Subiecte Biologie celulara si moleculara

Subiecte Biologie celulara si moleculara

1.

8.Principalele componente ale celulei eucariote: nucleul si citoplasma

Celula eucariota este alcatuita din: membrana celulara, nucelu si citoplasma.

Nucleul contine un invelis propriu si o nucleoplasma, care, la randul sau, e formata din doua subdiviziuni. Invelisul nucleului este dublu, iar foita externa prezinta pori nucleari. Cromozomii sunt alcatuiti din complexe de ADN si proteine histonice.

Citoplasma, un citosol (matrice citoplasmatica), contine organite delimitate de membrane: REN, RER, aparatul Golgi, lizozomi, mitocondrii si peroxizomi.

Structura celulei variaza foarte mult in functie de perioadele ciclului celular. In general, fiecare celula are un ciclu celular format dintr-o interfaza (perioada dintre diviziunile celulare) si diviziunea celulara propriu-zisa.

La eucariote, inmultirea celulara se realizeaza prin diviziune indirecta: meioza si mitoza, forme evoluate de inmultire spre deosebire de procariote care se inmultesc prin sciziparitate (diviziune directa).

Cu ajutorul microscopului optic s-a dovedit heterogenitatea citoplasmei ce prezinta o zona periferica, ectoplasma, care apare mai vascoasa, opaca si lipsita de organite celulare si o zona interna, endoplasma sau granuloplasma intrucat contine toate organitele celulare precum si granulatiile celulei, aceasta zona fiind mai luminoasa si mai putin vascoasa. Intre aceste doua zone nu exista granita, dar ele sunt diferite din punct de vedere functional. Ectoplasma participa la fenomenele de suprafata pe cand endoplasma reprezinta sediul proceselor metabolice ale celulei.

Dintre membranele intracitoplasmatice se evidentiaza membrana nucleara dubla, cu pori, membrana externa continuandu-se cu o retea de canale si cavitati ce formeaza reticulul endoplastic, acesta putand fi rugos (cu ribozomi) sau neted (fara ribozomi) ce apare ca un sistem vascular. Reticulul endoplasmatic permite desprinderea de vacuole ce fuzioneaza cu sacii aparatului Golgi din care se desprind vezicule de secretie ce-si varsa continutul la exterior dupa fuzionarea cu plasmalema, proces numit exocitoza. Din plasmalema se formeaza si vezicule de endocitoza (prin care patrund in citoplasma substante din mediul celular exterior).

Sistemul de mebrane intracitoplasmatic este interconectat. In citosol exista si ribozomi liberi si granule de glicogen, picaturi de lipide si diferentieri citoplasmatice ale citoscheletului (filamente si microtubuli), centriolii implicati in diviziunea celulara.

La celula vegetala se gasesc in citoplasma niste organite caracteristice, cloroplaste, cu rol in fotosinteza.

La exterior, membrana celulara externa este formata din polizaharide la celula vegetativa, in timp ce la cea animala structura membranei este trilaminata lipoproteica.

Nucleul este centrul genetic reprezentand „tezaurul” de informatie, dar si o „centrala cibernetica” a celulei (regleaza toate functiile sale).

9.Principalele componente ale celulei eucariote: membranele celulare

10.Organizarea generala a celulei eucariote (dimensiunile si formele celulelor eucariote)

Celula eucariota are o dimensiune sub 1nm. Diametrul celulei, in majoritate, este cuprins intre 10-30μm. Exista si cateva aspecte de exceptie:

•ovocitul uman are un diametru de 200μm;

•diametrele corpurilor multor neuroni se apropie de 100μm, dar prezinta prelungiri de ordinul metrilor;

•fibra musculara striata are diametrul de ordinul micronilor, dar lungimea de cativa cm.

Cele mai mici celule din organism sunt reprezentate de celulele granuloase (3-4 μm) si limfocitele mici (6μm). Forma celulelor variaza cu localizarea si cu tipul lor. In general, sunt prismatice cand sunt asezate in grupuri, sferice cand plutesc in mediu fluid, alungite, fusiforme.

Interdependenta dintre forma si functie e pregnanta in cazul hematiei care-si mentine forma de disc biconvac ce ofera suprafata maxima pentru un volum dat. Indeplinirea functiilor celulare specializate implica schimbarea formei celulare (fibra musculara).

11.Tipurile de membrane celulare

1)citoplasmatica (plasmalema)

Poate prezenta diferentieri speciale (jonctiuni, microvili, cili si flageli). Confera individualitate celulei separand-o de mediul inconjurator. Are o grosime de 6-10nm permitand efectuarea schimburilor de substante dintre celule si mediul exterior servind si la realizarea interactiunilor celulare cu alte celule. La unele bacterii si plante este dublata de peretele celular ce reprezinta a doua bariera de structura, diferita la eucariote de procariote.

2)membranele organitelor celulare

-cea a nucleului este dubla si prezinta pori;

-a reticului endoplasmatic (neted si rugos) are aspect de canale ce traverseaza intreaga citoplasma;

-la mitocondrii este dubla;

-aparatul Golgi prezinta o membrana formata din saci turtiti ce se afla in relatie de continuitate cu reticulul endoplasmatic;

-lizozomilor si peroxizomilor;

3)speciale

-teaca de mielina a celulelor nervoase (produsa de celulele Schwann) si discurile din segmentul extern al celulelor cu bastonas (din retina) suprapuse ca un fisic de monede;

12.Functiile membranei celulare

1)de bariera

Aceasta functie este indeplinita de plasmalema si de membranele organitelor celulare asigurand formarea unor spatii necesare desfasurarii unor reactii metabolice in conditii bune.

2) Membranele intervin direct in metabolismul celulei. La plante membrana interna a cloroplastelor converteste energia solara in energie chimica, iar la animale membrana interna a mitocondriilor converteste in ATP energia rezultata in urma fosforilarii oxidative. Membranele reticului endoplasmatic si ale aparatului Golgi participa la efectuarea unor reactii specifice.

3) Membrana controleaza fluxul de de informatie intre celula si mediul inconjurator.

Membrana contine receptori specifici pentru stimulii primiti de la exterior sau de la alte celule: miscarea bacteriilor spre hrana, raspunsul celulelor la legarea hormonilor si medicamentelor la plasmalema, perceptia luminii.

Prin semnale chimice si electrice membranele au capacitatea de a emite informatii: recunoasterea celulara, transmiterea influxului nervos.

4) Membranele pot suferi modificari functionale adaptative: proliferarea membranei reticului endoplasmatic neted sub actiunea medicamentelor ce urmeaza a se metaboliza in aceste membrane.

5) Membranele au rol in procesele de aparare ale celulelor, deci, in imunitate.

13.Compozitia membranelor biologice

Principalele componente ale membranelor biologice sunt proteinele si lipidele. Resturile glucidice sunt intotdeauna atasate proteinelor sau lipidelor si componente minore reprezentate de ioni si apa.

Dupa compozitie se disting trei tipuri de membrane:

1)mielina – contine mai ales lipide, putine proteine, de aceea functia de baza este cea de bariera;

2)membranele citoplasmatice ale celulelor animale contin lipide si proteine in proportii egale (50%) fiindca au functii enzimatice alaturi de rolul de bariera;

3)membrana interna a mitocondriilor sau cloroplastelor, dar si membranele citoplasmatice ale bacteriilor ce contin o cantitate mai mare de proteine (75%) intrucat contin mai multe enzime de membrana;

Cu cat cantitatea de lipide este mai mare cu atat functia membranei este mai mult cea de bariera.

17.Proteinele din membrana

Intervin in transportul activ indeplinind functii enzimatice si de receptori. In structura membranelor ce indeplinesc mai multe functii cantitatea de proteine este mai mare si dimensiunile lor sunt mai mici decat ale lipidelor normale. Exista doua tipuri de proteine de membrana:

1)proteine periferice localizate la exteriorul stratului lipidic unde prin forte electronostatice interactioneaza cu gruparile polare ale lipidelor

2)proteine integrale

Una din principalele tehnici folosite pentru caracterizarea proteinelor este electroforeza in gel de poliacrilamida in prezenta do-decil sulfatului de Na. Separarea proteinelor a fost perfectionata prin introducerea tehnicii de separare bidimensionala, astfel putandu-se observa ca in segmentul exterior al bastonaselor din retina rodopsina este singura proteina majora.

Mielina contine 3 proteine majore, sarcoplasma 2-3 proteine majore ca si sarcolema.

Alte membrane, ca cele mitocondriale, contin zeci de proteine diferite.

Exista numeroase modele de organizare a membranelor, dar cel mai acceptat este modelul de mozaic lipido-proteic al lui Singer si Nicholson (1971-1972) care considera ca proteinele si lipidele au o portiune hidrofoba si una hidrofila (amfipatice).

Partea hidrofila ar proemina in afara membranei fiind in contact cu mediul apos si cu gruparile polare ale fosfolipidelor, iar partea hidrofoba ar fi in interiorul membranei si ar interactiona cu acizii grasi din molecula fosfolipidelor.

Stratul dublu-lipidic este elementul structural de baza, iar proteinele pot fi atasate stratului dublu si chiar sa patrunda in interiorul acesteia traversand membrana dintr-o parte in alta.

Aranjarea proteinelor si lipidelor in membrana trebuie sa permita exercitarea maxima a fortelor de interactiune care sa asigure stabilitate moleculara. Pentru fosfolipide, gruparile polare trebuie sa aiba interactiuni maxime cu moleculele din apa in timp ce partea hidrofoba a moleculei trebuie sa fie sechestrata in interiorul membranei.

Miscarea de translatie a proteinelor a fost evidentiata prin tehnici de fluorescenta. S-a demonstrat ca proteinele de membrana difuzeaza intr-un minunt pe o distanta de cativa μm. Exercita si o miscare de rotatie in jurul unei axe perpendiculare pe planul membranei.

18.Enzimele din membrana (enzimele marker)

Localizarea specifica a unor enzime in membrana face ca acestea sa fie folosite ca enzime Marker fiind considerate enzime Marker urmatoarele: 5-nucleotidaza (pentru plasmalema), monoaminooxidaza (membrana externa a mitocondriilor), citocrom-oxidaza (membrana interna a mitocondriilor), adenozin-tri-fosfataza (membrana interna a mitocondriilor), gluco-6-fosfataza (reticulul endoplasmatic).

19.Suprafata celulara si glicocalixul

Glicocalixul este un invelis glucidic de suprafata format din gruparile glucidice ale glicoproteinelor si glicolipidelor din plasmalema, dar si din proteoglicanii secretati din celule si absorbiti pe suprafata celulelor.

Grosimea glicocalixului este mai mare, aproximativ 50nm pe suprafata celulei neangajate in interactiuni cu celulele vecine.

Exista un numar de peste 100 de monozaharide ce apar in natura, dar in membrane numai 9 sunt esentiale. Dintre acestea, glucoza, fructoza, manoza, galactozamina si glucozamina, acidul sialic.

Functiile glicocalixului:

-realizeaza adeziunea si adezivitatea intercelulara;

-asigura individualitate celulei;

-contine gruparile glucidice ale receptorilor aflati in plasmalema;

-avand sarcini electrice negative glicocalixul poate depozita ioni de calciu (Ca²⁺) care pot intra, la nevoie, in celula;

20.Jonctiuni de adezivitate (structura, localizare)

Se gasesc la nivelul celulelor din tesuturi supuse la forte mecanice mai mari:epiteliile muschiului cardiac si colul uterin. Exista trei tipuri in cadrul celulelor epiteliale:

a)dezmozomi „in centura” (Zonulae Adherentes)

Sunt formati dintr-un manunchi de filamente de actina ce inconjura intr-o banda capatul apical al celulelor epiteliale. Benzile dintre toate celulele vecine sunt situate la acelasi nivel, iar intre plasmaleme, in regiunea benzilor, se afla un materila filamentos ce tine celulele impreuna.

b)desmozomi „in pata” (Maculae Adherentes)

Sunt niste regiuni de cimentare intercelulara de forma rotunda formate din doua discuri dense numite placi citoplasmatice situate intre plasmalemele a doua celule vecine si din filamentele subtiri ce unesc cele doua placi strabatand plasmalema si spatiul intercelular. In fiecare plac citoplasmatica se afla ancorate filamente de keratina numite tonofilamente.

Spatiul intercelular are o grosime de 2 mm. La microscopia electronica se vad zone dense corespunzatoare placilor si filamentelor din spatiul intercelular precum si tonofilamentele din citoplasma.

c)hemo-desmozomii

Au numai o jumatate din structura dezmozomilor „in pata” deoarece se gasesc la partea bazala a celulei si vin in contact cu „lamina bazala” (mebrana bazala).

Desmozomii si hemo-dezmozomii realizeaza distribuirea fortelor mecanice in intreg epiteliu, dar si la tesutul conjunctiv subiacent.

21.Jonctiuni de comunicare (structura, localizare)

de comunicare sau „Gapp” (sinapse sau permeabile)

Acestia mediaza trecerea unor molecule mici intre doua celule ce interactioneaza. Jonctiuni Gapp exista si in cazul sinapselor electrice. In cazul sinapselor chimice celulele comunica indirect prin intermediul neurotransmitatorilor secretati de celula presinaptica ce difuzeaza prin spatiul sinaptic si se leaga de receptorii din membrana celulei postsinaptice.

Jonctiunea Gapp este cea mai raspandita in toate tesuturile animale. Este realizata prin jonctiuni proteice numite conexoni ce strabat plasmalemele si proemina de-o parte si de alta a stratului dublu-lipidic. Fiecare conexon e format din 6 subunitati proteice permeabile.

La formarea jonctiunilor permeabile conexonii celor doua plasmaleme se asaza cap la cap astfel realizand canale de comunicare intre citoplasmele celor doua celule. Canalele strabat spatiul intercelular gros de 2-4nm, adar interiorul canalelor e complet izolat de spatiul intercelular.

Rolul jonctiunilor Gapp:

-transmiterea influxului nervos in sinapse electrice;

-cuplarea electrica in miocard si intre celulele musculare din intestin asigurand contractia inimii si peristaltismul.

Aceste jonctiuni au caracter dinamic. Se mai gasesc in ficat, rinichi, piele, tiroida, glande salivare.

23.Functiile membranei celulare: difuziunea

Bistratul lipidic functioneaza ca o bariera de difuziune pentru apa si moleculele hidrofile. Dar moleculele liposolubile inclusiv O₂ si CO₂ trec usor prin membrana, permeabilitatea stratului bilipidic capata selectivitate datorita prezentei moleculelor de proteine inserate in strat. Aceste proteine reprezinta:

a)canale sau pori pentru diferiti ioni prin care are loc difuziunea pasiva (realizata in sensul gradientului de concentratie); ex: din plasmalema eritrocitului uman a fost izolata proteaza benzi 3 ce constituie canal pentru anioni (in special Cl^-).

b)transportori specifici pentru metaboliti precum aminoacizi, monozaharide, realizand difuziunea facilitata.

c)pompe ce concentreaza preferential anumiti ioni (K) in timp ce pastreaza concentratia altor ioni din celula (Na, Ca, etc.) mult sub cea din mediul extracelular. Acest proces necesita energie metabolica pusa la dispozitie de ATP pentru a transporta impotriva gradientului de concentratie printr-un proces numit transport activ. Pompa cea mai bine studiata este ATP-aza dependenta de Na si denumita ATP-aza de transport. Este permanent in actiune contra scurgerii pasive a acestor ioni prin pori sau canale si prin activitatea ei regleaza celula, controleaza homeostazia contribuind la crearea unui potential de repaus care face ca celula sa fie excitabila, iar membrana sa, conducatoare de sarcini electrice, mentinand concentratia intracelulara de K la nivel optim. La ATP-aza de transport concentratia sa este foarte inalta in celulele specializate in transportul activ de ioni de Na si K. (ex: epiteliul renal). ATP-aza de transport este o glicoproteina mare, un tetramer cu doua subunitati. Moleculele mari si particolele sunt sunt transportate mai multe deodata (in masa) prin endocitoza, exocitoza si transcitoza.

24.Functiile membranei celulare: exocitoza

Exocitoza se produce prin fuziunea unor vezicule din citoplasma cu plasmalema si astfel, materialele din vezicule sunt varsate in afara celulei. Asemenea procese apar la nivelul sinapselor unde veziculele contin mediatori chimici: acetilcolina, noradrenalina care fuzioneaza cu membrana postsinaptica a neuronului. Mediatori chimici eliberati in spatiul sinaptic se leaga de receptori specifici din membrana postsinaptica producand depolarizarea ei. In acest fel este permisa transmiterea influxului nervos.

26.Fazele fagocitozei

Fagocitoza este o modalitate de hranire la protozoare, iar la om joaca rol important in procesele de aparare ale organismului. Pe aceasta cale sunt inglobate si apoi distruse bacterii, paraziti, substante straine, resturi celulare, celule degenerate sau imbatranite si cele maligne. Fagocitele, la om, sunt reprezentate de macrofage si neutrofile. Ambele rezulta din celule precursoare aflate in maduva osoasa rosie si, dupa ce sunt eliberate, circula in sange cateva zile, unde, macrofagele sunt reprezentate de monocite, iar leucocitele (polimorfonucleare cu granulatii neutrofile) reprezinta 60% din globulele albe din sange, dupa care trec din vase in tesuturi unde-si exercita functia fagocitara. Macrofagele sunt numite si histiocite.

Fagocitele formeaza in organism un adevarat sistem fagocitar aflat sub control nervos si umoral. Acest sistem are componente mobile (celulele mobile circulante din sange) si componente sesile reprezentate de macrofage. Macrofagele se afla in splina, ganglioni limfatici, alveole pulmonare, pleura, peritoneu, iar la ficat deservesc celulele Kupffer. Functia fagocitelor de indepartare a celulelor batrane este cantitativ mai importanta decat cea de distrugere a microbilor. Astfel, macrofagele fagociteaza zilnic 10¹¹ globule rosii senescente (uzate). Inglobarea microbilor prin fagocitoza si distrugerea lor de catre lizozomi este ultima faza a luptei organismului cu infectia. Antibioticele nu distrug microbii ci impiedica multiplicarea lor, acestia fiind distrusi dupa fagocitare. De obicei, microbii colonizeaza spatiul intersitial din tesut. Neutrofilele si alte fagocite sunt atrase chemostatic (se asaza pe peretele vaselor mici ce iriga peretele tesutului) apoi traverseaza peretele vaselor (venula postcapilara) si se deplaseaza la locul infectiei unde inglobeaza si distrug bacteriile.

a)Chemotactismul

Ca semnale de deplasare servesc componentele bacteriene. Proteinele serice amplifica raspunsul imun acestea fiind cunoscute de complement, apoi produse ale limfocitelor, limfochine, precum si factori eliberati de neutrofile.

b)Recunoasterea si atasarea fagocitelor de particole.

Prin recunoasterea receptorilor din membranele fagocitelor se recunosc liganzii de pe suprafata particolelor. Daca se indeparteaza acidul sialic de pe membrana eritrocitelor acestea ar fi rapid fagocitate de splina. De cele mai multe ori, in cazul bacteriilor, este necesara acoperirea lor cu anticorpi si/sau complement pentru a putea fi fagocitate. Acest proces de modificare a suprafetei bacteriene pentru a putea fi fagocitate se numeste opsonizare.

c)Inglobarea

Se face prin pseudopode care inconjura particola inchizand-o intr-o vezicula din citoplasma numita fagozom.

d)Distrugerea celulelor fagocitate si degradarea lor

Se face dupa fuziunea fagozomului cu un lizozom primar si formarea fagolizozomului.

Un rol important in distrugerea celulelor fagocitate ii revine unei oxidaze din membrana ce ajunge in cursul fagocitozei in membrana fagozomului. Lipsa oxidazei in boala genetica duce la aparitia in organism a numeroase focare de infectie cu puroi, boala cronica granulomatoasa.

27.Pinocitoza

Este de doua feluri:

a)independenta de receptori;

b)dependenta de receptori;

Pinocitoza independenta de receptori se mai numeste endocitoza in faza fluida. Se intalneste la multe celule. Macrofagul ingereaza in 30 de minute echivalentul intregii membrane. Fibroblastele 1/3 din membrana. Ambele au o viteza foarte mare de pinocitoza. Se formeaza pianozomul. Reciclarea membranelor consta in fuziunea cu membrana a unor vezicule de endocitoza a caror membrana nu a fost digerata in lizozomi.

Pinocitoza dependenta de receptori se mai numeste absorbtiva si se realizeaza cu ajutorul receptorilor de mebrana ce recunosc macromoleculele specifice din lichidul extracelular. Legarea ligandului de receptor induce difuziunea complexului ligand-receptor in zone speciale din plasmalema care apar ca niste depresiuni caveolare tapetate pe fata citoplasmatica de proteine speciale. Caveolele devin apoi vezicule de endocitoza ce sunt acoperite cu o retea de proteine. Dintre proteine cea mai bine cunoscuta este clatrina.

Trei molecule de clatrina realizeaza formatiunea numita triskelion care migreaza in depresiunile caveolare unde are loc formarea veziculei; aceasta se strecoara printre ochiurile retelei devenind vezicula de endocitoza, neimbracata in clatrina, numita receptozom.

La pinocitoza dependenta de receptori se realizeaza o concentrare de liganzi in vezicule de endocitoza in timp ce la pinocitoza independenta concentratia substantelor din vezicula este egala cu cea din lichidul extracelular. La pinocitoza depdendenta de receptori un proces important este captarea colesterolului in celulele animale. Majoritatea colesterolului este transportata in sange sub forma unor complexe numite LDL, care in momentul in care o celula animala necesita colesterol pentru sinteza membranelor sale se produc receptori pentru LDL ce vor fi inserati in membrana. Dupa care complexele LDL-receptor se deplaseaza in depresiunile imbracate in clatrina. Se produce endocitoza complexelor, veziculele isi pierd imediat reteaua de clatrina, fuzioneaza cu alte vezicule formand endozomi in care receptorii se aglomereaza la un pol apoi aceasta parte se desprinde din endozom formand o vezicula cu receptor ce se deplaseaza spre plasmalema cu care fuzioneaza. Astfel se produce reciclarea receptorilor. Restul endozomului fuzioneaza cu un lizozom si esterii de colesterol sunt hidrolizati. Colesterolul liber trece in citosol unde inhiba sinteza pentru LDL, dar si cea a colesterolului. La persoanele cu boala genetica la care se produc receptori pentru LDL anormali (ce nu-l pot lega) nu se pot capta in celula LDL, astfel celula sintetizeaza colesterolul in cantitati foarte mari. Boala se numeste hipercolesterolemie. Aceasta va duce la formarea prematura de placi aterosclerotice in peretele vaselor, rezultatul final este moartea la varste foarte tinere sau in copilarie, prin complicatiile aterosclerozei (infarctul miocardic).

28.Transcitoza

Transcitoza este o forma particulara a transportului prin vezicule prin care se realizeaza transportul macromoleculelor prin celula endoteliului capilar.

Emil Palade descopera in 1953 transcitoza descriind-o la nivel de microscopie electronica, Aparitia unor vezicule cu rol important in transportul macromoleculelor din plasma in afara patului vasului.

In 1971 Baciu si colaboratorii demonstreaza viteza mare a transportului transendotelial ce are loc in doua modalitati:

a)prin vezicule independente (transcitoza disipativa), vezicule ce se deplaseaza dinspre fata lumenala spre cea intersitiala.

b)cand vezicule mai mari fuzioneaza formand un canal ce strabate celula, in acest vaz numindu-se transcitoza convectiva.

Transcitoza realizeaza schimburile intre plasma si lichidul interstitial.

Endoteliul vascular prezinta o distributie inegala a sarcinilor electrice.

29.Liganzii: definitie, caractere generale

Receptorii de membrana sunt proteine cu functia de a lega specific unele substante celulare. Prin aceasta legare se induce raspunsul celulei caracteristice. Receptorii actioneaza in concentratie mica, iar receptorii complementari ii leaga cu o afinitate foarte mare. In organism se produc trei categorii de molecule de semnal (endogene): hormoni, neurotransmitatori si mediatori chimici locali. Celulele endocrine si neuronii sunt celule inalt specializate in semnalizarea chimica, iar hormonii si neurotransmitatorii sunt mesageri de ordinul I.

Exista doua tipuri de receptori:

-dupa originea ligandului pe care-l leaga:

a)receptori pentru substante endogene;

b)receptori pentru substante exogene;

Receptorii pentru substante exogene sunt, la randul lor, de mai multe feluri:

a)receptori pentru neurotransmitatori (in membrana postsinaptica);

b)receptori pentru hormoni (localizati deiferit in celula dupa cum hormonul este hidrofil sau hidrofob);

c)receptori implicati in reactii imunitare: pentru antigene, anticorpi, complement;

d)receptori pentru: virusuri, antigene straine, toxine bacteriene, medicamente, lectine (produsi elaborati de limfocite), droguri;

32.Mecanismul de actiune al receptorilor: recunoasterea si atasarea liganzilor de receptori

Legarea ligandului de receptor se face prin forte slabe. Ca o consecinta a legarii de receptori din membrana, aceasta poate suferi modificari prin care se induc apoi efecte intracelulare.

Exemple de modificari ale plasmalemei:

•redistribuirea receptorilor cu agregarea lor in anumite zone ale membranei, urmata de captarea in interiorul celulei prin vezicule cum se intalneste la limfocitele tratate cu anticorpi bivalenti.

•modificari de permeabilitate ale plasmalemei se produc in legarea neurotransmitatorului de membrana postsinaptica si au rol in transmiterea influxului nervos.

•activtiatea unor enzime din plasmalema este concretizata in activitatea adelinat-ciclazei de catre hormonii polipeptidici, activitate ce se poate produce si in conditii patologice.

•cresterea concentratiei intracelulare a CA²⁺ ce se poate produce prin deschiderea unor canale din membrana ce permit patrunderea CA²⁺ in celula sau eliberarea sa in citosol (citoplasma).

Mecanismul de actiunea al receptorilor

Evenimentele care, in final, duc la modificari metabolice in celula tinta ca raspuns la influenta liganzilor sunt:

a)recunoasterea si atasarea liganzilor de receptori;

b)efectele legarii complexului ligand-receptor asupra celulei;

33.Efectele complexului ligand-receptor asupra celulei: modificari structurale ale membranei celulare

Modificarile structurale ale membranei celulare

Inainte de interactiunea ligand-receptor, receptorii sunt raspanditi la intamplare pe toata suprafata membranei. Dupa contactul ligand-receptor are loc redistribuirea receptorilor ce agrega la suprafata membranei in zone restranse sau in plaje datorita prezentei a doua logosuri de legare. Ca urmare, fiecare molecula de ligand se poate lega de doua molecule receptor.

Datorita fluiditatii continutului lipidic doi receptori inervati legati de aceeasi molecula ligand sunt fortati sa se apropie astfel ca mai multe molecule pot agrega. In unele celule agregatele receptor-ligand au dimensiuni mari purtand denumirea de cupola care urmata, uneori, de ardocitoza (la limfocitul B). In celulele cu receptori pentru colesterol, legarea acestuia produce mici invaginari ale membranei denumite caveole acoperite, care, ulterior, sunt inglobate sub forma de vezicule denumite receptozomi.

34.Efectele complexului ligand-receptor asupra celulei: modificari functionale ale membranei celulare

Acestea sunt strict dependente de natura ligandului:

a)modificari de permeabilitate ale membranelor;

b)inducerea de endocitoza;

c)patrunderea din mediul extracelular al unor ioni cu functie de mesager de ordinul II;

d)activitatea unor enzime din membrana celulara apare atunci cand liganzii sunt hormoni si substante neurotransmitatoare sau droguri cu actiune similara; in acest caz interactiunea ligand-receptor duce la activarea adelinat-ciclazei. Aceasta nu este activata direct in cuplul ligand-receptor, efectul fiind mediat de o proteina numita proteina G. Aceasta proteina G se prezinta sub doua forme:complex GTP care activeaza adelinat-ciclaza si complex GDP care inhiba adelinat-ciclaza.

Fluxul informatiei aduse de hormoni parcurge receptorii pentru hormoni, proteina G si adelinat-clicaza. Activitatea adelinat-ciclazei catalizeaza sinteza de AmPc si, ca urmare, creste cantitatea de AmPc in celula care e considerat mesager de ordinul al II-lea.

37.Organitele miscarii celulare: microfilamentele de actina si miozina (fara functiile microfilamentelor)

Sunt formate din proteine de tip contractil. Miozina este mai importanta cantitativ si calitativ in fibra musculara si de aceea este descrisa in structura sarcomerului.

Molecula de miozina este o molecula asimetrica ceea ce explica anizotropia si birefringenta benzilor clare in lumina polarizanta.

Molecula are aspectul unui bastonas ce prezinta o zona globulara (corpul moleculei) situata la una din extremitati. Lungimea moleculei de miozina este de 160nm si o grosime de 2nm. Regiunea globulara are 4-5nm diametru si 15nm in lungime. Capul moleculei de miozina este alcatuit din doua subunitati, S₁ si S₂. Sub actiunea controlata a tripsinei, molecula miozina se desface in doua subunitati numite meromiozine, una usoara numita L meromiozina si una grea numita H meromiozina. L meromiozina apare ca un bastonas cu lungimea de 80nm si grosimea de 2nm, iar H meromiozina prezinta o portiune liniara de 60nm care se termina cu portiunea globulara.

L meromiozina nu are actiune ATP-azica si nu se combina cu actina pentru a forma complexul actina-miozina. H meromiozina prin tratare cu popaina se scindeaza in S₁ si S₂ meromiozina in care fractiunea S1 H meromiozina are o greutate moleculara de 120kdaltoni si corespunde portiunii globulare a zonei H meromiozina. Aceasta fractiune are doua proprietati:

•activitate ATP-azica;

•capacitate de a interactiona cu actina;

Fractiunea S₂ H meromiozina are o greutate de 60kdaltoni si ii lipsesc cele doua proprietati ale S₁ H meromiozinei.

Portiunea liniara a moleculei de miozina este formata din L meromiozina si S₂ H meromiozina.

Din punct de vedere biochimic, molecula de miozina este formata din doua lanturi polipeptidice grele cu greutate moleculara de 200kdaltoni si 2-4 lanturi usoare cu greutate de 20kdaltoni fiecare. Lanturile grele se intind in toata portiunea axiala si in portiunea globulara, pe langa lanturile grele intalnim si doua usoare. Prin agregarea moleculelor de miozina se formeaza filamente de miozina. Functiile transversale se gasesc la nivelul zonei S₁-S₂ si intre zona axiala si globulara. Aceste doua localizari reprezinta doua regiuni de flexibilitate.

Filamentele de actina

Filamentele de actina contin, in afara de molecula de actina, si molecule reglatoare: tropomiozina si troponina. Portiunea axiala a filamentelor de actina contine molecula contractila reprezinta de actina F, iar tropomiozina este asezata sub forma de bastonas de-alungul axului de F actina. Troponina formeaza unitati proteice globuloase dispuse la extremitatea moleculei de tropomiozina, la intervale de 40nm. Molecula de actina se gaseste sub doua forme: actina globulara (G) care este monomerul de actina; si actina fibrilara (F) care reprezinta forma polimerizata a actinei G. G actina este o molecula speciala cu un diametru de 5.5nm si rezulta din infasurarea unui lant polipeptidic format din 374 aminoacizi. Actina F se prezinta sub forma de filamente cu o grosime de 7-8 nm alcatuite din doua lanturi polipeptidice dispuse in helix cu o distanta de 40nm intre perioadele repetitive ale helixului. Fiecare lant este alcatuit dintr-o singura serie de subunitati de actina G. Astfel pe fiecare jumatate de tur a helixului vor fi asezate 7 unitati de actina G.

38.Organitele miscarii celulare : functiile microfilamentelor

a)filamentele de miozina sunt mai groase si contribuie prin subunitatile sale la formarea puntilor transversale care vor interactiona cu situsul de legatura de pe suprafata moleculei de actina G, avand activitate ATP-azica.

b)filamentele de actina sunt filamente subtiri ce stimuleaza activitatea ATP-azica a miozinei.

c)tropomiozina se leaga de actina si, impreuna cu complexul troponinic, regleaza interactiunea actina-miozina.

d)troponina leaga ionii de Ca²⁺, inhiba activitatea actinei (I) si se leaga de tropomiozina (T)

39.Tropomiozina, troponina (din celulele musculare)

Molecula de tropomiozina are o greutate moleculara de 70kdaltoni. Are forma de bastonas cu o lungime de 40nm si este alcatuita din doua lanturi polipeptidice, fiecare lant avand 284 aminoacizi. Tropomiozina este localizata in jgheabul filamentelor de actina F.

Troponina

Este alcatuita din trei unitati de: troponina C (leaga specific ioni de Ca²⁺); troponina T (se leaga specific de tropomiozina) si troponina I (inhiba interactiunea actina-miozina).

40.Calmodulina, filamina si spectrina

In celulele nemusculare au fost evidentiate proteine reglatoare ale interactiunii actina-miozina asemanatoare tropomiozinei. De asemenea, au fost identificate si proteine reglatoare asemanatoare troponinei C. Acestea au fost numite proteine modulatorii (calmoduline). Calmodulinele sunt proteine puternic acide avand rol important in reglarea multor activitati celulare si, in primul rand, stimuleaza direct un mare numar de enzime in prezenta unei anumite concentratii in ioni de Ca²⁺. Calmodulinele joaca un rol important si in procesele de asamblare-dezasamblare ale microtubulilor intervenind in reglarea si coordonarea mitozei fiind asociate microtubulilor fusului de diviziune. In celulele musculare calmodulinele regleaza activitatea unei enzime responsabile de scindarea moleculelor de glicogen (fosforilazchinaza). Calmoduline regleaza si fosforilarea dependenta de Ca a unor proteine specifice precum cele neuronale cu rol direct in actiunea postsinaptica a neurotransmitatorilor sau cu rol in procesul de neurosecretie.

In afara de proteinele descrise, in celula, mai exista: filamina (mai abundenta in celulele musculare netede) fiind formata din doua subunitati proteice fiind asociata actinei cu care interactioneaza; spectrica (prezenta in citoscheletul membranei celulare)

41.&42.Microfilamentele intermediare ce contin desmina sau scheletina si neurofilamentele

Filamentele intermediare au dimensiuni cuprinse intre cele ale filementelor contractile si cele ale microtubulilor, dimensiunea lor fiind de 10nm.

In ceea ce priveste structura, in structura lor intra proteine care, prin polimerizare, raman structuri fixe.

In ceea ce priveste localizarea, filamentele intermediare pot avea pozitie in nucleu (pe fata interna) si in citoplasma unde exista 5 categorii de filamente intermediare:

a)de keratina – se gasesc in epiderm, firele de par si unghi; in citoplasma exista niste filamente, numite tonofibrile, ce prezinta capetele ancorate in desmozomi;

b)de desmina (scheletina) – caracteristice fibrelor musculare neexistand in peretii    vaselor;

c) de vimentina – caracteristice celulelor mezenchimale si celulelor derivate din acestea;

d) neurofilamente – in axoni si dendrite; in anumite situatii metabolice, boala               Alzheimer, aceste neurofilamente se combina cu microtubulii rezultand miofibrile;

e)gliofilamente – prezente in celulele gliale (nevroglii);

43.Microtubulii – structura si functie

Microtubulii sunt formatiuni cu aspect tubular format din proteine numite tubuline. Diametrul acestora este de 25nm, iar peretele format din 13 protofilamente, fiecare protofilament fiind format din α si β tubuline, prin polimerizare. Polimerizarea este influentata de:

•temperatura: la 37sC polimerizarea este stimulata, iar la 0sC se realizeaza depolimerizarea;

•concentratia ionilor de Ca si Mg influenteaza aceste procese: la o concentratie de 10^-6 polimerizarea este stimulata;

•colchicina inhiba polimerizarea; vinblastina si vincistina (medicamente citostatice) blocheaza polimerizarea; toxolul are rol citostatic (medicament citostatic folosit in tratarea cancerului ovarian);

Microtubulii se clasifica in microtubuli permanenti intalniti in axolema cililor flagelilor si centriolii din centrozom (centrul celular); si in microtubuli liberi intalniti in interfaza cand formeaza o retea in jurul centrului celular care va polimeriza tribulina.

Centrozomul este format din doi centrioli (fiecare alcatuit din 9 triplete de microtubuli dispusi perpendicular unul pe celalalt si inconjurati de o masa citoplasmatica numita material pericentriolar). Cand celula intra in diviziune are loc o depolimerizare a retelei din citoplasma urmata de separarea centriolilor din centrul celular. Intre cei doi centrioli celulari se asambleaza microtubuli formand fusul de diviziune. In jurul fiecarui centru celular se dispun microtubulii sub forma radiara formand asterul. Fusul de diviziune si asterul formeaza aparatul mitotic.

Rolul microtubulilor:

•obtin si mentin forma celulei (prelungiri permanente ale neuronilor), a cililor si flagelilor;

•constituie un sistem de linii conducatoare pentru deplasarea diferitelor compartimente subcelulare;

•construiesc fusul mitotic;

•au rol in miscarile celulare si in organizarea spatiala a organitelor celulare in citoplasma;

Functiile citoscheletului:

•determina forma si modificarile de forma ale celulei;

•contribuie la realizarea miscarilor celulare;

•interactioneaza cu plasmalema si cu organitele celulare;

44. Centriolii si corpii bazali

Organitele polimerizarii sunt reprezentate de centrioli si de corpusculii bazali (ai cililor si flagelilor). Centriolii controleaza polimerizarea tribulinelor din reteaua de microtubuli si asamblarea aparatului mitotic. Corpii bazali coordoneaza polimerizarea tubulinelor din axonema si miscarea ei. Centriolii sunt variante functionale ale acelorasi organite ce-si pot inversa valorile. Corpusculul bazal poate fi anexat matricei citoplasmatice la unele celule prin structuri fibrilare numite radicule.

Centriolul este un corp cilindroid alcatuit din 9 celule alungite (palete), iar fiecare elemetn este un triplet de microtubuli atasati de corpul cilindric printr-o zona de legatura numita spita. In jurul centriolului se gasesc mici mase dense (sateliti centriolari ce formeaza un inel discontinuu). In timpul interfazei celula are o singura pereche de centrioli dispusi perpendicular. Inainte de inceputul profazei, centriolii se duplica si fiecare din cele doua perechi migreaza la polii opusi de-o parte si de alta a nucleului. Prin polimerizarea tubulinelor se formeaza:

a)structuri tubulare dispuse radial (asterul);

b)fusul de diviziune vizibil dupa dezasamblarea invelisului nuclear;

Fusul de diviziune este format din microtubuli ce se intind de la un pol la altul. Alti microtubuli se intind de la nivelul kinetocorului cromozomului spre un pol dirijand o cromatida si alta fibra in sens opus.

In afara de microtubuli, in jurul fusului de diviziune se intalnesc si microfilamente de actina precum si filamente intermediare care se afla intotdeauna la periferia fusului.

45.Miscarea celulara prin sistemul tubulina – proteine motoare: miscarea cililor si a flagelilor

Cilii sunt structuri specializate ale plasmalemelor apicale ale celulelor cu rol in transportul de particole, cum sunt celulele epiteliului mucoasei respiratorii, pentru transportul unor celule la nivelul trompelor uterine.

Cilii sunt de doua feluri: mobili (kimocili) si ficsi (stereocili). La microscopul electronic se observa in mijlocul fiecarui cil o pereche microtubuli distanti intre ei, inconjurati de alte 9 perechi fiind alcatuiti din subunitati proteice α si β tubuline. Unul dintre tubulii peretilor prezinta brate transversale. Similar interactiunii actina-miozina ce implica stabilirea reversibila de legaturi transversale si aici, intre microtubuli, se realizeaza punti de legatura. Cu ajutorul energiei eliberate prin intermediul activitatii ATP-azei, cilii reusesc sa efectueze miscari de pendulare in val facilitand si deplasarea mucusului impreuna cu particolele continute in el (particole de praf). Cilii, la nivelul polului apical sunt ancorati in trama terminala fiind atasati de corpusculul bazal (structuri microtubulare asemanatoare centriolilor). Lipsa sau producerea incompleta a dineine are drept consecinta imobilizarea cililor fenomen ce se traduce prin sindromul Kartagener. O alta consecinta poate fi sterilitatea la barbati. Un dublet din structura axonemei este format dintr-un microtubul complet (13 protofilamente) si unul incomplet (11 protofilamente). Acest microtubul din componenta dubletului prezinta bratele transversale structurate din dineina. Intre aceste brate si dubletele vecine se stabilesc punti laterale ce se desfac si refac realizand glisarea dubletelor vecine. In fiecare pereche periferica noua tubuli fuzioneaza de-a lungul lor. Perechea centrala consta din doi microtubuli distinct separati intre ei. Dubletele periferice sunt atasate de perechea centrala printr-o tija de legatura, iar de membrana celulara cu ajutorul unor proteine de legatura. Functia lor este de a le solidariza in timpul miscarii ce are loc in timpul unui singur ciclu functional repetitiv.

Cilii ficsi (stereocilii) prezinta o aglutinare a polului apical. Stereocilii sunt microvili foarte lungi asemanatori cu cilii, dar datorita absentei aparatului microtubular al cililor (ce realizeaza miscarea) acesti cili sunt lipsiti de mobilitate. Stereocilii se intalnesc la nivelul polului apical al celulei apicale din epididim si la nivelul celulei apicale din canalul deferent.

Cilii au dimensiuni de 20μ si un diametru de 0.2μ. Atat cilii cat si flagelii sunt prelungiri permanente ale cililor.

Deosebiri:

•numarul cililor pe suprafata apicala a celulei este foarte mare (pana la 200 pe celulele mucoasei respiratorii, la nivelul mucoasei traheale, in fosele nazale); la flageli vom intalni un singur element la nivelul spermatozoidului (singura celula din organismul uman ce prezinta flagel).

•Celula flagelata se deplaseaza prin miscari ondulatorii, pe cand la cili miscarea se realizeaza in doi timpi. Mecanismul de baza al miscarii cililor presupune alunecarea dubletelor ce se desfasoara prin cicluri succesive de atasare si detasare a bratelor de dineina.

51.Ciclu secretor al lui Palade

In cadrul procesului de secretie celulara complexul Golgi desfasoara o activitate speciala in cadrul „ciclului secretor Palade”.

Proteinele sintetizate de la nivelul ribozomilor, prin sacii RER, ajung in formatiunile golgiene unde proteinele se condenseaza si se maturizeaza printr-un proces de eliminare a apei pe care o contin. Proteinele mature se detaseaza de complexul Golgi sub forma de macrovezicule si ribovezicule. Se indeparteaza ajungand la ectoplasma de unde sunt evacuate in mediul extracelular printr-un proces de exocitoza. Din RER produsul de sinteza ajunge in formatiunile golgiene fie prin mici canale de legatura temporare constituite intre aceste doua organite, fie prin intermediul microveziculelor golgiene ce joaca rol de caraus.

52.Mitocondria

Mitocondriile sunt raspandite in toata citoplasma celulei. In celula cu activitate speciala, mitocondriile se concentreaza in regiunea cea mai activa metabolic. Astfel, in eritrocit, mitocondriile sunt aglomerate catre polul apical. La nefrocit ele se afla la polul bazal in mici compartimente formate de pliurile membranei bazale. Asezarea lor in citoplasma nu est fixa putandu-se deplasa prin intermediul curentilor citoplasmatici sau pot fi antrenate de miscari interne ce produc rasuciri ale organismului in jurul axei sale realizand contracte stranse sau tranzitorii cu unele structuri celulare. In celulele secretorii se observa adesea in fazele de elaborare proteica alaturarea mitocondriei de membrana nucleara sau de membrana RER. Cand se instaleaza perioada de repaus ribozomii se desprind de nucleu si se raspandesc in citoplasma. Numarul ribozomilor variaza de la o specie la alta si de la un tip la altul. Nefrocitul contine 300 de ribozomi, hepatocitul intre 1000-2000 de ribozomi. Numarul mitocondriilor poate creste in functie de momentul fiziologic.

Mitocondriile au 2,2-7μ si 0.2μ grosime.

Microscopia optica descrie trei forme sub denumirea de condriom:

1)forma granulara (mitocondria propiu-zisa) care este cea mai activa;

2)condriomitele (granule asezate in monom) mai putin active decat primele, dar ce se pot activa in functie de necesitati;

3)condriocontii au forma de filament reprezentand forma de repaus a mitocondriilor cu posibilitati de reactivare foarte lente.

Observarile microscopiei electronice asupra celor trei forme au concluzionat ca pot fi denumite mitocondrii avand aceeasi organizare ultrastructurala.

Mitocondria este acoperita la exterior de o membrana externa dublata de membrana interna, intre cele doua aflandu-se spatiul extern, iar intre formatiunile „F” se afla matricea, in spatiul intern.

In ceea ce priveste structura, membrana externa este lipoproteica. Are un aspect neted grosimea sa fiind de 6-7nm si este permeabila pentru ionii de Ca si Mg. In structura membranei externe proteinele reprezinta 60%, iar lipidele 40%, dar cu un procent ridicat de colesterol (ceea ce-i confera permeabilitate).

Pe membrana externa isi desfasoara activitatea o serie de enzime: citocrom b₅, kirunein-hidroxilaza, mono-amin oxidaza.

Membrana interna are o grosime de 6nm si este lipoproteica. Proteinele reprezinta 80%, iar lipidele 20% si un continut redus in colesterol constituind o bariera intre matricea mitocondriala si restul organitelor celulare.

Intre membrana interna trec ionii de Ca, Mg depozitati in spatiul extern. Acestia sunt necesari desfasurarii activitatii enzimatice. Prin membrana mai trec ADP, ATP, acizi grasi si unii aminoacizi.

Enzimele au rol de transport si poarta denumirea de carausi, din aceasta grupa facand parte translocatazele si permeazele.

Membrana interna si cristele sunt alcatuite din formatiuni mai mici numite particule elementare sau particule „F” sau subunitati de membrana. Existenta lor a fost dovedita prin studii recente ce au reusit izolarea si reasamblarea lor cu formarea de citomembrane.

Fiecare particula elementara cu o componenta lipoproteica caracteristica citomembranelor este alcatuita din trei piese: o piesa bazala, una intermediara si una cefalica.

Forma pieselor componente poate varia in cazul membranei interne. De asemenea, si numarul lor poate varia. Cand exista o singura piesa aceasta este piesa bazala; cand exista doua piese acestea sunt piesa bazala si cea cefalica.

Citofiziologia mitocondriei:

1)Reprezinta centrul respirator al celulei la nivelul sau fiind situate enzimele ciclului Krebs si ale lantului respirator.

2)Reprezinta principalul generator de energie pentru celule. Astfel, la nivelul sau se desfasoara procesul de fosfolilare oxidativa care, cuplat la activitatea enzimelor oxidative ale organismului genereaza molecule de ATP. Acesta, prin scindare, formeaza ADP si fosforul eliberand energia pentru celula.

3)Intervine activ in procesul secretor, in procesele speciale de tipul lipogenolizei si lipogenogenezei in orice activitate celulara (in transmiterea influxului nervos, in contractia muscualara).

4)La nivelul sau au loc schimburi intense de produsi sau ioni intre citoplasma si compartimentele mitocondriale. Trecerea diferitelor substante si a ionilor prin membrana mitocondriala este un proces energizant ce se face cu consum de energie aceasta fiindu-i pusa la dispozitie de ATP-aza.

53.Biogeneza si originea mitocondriilor

Mitocondria contine 60-64% proteine structurale, 34% lipide alcatuite din fosfolipide in care domina colesterolul, 2-5% vitamine A si C, proteinenzime (aproximativ 200), diferiti ioni si acizi nucleici, ADN si ARN. In cazul acizilor nucleici structura este asemanatoare cu acizii nucleici si citoplasmatici diferenta fiind reprezentata de aranjamentul molecular.

Prezenta acizilor nucleici la nivelul mitocondriilor face ca organitele sa castige o partiala autonomie genetica ce presupune:

•formarea de catre organit de noi molecule de ADN prin acelasi proces de duplicare semiconservativa intalnit la nuclei.

•sintetizarea moleculelor de ARN mitocondrial dupa un proces asemanator celui din nucleu si sintetizarea unor proteine structurale, in special cele destinate membranelor.

Acizii nucleici mitocondriali sunt localizati intr-o singura zona a organitului care se numeste zona nucleoida. In unele celule pot exista 2-6 zone nucleoid.

Originea mitocondrie:

In ceea ce priveste modul de aparitie al mitocondriei, pe baza asemanarilor pronuntate dintre acizii nucleici mitocondriali si cei bacterieni s-a emis ipoteza ca aceste organite nu sunt altceva decat endosimbioti. Se presupune ca mitocondria ar reprezenta o bacterie care a invadat celula si s-a adaptat noului metabolism constituindu-si o dubla membrana.

Se presupune ca in celulele nou formate, prin diviziune, exista trei posibilitati de geneza mitocondrial:

a)formarea de novo (din molecule sintetizate de celula respectiva urmand ca moleculele sa se asambleze formand organitul);

b)formarea prin condriodiereza (in procesul diviziunii celulare mitocondriile se pot divide prin clivarea materialului intre cele doua celule fiice). In unele celule numarul deja existent in celula mama se va distribui egal celor doua celule rezultate prin diviziune.

c)formarea din alte citomembrane (membrana REN, a complexului golgian, a RER sau din plasmalema).

54.Organitele digestiei intracelulare : Lizozomii – structura si functie

Lizozomii au fost descoperiti in 1955 de De Duve care i-a clasificat ca particule citoplasmatice caracterizate printr-un continut bogat in hidrolaze acide.

In 1956 Nowicoff i-a descris ca organizare structurala. Diametrul lizozomilor este de 0.2-4μ. In alcatuirea lor intra 2 componente: membrana externa cu o grosime de 9nm si cu un miez numit matrice ce contine pachetul de enzime. Au fost descrisi si lizozomi cu dubla membrana, dar nu ca lizozomi activi.

Matricea lizozomala poate fi omogena sau sa prezinte un aspect polimorf. Lizozomii cu matrice omogena sunt mici, 0.2-4μ, dar au un continut foarte bogat in enzime de tip hidrolitic. Se mai numesc lizozomi primari (de acumulare enzimatica).

Lizozomii secundari cu aspect polimorf sunt mai mari, 0.4-4μ, si, in matrice, alaturi de enzime hidrolitice se gasesc si variante de incluziune: macromolecule de origine extracelulara, resturi de organite celulare ce prezinta fragmente de citomembrane. Dupa provenienta particulelor acumulate in lizozomii secundari acestia au fost impartiti in doua grupe: heterolizozomi (materiale venite din afara celulei) si autolizozomi (materiale luate din citoplasma). Tot din grupa lizozomilor secundari fac parte si corpii reziduali si cei multiveziculari in care degradarea este incompleta.

Lizozomii contin hidrolaze acide: fosfataza acida, enteraza, aril-sulfataza, glucoxidazele, peptidaze, lipaze, sulfataze.

Enzimele hidrolitice sunt mentinute in matrice atata timp cat membrana este integra. Starea in care se afla aceste enzime este o stare latenta.

Continutul in enzime al lizozomilor variaza in limite foarte largi cu specia, tipul de tesut, celula si gradul de maturitate, in functie de momentul fiziologic.

In timp ce unele celule contin lizozomi mai bogati in fosfataza acida, alte celule pot contine lizozomi bogati in alte enzime. Deoarece lizozomii nu au particularitati morfologice specifice sunt greu de distins de alte vacuole intracitoplasmatice, iar pentru recunoasterea lor in celula se folosesc metode histochimice ce permit vizualizarea enzimelor continute in matricea lizozomala. Cea mai frecventa folosita metoda pentru evidentierea enzimelor lizozomale este evidentierea fosfatazei acide cu reactivi enzimologici.

In anumite situatii fiziologice sau patologice cand membrana lizozomala devine permeabila enzimele litice difuzeaza in citoplasma treptat sau brusc degradand celulele in intregime sau componentii celulari.

Factorii ce influenteaza permeabilitatea membranei si activarea consecutiva a enzimelor din matrice sunt foarte numerosi: radiatiile UV, X, detergentii, substantele chimice, vitaminele, drogurile, hormonii. Agentii responsabili de modificarea permeabilitatii membranei poarta denumirea de agenti sau factori labilizatori. Exista si factori sau substante care fac impermeabila membrana lizozomala si se numesc factori stabilizatori, cel mai cunoscut fiind cortizolul.

Functiile lizozomilor:

Acestia indeplinesc importante functii digestive unde actioneaza in doua modalitati:

1)Inglobeaza diferite substante si se transforma in adevarate sedii de digestie localizata.

2)Enzimele lor litice difuzeaza prin membrana lizozomala si se transforma in adevarati corpi de distrugere.

Lizozomii, ca sedii de digestie localizata, dupa cum includ substantele de natura endogena sau exogena, au fost impartiti in heterolizozomi si autolizozomi.

Heterolizozomii se formeaza in celula ca urmare a procesului de endocitoza prin care se realizeaza transportul substantelor din afara celulei in interiorul ei prin invaginarea membranei celulare.

Autolizozomii reprezinta o varietate de lizozomi secundari ce rezulta prin unirea lizozomilor primari cu zone din citoplasma delimitate de citomembrane.

55.Organitele digestiei intracelulare: Biogeneza lizozomilor

In celula lizozomii se formeaza din RER. Enzimele lizozomale sunt sintetizate de ribozomi intr-o regiune speciala de unde enzimele trec in cisternele RER si apoi in mici vezicule ocolind zona Golgi fiind apoi difuzate in toata citoplasma.

Bolile lizozomale apar datorita unui defect genetic la nivelul lizozomilor prin lipsa uneia sau a mai multor enzime hidrolitice acide ce duce la o fagocitare incompleta ramanand nedigerate acele substante pentru care enzima respectiva lipseste. In acest caz substantele vor fi depozitate in citoplasma ceea ce face ca celula sa creasca in volum. Bolile lizozomale poarta numele de tezaurismoze (boli de depozit), bolile Gaucher si Neiman-Pick.

56.Peroxizomii: organizare si functii

Peroxizomii (glioxizomii) sunt organite celulare prezente in citosolul tuturor celulelor animale si vegetale si se pot evidentia prin utilizarea reactivului DAB (diaminobenzidina). Li se atribuie termenul de glioxizomi intrucat contin, pe langa catalaze, si 2 enzime ale ciclului glioxilat.

Numarul peroxizomilor difera de la un tip celular la altul, iar in aceeasi celula, in functie de momentul de activitate.

Diametrul peroxizomilor este situat intre 0.1-1.5μm.

Clasificarea peroxizomilor are la baza criteriul dimensional. Astfel, dupa talie se intalnesc macroperoxizomi cu diametrul de 0.2-1.5μm si microperoxizomi cu diametrul de 0.1-0.4μm.

In descrierea la microscopul electronic se evidentiaza o membrana externa si o matrice. Au forma de vacuole sferice sau ovale. Matricea lor este alcatuita din proteine structurale si enzime caracteristice.

Enzima marker este catalaza. Se mai gasesc peroxidaza, uricaza, oxidazele dezoxiamino-acizilor.

Citomembranele peroxizomilor prezinta o compozitie asemanatoare cu a RE de unde-si are originea, dar difera de aceasta prin unele polipeptide si enzime din structura sa.

Uneori peroxizomii se gasesc grupati formand un reticul peroxizomal diferit de RE.

Functiile peroxizomilor:

•intervin in metabolismul H₂O;

•sunt implicati in degradarea urinelor (adenina si guanina); indirect in metabolismul acizilor nucleici;

•intervin in metabolismul acidului glioxilic;

•contin un sistem enzimatic activ pentru β-oxidarea acizilor grasi; procesul β-oxidarii este crescut in ficat dupa o dieta bogata in lipide;

•intervin in biosinteza glicolipidelor;

•rol in termoreglare;

58Structura nucleului: invelisul celular

Nucleul joaca rol central in viata celulara; constituie centrul de comanda al acesteia prin prezenta genomului. A fost descoperit in 1781 de Felice Fontana . Are 4 elemente componente: membrana nucleara, matricea nucleara, cromatina si nucleolii. Nucleul contine un echipament enzimatic necesar pentru repararea genomului si replicarea sa inainte de diviziune cat si pentru transcrierea in ARN.

Nucleul este acoperit la exterior de un invelis nuclear (membrana nucleara). Partea externa vine in contact direct cu ceea ce contine nucleolul (carioplasma) care este considerata membrana propriu-zisa a nucleului fiind dublata de o structura laminara formata din proteine fibrilare numite lamine care intra in structura filamentelor intermediare. Aceasta structura determina formarea nucleului, participa la dezasamblarea invelisului nuclear interactionand cu cromozomii. Foita externa este o continuare a membranei RER cu aspect cisternal care a ajuns in vecinatatea nucleului unde se rasfrange ca o expansiune in jurul acestuia. Pe suprafata sa cisterna prezinta ribozomi si se continua cu reteau RE care, la randul sau, se continua cu alte retele ale RER finalizand comunicarea cu aparatul Golgi. Acest invelis nuclear nu este o structura stabila. Se dezagrega la sfarsitul profazei si se reconstituie din fragmentele dispersate in telofaza. Spatiul dintre cele doua foite este denumit spatiu perinuclear. Se continua la nivelul porilor cu spatiul cisternei nucleare.

Porul nuclear are un diametru de 80nm. Se mai numeste si complex por. La nivelul sau cele 2 membrane se continua une cu cealalta orificiul porului fiind ocupat de o structura formata din 8 coloane numite subunitati anulare ce prezinta prelungiri sub forma de fibrile spre citoplasma, dar si spre nucleu unde formeaza cosul nuclear la capatul caruia se afla un disc.

59.Nucleoplasma: eucromatina si heterocromatina

Cromatina nucleara reprezinta in interfaza (perioada de repaus dintre cele doua diviziuni) forma relaxata a cromozomilor. Cromozomii sunt formatiuni filamentoase de forma unui bastonas cu afinitate pentru colorantii bazici ce apar in timpul diviziunii celulare. La microscopul optic se prezinta ca o retea de filamente si granule interconectate. Prin coloratii cu coloranti bazici, o parte a cromatinei se coloreaza intens bazofil. Aceasta este cromatina granulara numita heterocromatina, iar alta parte se coloreaza slab bazofil fiind componenta filamentoasa numita eucromatina. Aceste aspecte diferite reprezinta doua grade diferite de condensare a cromatinei. In heterocromatina cromozomii prezinta un grad inalt impachetare. In eucromatina acestia sunt relaxati. Eucromatina reprezinta forma metabolica activa deoarece permite legarea transcriptazei ce asigura transcrierea genelor in ARN mesager. In majoritatea celulelor heterocromatina formeaza un invelis discontinuu situat, de obicei, sub invelisul nuclear. Discontinuitatile reprezinta canale ce duc spre pori. Heterocromatina se mai gaseste in jurul nucleolilor formand invelisul perinuclear.

Fibrele de cromatina se prezinta ca un fir de lungime variabila ce interactioneaza cu formatiunile granulare ce au un diametru de 10nm, iar fiecare granula este un octomer format din histone perechi. Firul este un segment de 200 de baze perechi din molecula de ADN in forma de dublu helix. Acesta este infasurat in jurul fiecarei granule si, impreuna cu granula pe care o infasoara, poarta numele de nucleozom avand o lungime de 4-5nm.

In compozitia cromatinei intra ADN, putin ARN existand si proteine de tip histonic si nonhistonic. Proteinele histonice au greutate moleculara mica. Histonele au fost impartite dupa compozitia in aminoacizi si secventionalitatea lor in 5 clase: H₁, H_2A, H_2B, H₃, H₄. Histonele din primele trei clase sunt bogate in lizina, iar H₃ si H₄ in arginina. Histonele din H₁ prezinta o variabilitate a secventelor la diferite specii. Celelalte clase de histone au secventa mult mai constanta.

Fibrele de cromatina au diametre neuniforme, de cel mult 30nm. Ca ultrastructura, cromatina se prezinta ca o retea de fibre ce se incruciseaza in toate directiile in interiorul nucleului. In ceea ce priveste organizarea moleculara a cromatinei, unitatea fundamentala este nucleozolul. In structura sa se identifica un miez format din 8 histone si o portiune de ADN internucleozomic.

In structura ADN internucleozomic se afla histone din clasa H₁. Octomerul are forma unui cilindru turtit cu diametrul de 5-10nm. ADN-ul este infasurat pe octomer prin doua spire. Lungimea ADN-ului este fixa la toate speciile fiind de 146 de perechi de baze nucleotidice. ADN-ul internucleozomic are lungimea variabila la diferite specii. La om are lungimea de 60 de perechi de baze azotate.

Celulele tinere au o cantitate mare de eucromatina ceea ce le confera un aspect partial al nucleului (un criteriu de diagnostic al cancerului).

60.Nucleolul si functiile lui

La microscopul optic apare ca un corpuscul globulos cu diametrul de 0,5μ. Numarul nucleolilor variaza in functie de cantitatea de ribozomi intrucat nucleolul este sediul biosintezei ribozomilor. Marimea nucleolilor reflecta intensitatea productiei de ribozomi. Lipsesc in celulele ce nu au sinteza proprie de proteine. Nucleolii sunt bine vizibili in celulele ce cresc rapid (celule canceroase). In celulele secretorii nucleolii sunt mari. Pot fi si multipli, iar in celulele canceroase ajung pana la 10-12 perechi de nucleoli. In celulele batrane nucleolul este unic si foarte mic. Nucleolul apare inconjurat de o zona de heterocromatina ce variaza ca grosime de la un tip celular la altul. Ca structura, nucleolul prezinta doua parti cu morfologie diferita: prima este fin fibrilara numita pars fibrosa, cealalta este granuloasa numita pars granulosa, la care unii autori considera ca se mai poate adauga o parte, pars amorfa, prezenta doar in anumiti nucleoli. In interiorul nucleolului are loc sinteza ribozomilor ce presupune doua etape. Prin inelul perinucleolar patrund bucle de eucromatina si ajung in pars fibrosa. Aceste bucle reprezinta ADN pe care se gasesc genele ce codifica ARN-ul ribozomal. Aceste gene se vor replica si pe baza lor se va sintetiza ARN-ul ribozomal. In etapa a doua ARN-ul ribozomal cu proteinele ribozomale formeaza particule ribozomale. Acestea sunt asamblate si stocate temporar in partea granulara sub forma de precursori ribozomali ce ies prin porii nucleari si trec in citosol unde devin subunitati ribozomale. Acestea sunt de doua feluri: mici, ce apar in citoplasma, si mari.

61.Functiile nucleului

Nucleul joaca rol central in viata celulara; constituie centrul de comanda al acesteia prin prezenta genomului. A fost descoperit in 1781 de Felice Fontana . Are 4 elemente componente: membrana nucleara, matricea nucleara, cromatina si nucleolii. Nucleul contine un echipament enzimatic necesar pentru repararea genomului si replicarea sa inainte de diviziune cat si pentru transcrierea in ARN.

La nivelul porilor are loc transportul particulelor cu permeabilitate selectiva spre nucleu patrunzand proteine si enzime pentru sinteza ADN si ARN, dar si proteine ribozomale ce servesc la asamblarea precursorilor ribozomali. Din nucleu trebuie sa cada in citoplasma molecule de ARN si precusori ribozomali transportul realizandu-se prin potential de membrana. O alta modalitate de patrundere a moleculelor in nucleu este transportul prin carausi.

62.Matricea nucleara si rolul sau

In nucleoplasma se mai gaseste matricea nucleara (carioplasma). Matricea este formata din apa, ioni, micromolecule, proteine fibrilare precum si nucleoplasmina, proteine nonhistonice, enzimele ce intervin in glicoliza ce asigura energia necesara sintezei ADN-ului, ARN-ului, nucleaze si proteine ce intra in structura cromatinei avand rol structural sau reglator.

63.Cromozomii: caractere morfologice si functionale

Cromozomii sunt formatiuni filamentoase de forma unui bastonas cu afinitate pentru colorantii bazici ce apar in timpul diviziunii celulare. La microscopul optic se prezinta ca o retea de filamente si granule interconectate. Prin coloratii cu coloranti bazici, o parte a cromatinei se coloreaza intens bazofil. Aceasta este cromatina granulara numita heterocromatina, iar alta parte se coloreaza slab bazofil fiind componenta filamentoasa numita eucromatina.

In heterocromatina cromozomii prezinta un grad inalt impachetare. In eucromatina acestia sunt relaxati. La microscopul electronic cromozomii se prezinta ca un ghem format din fibre de cromatina care se impacheteaza foarte compact in metafaza. Cromozomul este format din doua cromatide, dar fiecare cromatida este formata dintr-o singura molecula de ADN.

Numarul cromozomilor mitotici este acelasi la celulele din aceeasi specie. Organismul uman are 46 de cromozomi in celulele somatice, 44 de autozomi si 2 heterozomi. Numarul de autozomi la celulele somatice este dublu fata de numarul de cromozomi din celulele germinale. Marimea cromozomilor este inegala. Pot fi mari, de 10μm, mijlocii de 4μm, mici 1μm. Marimea cromozomilor omologi este aproximativ egala. Grosimea este de 0.3μm, iar continutul chimic al cromozomilor este asemanator cu cel al cromatinei caracterizat prin prezenta complexelor ADN proteic si putin ARN. Continutul ADN este dublat in cromozomii mitotici pentru fiecare cromozom.

64, 65, 66 – Curs 10

67.Matricea celulara – definitie si functii

Matricea intracelulara este structura ce formeaza mediul inteerstitial in care-si desfasoara activitatea diferite tipuri de celule. Este alcatuita din elemente greu identificabile morfologic si heterogen chimic. Matricea extracelulara joaca rolul principal in organizarea celulara sub forma de tesuturi cat si in distribuirea acestora in mod specific in diferite organe ale corpului. Matricea se afla in relatie de contiguitate si continuitate moleculara cu glicolema. La microscopul optic, in matricea extracelulara, pot fi observate trei tipuri de elemente: membranele bazele, fibrele si substanta fundamentala.

Membranele bazale apar bine evidentiate la nivelul tesuturilor epiteliale si nu pot fi separate de glicocalix. La nivelul celor conjunctive, musculare si neuroglice se prezinta ca o tesatura de fibre fine si greu de contrastat. Fibrele de colagen si elastice prezinta caractere ultrastructurale specifice. Moleculele organice ce stau la baza edificarii diferitelor structuri microscopice sau ultrascopice sunt de natura glicoproteica: colagen, elastina, glicoproteine sulfatate necolagene si proteoglicani. Colagenul face parte din familia de proteine cu foarte mare forta de extensibilitate. Reprezinta circa o patrime din proteinele omului adult. In matricea extracelulara au fost identificate 5 izotipuri de molecule de colagen. Cu toate ca cele 5 tipuri sunt produse de gene diferite, au o structura moleculara foarte asemanatoare.

68.Organizarea moleculara a matricei extracelulare: MPZ-urile

MPZ-urile sunt complexe compuse din unitati repetitive de dizaharide. Din acest grup fac parte: acidul hialuronic, acidul condroitinic, condroitinsulfati, heparinsulfati, keratinsulfati, heparina, etc.

In functie de afinitatile tinctoriale si de afinitatile la apa, MPZ-urile sunt acide si neutre.

Cele acide sunt metacromatice, bazofile, PAS negative si reactioneaza cu hialuronidazele. Pentru evidentierea lor se foloseste albastru de alcian. Se impart, la randul lor, in MPZ simple, nesulfatate reprezentate de acizii hialuronic si condroitinic care au o mare afinitate pentru substantele hidrofile. Cele sulfatate (complexe) sunt reprezentate de condroitinsulfati, heparinsulfati, keratinsulfati

Cele neutre sunt structurate din proteine si polizaharide. Sunt PAS pozitive si nu sunt atacate de hialuronidaze punandu-se in evidenta cu reactivul PAS. Organizarea MPZ-urilor este mai putin cunoscuta. Se pot lega unele de altele sau de alte molecule locale putand lega si unele metale grele. Se pot asambla in structuri helicoidale, fie in structuri sub forma de panglici.

Sinteza MPZ-urilor are loc la nivelul fibroblastilor. Apa se gaseste in continua miscare si schimb de electroliti intre cele doua circulatii (sangvina si limfatica) si intre mediul lichidian intersitial si plasma din interiorul capilarului. Aceasta circulatie lichidica, in care substantele solubile sunt in suspensie realizeaza mediul biologic necesar metabolismului local.

69.Proteinele fibroase: colagenul si elastina

Fibrele de colagen (fibra alba), drepte sau ondulate, orientate diferit, dupa directia de actiune a factorilor mecanici. Au un diametru de aproximativ 10μm existand fie izolate sub forma de fascicule de grosimi si lungimi variabile ce se incruciseaza formand o textura neregulata, fie sub forma de fascicule paralele (dispunere dens ordonata; ex: structura corneei, capsulelor de organ). Dupa tratare cu substante alcaline, fibrele de colagen apar formate din subunitati numite fibrile avand diametrul de 0.3-0.5μm fiind solidarizate printr-un ciment mucopolizaharid. S-a constatat ca fiecare fibrila este alcatuita din subunitati numite protofibrile cu un diametru de 200-600Å. Prezinta un aspect caracteristic datorat unei alternante de benzi clare si intunecate care au o anumita periodicitate ce rezulta din orientarea diferita a aminoacizilor. Protofibrilele sunt alcatuite din alte subunitati numite filamente ce au un diametru de 30Å fiind formate din 1-3 lanturi polipeptidice. Fibrele de colagen sunt izolate intr-un spatiu perifibrilar prin care circula lichid interstitial. Din punct de vedere biochimic fibrele de colagen sunt formate din molecule de tropocolagen dispuse ordonat ceea ce determina birefringenta in lumina polarizata. Fiecare molecula de tropocolagen este formata din 3 lanturi polipeptidice dispuse helicoidal si unite prin punti de hidrogen. In fiecare lant polipeptidic aminoacizii se gasesc in proportii aproximativ egale.

Fibrele de colagen, prin fierbere, produc o substanta gelatinoasa. Pe preparatele colorate se evidentiaza specific. Aceste coloratii tricromice sunt cu Masson (albastru), Goldner-Szekely (verde) si Van Gieson (rosu).

Fibrele sunt inextensibile. Se gasesc aproape in toate tesuturile predominand in cele ce indeplinesc functii mecanice. Colagenul este atacat de colagenaze si sucul gastric, dar nu este descompus de sucul pancreatic. Din punct de vedere genetic au fost identificate 7 lanturi α fiecare cu aproximativ 1050 de reziduuri de aminoacizi. Desi se pot forma mai mult de 100 de tipuri de colagen sunt cunoscute si descrise numai cateva, colagenul I, II, III, IV, V. Aceste 5 tipuri difera intre ele prin lanturile polipeptidice continute care pot fi lanturi de tip α₁ si α₂.

Fibrele elastice se mai numesc si fibre galbene (culoare la preparatele proaspete).

Sunt mai subtiri decat cele de colagen avand un diametru de 0.5-1.5μm. Acest fibre sunt omogene, foarte refringente, se pot ramifica si anastomoza formand retele sau se pot dispune in tunica medie a vaselor. Evidentierea pe preparate histologice se face cu coloratii specifice: orceina (rosu-brun), rezorcin-fuxina (rosu aprins) si gomori (cu aldehid-fuxina in negru).

Sunt rezistente la forta avand proprietatea de extensibilitate si de a reveni la lungimea initiala dupa ce tractiunea exercitata asupra lor inceteaza. Se mai gasesc la nivelul tesutului lax, la plamani si tegument. Din punct de vedere structural sunt alcatuite din tropoelastina, precursor al elastinei. Fibrele apar alcatuite din protofibrile omogene, opace la fluxul de electronic si fara o anumita peridiocitate. In centru prezinta o masa amorfa ce contine elastina inconjurata de o teaca de microtubuli dispusi in benzi cu directie paralela cu axul lung al fibrei. Elastina este o substanta complexa alcatuita din 3 componente: proteica, mucoidica si lipidica. Cea proteica este formata dintr-o cantitate mare de acizi aminati: glicina, prolina, valina si leucina si o cantitate mica de acid glutamic, asparctic si arginina. Cea mucoida este reprezentata de mucopolizaharide acestea gasindu-se in cantitate mai mica decat la fibrele de colagen. Cea lipidica este slab reprezentata, dar poate creste cu varsta ducand la degradarea functionala a elastinei.

Poate servi si ca matrice pentru calcificare asa explicandu-se aparitia placilor ateromatoase si calcificarea unor tesuturi.

Fibrele de elastina sunt rezistente la fierbere si acizi, dar sunt atacate de elastaza si de unele enzime ale sucului pancreatic.

Fibrele oxitalamice reprezinta o varietate de fibre elastice fiind mai rigide, mai groase, neuniforme si nu sunt atacate de elastaze fiind foarte rezistente la acizi, dar dupa tratare cu acid paracetic sunt degradata imediat. Aceste fibre sunt considerate fie ca elemente preelastice, fie ca o varietate de fibre conjunctive intermediare intre fibrele de colagen si cele elastice. Se intalnesc la gingii, periodontiu, tendoane. Numarul fibrelor oxitalamice este crescut in bolile paradontiului sau in chisturile radiculare dentare.

70.Substanta fundamentala a matricei extracelulare: structura si functii:

Substanta fundamentala apare la microscopul fotonic constituita dintr-o componenta amorfa, omogena, transparenta in care starea fizica oscileaza intre gel si solutie. Prezinta o compozitie chimca complexa. Poate fi mai mult sau mai putin reprezentata in functie de varietatea tesutului conjunctiv. La microscopul electronic substanta fundamentala prezinta doua aspecte: o structura de retea alcatuita din macromolecule filamentoase care sunt ramificate, al doilea aspect fiind reprezentat de macromoleculele globuloase.

Din punct de vedere biochimic, substanta fundamentala este compusa din 70-80% apa, restul fiind reprezentat de proteine, MPZ, saruri minerale si diversi metaboliti.

Tot in substanta fundamentala se gasesc proteine ce rezulta din metabolismul celulelor conjunctive sau pot avea origine sangvina gasindu-se liber sau combinate cu polizaharide. Ele sunt reprezentate de colagenul solubil, proteine plasmatice, acizi aminati si polipeptide simple. In cantitate mare se gaseste ionul de Na si Cl, dar si cei de Mg, Ca, K.

Substanta fundamentala reprezinta mediul biologic in care au loc schimburile dintre mediul intern si lichidul intercelular. Difuziunea plasmei sangvine incarcate cu substante nutritive inspre spatiul celular se face prin intermediul substantei fundamentale a tesutului conjunctiv. Gradul de difuziune al lichidului intersitial depinde de gradul de vascozitate al substantei fundamentale. Vascozitatea poate fi diminuata (in cazul tratamentului medicamentos) prin administrarea de vitamina C sau prin intermediul anumitor hormoni.

Substanta fundamentala serveste ca depozit pentru substantele minerale si proteine contribuind la mentinerea homeostaziei mediului intern. Intervine in apararea organismului in procesele inflamatorii si in procesul imunologic.

71.Matricea extracelulara: fibrele de reticulina si membranele bazale

Fibrele de reticulina

Sunt structuri fibrilare fine ramificate si anastomozate formand retele cu ochiuri de diferite dimensiuni, iar in aceste ochiuri se gasesc elementele parenchimatoase ale organelor hemolimfopoietice. Se intalnesc la nivelul adipocitelor, in jurul fibrelor nervoase, musculare, a capilarelor, rinichiului, dar si in structura membranelor bazale unde au o dispozitie dens ordonata.

Contin o mare cantitate de mucopolizaharide, mai mare decat a celor de colagen. Se evidentiaza specific cu coloratie PAS (acidul periodic Schiff).

La microscopul optic, in matricea extracelulara, pot fi observate trei tipuri de elemente: membranele bazele, fibrele si substanta fundamentala.

Membranele bazale apar bine evidentiate la nivelul tesuturilor epiteliale si nu pot fi separate de glicocalix. La nivelul celor conjunctive, musculare si neuroglice se prezinta ca o tesatura de fibre fine si greu de contrastat.

Colagenul IV se intalneste si in structura membranelor bazale, la capsula cristalinului si in sacul vitelin.

72&73Mecanismele generale ale diferentierii celulare. Caracterele generale ale celulelor diferentiate si nediferentiate

Procesul de constituire a unor tipuri celulare deosebite si stabile pornind de la o singura celula este numit diferentiere celulara fiind un proces esential in biologie deoarece este fenomenul cheie al existentei si aparitiei individului presupunand implicarea sa in cresterea, dezvoltarea organismului, regenerarea celulelor uzate sau lezate precum si evolutia speciilor si adaptarea organismului la mediu. In lumea vie diferentierea este universala. Se desfasoara pe tot parcursul vietii si incepe din momentul conceptiei incetand odata cu moartea individului.

Exista trei perioade biologice in viata oricarui individ: ontogeneza; cresterea, dezvoltarea si maturarea; imbatranirea si moartea.

Intensitatea si amploarea diferentierii sunt variabile in cursul acestor etape ale vietii. Maxima de intensitate se gaseste in perioada embriogenezei. La mamifere diferentierea este un proces ireversibil ce debuteaza cu fertilizarea oului ce urmeaza a se divide, iar dupa primele 2 diviziuni apare prin diferentiere oricare din tipurile celulare functionale ale adultului. Celulele care au un potential maxim de diferentiere sunt denumite celule pluripotente. Soarta lor se hotaraste in cursul embriogenezei cand fiecare celula este obligata sa evolueze spre un anumit tip de celula specializata in urma interventiei unor factori extrinseci. Celulele care au suferit influenta acestor factori se numesc celule determinate, iar factorul ce actioneaza asupra celulei se numest factor determinant. Determinarea micsoreaza progresiv numarul de celule specializate. Factorii ce impun celulei parcurgerea unui anumit parcurs evolutiv se numesc inductivi. Pentru ca actiunea lor asupra celulelor sa fie posibila, „celulele tinta” trebuie sa primeasca anumite mesaje pentru a deveni celule permisive. Permisivitatea apare ca urmare a unor modificari genetice si structurale la nivelul membranei celulare determinate de actiunea unui alt inductor anterior. Actiunea primului inductor reprezinta momentul cheie. In functie de specie acest fenomen este diferit ca timp, diferentierea celulara realizandu-se prin interventia unui grup heterogen de factori inductori ce actioneaza initial asupra unei populatii de celule pluripotente apoi asupra unor celule determinate. In ontogeneza numarul determinarilor succesive coincide cu numarul inductorilor. In final, inductorii si determinarea creeaza celulele stem din care iau nastere anumite tipuri celulare specializate. Astfel, celulele stem din maduva rosie sunt capat de serie pentru hematii, leucocite, trombocite. Celulele diferentiale din epiteliu sunt capat de serie pentru tipurile de epitelii. Celulele pluripotente nu se intalnesc numai la organismul adult, dar fiecare tesut sau organ are rezerve de celule stem incomplet diferentiate, exceptie facand tesutul nervos si muscular. Din punct de vedere genetic, starea de celula diferentiata se poate aprecia cu scaderea sau amplificarea cantitatii de ADN ca si-n celulele pluripotente. Diferentierea are loc in 2 etape:

a)intracelulara ce consta in aparitia in interiorul celulei a unor modificari structurale succesive ce sunt responsabile de aparitia formei si structurii celulare diferentiate;

b)intercelulara intre celulele initiale si caracterele celulelor provenite din celulele initiale. Aceasta etapa coincide cu acumularea unor substante specifice cum ar fi o proteina cu functie enzimatica ce va avea ca rezultat functional al diferentierii aparitia unor functii specifice fiecarui tip celular (hematia este capabila de legarea si transportul gazelor in sange; celula musculara este contractila, etc.)

74.Diferentierea celulara in ontogeneza

Diviziunile celulare si procesele de diferentiere au o intensitate si o viteza maxima in ontogeneza rezultand aparitia unui organ mixt ce contine milioane de celule diferite ca structura si functie asociate in populatii perfect sincronizate functional.

Ontogeneza este cea mai dinamica etapa a vietii si are 4 faze:

1)conceptia si fertilizarea oului

Dupa unirea celor 2 celule sexuale se formeaza o celula diploida numita zigot specializata in diviziune si diferentiere.

2)clivajul (sedimentarea) se realizeaza prin mitoza constituindu-se, in final, blastula ce are aspectul unei sfere ce prezinta o foarte mica cavitate numita blastocel.

3)aparitia embrionului (gastrulatia) cand in masa de celula a blastulei, pe marginea cavitatii apar 2 straturi de celule ce vor constitui ectodermul si endodermul. Ulterior, intre aceste foite se interpune o a treia numita mezoderm urmand ca la sfarsitul acestei perioade de formare a celor trei foite embrionare sa inceapa si procesul de formare a placii neurale denumit neurulatie. Embrionul uman stabileste inca din prima saptamana de viata intrauterina contacte cu organismul matern prin intermediul placentei.

4)aparitia fatului cand embrionul a constituit toate tesuturile si organele sunt schitate incepand perioada fetala (lunile III-IX). Este perioada cea mai lunga din cursul vietii intrauterine fiind caracterizata prin desfasurarea structurala si functionala a acestora.

Factorii ce au rol decisiv in diferentierea ontogenetica sunt: fertilizarea, mediul extracelular, miscarile celulare, interactiunile celulare cu rol inductor, clivajul, etc.

Caracteristica pentru diferentierea celulara in embriogeneza este ordinea precisa de interactie cu fiecare factor incriminat. Alterarea acestei ordini este responsabila de aparitia malformatiilor congenitale. Acestea se pot produce datorita mai multor cauze: modificarea capacitatii inductive a unor tesuturi, pierderii contactelor inductori si indus, modificarea permisivitatii celulei tinta la inductori.

75.Diferentierea celulara la adult

La organismul adult nu exista celule pluripotente, dar exista rezerve de celule stem care se autointretin prin diviziune in mai toate tipurile de tesuturi. Organismul este alcatuit din doua categorii de celule: somatice si sexuale pentru care exista rezerve de celule stem. In afara de celulele de tip muscular si nervos, toate celelalte celule celule au o viata limitata, inlocuirea celulelor uzate sau moarte se face prin diferentierea celulelor stem in celule adulte, proces cunoscut sub denumirea de regenerare.

Intensitatea cea mai mare a proceselor de regenerare se poate observa la celulele din maduva osoasa hematogena, la celulele din organele sexuale si in celulele din tesuturile epiteliale de acoperire.

Mecanismul diferentierii celulare la adult este acelasi cu cel din etapa embrionara, dar numarul inductorilor ce actioneaza asupra celulelor nediferentiate este mai mic. Rolul major in procesul de diferentiere il au interactiunile intercelulare cu rol inductiv. Alterarea procesului de diferentiere la adult poate da nastere la tumori numite neoplazii. Procesul de transformare a celulelor nediferentiate in celule tumorale poate avea loc pe doua cai:

1)inglobarea unei molecule de ARN de tip viral cand prin transcriptie reversa pe aceasta molecula de ARN se sintetizeaza in celula gazda o molecula de ADN care se integreaza in genomul celulei gazda. In anumite conditii molecula de ADN nou integrata poate ajunge sa preia controlul procesului de diferentiere a celulei gazda. Atunci, mesajul genetic strain de nastere la o serie de anomalii de structura, diviziune, crestere si fractionare a celulei ce se transimt la toti descendentii sai, producandu-se tumori.

2)intreruperea interactiunilor celulare cu rol de reglare a cresterii, diviziunii si fractionarii celulelor dintr-o populatie datorita pierderii jonctiunilor celulare.

76.Imbatranirea celulara este rezultatul modificarilor continue acumulate in organismele vii inca de la nastere durand pana la moarte. Procesul imbatranirii organismului este, totodata, rezultatul imbatranirii fiecarui sistem in parte: molecule, tesuturi, organe.

Fiecare celula imbatraneste specific printr-un mecanism diferit de cel al altei celule. In mod similar, procesul de imbatranire a tesuturilor si organelor este specific fiecaruia in parte. Proteinele au rolul cel mai important in economia celulelor. De aceea, majoritatea studiilor au fost facute pe proteine determinandu-se cu exactitate durata de viata a moleculelor proteice, enzimatice sau structurale. Pe masura inaintarii in varsta a celulei pot surveni modificari la nivelul procesului de sinteza care determina aparitia unor molecule proteice cu proprietati fizico-chimice si conformationale diferite de cele initiale.

La celulele cu ritm rapid de diviziune exista un proces de imbatranire cu un mecanism diferit de producere fata de celulele nedivizibile. Pentru acest tip de celule imbatranirea inseamna scaderea ritmului de diviziune sau chiar oprirea procesului de diviziune.

La celulele indivizibile, in cursul vietii, imbatranirea inseamna acumularea de macromolecule cu proprietati diferite de cele initiale sau acumularea de substante nedegradabile precum lipofuscina.

Imbatranirea tisulara si a organelor este rezultatul imbatranirii moleculelor, a celulelor si a modificarii compozitiei chimice a matricei celulare. Procesele de diferentiere celulara, morfogeneza si imbatranirea celulara sunt insotite de modificarile moleculelor in ceea ce priveste structura si functia lor. In cursul diferentierii si al morfogenezei acestea sunt considerate normale intrucat sunt progamate genetic.