biologie celulara

5/12/2018 Biologie Celulara - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/biologie-celulara-55a750619ef6c 1/114



BIOMEMBRANE

A. Compozitie chimica

constituite din: lipide,

proteine, glucide, apa, ioni, in cantitati ce variaza in functie de:

tipul celulei, tipul de membrana, conditii de mediu, starea fiziologica



Compozitia unor membrane

Tipul de membrana Proteine Lipide Glucide Raport P/L

M. plasmatica a eritrocitului 49 43 8 1,1:1

M. hepatocitului (soarece) 46 54 2-4 0,85:1

M. hepatocitului (sobolan) 58 42 2-10 1,4:1

M. mitocondriala externa 52 48 2-4 1,1:1

M. mitocondriala interna 76 24 1-2 3,2:1

1. Lipide membranare

constituite din:

40 ± 50% fosfolipide,

15 ± 32% colesterol,

10% alte lipide (glicolipide, mono- si trigliceride)



1.1. Fosfolipide

in compozitia lor intra curent:

acizi fosfatidici,

lecitina,

cefalina,

mono- si difosfatidilglicerolul (ex.: cardiolipina)

R2 C O

O

CH

CH2

CH2O C

O P

O

OH

R1

OH

O O

OH

R1

O P

O

O CCH2

R2 C O

O

CH

CH2

CH2

CH2

NH3

acid fosfatidic

mono-fosfatidilglicerol (glicerol-3-fosfat)

fosfatidilcolamina(cefalina)O P

CH2 OH

CH

CH2

HO

O32 -



CH2 CH2

R2 C O

O

CH

CH2

CH2O C

O P

O

R1

OH

O

N (CH3)3+

fosfatidilcolina (lecitina)

P OO

O

OH

OP

CH2

CHR1OCO

CH2 OCOR2

OH

O

CH2

CH2

CHR1OCO

CH2 OCOR2

CH2 C

H

OH

difosfatidilglicerol (cardiolipina)



acid stearic acid oleic

in care R= acizi grasi saturati/nesaturati



O R

P O

O

O

CH2CH

O

CO

CH2

O

CO

acid oleicacid stearic R= colina, etanolamina, inozitol, glicerina,

alti compusi hidroxi

lati

modul de legare: esterificare



1.2. Alte lipide

glico-/ fosfosfingolipidele,

glicoglicerolipide,

trigliceride, H2C O

C

C

O

O

C

C

C

O

O

O

H

H2

triacilglicerol (triglicerida)

1-palmitoil-2-stearoil-3-oleilglicerol

glicoglicerolipide, in care R= glucoza,galactoza, galactozil-galactoza

H2C O

C

C

O

O

C

C

O

O

R

H

H2



O CH2 OH

N C

O

POO-

OR

H

O CH2 OH

N C

O

R

H

fosfosfingolipide

R= colina s.a.

glicosfingolipide

R= oze sau oligozaharide (cerebrozide);

R= oligozaharide si resturi de acid sialic (gangliozide)



glicolipida (galactolipida)

dolicol-fosfat (transportor de glucide activate in sintezaglicoproteinelor si a unor polizaharide a caror biosinteza este asociata membranelor )

OO

OH

OH

OH

CH2OH

NH

O

O-

O O

-

P

O



1.3. Colesterol

HO



2. Proteine

interactiunea lipide/proteine membranare

unele biomembrane au o proteina dominanta

exemplu: celulele fotoreceptoare contin in proportie de 90% rodopsina

proteinele membranare pot fi:

proteine structurale,

proteine ale transportului activ,

proteine mecano-contractile,

enzime



lipidele membranare controleaza si regleaza functiile

enzimatice ale proteinelor membranare

pot fi clasificate in:

hexoze si hexozamine,

acid sialic (caruia ii revine un rol in secretie,favorizand iesirea unor proteine din celule),

glicolipide,

glicoproteine

3. Glucide membranare

3.1. Acidul sialic

O

OH

OH

CO O-NH CH

CH

CH2

C

O

OH

OH

OH

H3 C



3.2. Glicoproteine membranare

in glicoproteine, glucidele sunt legate de aminoacizii: serina,treonina, hidroxilizina si hidroxiprolina

joaca rolul de situsuri de recunoastere intracelulara pentruhormoni si virusuri

pot juca, de asemeni, rol de antigene de suprafata

se diferentiaza glicoproteine O-glicozidice si N-glicozide, infunctie de legarea catenei glicoproteice de serina sau treonina O-glicozide sau de asparagina N-glicozide



Aspn GlcNAc GlcNAc Man

Man

Man

GlcNAc

GlcNAc

Gal

Gal

Sial

Sial

Ser GalNAc Gal

Sial

glicoproteina O-glicozidica

glicoproteina N-glicozidata



Legarea catenei oligozaharidice inglicoproteine

la capatul terminal al catenelor oligozaharidice se gaseste plasatafrecvent o secventa de ±Gal NANA (NANA = acid N-acetil-neuraminic = acid sialic), care confera suprafetei membranei uncaracter acid

acest ³manson´ lax, acid, de care mai pot adera glicoproteineextracelulare si polizaharidice formeaza asa numitul ³glicocalix´

glicocalix-ul joaca un rol important in :

imunitate,

adeziunea celulara,

scade permeabilitatea la ioni,

creste rezistenta electrica a membranei.



Lectine

Principalele proprietati biologice ale lectinelor sunt:

eritroaglutinarea, caracterizata prin: specificitate de grupa sanguina specificitate de specie animala

citoaglutinarea unor: celule tumorale

celule normale, care au suferit o proteoliza celule embrionare tinere

mitogenitate fata de: limfocite alte celule normale celule embrionare batrâne

antimitogenitate fata de: celule tumorale celule embrionare tinere

precipitarea macromoleculelor glucidice



Membrana, constituita din fosfolipide si proteine, prezinta laexterior un manson format din glicoproteine al caror pol hidrofil esteorientat spre exterior, in timp ce polul hidrofob este ancorat in

matricea membranei protoplasmatice.

Glicoproteinele actioneaza ca situsuri de recunoastere fatade alte celule sau substante exogene, având un rol important înadezivitatea si proliferarea celulara.

Procesele de transformare si diferentiere celulara presupuno serie de modificari biochimice care intereseaza si suprafatacelulara. Aceasta înseamna ca exista o relatie directa întremodificarile biochimice de la nivelul membranei celulare si procesul

malign.

Lectinele sunt capabile sa puna in evidenta tocmai o astfel

de transformare anormala a membranei celulare reactionând curesturile glucidice de pe suprafata membranara si aglutinând celula.



3.3. Glicolipide membranare

glucidele respectiv catenele oligozaharidice sunt plasate pesuprafata externa a membranei,

intrand in compozitia glicoproteinelor si glicolipidelor membranare,

structura catenelor oligozaharidice din compozitiaglicolipidelor membranare variaza foarte mult



4. Apa

intra in compozitia membranelor in proportie de 30-50%,

este apa libera sau structurala (ambele forme se gasescconcomitent in aceeasi membrana),

intervine ca liant intre structurile bistratificate fosfolipidice siproteice,

favorizeaza formarea legaturilor de hidrogen,

participa la transportul de electroni si protoni



5. Constituenti anorganici

clasificati in doua categorii de ioni :

ioni fixati pe molecule structurale lipidice sau proteice;fac parte integranta din edificiul membranelor: Zn2+, Mg2+,

Ca2+,

ioni de tranzit, mobili, care traverseaza membranaintr-un sens sau altul; unii intervin intr-o serie de procese

metabolice



B. Conceptul de biomembrana

Toate biomembranele sunt constituite dintr-un dublu strat fosfolipidic

biomembranele contin mari cantitati de proteine,

raportul proteine/lipide membranare este in favoarea proteinelor,

cum se realiyeaza legatura dintre lipide si proteine in structuramembranara bistratificata ?

In 1935 Danielli si Davson au elaborat un model de mambrana in care, lasuprafata dublului strat lipidic s-ar af la adsorbite proteine globulare

mai tarziu, s-a dovedit ca proteinele sunt puternic fixate de lipide,

modelul de membrana a fost completat prin introducerea, la suprafatalipidelor a unor asa numite proteine desfasurate pe care apoi se fixeazaproteinele globulare



S-a dovedit

y astazi se accepta asa numitul model de mozaic f luid al

membranei,y proteinele membranare penetreaza mai mult sau mai putindublul strat lipidic si se pot deplasa in plan orizontal

pol hidrofil

pol lipofil



Fixarea proteinelor la dublul strat lipidic



* in apa, lipidele pot forma :

un film ( unistrat)

micelii



proteinele care traverseaza membrana indeplinesc rolul depori prin care se face "alimentarea" respectiv "evacuarea" dincelula

Biomembranele se caracterizeaza prin f luiditate

permeabilitate



C. Functiile metabolice ale sistemului de membrane celulare

dependent de tipul de celula si de membrana (celulara,endoplasmatica, golgiana etc) functia pe care aceasta oindeplineste, difera

Sistem de membrana Functia metabolica

M. plasmatica sinteza oligozaharidelor

M. reticulului endoplasmic

M. granulare sinteza proteinelor

M. netede sinteza acizilor grasi

si a fosfolipidelor



M. golgiene sinteza mucopolizaharidelor

condensarea substantelor sintetizate in alte sisteme

membranare

M. celulelor epiteliului renal sinteza acizilor grasi

si intestinal (microvili) ciclul Krebs

fosforilare ; oxidare

furnizare H+ si e-



D. Distributia echipamentului enzimatic

membranele - in totalitate sau pe anumite portiuni -reprezinta sediul unor activitati enzimatice

nici o enzima nu se gaseste concomitent pe fata interna sipe cea externa a unei membrane



Reactia necatalizata :

undele nu sunt suficient de

puternice pentru ca apa sa iasdin matca

R

eac

tiac

atalizata: undele au puterea de adepasi bariera

reprezinta un potential substrat (compusul x) pentru o enzima si carese balanseaza in sus si in jos pe un anume nivel energetic;

daca se depaseste bariera, prin activarea energiei (catalizata), are locmodificarea energita in favoarea substratului (), cand se induce reactia.



E. Rolul plasmalemei in transportul substantelor

daca membrana pecto-celulozica (invelisul celular alplantelor) este perfect permeabila,

plasmalema (membrana celulara propriu zisa a tuturor organismelor) este semipermeabila

semipermeabilitatea este diferita in functie de natura

substantei, fiind

partiala sau

totala



pentru aceeasi substanta, semipermeabilitatea se regleaza

in functie de conditiile intra- si extra celulare de moment,

pentru a efectua schimbul controlat cu exteriorul, plasmalemaindeplineste doua activitati:

- recunoste speciile moleculare,

- opreste /incetineste respectiv,permite patrunderea/iesirea

substantelor in si din celula

= TRANSPORTUL substantelor



transportul substantelor prin plasmalema poate fi :

- pasiv, prin difuzie libera

- catalizat,

- activ,- prin pinocitoza.

transport specific

Permeabilitate si transport- stratul lipidic reprezinta de fapt o bariera (lipidica) intre 2

compartimente apoase: extern si intern



A. Transportul pasiv

- schimburile moleculelor hidrofile si ai ionilor anorganici prinbariera lipidica, groasa de 3 nm este redus,

- dintre substantele hidrofile:

doar apa si alte molecule (acid acetic) mici penetreaza

prin biomembrane prin difuziune libera

deja glicerina (GM = 92 D) este ingradita in ceea ce

priveste difuziunea prin membrane

glucoza, ionii (Na+, K+, Cl-, Mg2+, Ca2+) practic nu

difuzeaza (rata de difuziune este neglijabila comparativ cu

transportul catalizat)



semipermeabilitatea membranei are la baza tocmai

acest transport ´pasivµ datorat unor procese osmotice

- pentru moleculele lipofile si cele amfifile, transportul pasiv

prin membrana se realizeaza practic prin solubilizarea acestora

in faza lipidica a biomembranelor, functie de coeficientul lor de

repartitie.

astfel penetreaza in celule hormonii steroizi,vitaminele liposolubile, medicamentele lipofile, etc.

- transportul prin difuzie libera se realizeaza fara consum deenergie.



B.Transportul specific

- daca transportul prin biomembrane se face cu ajutorul unui

TRANSLOCATOR se vorbeste despre transport specific,

- transportul specific se diferentiaza de difuzia libera printr-o serie de criterii:

- se realizeaza mai rapid decat transportul prin difuzie,

- se realizeaza cu ajutorul translocatorilor integrali,

- este substrat-specific,

- este saturabil,

- deseori poate fi inhibat specific de substraturi analoge sau

de substante toxice.



Transportul prin membrane se face in mod asemanator, singura

diferenta fiind ca in cazul:

- transportului prin difuziune libera, este vorba de un proces

osmotic, in timp ce,- transportul specific reprezinta un proces chimic.

Se disting 2 mecanisme de transport specific:

- difuziunea catalizata, la care nu se consuma energie,

- transportul activ, care se realizeaza cu consum de energie.

In ambele cazuri distingem un transport de tip:

- uniport = transportul unei singure molecule/ion,

- simport, cotransport = transportul a 2 molecule diferite inaceeasi directie,

- antiport = transport a 2 molecule diferite in sensuri

inverse.



1. Difuzia catalizata

- duce ca si in cazul difuziei fara translocator pana la cel

mult echilibrarea concentratiei in cele 2 compartimente

- se intalneste frecvent la animalele superioare

2. Transportul activ

- este consumator de energie,

- functioneaza si impotriva gradientului de concentartie

ajungand

lao

acum

ulare inmo

lecula/ionul transp

ortat,

- in vivo, sistemul este de regula unidirectional,

- se distinge un transport activ primar si unul secundar,



2.1. Transport activ primar

- transportul de catre translocator este cuplat cu consumul de

energie direct si stoechiometric prin:

hidroliza ATP, forma cea mai frecvent intalnita,

folosirea potentialului redox, apare doar in lantul

respirator si in fotosinteza pentru realizarea gradientilorde H+,

prin transformarea energiei electromagnetice a

fotonilor, este valabil doar pentru transportul H+ si Cl- la

halobacterii

.

- asa sunt transportati ionii anorganici prin asa-numitele

pompe ionice, ducand la imbogatirea sau saracirea continutului

celular,



- rareori, se transporta astfel substante organice, pentru

care functioneaza asa-numitii translocatori ABC,

- pentru ionii H+, Na+,K+ si Ca2+ functioneaza translocatori

primari-activi, cunoscuti sub denumirea de pompe

(canale)

ionice sau ATP-aze ionice.



2.2. Transport activ secundar

- in acest caz, cuplarea transportului activ de consumul deenergie este indirecta, dar tot stoechiometric,

- se foloseste energia potentialelor electrochimice alegradientilor H+ sau Na+ (care au fost construiti prin

transportul activ primar) pentru transportul unor molecule

sau ioni, impotriva gradientului de concentratie,

- acest lucru are loc prin simport sau antiport de H+ sau Na+



Transport

printr-un canal ionic

cu ajutorul unui

translocator mobil

translocat

or

mobil



- prin astfel de translocatori se introduc glucidele sau

aminoacizii in celule, dar si alte componente

- la celulele animale este vorba mai ales de gradientii Na+

- la celulele vegetale este vorba in special de gradientii deH+



3. Translocatori

- transporta substante prin mecanisme foarte diferite, dar

intot

deauna printr-un canal

din

me

mbrana

3.1. Porine

- canalele hidr

ofile sunt

de regula f

or

mate

din structuriologomere helicale amfifile, rareori monomere

- pentru asigurarea unui in-/eflux convenabil, in

biomembrana exiata o serie de proteine integrale care

functioneaza ca translocatori

- inca din 1952 se stia ca ionii de Na+ si K+ traverseaza

membrana plasmatica prin canale ion-specifice

- abia prin anii 70 s-a stabilit ca aceste canale sunt formate

din proteine membranare integrate ACVAPORINE



Transportul moleculelor de apa prin acvaporinele membranelor celulare



Incarcarea (+) din interiorul canalului impiedica

influxul de cationi, aceasta particulatitate (particularitate)

este necesara pentru a creea si pastrao

diferenta

depotential intre interstitiu si citosol.

- in 1891, Strasburger constatase ca transportul sevei brute

prin floemul plantelor are la baza un proces pur fizic,

- in anii ´50 cevenise clar ca anumite celule animale

(eritrocite, celule renale) trebuie sa aiba canale specifice

pentru transportul apei



1986 Prof. Benga - UMF Cluj

Peter Agre, Roderick Mackinnon

- separa din celule renale si eritrocit uman diverse

proteine membranare si analizeaza secventele peptidice si

ale AND -- identifica proteina de canal codificata AQP

(aquaporina)

premiul Nobel in 2003,

in solutie apoasa, celulele care contin AQP in membrana,

perm

it patrunderea apei in interi

or, pe cale

os

motica

pana acum, la om se cunosc 11 variante de AQP localizate

in membranele celulare ale unor anume celule



la nivelul glomerulului renal se filtreaza sangele,

cantitatea de urina primara rezultata: 170 l / 24 ore,

99% din urina primara este re-resorbita la nivelul

tubilor renali,

procesul are loc cu ajutorul canalelor membranare detip AQP1 si AQP2,

procesul de re-resorbtie la nivelul microtubulilor renali

este stimulat de hormonul vasopresina (adiuretina) care

stimuleaza transportul de AQP2 la tubuli (si implicitresorbtia)

deficitul de vasopresina duce la instalarea diabetului

insipid (cu eliminare zilnica de 4-12, chiar 40 l urina)



3.2. Canale ionice

ionii de K+ si Na+ se inconjoara cu un invelis format din

molecule de apa

´mansonul de hidratareµ al acestor ioni impiedica

transportul prin membrana al ionului propriu-zis, astfel

incat,

odata ce ionul hidratizat s-a apropiat de canalul ionic, K+

pierde mansonul de hidratare, care va fi substituit in

interiorul canalului de atomi de oxigen



Na+ nu poate traversa printr-un canal ionic pentru K+,

deoarece nu-si pot inmocui, in interiorul canalului, mansonul

de hidratare cu atomi de oxigen,

canalul pentru K+ permite penetrarea ionului din interstitiu

in citosol. Atomii de oxigen (rosu) inlocuiesc in filtrul ionic

mansonul de hidratare. Deschiderea si inchiderea porului se

face prin mecanisme independente de filtrul ionic.



in cazul ionului de K, distanta intre K+ si molecula de apa din

mansonul de hidratare este aceeasi ca in cazul atomilor de

oxigen din canalul ionic,

deoarece Na+ este mai mic decat K+, distanta Na+/atomi de

oxigen nu mai este optima, asa incat ionul de sodiu nu poate

inlocui mansonul de hidratare cu atomi de oxigen,

urmarea: nu poate trece

prin canalul pentru K+



transportul selectiv al acestor ioni (fara consum de

energie) face parte din categoria transportului catalizat



3.3. Pompe moleculare

transportul antibioticelor prin peretele bacteriilor gramnegative:

pompele moleculare actioneaza in sensul evacuarii antibioticului

(care a patruns in interiorul bacteriei prin porina), in spatiulintracelular

Antibiotic amfifil

fata externa

biomembrana

fata interna

Pom

pamo

leculara



Saponine Polifenoli

Monoterpene Sescviterpene Diterpene

Interactiuni ale unor MS lipofili cu biomembranele si proteinele

membranare



C. PINOCITOZA

pinein = a bea,

pentru inglobarea lichidelor,

volumul schimburilor intre celula si mediul extern este

proportional cu suprafata membranei plasmatice,

plasmalema se invagineaza, marindu-si suprafata, fara

ca celula sa-si modifice volumul,

invaginatiile sedetaseaza ra

manan

din interi

orul celuleisub forma unor vezicule.



Endocitoza - Pinocitoza - incorporare de lichid

- Fagocitoza - incorporare de particule

(phagein = a manca)



COMUNICAREA / SEMNALIZAREA INTR ACELULAR A

A. Proteine de semnalizare/proteine receptor/proteina tinta

inaintea aparitiei pe pamant a organismelor pluricelulare,

organis

mele unicelulare aveau

deja 2,5

miliar

de

de ani seexistenta,

organismele pluricelulare nu au putut aparea mai devreme,

deoarece au trebuit sa-si puna la punct mai intai un sistem eficient

de comunicare intre celule, pentru a-si putea contr

ola pr

opria

dezvoltare si functionare,

mecanismele de semnalizare depind in mare masura de asa

numitele molecule de semnalizare extracelulara, produse de o

anum

ita celula pentru a sem

naliza celulelor vecine sau la

distanta

.



organismele superioare dispun, in afara de molecule de

semnalizare, de un sistem de proteine-receptor,

proteinele receptor pot fi:

- proteine receptor de suprafata celulara,

- proteine intracelulare care distribuie semnalul catre

diversele compartimente celulare

proteine de semnalizare sunt:

- kinaze,

- fosfataze,

- proteine GPT-fixatoare,

- multe alte proteine cu care interactioneaza



la capatul celalalt al fiecarei cai de semnalizare

intracelulara se gasesc proteine tinta,

odata activata o cale de semnalizare, semnalul ajunge laproteina tinta, declansand o modificare a acesteia din urma

si care se exprima printr-o modificare in starea de

functionare a celulei,

dependent de efectul semnalului, aceste proteine tinta pot

fi:

- proteine de reglare genica,

- canale ionice,

- componente ale unei cai ionice,

- parti ale citoscheletului s.a.



enzime proteina de proteina

exprimare genica citoscheletica

Influentarea

metabolismului

Exprimarea

genica

Influentareastarii saumiscarii



Calea simpla de semnalizare intracelulara, activata

de o molecula-semnal extracelulara: molecula

semnalizatoare se fixeaza pe proteina receptor (inclusa, in

mod normal in membrana celulara), cand se activeaza o calede semnalizare intracelulara, ea insasi constituita dintr-o

serie de proteine de semnalizare.

Una sau mai multe dintre aceste proteine de

semnalizare interactioneaza cu o proteina tinta, interactiune

caredeter

mina

oschi

mbare in starea

de functi

onare a celulei



Receptori

recipere = a primi

RECEPTORI

de membrana - proteine sau glicoproteineintegrale ale membranelor celulare;reprezinta:

1) modalitatea prin care substante mesager hidrofile a jung in celula

2) controleaza mentinerea ordiniiintracelulare, nepermitand patrundereaunor substante straine

intracelulari:

1) citosolici, rari (ipotetici)

2) nucleari, care leaga stereospecific unligand endo/exogen



Receptorii de membrana pot fi:

R. cuplati cu canale ionice,

R. cuplati cu proteine G (proteine transmembranare),

R. enzime, care, la activare, functioneaza ca sau cuenzime,

R. de aprovizionare, care aprovizioneaza celulele cuanumite substante (colesterol, fier etc.)



indiferent de natura moleculei semnal, celula detine proteine

specifice, receptorii, cu p conformatie ce permite fixarea

specifica a mediatorului chimic, prin care apoi se initiaza

raspunsul din partea celulei,

mediatorul chimic actioneaza la concentratii extrem de mici (in

general e 10-8 M) iar receptorul are o capacitate de recunoastere si

afinitate (specificitate de fixare a ligandului)

in majoritatea cazurilor, acesti receptori sunt proteinetransmembranare ale membranei celulare,

cand receptorul fixeaza ligandul, se activeaza si genereaza o

cascada de semnale intercelulare care mofifica starea celulei

alteori, receptorii se afla in interiorul celulei tinta si mediatorulchimic trebuie sa patrunda in interiorul celulei pentru a-l activa,

aceasta inseamna ca molecula semnal trebuie sa fie suficient de

mica si hidrofoba pentru a difuza prin plasmalema.

Li iLi i



LiganziLiganzi

AGONIST (agonistes = luptator) = ligandul natural al unuireceptor sau substanta exogena care declanseaza unanumit efect (raspuns)

ANTAGONIST (antagonistes - opozant) = substanta care

impisedica accsul agonistului la receptor, ocupandu-isitusul specific (desi se leaga la recptor, nu declanseazareactiile de raspuns celular)

legarea ligandului pe receptor este:

variabila,

reversibila,

saturabila.



Simetria cartilor de joc



RECEPTORI CANABINOIDICI

Canabinoide: Cannabis sativa var. sativa



Peri tectori + glandulari



Canabinoidele actioneaza:

analgezic,

antiemetic,

stimuleaza apetitul,

inf luenteaza sistemul imunitar,

psihotrop (inhalare)



astazi, THC (dronabinol/MARINOL 5 mg/cp.) se

utilizeaza in terapeutica:- analgezic,

- antiemetic in chemoterapie,

- cresterea poftei de mancare/greutate lapacientii AIDS sau neoplazici,

- antispastic muscular (/analgezic) inscleroza multipla,

- scade presiunea intraoculara in glaucom

cunoasterea receptorilor canabinoidici a permis



cunoasterea receptorilor canabinoidici a permisidentificarea locurilor si modurilor de actiune acanabinoidelor, precum si a proceselor de transductie a

semnalelor

receptorii canabinoidici CB1 si CB2 au un model deexprimare (reactie/transmitere) diferit, in functie detesuturi in care se gasesc.

CB1 domina in SNC, mai ales in:

- ganglionii bazali,

- hipocamp,

- cerebel,

- neocortex,

dar si in tesuturi periferice:

- tesut adipos, - ficat,



CB2 se gasesc in:

- celu

le

le sistemu

lui imunitar,

- trunchiului cerebral,

- hipocamp.

ambele tipuri de receptori CB sunt:

- membranari,

- cuplati cu proteine G,

- intervin, printr-o proteina G inhibitoare intr-omultitudine de mecanisme de transductiecelulara a semnalelor



Canabinoidele

scad nivelul intracelular de AMP-c, prin inhibarea

adenilatciclazei,

pot diri ja canalele ionice pentru Ca2+ si K+

pot activa o serie de enzime ale transductiei semnalelor la

nivelce

lu

lar

in 1992:

- s-a identificat primul ligand endogen pentru receptorii

canabinoidici,

- s-a descoperit mecanismul de control fiziologic a durerii sia dispozitiei,

- s-a stabilit modul de reglare a metabolismului energetic sia sistemului imunitar.



RC (receptorii canabinoidici) si liganzii endogeni constituie si

sistemul endocanabinoidic (Sist. EC)

Endocanabinoidele (EC)

anandamida si

2-arahidonilglicerol (2 AG)

sunt derivati ai acidului arahidonic; substantelipofile, structural diferite de THC si canabinoide



Func

tiile fiziologic

e atribuiteS

ist. EC: in SNC, inf luenteaza

- plasticitatea sinaptica -- functiile cognitive siemotionale,

- coordonarea miscarilor, tinuta corporala,

- perceptia durerii,

- apetitul si metabolismul energetic,

- procese gastrointestinale, cardiovasculare,

- procese inf lamatorii



EC

sunt eliberate din membrana postsinaptica in momentul

activarii sinapsei, printr-un impuls nervos,

se leaga pe receptorii CB1din membrana presinaptica,inhiband eliberarea neurotransmitatori,

sunt inactivate prin preluarea lor la nivelul terminatiilor nervoase, unde sunt degradate hidrolitic



EC pot

accentua/atenua

intensitatea transmisiei sinaptice in diverse regiuni alecreierului, in functie de contextul fiziologic, ca rezultata al

tuturor impulsurilor excitatorii si inhibitorii,

diri jand astfel, plasticitatea proceselor sinaptice delunga si scurta durata.

La nivelul hipotalamusului , EC:

dezvolta un efect de stimulare a apetitului,

inf luenteaza mecanismele cerebrale de recompensarepentru ceea ce mancam (in sensul preferarii alimentelor

grase, cu aport energetic mare),

in adipozitate exista o hiperactivare a sistemului EC



in adipozitate exista o hiperactivare a sistemului EC,raspunsul fiind un consum exagerat de alimente cu aportenergetic mare,

la fumatorii inraiti exista de asemenea o hiperactivitate aSist. EC

Astazi:agonisti selectivi

medicamente

antagonisti selectivi antagonist selectiv CB1, RIMONABANT, in tratamentul obezitatii

agonisti CB2 utilizati in imunostimulare

Canabinoidele



inf luenteaza numeroase functii ale sistemului imunitar prin:

- secretia de citokine,

- inf luentarea migrarii leucocitelor

celulele imunitare au, in principal, receptorii CB2 membranari

keratinocitele au CB1 si sunt implicate in alergiile de contact,

aplicand local

- agonisti canabinoidici sau

- inhibitori ai hidrolazei amidelor acizilor grasi,implicata in degradraea specifica a anandamidei, sereduce reactia dermica fata de agentul alergen



Sistemul EC

SNC

Sistemul

imunitar



Alcamidele din Echinacea purpur ea se fixeaza preferential

pe receptorii CB2 cascada de reactii imunitare



la nivelul trunchiului cerebral p 4 tipuri de receptori ptr.morfin: H, O, Q, W

r ece ptori = mac romol ec ul e membranar e, c ur eac tivitat e spec ifi c fa d e anumit e semnal e chimi ce

prin l eg ar ea mol ec ul ei semnal d e r ece ptor p form int eli g ibil pentru celula r ece ptoar e p d ec lanar ea r eac i ei

ptr. morfina natural (levogir), afinitatea fa de receptor (efectul analgezic) este dat de:

structura terminal de tirozinC15-C16 în forma scaun

O

HO

HO

NCH3



(+) ± morfina (de semisintez, din S inomenium ac utum) panal gez i c mai slab

trans-morfina (sintetic) p lipsit de aciune analgezic în anii ¶70, Hughes (Aberdeen), Goldstein (SU A), Terenius(Suedia), presupun c receptorii morfinanici au fost dezvoltaipentru liganzi endogeni, morfina mimând structura acestora

p endorfine (naturale)

p enkefaline (sintetice)

O

HO

OHN

CH3

O

O

HO

OH

N

O

oximorfon (agonist) naloxona (antagonist)



Efectul stupefiant al morfinei

legare specific pe receptorii trunchiului cerebral i talamus p

inhibarea activitii adenilatciclazei

prin urmare, scade conc. intracelular de AMP-c

celula compenseaz lipsa prin suprabiosintez de adenilatciclaz,ptr. normalizarea nivelului AMP-c

dac întrerupem administrarea de morfin, celula funcioneaz cusupraproducie de enzim

crete nivelul AMP-c celular p dereglri serioase

sindrom de abstinen p dispare abia la administrarea unei noidoze de morfin

Receptorii celulelor olfactive



Receptorii celulelor olfactive

mirosul a fost perceput

de vietuit

oare inainte

de a ve

dea sau auzi,

mirosul ne orienteaza intr-o lume a stimulilor chimici,

mirosul a dechis creierului o fereastra catre lume, pentru:

- a informa ce poate fi folosit ca hrana,

- care este partenerul sexual potrivit,

- a semnala pericolele,

- a motiva comportamentul



receptorii specifici sunt plasati in membrana mucoasei nazale,

creierul a dezvoltat capacitatea de a:

- analiza stimulii generati de fixarea liganzilor pe receptor,

- identifica cele mai importante molecule dotate cu

aroma/miros,

- le recunoaste,

- le urmari de-a lungul gradientilor lor de concentratie,

- a ajunge la sursa care le-a generat



La vertebratele prim

itive, portiunea

de creier resp

onsabila

deperceptia mirosurilor:

- era cel mai bine dezvoltata,

- ocupa volumul cel mai mare,

- mecanismele neuronale de prelucrare a semnalelor auservit ca model pentru dezvoltarea celorlalte simturi -

vederea si auzul,

creierul isi organizeaza perceptiile in jurul sistemului olfactiv

Mirosul poate:



p

- declansa simpatie sau antipatie,

- influentadisp

ozitia,

- comportamentul social sau sexual,

- functiona ca mijloc de comunicare chimica

percepem vederea si auzul ca simturi mai importante decat

mirosul,

suntm

ai bine investigate, contribuie la conturarea perceptiei noastre, a ceea ce suntem,

contribuie in conturarea proceselor de perceptie cognitiva,

Mirosul imprima:



- calitatea vietii,

- senzatia de bine,

- emotiile, dragostea,

- perpetuarea biologica,

sistemul olactiv a dezvoltat o ´linie directaµ cu sistemul limbic si

hipotalamusul, unde sunt plasate centrele care guverneaza:

- sentimentele, emotiile, instinctele,

- reglarea hormonala,

De acolo informatiile sunt conduse la neurocortex,

devenindu-ne accesibile prin constientizare

Mirosurile, aromele, parfumurile,



- nu actionaza doar asupra subconstientului,

- pot influenta direct o serie de functii organice:

tensiunea,

frecventa cardiaca,

starea pielii,

la nivelul nasului, exista trei planuri suprapuse, acoperite cu mucoasa

nazala;

pe nivelul superior, se afla epiteliul de percepere a mirosului,constituit din:

- celule olfactive,

- celule de sustinere,

- celule bazale

C l l l lf ti



Celulele olfactive:

- dotate cu cili fini, care penetreaza mucoasa nazala,

- intrand in contact cu mediul inconjurator, adsorbind substanteledotate cu miros;

- la capatul celalalt, - axonul,

- trece prin pori existenti in osul cranian ² bulbul olfactor ² catre care

sunt transmise informatii cu privire la stimulii perceputi de celulele

olfactive

Cum functioneaza celula olfactiva?

- in baza presiunii de vapori, cantitati infime de molecule

specifice emana prin atmosfera,

- sunt inspirate,

- ajung in epiteliul olfactiv, unde sunt transportate, dupa fixare

pe proteine de transport, prin mucusul nazal, da catre cilii celulelor

olfactive.



- in membrana cililor se gasesc receptori (proteine specifice),

- la contact cu molecule dotate cu miros

care prezintadom

enii cu conf

or

matie spatiala c

onvenabila sisuperpozabila receptorului,

interactioneaza, prin realizarea, pe langa potrivirea mecanica,

a unor legaturi electrochimice slabe

-



Receptorul olfactiv activat de ligand:

- declanseaza o cascada de semnale biochimice, la capat se

elibereaza AMPc (mesager secund MS),

- MS deschide canalele membranare, prin care din mucoasa

nazala are loc un influx de Na+ si Ca2+ in celula,

- ca urmare, potentialul membranar aflat in repaus, este

modificat,

- incepand de la un anumit prag in sus, aceasta modificare

este transpusa in potential

de actiune (PA),

- PA este transmis, de-a lungul axonului, pana la creier



Molecula aromata

Legare de receptor

Transmisibilitate membranara crescuta

(deschiderea canalelor ionice)

Influx ionic

Potential de receptor

Potential de actiune

cili

Corp celular

axon



La nivelul membranei celulei olfactive:



- o molecula volatila (aromata) activeaza o cascada de semnalebiochimice, la capatul careia se elibereaza AMPc,

- mediatorul chimic modifica potentialul de membrana a celulei

olfactive, aflata in repaus,

- acest mecanism de potentare in cascada sta la baza perceptiei

unor concentratii reduse de substanta volatila,

- se apreciaza ca genele pentru receptorii de miros (350),



p g p p ( ),

reprezinta cea mai mare familie de gene ale genomului uman,

- de unde rezulta importanta lor,

- receptorul recunoaste selectiv si specific structura (spatiala)

partiala a unei molecule, pentru care a fost ´setatµ

- genele pentru diversii receptori ´olfactiviµ se regasesc la

aproape toti cromozomii, dar

- fiecare celula olfactiva activeaza o singura gena, motiv pentru

care sintetizeaza un singur tip de proteina receptor ²

specificitate deosebita

Cu alte cuvinte:



- avem aproximativ 30 milioane de celule olfactive,

- cu 350 receptori diferiti,

Urmare:

in mucoasa nazala ² cate 100.000 de celule olfactive pentru

fiecare tip de celule, repartitia lor fiind simetrica pe cele doua fose

nazale

- nu doar la nivelul mucoasei nazale exista receptori,

- la nivelul traiectului gastro-intestinal, unde sunt responsabili de :

buna digestie,

dirijeaza corespunzator secretiile sucurilor gastro-

intestinale

cu ajutorul metodelor de biologie moleculara si electrofiziologice s-a

t t d t t ii i t d t ti



putut demonstra ca spermatozopzii umani sunt dotati:

- cu canale activate de AMPc,

- cu repeptori pentru miros,

Inseamna ca spermatozoizii poseda toate strcturile moleculare necesare

pentru recunoastrea unui anumit miros, la fel ca si in cazul celulelor

olfactive

din

muc

oasa nazala

- probabil ovulul emite un feromon (molecula atractant),

- receptorul de pe spermatozoid se regaseste si la nivelul mucoasei

nazale, unde in

dentifica

mir

osul

de lacra

mioare,

- probabil au aceeasi secventa moleculara care constituie ligandul

pentru receptorul respectiv

Recunosterea si deosebirea mirosurilor



Mirosurile ² date rareori de substante pure,

- amestecuri de numeroase componente (flori,

condimente, parfumuri, alimente)

Cum diferentiem

² parfumul trandafirului,

- aroma portocalei,

- mirosul de peste,

-avem 350 tipuri de receptori, fiecare specializat in recunoasterea



unui grup restrans de substante, chimic inrudite;

- toate celulele olfactive care contin acelasi tip de receptor isi

trimit axonii catre un anumit glomerul;

- mirosim vanilina pura ² sunt activate celulele care au proteina

receptor pentru care aceasta reprezinta ligandul,

- celula ´vanilinicaµ transmite informatia prin axon, catre

glomerulul vanilinic

In cazul unui miros complex

- vor fi activate celulele

olfactive cu recept

or pentru t

oatacomponentele din complex,

- vor fi activati mai multi glomeruli din bulbul olfactor,

- percepem mirosul complex,

fiecare miros activeaza anumiti glomeruli,



daca ne-am obisnuit cu un miros, ne putem dispensa de anumite

informatii si totusi, il recunoastem,

am invatat care este parfumul unui trandafir,

miros de fenil etil-metiletil-carbonatrecunosc mirosul de

trandafir, chiar daca substantei ii lipsesc multe pentru a fi parfum

Feromonii



- substante chimice dotate cu miros,

- oamenii, animalele, plantele le elimina in mediul inconjurator,

- prin care comunica intre ei,

- daca mirosul se gaseste sub pragul de perceptie, acesta

actioneaza fara sa ne dam seama,

- reprezinta un mod de comunicare care influenteaza

metabolismul

comportamentul indivizilor

Feromonii utilizati ca substante:

- de atac,

- de adunare,

- de marcare,

- atractanti sexuali

3. Semnalizarea in vecinatate sau la distanta



3.1. Semnalizarea contact-dependenta

- unele molecule semnal raman fixate pe suprafata selulei

semnalizatoare si influenteaza doar celulele care o contacteaza

pe aceasta,

- vorbim atunci de semnalizare contact ² dependenta,

- aceasta semnalizare prin contact este importanta mai ales in

dezvoltarea raspunsului imun

3.2. Semnalizarea la mica sau mare distanta



- in unele cazuri, moleculele semnal reprezinta substante secretate de

celula

- aceste molecule semnal pot fi:

transportate la distanta pentru a actiona asupra tintei, sau pot fi,

mediatori locali interesand doar celulele invecinate,

- Acest tip de sistem se numeste semnalizare paracrina3.2.1 Semnalizarea paracrina

-Pentru ca semnalele paracrine sa fie receptionate corespunzator doar

de celulele lor tinta, moleculelor semnal secretate nu le este permis sa

difuzeze prea departe,

- de aceea, deseori, ele sunt fie rapid

= preluate de celulele tinta aflate in vecinatate,

= distruse de enzime extracelulare,

= imobilizate de elemente din matricea extracelulara

In cazul mediatorilor chimici transportati la distanta putem discuta

despre mecanisme de actiune diferite:



despre mecanisme de actiune diferite:

- semnalizare sinaptica,

- semnalizare endocrina

3.2.2. Semnalizarea sinaptica

- reprezinta un sistem de semnalizare sofisticat,

- neuronul prezinta o extensie specifica, axonul, prin

intermediul caruia poate contacta celule tinta la distanta

- anumite semnale provenite din mediu sau de la alte celule

nervoase pot activa neuronul, care va trimie in lungul axonului impulsuri

electrice rapide,

- cand un astfel de impuls ajunge la capatul axonului, jonctiunicelulare specializate, denumite sinapse, secreta neurotransmitatorul

(serotonina, dopamina, acetilcolina), asigurand furnizarea acestuia (a

NT) catre celula tinta postsinaptica

- NT care nu a fost captat de celula tinta este fie recaptat de axon din

spatiul intrasinaptic, fie este distrus

3.2.3. Semnalizarea endocrina,



- in acest caz, celulele endocrine secreta moleculele lor semnal,

HORMONII, in circulatia sanguina, care ii distribuie apoi catre celulelelor tinta,

- diferentele in ceea ce priveste mecanismele de semnalizare

sinaptica si endocrina sunt importante:

semnalizarea endocrina se bazeaza pe difuzia si transportul

mediatorului (hormonului) pe cale sanguina pana la celula tinta,

aceasta este RELATIV INCEATA

prin contrast semnalozarea sinaptica este MAI RAPIDA si MAI

PRECISA;



Celula nervoasa transmite informatia prin impulsuri electrice care se



p p

deplaseaza cu viteze de aprox. 100 m/s

odata eliberat din terminatia nervoasa, NT are de parcurs prin

difuzie cel mult 100 nm pana la celula tinta, proces care se

desfasoara in mai putin de o milisecunda

in timp ce in cazul semnalizarii endocrine, hormonul secretat sedilueaza puternic (< 10-8 M) prin trecerea in fluxul sanguin si in

lichidul interstitial (astfel incat, pentru a actiona la distanta, el

trebuie sa fie extrem de activ)

in semnalizarea sinaptica, NT sunt foarte putin diluati, astfel incat

ei pot atinge concentratii foarte mari la locul de actiune;

concentratia acetilcolinei in spatiul intrasinaptic este, in cazul unei

jonctiuni neuromusculare active, de aproximativ 5 x 10 -4 M

corespunzator, receptorii pentru neurotransmitatori au o



corespunzator, receptorii pentru neurotransmitatori au o

AFINITATE relativ mica pentru liganzii lor, ceea ce

inseamna ca un NT fixat pe receptorul sau, se poate disocia

rapid de proteina receptor pentru a intrerupe (a incheia) unraspuns

dupa eliberarea sa din terminatia nervoasa, NT este rapid

indepartat din spatiul sinaptic:

- prin preluarea sa de catre o proteina de transport

membranar specifica, care il µrepompeazaµ in

terminatia nervoasa din care a fost eliberat (proces

denu

mit recaptarea NT), sau in celulele glialealaturate

biologie celulara

Documents