complexul spectrin,actin,proteina benzii 4-1;

1-Protein transmembranar;2-Anchirin; 3-Filamente scurte deactin; 4-Proteina benzii 4-1; 5-Spectrin.

.Anchirina (nectina

sau sindeina) este unpolipeptid, cu formsfericsau piramidal ce leagspectrina la captul

citoplasmatic al proteinei benzii 4,1.Are o greuate molecularde 200.000 daltoni,. Intr-o hematie de la om existcca.

120.000 de molecule de anchirin, ntr-un neutrofil - 600.000, ntr-un trombocit - 3.000,iar ntr-un fibroblast - 30.000.

Actina se gsete sub forma de mici fragmente de actinfibrilar, ce

conin 13 monomeri.Lungimea fragmentelor de actin variaz n funcie de numrul moleculelor de

spectrin pe care le leag prin capetele lor, fapt ce poate explica plasticitateacitoscheletului membranei, in vivo i aspectul lax al acestuia la microscopul electronic.

Proteina benzii 4-1 are aspect globular ( cu diametru de 6 nm).Laturile ochiurilor din reeaua citoscheletului membranar sunt alctuite din dimeri

de spectrin, iar nodurile reelei (complexele joncionale) sunt formate din doutipuri decomplexe moleculare: - un complex ce conine spectrin, anchirin i o proteintransmembranar, ce realizeaz legtura cu membrana plasmatic; - i un alt complexformat din spectrin, actin, proteina benzii 4-1 i adducin, prezent n nodurile propiu


30/282

23

zise ale reelei. Proteinele citoscheletului membranei, mpreuncu lipidele i proteinelede pe faa interna plasmalemei prezintnumeroi radicali hidrofilielectronegativi, nct ncrctura electric negativ este mai

puternicdect pe faa extern.

Totodat, n citoscheletul membranei, se gsesc unele proteine culocusuri de legare a calciului, denumite calmoduline, ce joac un rolimportant n reglarea proceselor intracelulare. Legturile dintre diferiteletipuri de proteine din citoschelet sunt realizate prin procese de fosforilare,

n care intervine o proteinreglatoare, gelsolina, dependentde calciu.Citoscheletul confermembranei: -1) elasticitate, prin dispunerea n

reea a proteinelor; i -2) rezisten, prin complexele proteice de la nivelul

nodurilor.3.3.Diferenieri de suprafaa ale membranei celulare periferice.

Sunt neregulariti ale citoplasmei periferice, cu caractertranzitoriu sau permanent, delimitate de membran.

Diferenieri ale membranei celulare periferice

InvaginriCripteCanalicule

intracelulare

Diferenieritranzitorii Expansiuni

sau

Pseudopode Filiforme

Digitiforme

procese Procese lamelare VluriMembraneondulante

Diferenieri Microviloziti Platou striatMargine n perie

permanente Expansiuni CiliFlageli

Diferenierile tranzitoriiapar i dispar n raport cu anumite momentefuncionale ale celulei, avnd aspectul unor nvaginri (invaginatio


31/282

24

Fig.3.10. Difereneri ale membranei celulare1-Capilar sanguin; 2-Neutrofile; 3-Pseudopod; 4-Nucleu de histiocit; 5-Vluri ondulante; 6-Macrofag cu vluri; 7-Enterocit;8 -Microvili; 9-Glicocalix; 10-Lumenul nefronului; 11- Margine nperie; 12-Celulprismaticciliat; 13-Cili; 14-Axonema; 15_Corpuscul bazal; 16-Rdcina cilului; 17-Seciune transversalprin tija cilului; 18-microtubuli centrali i periferici; 19-Stereocili pe celuleepiteliale din epididim; 20-Flagelul spermatozoidului

cellularis) ale plasmalemei (n endocitoz), sau al unor expansiuni(processus celularis), cum ar fi pseudopodele sau vlurile ondulante, princare se realizeazdeplasarea celulelor.


32/282

25

Pseudopodele (processus amoeboideus) sunt expansiuni cu formde conuri (processus filiformis) sau degete (processus digitiformis), cu

ajutorul crora leucocitele ader de suporturi, deplasndu-se n timpuldiapedezei. Ele conin organite celulare, precum mitocondrii, ribozomi,lizozomi.

Vlurile i membranele ondulante (processus lamellosus) suntexpansiuni lamelare, foarte mobile, ce se formeaz n mediul lichid. Nuconin organite i nu ader la suporturi. Apar n urma unor modificri aletensiunii superficiale i se ntlnesc la histiocitele implicate n fagocitoz.

Expansiunile permanente suntreprezentate de microvili, cili i flagel.

Fig.3.11.Dispunerea microfilamentelor nmicrovilul intestinal

1-Microvili;2-Microfilamente de actin; 3-Microfilamente de miozin; 4-Zonula adherens.

Microvilii (microvillus, i ) sunt

expansiuni cilindrice, delimitate demembrana polului apical (apexcellularis).Ele intervin n procesele deabsorbie prin mrirea suprafeei decontact a celulei cu substanele ce vor fiabsorbite i prin concentrarea unui numr

mare de receptori. Pot fi dispuse grupat sau solitar. Microvilii solitari suntinegali, cu forme i dimensiuni variabile, distanate unele de altele, formndmarginea n perie( de expl.la nefrocite, din tubii contori ai nefronului).

Platoul striat cuprinde numeroi microvili (300-3000/enterocit)uniformica lungime (0,6-0,8m) i diametru (200 nm), mbracati n glicocalix.Plasmalema microvililor conine ATP-azi un numr mare de transportori.Citoplasma microvililor cuprinde n zona centralmicrofilamente (10-40) deactin, dispuse paralel cu axul lung al microvilului.(Fig.3.11)

Microfilamentele de actinse insercu un capt pe plasmalema polului apical almicrovilului, iar la polul bazal al acestuia se termin ntr-o reea perpendicular defilamente de actin i miozin, denumit buton terminal, ce are rolul de a menine

poziia microvilului. Mnunchiul de microfilamente din microvil este legat de plasmalem,


33/282

26

din loc n loc,printr-o protein, denumit fimbrin.Aceste legturi formeazo scar, nspiral, de-a lungul microvilului.

Fig.3.12.Cili- aspect, structuri ultrastructurA-Epiteliu pseudostratificat prismatic cilat; B-Celule prismatice ciliate,polulapical;C-Seciune transversalprin cil.

Cilii (cilium,a)pot fi mobili (sau vibratili) i rigizi (sau stereocili).Cilii mobili (kinetocilii) sunt prezeni la polul apical al celulelor

epiteliale din mucoasa aparatului respirator sau a oviductului. Au o lungimede 5-15 m, o grosime de 0,2 m. unt formai din trei poriuni: - tija sauporiunea liber, -corpusculul bazal i rdcina.

Tija (pars extracellularis)conine o matrice electrono -dens, plasatla periferie i un complex filamentos axial (sau axonema)(filamentumaxiale), format din 10 perechi de tubuli longitudinali: -o pereche central


34/282

27

(microtubulus centralis) i - nou perechi periferice (diplomicrotubulusperiphericus), dispuse n jurul perechii centrale.

Corpusculul bazal (corpusculum basale) are un aspect cilindric icuprinde n structura sa nou dublete sau triplete (triplomicrotubulus)periferice de microtubuli, lipsndu-i perechea central. Coordoneazmicarea cililor.(Fig.3.12)

Rdcina (radix basalis) cilului este format din dubletele sautripletele periferice ale corpusculului bazal care ajung n citoplasma poluluiapical al celulei ciliate. Are rolul de a ancora cilul n citoplasm, prezintproprieti contractile i particip la conducerea stimulilor recepionai de

poriunea liber.

Stereocilii sunt cili rigizi, n structura crora lipsete perechea demicrotubuli centrali, avnd numai cele noudublete periferice. Se ntlnescpe polul apical al celulelor din epiteliul epididimului.

Flagelul (flagellum) are n axonem o pereche central i nouperechi periferice de microtubuli. Este prezent n alctuireaspermatozoidului.


35/282

28

(microtubulus centralis) i - nou perechi periferice (diplomicrotubulusperiphericus), dispuse n jurul perechii centrale.

Corpusculul bazal (corpusculum basale) are un aspect cilindric icuprinde n structura sa nou dublete sau triplete (triplomicrotubulus)periferice de microtubuli, lipsndu-i perechea central. Coordoneazmicarea cililor.(Fig.3.12)

Rdcina (radix basalis) cilului este format din dubletele sautripletele periferice ale corpusculului bazal care ajung n citoplasma poluluiapical al celulei ciliate. Are rolul de a ancora cilul n citoplasm, prezintproprieti contractile i particip la conducerea stimulilor recepionai deporiunea liber.

Stereocilii sunt cili rigizi, n structura crora lipsete perechea demicrotubuli centrali, avnd numai cele noudublete periferice. Se ntlnescpe polul apical al celulelor din epiteliul epididimului.

Flagelul (flagellum) are n axonem o pereche central i nouperechi periferice de microtubuli. Este prezent n alctuireaspermatozoidului.

3.4. Jonciunile celulare

Jonciunile celulare (junctio intercellulares) sunt structuri stabile princare plasmalemele celulelor interacioneazspecific.

Tipuri de jonciuni celulare

Spaii intercelulareA. Jonciuni simple Jonciuni denticulate

Jonciuni digitiforme

Jonciuni de adezivitateDesmozomi n pat

Desmozomi n bandHemidesmozomi

B.Jonciunicomplexe

Jonciuni impermeabile Jonciuni focale

Jonciuni decomunicare

C. Complexejoncionale


36/282

29

Fig.3.13.Tipuri de jonciunicelulare

A-Jonciuni impermeabile -zonula occludens; B-Desmozomi nband- zonula adherens; C-Desmozomi n pat - maculaadherens; D-Jonciuni permeabile -gap.

In raport cu structuralor, se descriu jonciunisimple, jonciuni complexei complexe joncionale(jonctio intercellularis

complex). n cazuljonciunilor simple (junctiointercelluaris simplex),

ntre plasmaleme exist un spaiu (de cel puin 30 nm) prin care pot trecetoate tipurile de molecule existente n mediul intercelular. Dupaspectul lor,

jonciunile simple sunt de trei feluri : - spaii intercelulare, - jonciuniintercelulare denticulate (junctio intercellularis denticulata), i - jonciuniintercelulare digitiforme (junctio intercelluaris digitiformes).

n raport cu funciile lor , se disting trei categorii de jonciunicomplexe: -de adezivitate, - impermeabile i -de comunicare.(Fig.3.13)

3.4.1.Jonciunile de adezivitatesau dezmozomii.Desmozomii (desmosoma)sunt jonciuni ce confero mare rezisten

mecanicunor esuturi i organe, solicitate n acest sens . Se prezintsubtrei forme, toate ntlnite n esuturile epiteliale: 1-desmozomi n pat; 2-desmozomi n band; 3-hemidesmozomi.

Desmozomii n pat (macula adherens) .Se mai numesc idesmozomi n "spot", n "nit", sau macula adherens (macula = pat, nlimba latin). Sunt prezeni mai ales n esuturile epiteliale de acoperire. n

alctuirea lor intr urmtoarele componente: 1- plasmalemele adiacente,dispuse paralel, la o distan de 25-30 nm; 2-un material proteic,intercelular dens la fluxul de electroni, cu aspect filamentos, bisectat de odensificare central,bogatn glucide i calciu; 3-densificri intracelulare, nformde disc, ataate de plasmalele joncionate; 4-dispozitive de legtursau linkeri,reprezentai de microfilamente, ce se detaeazdin materialuldens intercelular, strbat plasmalemele i apoi discurile intracelulare,pentru a se ancora la microfilamentele citoscheletului;


37/282

30

5-elemente citoscheletale, respectiv microfilamente de actinsau filamenteintermediare de cheratin, care se numesc tonfilamente.(Fig.3.14)

Fig.3.14Desmozom npat-schem1 - Plasmalemele

adiacente;2- Spaiu imaterialintercelular;3-Discuriintracelulare;4-Linkeri;5-Tonofilamente.

Desmozomii n band (zonula adherens) sau n panglic(zonula=panglic, n latin) sunt prezeni la polul apical al celulelorepiteliale i la nivelul segmentelor transversale ale discurilor intercalarecardiace.

Prezinto structurasemntoare cu cea a desmozomilor n pat, cu

urmtoarele deosebiri: -spaiul intercelular, de 15-25 nm este mai srac nmaterial electronodens; -densificrile intracelulare, de pe faa intern aplasmalemelor joncionate, nu au formde disc, ci de bandsau panglic.(Fig.3.15)

Hemidesmozomii (sau semidesmozomii) (hemidesmosoma)reprezint o varianta desmozomilor n pat, prin care se leag celuleleepiteliale de membranele bazale. Prezint numai jumtate din structuradesmozomului n pat, n sensul c, pe frotul citoplasmatic al plasmalemeiexistun disc, care se leagde membrana bazalprin filamente.


38/282

31

Fig.3.15. Schema desmozomilor n band(zonula adherens)A-Densificri intracelulare n band; b-Spaiul intracelular.

3.4.2.Jonciunile impermeabile

Sunt dispuse n panglic, fapt pentru care se mai numesc zonula

occludens ( saujonciuni strnse).Se caracterizeaz prin obliterarea spaiului intercelular, deoarecemembranele adiacente se apropie complet sau se sudeazpentru a formastructuri pentalaminate sau heptalaminate. La realizarea acestor jonciuniparticip proteine transmembranare, care se dispun n iruri gemenepentru a construi dispozitive ce se conecteaz "n fermoar" pe feeleexterne ale membranelor adiacente. Pe feele interne , proteineletransmembranare sunt "ancorate" prin intermediul unor microfilamente lacitoscheletul matricei.


39/282

32

Fig.3.16.Schema jonciunilor impermeabile

A-,B-Plasmalemele adiacente; C-Proteine transmembranare;D-Spaiu intercelular; E-Enterocit; F-Citoscheletul matricei.

Aceste jonciuni mpiedicscurgerea fluidelor printre celule, inclusiv amicromoleculelor, care sunt obligate s treacprin celul. Sunt ntlnite laporiunile apicale ale celulelor care delimiteazlumenul intestinului. Astfel,glucoza este pompatactiv din lumenul intestinal n celulprin suprafaapolului apical, dupcare trece n snge prin difuziune facilitatmediatdetransportorii situai n zonele bazo-laterale ale plasmalemei, pe care opolarizeaz funcional ntr-un domeniuapical i altul latero-bazal.Totodat,

jonciunile strnse mpiedic Retrodifuziunea glucozei din spaiulintercelular n lumenul intestinului.(Fig.3.16).

Jonciunile strnse au aspecte diferite, n funcie de esutul epitelialn care sunt prezente. Astfel, jonciunile strnse de la polul apical alcelulelor din tubul contort proximal al nefronului au o rezisten relativsczut, fiind formate numai din unul sau dou iruri de proteinetransmembranare. La nivelul celulelor epiteliale din mucoasa vezicii urinare,

jonciunile strnse conin ase sau mai multe iruri de proteinetransmembranare, nct se realizeaz o jonciune puternic, extrem de


40/282

33

greu de traversat. La nivelul barierei hematoencefalice, jonciunile strnseexistente ntre celulele endoteliale ale vaselor din encefal realizeaz o

protecie eficientpentru esutul nervos, permind ns trecerea glucozei(principala sursde energie) din snge n creier i trecerea, n sens inversa bioxidului de carbon, rezultat din respiraia celulelor nervoase.

Jonciunile celulare strnse se caracterizeaz prin: -flexibilitate isiguran; - formarea unor bariere chimice i fizice intercelulare; - conferireaunei polariti a celulelor angajate n jonciuni; -apariia de timpuriu, ntrecelulele embrionare, iniial sub form de macule, care se extind treptat,lund formde zonule.

Jonciunile focale reprezint o variant a jonciunilor strnse, n

care membrana celulei se apropie de substratul de adezivitate pnla 10-15 nm. Pe faa extracelular a membranei sunt prezente filamenteglicoproteice de fibronectin, iar pe faa intracelular se aglomereazfascicule de microfilamente de actin i vinculin, care se leag deplasmalem prin intermediul unor densificri adiacente membranei. ntrefilamentele de fibronectin i microfilamentele de actin i vinculin serealizeaz dispozitive transmembranare de legtur (de 8-20 nm),denumitefibronexuri.

3.4.3.Jonciunile de comunicarePermit trecerea unor molecule mici dintr-o celuln alta i sunt de dedoutipuri: jonciunile permeabile i sinapsele.

Jonciunile permeabile,de tip gap, nexussau macula comunicanssunt realizate prin structuri proteice, denumite conexoni, ce strbatplasmalema, proeminnd de o parte i de alta a bistraturilor lipidice alemembranelor adiacente. Sunt rspndite n diferite tipuri de esuturi,reprezentnd principala cale de comunicare intercelular. Permit schimburirapide de molecule, fcnd posibil o cooperare metaboliceficient.Spaiul intercelular (spatium intercellulare) este foarte ngust (2-

4nm). n momentul realizrii jonciunii permeabile, conexonii din cele douplasmaleme se aeazcap la cap, formnd canale directe de comunicare

ntre citoplasmele celor dou celule, fr deschideri n spaiulintercelular.(fig.3.18).


41/282

34

Fig.3.17Schemajonciunii permeabile(gap)1-Plasmalemeleadiacente;2-Spaiu intercelular;3-Conexoni;4-Canale intercelulare.

Fig.3.18.Diagramaschimburilor moleculare prin

jonciunile gap.

Un conexon are o form deprism hexagonal cudiametrul de 7-8 nm i estealctuit din 6 subunitiproteice (oligomeri).Subunitile delimiteaz uncanal hidrofil cu diametrul

reglabil. Ionii de calciu intracelular (Ca2+) modific diametrul canalului,controlnd astfel comunicarea intercelular.

Canalul hidrofil al jonciunii gap permite trecerea dintr-o celuln altaa ionilor i a unor molecule cu greutate sub 1.000-1500 daltoni, precum:glucide, aminoacizi, nucleotide, hormoni, vitamine,etc. Nu pot s treacmacromoleculele (proteine, acizi nucleici, etc.), dar sunt de 10.000 ori maipermeabile pentru ionii metalici dect restul suprafeei membranei.


42/282

35

n culturile de celule, jonciunile de tip gap se organizeaz foarterapid, din proteinele existente n plasmalem, care se grupeaz n

conexoni. Ele permit schimbul unor molecule de mrimi medii, canucleotizii.Jonciunile gap sunt necesare mai ale n situaiile n care celulele

trebuie s acioneze simultan, n grup, cum este cazul celulelorembrionare, pe cale de difereniere sau ntre celulele musculare (cardiacei netede), nervoase i endocrine.

3.4.4.Complexele joncionaleCuprind jonciuni strnse spre frontul luminal i desmozomi spre

frontul latero-bazal. Sunt ntlnite, mai ales, ntre celulele din epiteliile

intestinale i renale. n complexele joncionale sunt prezente toate tipurilede legturi intercelulare necesare pentru ndeplinirea funciilor specificeesuturilor respective.(fig.3.19)

Fig.3.19. Complexe joncionalen epiteliul intestinului subire.A-Micvrovili;B-Jonciuniimpermeabile; C-Desmozomi nband; D-Desmozomi n pat;E-Filamente din citoschelet;F-Jonciuni permeabile;G-Hemidesmozomi;H-Mebrana bazal.


43/282

36

3.5. Receptorii din membrane

Receptorii din membrane sunt dispozitive moleculare proteiceintramembranare, cu ajutorul crora se intercepteazsemnalele, ce sosescpe cale nervoassau umoral.

Receptorii din membrane

Denumire

Liganzi

= mesageriextracelulari (de

ordinul I)

Receptori

pentru:

Mediatori chimicilocali

Mediatori chimici locali

Hormoni hidrofili(insulina,glucagonul,etc)

Hormoni

Hormoni hidrofobi (Hormoni steroizisexuali)A.

Receptoripentru

substaneendogene

Neurotransmittori

Acetil colinaAdrenalina

NoradrenalinaDopamina, serotonina

GABA= Acidul gama aminobutiricAcidul aspartic

Subst. imunogeneAntigene endogene

AnticorpiComponentele complementului

B.Receptori

pentrusubstaneexogene

VirusuriAntigene non selfToxine microbiene

Lectine, etc

AdenovirusuriMixovirusuri

Antigene nonslefToxine microbiene

Lectine,etc


44/282

37

Toate substanele care se leagde receptori i moduleaz(modific)funcia celular se numesc liganzi. Liganzii sunt substane, produse de

celule specializate, care acioneaz n mod specific asupra unui grup decelule "int", producnd-le modificri ale activitii . Ei sunt denumii imesageri extracelulari sau mesageri de ordinul I, cei mai cunoscui fiindhormonii i neurotransmitorii.

Liganzii acioneaz n cantitate foarte mic (10-8 M), iar receptorii ileagcu o constantde afinitate mare (K=108litri/mol).

Exist dou mari categorii de receptori n membrane: receptoripentru substane endogene i receptori pentru substane exogene.

3.5.1. Receptorii pentru substane endogene

Se cunosc mai multe categorii de molecule semnal (de liganzi) denatur endogen (produse de organism): 1-mediatori chimici locali; 2-hormoni; 3-neurotransmitori; 4-substane imunogene.

Mediatorii chimici locali sunt secretai de unele tipuri de celule iacioneaznumai asupra celulelor din imediata lor vecintate. Ei sunt rapidcaptai i distrui.(Fig.3.20).

Hormonii sunt substane endogene produse de celulele glandelorendocrine. Pe cale sanguin, ajung la celulele int din diferite organe,acionnd la distane mari de locul de producere.

Neurotransmitorii sunt substane endogene produse de neuroni ieliberate la nivelul sinapselor chimice. Ei acioneaz numai asupraneuronilor agajai n sinaps.Hormonii i neurotransmitorii sunt considerai mesageri de ordinul I.Hormonii au o compoziie chimic variat, putnd fi substane steroide(hormonii sexuali) sau polipeptide ( ca de expl. hormonii pancreatici itiroidieni). Hormonii steroizi ptrund n celul, traversnd bistratul lipidic, pecnd cei polipeptidici se cupleaz cu receptorii specifici din membran,acionnd de la acest nivel.

Substanele imunogenesunt reprezentate de : -antigene endogene; -

anticorpi; - componentele complementului.Receptorii pentru neurotransmitori sunt situai n membrana

postsinaptica celulelor nervoase, n membrana celulelor musculare sau aaltor celule efectoare. Ei recepioneaz acetilcolina, noradrenalina,dopamina, serotonina, adrenalina, histamina, acidul gama-aminobutiric,acidul aspartic, encefalina,etc.


45/282

38

Fig.3.20. Molecule semnal endogene.

Receptorii pentru hormoni auo localizare diferit n celul, nfuncie de tipul hormonului, hidrofilsau hidrofob.Hormonii hidrofili (insulina,glucagonul, adrenalina, hormoniihipofizari, parathormonul,etc.) seataeaz de receptorii dinmembrana periferic, transmind

celulei informaia necesar pentrua-i modula activitatea. Dintrereceptorii hidrofili, cei mai binestudiai sunt receptorii pentruinsulin din membranahepatocitelor i adipocitelor.Ei au o mas molecular de300.000 daltoni, iar n membranaunei celule exist circa 10.000receptori pentru insulin

.

Hormonii hidrofobi (steroizi itiroidieni) traverseaz membranacelulei inti se leagde receptorii

membranelor intracelulare.Receptorii pentru substanele imunogenesunt de trei feluri: 1-pentru

antigene endogene; 2- pentru anticorpi; 3- pentru complement.Receptorii pentru antigene endogene sunt mai numeroi pe

membrana limfocitelor T, sunt codificai genetic i au capacitatea srecunoasc structurile moleculare "self" (proprii organismului respectiv).Ei

pot fi prezeni i n membrana unor celule neimunogene (expl. nmembrana enterocitelor.)Receptorii pentru anticorpi sunt receptori Fc, pentru fraciunea

cristalizabil a imunoglobulinei G. Ei sunt prezeni n membrana celulelordin sistemul fagocitelor mononucleare. n membrana bazofilelor imastocitelor se gsesc receptori pentru imunoglobulina E.

Receptorii pentru complement leag cea de a treia component acomplementului de suprafaa celulei, fiind caracteristici celulelor dinsistemul fagocitelor mononucleare.


46/282

39

3.5.2.Receptorii pentru substane exogeneSunt receptoripentru:- virusuri, capabili srecunoascadenovirusuri, mixovirusuri,etc.;- antigene nonself (strine de organism); sunt prezeni pe suprafaa

limfocitelor B i au o structur molecular asemntoareimunoglobulinelor.Aceti receptori determin transformarea blastic alimfocitelor B, dupcontactul cu antigenul.

- toxine microbiene. Sunt prezeni n membrana celulelorimunocompetente.

- lectine.Lectinele sunt substane proteice sau glicoproteice, extrase

din esuturi vegetale sau animale, capabile s formeze puni ntreglicoproteinele membranare.

3.5.3.Mecanismul de aciune al receptorilor.

Receptorii din membranele de suprafa sunt activai n majoritateacazurilor de molecule semnal (liganzi) hidrofile.

Moleculele semnal hidrofile nu pot strbate membrana celulardectdup ce se leagde receptorii specifici. Sub influena diferiilor liganzi se

produc modificri metabolice n celulele int. Ataarea liganzilor dereceptori se realizeazprin legturi hidrofobe i legturi de hidrogen ( ca deexemplu legarea insulinei de receptori ). Legturile sunt labile i strictdependente de concentraia liganzilor din mediul extracelular.

Efectele aciunii complexului ligand-receptor asupra celulelor constaun: modificri structurale ale membranei celulare i modificri funcionaleale membranelor.

Modificrile structurale ale membranei celulare se manifest prinredistribuirea receptorilor, rspndii la ntmplare nainte de interaciunealigand receptor. Dup contactul ligand-receptor, receptorii se grupeaz la

suprafaa membranei n zone delimitate sau "plaje".(Fig.3.21)Acest lucru se poate realiza datorit fluiditii bistratului lipidic, nct

mai multe molecule de ligand pot aciona asupra mai multor receptorinvecinai. Astfel n limfocitele B, lectinele pot induce formarea unoragregate receptor-ligand de dimensiuni mari, denumite cupole, unde sedeclaneazun proces de endocitoz.


47/282

40

Fig. 3.21. Redistribuirea receptorilor din membrana celular

Modificrile funcionale ale membranelorconstau n:1- Modificri de permeabilitate a membranei, caracteristice pentruliganzi de tipul neurotransmitorilor. n acest sens, acetilcolina se leagdereceptorii din membranele postsinaptice ale fibrelor musculare,determinnd creterea permeabilitii membranei pentru ionii din mediulextracelular.

2- Inducerea de endocitoz, care se produce cnd ligandul este osubstanendogen, vehiculatpe cale umoral.

3- Ptrunderea din mediul extracelular a unor ioni cu funcie demesageri de ordinul II. Astfel, ionii de calciu ptrund n celul dup ce

neurotransmitorii se leag de receptorii din membranele post sinapticeale jonciunii neuromusculare.

4- Activarea unor enzime din membrana celular. Se produce cndliganzii sunt hormoni hidrofili. Asfel se activeaz adenilat ciclaza ce vacataliza sinteza, pe faa intern a membranei, a adenozin 3' - 5'monofosfatului ciclic (AMP-c) sau va determina fosforilarea proteinelorcelulare. Activarea adenilat ciclazei se realizeazcu ajutorul unor proteinereglatoare.(Fig.3.22)

Dupactivarea adenilat ciclazei, n citosol crete cantitatea de AMP-c(considerat mesager de ordinul II) , amplificndu-se semnalul hormonal.Totodatse activeazi o proteinkinazcare controleazfosforilarea maimultor molecule proteice, stimulnd procesele metabolice din celul.Sinteza de AMP-c poate fi blocatde unele prostaglandine care acioneazprin inhibarea aciunii adenilat ciclazei.

n unele maladii este implicat, n mod direct disfuncia receptorilordin membran. Astfel, n "miasthenia gravis" este inactivat receptorulpentru acetilcolin de la nivelul plcii neuromusculare, iar nhipercolesterolemia genetic sunt abseni sau nefuncionali receptoriipentru colesterol.


48/282

41

Fig.3.22. Activarea unor enzime din membrana celular

Exist afeciuni ale receptorilor care constau n blocarea funcieiautoimune prin autoanticorpi antireceptori.

Asfel, autoanticorpii pentru receptorii de insulin pot aciona cainsulinomimetici (activnd receptorii) sau ca blocani ai acestora (ndiabetul insulinorezistent). Autoanticorpii care stimuleaz receptoriidopaminei pot constitui cauze ale scizofreniei, iar imunoautoanticorpii betaadrenergici sunt implicai n afeciunile asmatice. n procesul de mbtrnirei n unele boli neuropsihice (la om) s-a observat o modificare a densitiireceptorilor.

3.6.Schimburile prin membran

Prin membrana celularse efectueazschimbul de substane, fie printraversarea diferitelor structuri ale acesteia, sau pe calea transportului nmas, cu ajutorul veziculelor, furnizate de membrana celular.

Bistratul lipidic funcioneaz ca o barierde difuziune pentru api

alte molecule hidrofile, n timp ce moleculele liposolubile, oxigenul ibioxidul de carbon l trec cu uurin.3.6.1.Transportul transmembranarRealizeaz schimburile de molecule mici i ioni (de unde i

denumirea de microtransport) ntre celul i mediul extracelular.ndeplinete urmtoarele funcii:

Preia din mediul extracelular o serie de combustibili metabolicinecesari meninerii vieii celulei i activitilor ei metabolice;


49/282

42

Elimin n mediul extracelular compui fiziologici necesariorganismului (substane secretate), precum i substane toxice toxice ,

rezultate din activitatea celulei;Regleazvolumul celulelor;Asigur meninerea ph-ului intracelular i compoziia ionic la

valori ct mai favorabile desfurarii activitii metabolice celularte;Produce diferene de concentraii (gradiente ionice), care permit

desfurarea unor activiti biologice complexe, cum snt excitabilitateanervului i a muchiului.


50/282

42

Preia din mediul extracelular o serie de combustibili metabolici

necesari meninerii vieii celulei i activitilor ei metabolice;Elimin n mediul extracelular compui fiziologici necesariorganismului (substane secretate), precum i substane toxice toxice ,rezultate din activitatea celulei;

Regleazvolumul celulelor;Asigur meninerea ph-ului intracelular i compoziia ionic la

valori ct mai favorabile desfurarii activitii metabolice celularte;Produce diferene de concentraii (gradiente ionice), care permit

desfurarea unor activiti biologice complexe, cum snt excitabilitateanervului i a muchiului.

Transportul prin membrane

Denumire Modaliti Mecanisme

A.Transport pasiv Difuziune simplPori

Canale molecularetransmembranare

Difuziune facilitat Crui proteici moleculariTransport prin pompe ionice Pompa de Na+- K+

Pompa de Ca 2+

B. Transportactiv

Transport cuplat Pompare molecular

Translocare de grup

EndocitozaFagocitoza

Pinocitoza frreceptoriPinocitoza mediatde receptori

C. Transportul nmas

Exocitoza

Transcitoza

Transcitoza distributiv

Transcitoza conectiv

n funcie de mecanismele care intervin n micarea moleculelor prinmembrana celularse deosebesc dou forme de transport : a-transportulactiv i b- transportul pasiv. (Fig.3.23).

3.6.11.Transportul pasivRealizeaz trecerea moleculelor mici n sensul gradientului de

concentraie, iar a ionilor n sensul gradientului electrochimic. Se face frconsum de energie, fiind independent de metabolismul celular.


51/282

43

Exist dou modaliti de realizare a transportului pasiv prin:difuziune simpli prin difuziune facilitat.

Transportul pasiv prin difuziunesimpl. Se face lent, ntructrestructurarea permanent a membranelor biologice este o dificultatepentru difuziune.Este supus legilor difuziunii i osmozei, fiind dependentnumai de fore fizice.

Fig.3.23. Transportul transmembranar.1-Bistrat lipidic;2-Proteine transmembranare;3-Molecule transportate;4-Difuziune simpl;5-Difuziune facilitat; 6-Transport activ;7-Sensul gradientului electrochimic.

Moleculele mici liposolubile difuzeaz prin bistratul lipidic, iar celehidrosolubile trec prin orificii mici canale sau pori hidrofili situati n bistrat,delimitai de proteine transmembranare. Canalele transmemebranare au undiametru de 1 nm, fiind specializate i selective. Vasopresina stimuleaztransportul prin canale i pori mrindu-le diametrul pn la 2-3 nm.(Fig.3.24)

Fig.3.24. Transportul prin canalei pori.

1-Por; 2-Bistrat lipidic; 3-Proteinetransmembranare; 4-Ion.

Transportul prin difuziunefaciliat. Este mult mairapid (de cca.100.000 ori)dect cel prin difuziune simpl,permind trecerea prinmembran a unor substane

greu solubile n lipide i cu o masmolecularrelativ mare.


52/282

44

Se ntlnete frecvent la hepatocite,unde, n acest mod, se transport

glucoza,aminoacizi,etc.(Fig.3.25.) Fig.3.25.Tranportori de tipcanal i cru.1-Bistrat lipidic; 2-Canal; 3- Crusautranportor mobil.

Se realizeaz cuajutorul unor moleculeproteice din compoziiamembranei cu rol decrui.

Astfel, pe membrana

hepatocitului exist 800.000 de crui, iar fiecare cru transport 100molecule de glucozpe secund.

Transportul prin difuziune facilitat se efectueaz n sensulgradientului de concentraie i duce la echilibrarea concentraiilor peambele fee ale membranei, ns viteza de transport este directproporionalcu concentraia lor. n raport cu numrul speciilor transportateexisttransport uniport, simport i antiport. (Fig.3.26.)

Fig.3.26. Tipuri de transport, n

funcie de sens i numrul speciilortransportate1-Bistrat lipidic; 2-Protein transportor; 3-Molecule transportate; 4-Uniport: 5-Sinport;6-Antiport.

3.6.1.2.Transportul activSe realizeaz mpotriva gradientelor de concentraie sau a

gradientelor electrochimice, producnd o cretere a concentraiei pe o faa membranei. Solicit cheltuial de energie, care este furnizat demetabolismul celular, fiind metabolic dependent. Unele celule naltdifereniate (fibre musculare, neuroni) i procur energia necesartransportului pe cale aerob, prin producere de ATP. Hematiile i producmoleculele de ATP necesare pentru transport prin glicoliz.

Existmai multe tipuri de transport activ, n funcie de modul n careeste folositenergia:


53/282

45

1-Tranportul activ prin pompe ionice, n care proteinele ce efectuiaztransportul folosesc direct energia din ATP, avnd proprieti ATP-azice (

de descompunere a ATP-ului).2-Trasportul cuplat (sau cotransportul), n care se folosete energiagradientelor ionice, substanele de transportat (glucide, aminoacizi) fiindcuplate cu unii ioni (Na+).

3-Translocarea de grup, ntlnit la unele bacterii, care folosesc casursde energie fosfoenolpiruvatul.

Transportul prin pompe ionice.Pompele ionicesunt protein-enzime din compoziia plasmalemei care

transport ionii ntr-o direcie termodinamic nefavorabil, mpotrivagradientului electrochimic sau de concentraie.

n organism se cunosc pompe transportoare pentru ioni saucationi,existnd pompe pentru un singur ion (Ca2+sau Mg2+) sau pentru doiioni (pompa de Na+i K+).

Pompa de Na+- K+ este ce a mai bine cunoscut.(Fig.3.27)

Fig.3.27.Organizareamolecular apompei ionice deNa

+- K

+

1-Plasmalema;,-Proteinetransmembranare

n condiii normale, ionul de potasiu (K+) se gsete ntr-oconcentraie mai mare (de cca. 15 ori)intracelular, n timp ce ionul de sodiu(Na+) are o concentraie mai mare extracelular. Gradientele ionice(diferenele de concentraii) sunt meninute printr-un sistem special detransport, denumit pompa de Na+-K+.

Pompa de Na+-K+a fost studiatpe membranele hematiilor, unde s-aconstatat o deplasare concomitenta Na+extracelular (spre o concentraiemai mare), iar a K+intracelular (tot spre o concentraie mai mare), contrargradientelor de concentraie. Energia necesaracestui transport se obine


54/282

46

prin hidroliza ATP-ului, care este realizat de ctre o enzim dinplasmalem, denumit Na+-K+-ATP-az, deoarece acioneaz numai n

prezena ionilor de Na+

,K+

i a unei concentraii favorabile de Mg2+

.Aceast enzim este o glicoprotein mare, un tetramer cu o greutatemolecularde 270.000 daltoni.

Fig.3.28.Transportul cuplat prin pompare molecular.

Pompa de Ca2+sau Ca2+-ATP-azaasigurtransportul ionilor de Ca2+prin sistemul de membrane ale reticulului endoplasmic din fibrelemusculare.

Exist i pompe pentru anioni, precum pompa de clor (Cl-) dincelulele parietale ale glandelor gastrice sau pompa de iod (I-) din tiroid.

Transportul cuplat (sau mecanismul de pompare molecular)utilizeaz, pentru transportul unor molecule (glucoz, aminoacizi), energiacare rezult din micarea Na+ mpotiva gradientului de concentraie i algradientului electric. Aceastenergie poate fi folositpentru introducerea ncelula unor substane nutritive. (Fig.3.28).

Glucoza este pompatdin mediul extracelular n celule (enterocitesau nefrocite) odatcu ionii de Na +cu ajutorul unei uniti proteice detransport. Dupptrunderea n celul, glucoza se decupleazde ionii deNa+, care sunt pompai n afara celulei printr-o Na+-K+-ATP-az.


55/282

47

3.6.2. Transportul n masEste procesul prin care celulele preiau din mediul extracelular

particule de naturdiferit, prin formarea de vezicule pe seama membraneicelulare. n funcie de direcia n care se deplaseazveziculele deosebimtrei tipuri de transport n mas: 1-exocitoza; 2-endocitoza; i 3-transcitoza.

3.6.2.1. ExocitozaExocitoza este procesul prin care celulele i descarc n mediul

extracelular produsele secretate sau alte materiale pemtru export.Produsele pentru export se colecteaz n vezicule intracitoplasmatice(vesicula cytoplasmatica, care se deplaseazdinspre complexul Golgi spremembrana celular, fie n mod spontan, fie dupstimularea celulei de ctreunii factori secretagogi (hormoni, neurotransmitori, factori de eliberare).

Deschiderea veziculelor i eliminarea coninutului n spaiul extracelular sedatorete contraciei microfilamentelor, n prezena moleculelor de ATP , de

AMP-c ia ionilor de Ca2+.n celulele exocrine, exocitoza este limitat ladomeniul apical (luminal) al plasmalemei.

Fig.3.29.Transportul prin vezicule (n mas).

A-Endocitoza; B-Exocitoza; C-Transcitoza.1-Plasmalema; 2-Fagozom; 3-Lizozom primar; 4-Lizozom secundar;5-Vezicule

de secreie; 6-Vezicule de transport.

Exocitoza este prezent i la nivelul sinapselor, unde veziculele ceconin mediatori chimici (acetilcolin, noradrenalin) fuzioneaz cumembrana presinaptic. Mediatorii sunt eliberai n spaiul sinaptic, dupcare se leag de receptorii specifici din membrana postsinaptic,producnd depolarizarea ei i transmiterea influxului nervos.

3.6.2.2. Endocitoza


56/282

48

Endocitoza este procesul prin care celulele preiau din mediulextracelular molecule mari ( cu greutate molecular mai mare de 10.000

daltoni), prin intermediul unor vezicule, care se formeaz din membranacelular. n acest fel se poate realiza nutriia celulei, purificarea mediuluiextracelular i unele procese de aprare imunitar.

Dupnatura materialului endocitat i dupmodaliatea de ingestie sedisting doutipuri de endocitoz: 1-fagocitoza (de lagrecescul phagein = amnca) sau endocitoza de molecule i particule solide,microorganisme(bacteriene sau virale), macromolecule alterate, detritus celular, celule

ntregi, etc. nensoite de fluid; 2- pinocitoza ( de la grecescul pinein = abea) sau endocitoza de fluid, ce conine molecule sau particule.

3.6.2.2.1.Fagocitoza

n condiii normale i patologice, pot participa la fagocitoz un marenumr de tipuri celulare, denumite generic fagocite. n funcie de mrimeaparticulelor pe care sunt capabile s le nglobeze, se disting microfage,care nglobeaznumai particule mici (exemplu neutrofilele) i macrofage,care nglobeaz particule mari, existnd macrofage mobile ( monocitelecirculante) sau macrofage fixe (histiocitele din esu

ORGANIZARE CELULARA

Documents

Transcript of ORGANIZARE CELULARA