1. Conceptul actual despre organizarea membranelor celulare. Conceptul actual despre organizarea membranelor celulare este practic cumulul efectelor a numeroase cercetari si descoperiri biologice si biochimice anterioare, , strans legata de numele lui Singer si Nicolson. Acestia au elaborat modelul mozaic fluid de organizare a membranelor celulare (1972), care ramane valabil si pentru endomembrane, in fapt pentru toate tipurile de biomembrane. Principiile organizarii moleculare a unei membrane celulare sunt urmatoarele: - structura de baza este un bistrat lipidic cu proprietati fluide manifestate bidimensional

- bistratul lipidic este mozaicat cu proteine, care pot fi atasate fie la exterioriul bistratului, fie la interior, fie cufundate in acesta, putandu-l strabate atat complet, cat si partial

- de asemenea, trebuie mentionata si prezenta componentei glucidice

Cand vorbim despre membrana celulara, vorbim despre o ultrastructura alcatuita majoritar din lipide polare si proteine, care separa, dar si uneste celula cu mediul. Biomembranele au o grosime de 7-10 nm, astfel, la baza conceptului de organizare sub forma de mozaic fluid au contribuit majoritar observatiile din preparatele de microscopie electronica obtinute prin tehnica de inghetare-fracturare, care dovedeau prezenta in membrana a unor structuri globulare ce se repartizau fie pe o fata, fie pe cealalta a suprafetei de fractura.Membrana celulara este alcatuita din 3 componente principale: 1. Plasmalema=complexul lipoproteic, structura trilaminara, grosime de aprox. 7,5 nm

2. Glicolema= complex glicoproteic, atasata superficial, pe versantul extern al plasmalemei, grosime de cca 50 nm

3. Citoscheletul membrana= retea de proteine ancorata versantului intern al plasmalemei, ce se continua spre interiorul celulei cu citoscheletul asociat matricei

2. Compozitia chimica globala a membranei celulare si functiile membranei celulare-20-30% apa si restul reziduu uscat ( 40-50% lipide, 50-60% proteine, 1-10% glucide, <1% substante minerale)-componenta de baza este lipidica, are un capat hidrofil si un capat hidrofob-are functie de bariera si metabolicaCompozitia membranelor: apa 20-30%, reziduu uscat 70-80%, substantele anorganice sunt slab reprezentate; reziduul uscat este format din:-lipide 40-50%-proteine 50-60%-componenta glucidica 1-10%

Are caracter hidrofob deoarece trebuie sa separe 2 medii hidrofile, are 2 functii majore:-de bariera-metabolica ( sa asigure celulei schimburi de informatie si substanta cu mediul in ambele sensuri)

*Exceptie: la nivelul tecii de mielina, unde functia de bariera este esentiala rolului membranei celulelor Scwann, procentul de masa pt lipide este de 80% Lipidele sunt prezente exclusiv in membrana, proteinele sunt anexate ca un mozaic membranei, putand fi atasate atat la exterior, cat si la interiorul acesteia, dar o pot si strabate, cufundandu-se fie complet, fie partial. Componenta glucidica este atasata exclusiv versantului extern al plasmalemei. Legat de functiile membranei celulare, aceasta trebuie sa se comporte ca o bariera selectiva, si nu absoluta, intre mediile extracelular si intracelular, permitand interactiunea celulei cu mediul.

3. Lipidele membranare, definitie, clasificariRaportul dintre lipide si proteine este de 50/1. Lipidele sunt structurate cu capetele hidrofile la exterior si cozile hidrofobe in interior, bistratul este bidimensional, asimetric si eterogen.

Lipidele membranare sunt substante organice relativ insolubile in apa, solubile in cei mai multi solventi organici, cu caracter amfifil, multe dintre ele fiind esteri ai unor alcooli polihidroxilici cu acizi grasi. Sunt molecule mici cu posibilitati mari de mobilitate, astfel incat structurile pe care le pot asambla nu sunt rigide.

In membranele celulare intalnim numai 3 tipuri de lipide pe care le putem clasifica in functie de structura lor chimica:1.fosfolipide 70-75%2.colesterol 20-25%3.glicolipide 1-10% (din clasa sfingolipidelor)

Fosfolipidele se pot clasifica mai departe in:-fosfogliceride ( poliol este glicerina )-fosfosfingozide ( poliol este sfingozina)

Structura unui fosfoglicerid este urmatoarea: pe scheletul glicerinei se afla in pozitiile 1 si 2 acizi grasi si in pozitia 3 o molecula notata simbolic cu X ce se ataseaza printr-o grupare fosfat. in functie de X avem: -fosfatidilcoline ( lecitina ) - are echivalent pentru fosfosfingozide sfingomielina ( cele 2 preponderent pe fata externa)-fosfatidiletanolamine ( pe fata interna)-fosfatidilserine ( pe fata interna) - daca apare pe fata externa: dovada timpurie de apoptoza

-fosfatidilinozitol ( pe fata interna)-acid fosfatidic

Cele in bold reprezinta fiecare 20-25% abundenta, cele subliniate reprezinta 1% dar sunt implicate in procese foarte importante.Colesterolul este distribuit egal intre ambele foite ale bistratului, glicolipidele pe fata externa.

In pozitia 1 a glicerinei gasim de regula un acid gras saturat, si nesaturat in pozitia 2. acizi saturati intalniti: palmitic, stearic, mirisitcacizi nesaturati intalniti: oleic, linoleic, linolenic, arahidonic

4. Fosfolipide membranare. Distributie, mobilitate.Fosfolipidele ilustreaza categoria lipidelor complexe si formeaza majoritatea continutului lipidic din endomembrane , iar in membrana celulara se gasesc in proportie de 75% din continutul lipidic. In functie de poliolul din structura, fosfolipidele pot fi fosfogliceride sau fosfosfingozide. Alte tipuri de fosfolipide: cardiolipide (difosfatidil gliceroli), plasmalogene (reprezinta 10% dintre fosfolipidele creierului, iar in muschiul cardiac procentul lor ajunge pana la 50%, avand rol in protectia miocardului fata de actiuntea radicalilor liberi de oxigen).

Distributie: *fosfatidilcoline - membrana externa*fosfatidiletanolamine - exclusiv in membrana interna*fosfatidilserine - exclusiv in membrana interna ( daca apare in membrana externa este semn ca celula intra in proces apoptotic )*fosfatidilinozitoli - exclusiv in membrana interna-colesterol - distribuit egal -glicolipide - membrana externaMobilitate: Intramoleculare – de rotatie(intregul corp) si flexie(a cozii) Intermoleculare – difuzie laterala (in planul unei foite lipidice), flip-flop (trecerea dintr-o foita a bistratului in alta - foarte rara, aproape nula)

Fluiditatea se moduleaza prin mai multi factori: - Fizici: presiune, temperatura - Chimici: intrinseci sau extrinseci Din categoria celor intrinseci, componenta chimic propriu-zisa: acizii grasi saturati scad fluiditatea, cei nesaturati o cresc, colesterolul o scade, rigidizeaza membrana.

5. Rolul lipidelor membranare.Referitor la rolul lipidelor membranare, acestea sunt doua majore: (1) Structurale – bistrat lipidic, membrana selectiva (2) Metabolice – uneste celula cu mediul.

Detalii referitoare la rolurile metabolice ale lipidelor sunt cunoscute pentru fosfolipide. Acestea pot fi modificate de enzime specifice numite fosfolipaze. De regula, acesta modificari se petrec ca urmare a unor procese de semnalizare, parte dintre metabolitii rezultati actionand ca mesageri secunzi si facilitand numerioase procese prin care celulele raspund semnalelor receptate. Fosfolipazele pot fi de mai multe feluri dupa locul unde cliveaza: 1. A1 – elibereaza acidul gras din pozitia 1 2. A2 - elibereaza acidul gras din pozitia 2 3. B – cumuleaza activitatea A1 si A2 4. C – elimina componenta din pozitia 3 ( acid fosforic cu restul legat de el )5. D – elimina restul legat fosforic

Notam de asemenea si ca fosfolipaza A2, prin actiunea sa, poate elibera acidul arahidonic, pentru a fi folosit mai departe in sinteza altor substante ( prostaglandine, leucotriene, tromboxani, prostacicline).

6. Proteinele membranare. Generalitati si clasficari.La nivelul membranelor avem aproximativ 40% lipide si 50% proteine dar cu exceptii:-la nivelul tecii de mielina procentul de lipide ajunge la 80%-la nivelul membranei mitocondriale interne proteinele ajung la 80%Cu cat functiile metabolice sunt mai importante, cu atat creste continutul de proteine, si invers ptr. functia de bariera.

Clasificarea proteinelor:-periferice: ~25%, de-o parte si de alta a bistratului, caracter hidrofil, se clasifica in ecto- si endoproteine, pot fi atasate si mai ferm prin stabilirea de legatura covalente cu componentele lipidice, fenomen numit glipiare. Unele dintre endoproteine se pot asocia doar temporar membranei prin reactii de acilare, de exemplu proteinele G. Atat proteinele acilate cat si cele glipiate au tendinta de a se acumula in caveole sau plute lipidice.

-integrale: ~75%, cufundate complet sau partial in bistratul lipidic, au caracter amfifil. Sunt transmembranare cand traverseaza complet membrana sau partial cufundate ( citocromul b5 si caveolina)Cele transmembranare au 3 domenii: ectodomeniu, endodomeniu si transmembranar.Structura in ecto- si endo- poate fi atat de alfa-helix cat si de beta-pliuri, dar situatia este putin diferita ptr. transmembranar. Acesta poate fi structurat ca alfa-helix dar si ca beta-pliuri orientate in contra sens asemenea doagelor unui butoias ( ex. in membrana mitocondriala externa formand porine). Alta clasificare: unipas si multipas, tipul 1 (capatul amino in ecto-) si tipul 2 ( capatul amino in endo-)

O clasificare mai detaliata in functie de pozitia lor fata de bistratul lipidic: o proteine periferice=extrinseci (atasate de o parte sau de alta a bistratului lipidic, interactionand cu capetele hidrofile ale lipidelor) o ectoproteine(la exteriorul foitei externe)

o endoproteine(pe foita interna, expuse pe fata citoplasmatica) o proteine integrale= intrinseci(cufundate in bistratul lipidic) o proteine care traverseaza complet bistratul lipidic= proteine transmembranare

o proteine partial cufundate in bistratul lipidic(ex: citocromul b5 si caveolina)

7. Exemple de proteine membranare: descriere si mobilitateExemple de proteine membranare:1. Glicoforina: are mai multe izoforme( A,B,C,D,E), glicoforina A este cea mai bine cunoscuta proteina a membranei eritrocitare, este transmembranara unipas tip 1, ectodomeniu mare si endodomeniu mic, cel transmembranar este structurat alfa-helix.Functia nu i se cunoaste exact, dar stim ca glicoforina C are functie structurala si izoforma glicoforinei A poate restabili functia proteinei banda 3. 2. banda 3: este proteina care structureaza canalul anionic de schimb intre bicarbonat (HCO3) si Clor. Este transmembranara, tipul 2, multipas ( 12-14 treceri alfa-helix). Endodomeniu mare la care se adauga si capatul C terminal tot in endodomeniu, in portiunea C terminala leaga anhidraza carbonica 2, importanta pentru functia transportorului prin furnizarea anionului bicarbonat.3. spectrina: impreuna cu cele 2 de mai sus fac impreuna 60% din proteinele membranare, este o proteina periferica pe fata interna a membranei, reprezinta componenta de baza a citoscheletului. Citoscheletul este o retea de endroproteine cu ochiuri si noduri solidarizata cu citoscheletul citosolic ( retea de proteine sub forma de filamente la nivelul citoplasmei ). Spectrina are o subunitate alfa si una beta, cele 2 unitati se rasucesc in contrasens intr-o structura elicoidala formand bastonase. Capul bastonasului este cel cu alfa-amino si beta-carboxil. Bastonasele pot interactiona 2 cate 2 cap la cap formand tetrameri. Cozile lor pot sa se asocieze cate 5 sau 6 formand nodurile retelei. 4. actina: participa la structurarea citoscheletului asigurand solidarizarea componentelor acestuia la nivelul nodurilor. Este o proteina globulara, formeaza fragmente mici, filamentare de 8-12 monomeri cu rolul de a asigura asocierea cozilor tetramerilor de spectrina in nodurile retelei. 5.banda 4.1: interactioneaza atat cu spectrina si actina, cat si cu endodomeniul glicoforinei C, contribuind la atasarea citoscheletului pe partea interna a membranei. 6. ankirina: proteina cu rolul principal de atasare a citoscheletului pe membrana, aceasta se leaga la subunitatea beta a spectrinei si la endodomeniul proteinei banda 3 asigurand ancorarea.

8. Mobilitatea proteinelor membranare si rolul ei(1) Difuzie rotationala – miscarea de rotatie in jurul propriei axe, de 1000 de ori mai lenta decat cea a lipidelor – din cauza gabaritului (2) Difuzie laterala – mult mai lenta decat a lipidelor Viteza de rotatie si difuzie laterala depind de interactiunile proteinelor intre ele – putand sa se incetineasca sau sa se accelereze.

Miscarile proteinelor au rol functional – astfel ele pot migra in membrana spre locuri unde sunt utile – asta implica si distributie heterogena – spre exemplu – distributia proteica este diferita la polul apical fata de cel bazo-lateral, din considerente functionale.

Mobilitate: proteinele au miscari de rotatie si de difuzie laterala, cea de rotatie in jurul propriei axe este de cel putin 1000 ori mai lenta decat la lipide, difuzia laterala este de asemenea mai lenta decat a lipidelor si tine cont de situatia ei functionala de moment ( daca interactioneaza sau nu cu alte componente membranare, celulare, sau extracelulare). De exemplu celulele polarizate din epiteliile unistratificate isi pastreaza o compozitie proteica diferita apical si bazo-lateral.

Rolul proteinelor membranare: -structural: in citoscheletul membranei, jonctiuni celulare-metabolic: transport membranar, semnalizare celulara, schimb de informatii si substanta dintre celule, enzime

9. Citoscheletul asociat membranei: descriere si functiiCitoscheletul asociat membranei este una din cele 3 componente principale ale unei membrane celulare, alaturi de glicolema si plasmalema, si este o structura aflata pe versantul intern al bistratului lipidic. Citoscheletul este o retea de endoproteine cu ochiuri si noduri, solidara atat membranei cat si citoscheletui citosolic, cu care se continua , sub forma unei retele structurale continue responsabile de mentinerea/modificarea formei celulelor , precum si a geometriei membranelor. Toate aceste interactiuni anterior prezentate sunt intr-o dinamica permanenta, citoscheletul nefiind o structura rigida, ci una intr-o continua modelare , pentru satisfacerea nevoilor celulare, fenomen la care participa si miscarile proteinelor, de difuzie rotationala, respectiv laterala.

Este o retea de endoproteine cu ochiuri si noduri, este solidar cu citoscheletul citosolic. Spectrina este componenta de baza ( dimer format dintr-o subunitate alfa si o subunitate beta). Cele 2 subunitati se rasucesc usor formand o structura elicoidala sub forma de bastonase (capul este cel amino de la afla, coada este carboxi de la beta ). Bastonasele pot interactiona cap la cap formand tetrameri care prin cozile bastonaselor formeaza nodurile retelei. Actina participa prin solidarizarea componentelor la nivelul nodurilor. Gasim de asemenea banda 4.1 care interactioneaza cu spectrina si actina pe de-o parte, si pe de alta parte cu endodomeniul glicoforinei C contribuind la atasarea citoscheletului de membrana. Rolul principal pentru atasare la membrana il are ankirina care leaga spectrina de proteina banda 3 pentru ancorare.

10. Rolul proteinelor membranareProteinele prezinta aceleasi roluri ca si lipidele: (1) Structural – proteinele exemplificate la citoschelet (2) Metabolic – in comunicare inter- si intracelulara

Proteinele membranare pot fi receptori(pentru hormoni, factori de crestere etc.), transportori prin membrana(canale ionice, pompe ionice, aquaporine) sau transportori cu membrana(clatrina, caveolina). Proteinele membranare mai pot functiona ca enzime(fosfolipaze, kinaze) sau ca proteine implicate in semnalizare(de ex: proteine G). In toate aceste roluri, asimetria structurarii membranei este deosebit de importante. Astfel, receptorii, dar si proteinele de adeziune, prin asimetria lor structurala, permit interactiunea prin ectodomenii cu liganzii specifici, iar prin endodomenii asigura transmiterea informatiei catre interiorul celului si declansarea unor procese celulare care se constituie ca un raspuns celular la semnalele receptate.

Proteinele membranare coopereaza cu lipidele atat in structurarea membranei cat si in perfectarea functionalitatii acesteia, prin rolul lor metabolic, cel care asigura integrarea celulei cu mediul.

11. Glicocalixul: definitie, caracterizare generalaGlicocalixul reprezinta o parte componenta a membranei celulare, alaturi de plasmalema si de citoscheletul membranar, si este ancorat intotdeauna versantului extern al bistratului lipidic.Glicocalixul se afla pe fata externa a membranei, componentele sale pot sa se insere pe lipide sau proteine. Are 3 componente care participa la formarea lui: glicolipide, glicoproteine si proteoglicani.Are o grosime intre 20 si 50nm, dar in cazuri exceptionale poate ajunge si pana la 200-2000 nm. Are o grosime cu atat mai mare cu cat celulele interactioneaza mai putin cu alte celule sau substante. Doar 7 monozaharide intra in glicocalix: glucoza, galactoza, manoza, fucoza, n-acetil-glucozamina, n-acetil-galactozamina, acizii sialici ( clasa de glucide ce deriva din acidul neuraminic ). Suplimentar, in proteogligani gasim si xiloza + acizii uronici. Toate cele mentionate apartin seriei D, exceptie fucoza ( seria L).Sinteza glicocalixului se face sub actiunea glicoziltransferazelor din RE si aparatul golgi. Diferente intre componente:-glicolipide: 10% din total, un singur lant oligozaharidic, de regula neramificat -glicoproteine: contin de regula mai multe lanturi oligozaharidice care sunt ramificateProteoglicanii sunt formati din 90% glucide si 10% proteine, au cele mai lungi structuri glucidice din glicocalix.

Legarea monozaharidelor intre ele se poate face in mai multe moduri, intrucat exista mai multe grupari hidroxil disponibile. Totusi, nu toata aceasta gama larga de posibilitati este exploatata de celula, lucrurile fiind limitate de tipurile de ezine numite glicoziltransferaze. In legatura cu succesiunea monozaharida a lanturilor oligozaharide, se pot face urmatoarele afirmatii cu caracter de regula: - glucoza nu se gaseste NICIODATA in pozitia termina a lantului

- acizii sialici se gasesc aproape intotdeauna in pozitia terminala a lantului

In mediile deosebit de agresive(stomac, intestin), glicocalixul celulelor epiteliale unistratificate este ingrosat de secretii glicoproteice de tip mucinic. O mentiune importanta este ca structurile glucidice se termina cu elemente purtatoare de sarcina negativa. Glicocalixul protejeaza structura membranei celulare impotriva agresiunilor fizico-chimice din mediu.

11.1 Studiul glicocalixului: metode specifice si nespecifice

Metode de studiu a glicocalixului: nespecifice si specifice ( metode care evidentiaza structura fara sa aduca indicii referitoare la compozitia biochimica / metode care indica si biochimia cel putin partial ). Exemple de compusi folositi in analiza:-rosu de ruteniu(nespecifica): face structura electrono-opaca si ne permite sa analizam grosimea si densitatea lanturilor glucidice-cu lectine numite si aglutinine( specifica): ne permite in plus sa analizam partial secventa structurilor oligozaharidice - lectinele sunt proteine ce leaga specific structuri glucidice. Pot fi folosite simplu sau cuplate cu trasori electrono-opaci ( feritina, hempeptizi ). Lectinele folosite simplu se folosesc in 2 pasi ( metoda in sandwitch ): la primul pas suprafata celulelor este incubata cu lectina, urmand apoi la pasul 2 sa se indeparteze excesul si sa se vizualizeze lectinele ramase ( care s-au atasat specific de componentele glucidice) prin legarea lor cu glicoproteine cuplate cu trasori electrono-opaci.

Lectinele = proteine sau glicoproteine ce leaga specific structuri glucidice, au cel putin doua situri de legare identice, si NU sunt de origine imuna, adica nu sunt anticorpi.

12. Functiile componentei glucidice a membranelor

Rolul glicocalixului: protejeaza membrana impotriva agresiunilor fizice si chimice, participa la sarcina negativa a suprafetei celulare, fenomene de recunoastere celulara (inclusiv in sistemul sanguin), rol in formarea jonctiunilor celulare, in procesul de diapedeza ( trecerea leucocitelor din fluxul sanguin in tesuturi), in procesul de fertilizare ( fuzionarea dintre spermie si ovocit).

(1) Rol protector – fiind o bariera intre spatiul extracelular si bistratul lipidic cu componentele sale. (2) Asigura electronegativitatea partii externa a membranei celulare – lucru ce opreste interactiunea dintre celule, aceasta realizandu-se prin control celular.(3) Procese de recunoastere celulara – comunicarea celulelor intre ele. Fenomene fiziologice care se bazeaza pe unele modificari glucidice la suprafata celulelor, exemple fiind a. Eritrocitele, dupa desializare sunt eliminate din organism. b. Receptori celulari – majoritatea glicoproteine

In anumite situatii in care agresiunile pot fi mai accentuate, membranele sunt protejate de secretii glicoproteice abundente(precum mucinele). Prin componentele acide din structura lor (acizi sialici, acizi uronici, grupari sulfat), lanturile oligo/polizaharidice ale glicocalixului participa la sarcina negativa a suprafetei celulare, o caracteristica general valabila tuturor celular, care face ca interactiunile dintre celule sa nu se poata realiza decat sub control celular, in microdomenii membranare inalt specializate in realizarea acestei functii.

Alte exemple de fenomene de recunoastere celulara care implica structuri glucidice sunt: - fertilizarea si fenomenul de capacitare a spermiilor

- compatibilatile de grup sanguin ale sistemului AB0 (purtatoarele antigenelor de grup sanguin sunt glicolipide si glicoproteine din membranele celulelor sanguine)

13. Conceptul de microdomenii de membrana. Exemple. Semnificatia biologica a organizarii microdomeniilor. Conglomerate de mai multe tipuri de lipide si proteine ce se afla la un moment dat unite.

In cadrul membranelor se respecta modelul de plute lipidice – si reprezinta conglomerate ce au un scop structural sau metabolic – tin anumite structuri legate pentru a forma complexe de actiune supramoleculare.Au deosebita importanta, atat structurala (organizand structuri specializate ale membranei, cum ar fi caveolele - plute invaginate cu rol in transmiterea semnalelor celulare), cat si metabolica -tinand laolalta molecule si macromolecule destinate a functiona impreuna in complexe supramoleculare.

Plutele lipidice pot fi planare sau invaginate sub forma caveolelor, au fluiditate mai mica in comparatie cu restul bistratului.

Caracteristici generale ale plutelor lipidice:-colesterolul este de 3-5 ori mai abundent ( 33-50% din pluta)-sfingolipidele 30-35% din pluta-fosfolipidele sunt slab reprezentate in comparatie cu restul membranei -in foita interna contine preferential acizi grasi saturati ( va rigidiza structura)

Pentru a intelege mai bine structurarea microdomeniilor de membrana, sa mentionam ca lipidele, asa cum nu sunt echilibrat repartizate intre cele doua foite ale bistratului, nu sunt omogen amestecate nici in cadrul fiecarei foite a bistratului, ci se asociaza in mod neomogen pe considerente fizice. Plutele lipide fie planare, fie invaginate sub forma caveolelor, se caracterizeaza printr-o fluiditate mai mica in comparatie cu restul bistratului. Plutele lipide pot fi asemuite unor sloiuri de forme, dimensiuni si compozitie biochimica variate, ce plutesc in oceanul lipidic mai putin specific organizat. Caveolele reprezinta o forma de plute lipidice, ce se dispun individual, sau in ciorchini la nivelul membranei.

Plutele lipidice se caracterizeaza si prin capacitatea de a aglomera anumite tipuri de proteine membranare. Organizarea lipidelor membranare in microdomenii accentueaza aspectul de mozaic fluid al membranelor.

13.1 Caile de semnalizare, definitie, criterii de clasificare.

Semnalizarea celulara = transmiterea informatiei in interiorul unei celule si intre celule diferiteComunicarea intercelulara se afla la baza functionarii organismelor

Clasificari-endocrine, atunci când celulele se află la distanţă, iar molecula semnal trebuie să fie transportată de umorile organismului (de regulă de sânge);- paracrine, atunci când celulele se află în imediata vecinătate;- autocrine, atunci când semnalul este transmis şi receptat de aceeaşi celulă;- juxtacrine, când celulele sunt joncţionate. (Semnalizarea juxtacrină presupune interacţiunea unor molecule din structura membranelor celor două celule )

Răspunsurile celulare sunt de o mare diversitate. Această mare diversitate de răspunsuri are la bază diversitatea de molecule semnal. Tipul de răspuns pe care celula îl creează este dependent şi de setul de proteine efectoare, acesta este motivul pentru care acelaşi stimul (aceeaşi moleculă semnal) poate duce la răspunsuri diferite în tipuri diferite de celule.

Oricare ar fi combinaţia de semnale care acţionează asupra unei celule la un moment dat, răspunsul celular va determina unul dintre trei efecte posibile:(iv) supravieţuirea, care reprezintă efectul cel mai des întâlnit;(v) proliferarea(vi) moartea celulară programată (apoptoza), apare în lipsa oricărui semnal, sau în prezenţa unor semnale specifice.

Indiferent de răspunsul celular pe care îl determină, putem defini patru etape ale procesului de semnalizare celulară: 1. Iniţierea semnalizării prin legarea ligandului (moleculei semnal) de receptor.2. Transducţia semnalului şi activarea receptorului.3. Activarea efectorului şi amplificarea semnalului: Receptorul activat activează, la rândul său, proteina efectoare din pasul imediat următor al semnalizării. 4. Atenuarea semnalului şi desensibilizarea celulei: Această etapă presupune inactivarea efectorilor şi desfacerea ligandului de receptor.

13.2 Receptori pentru hormoni si neurotransmitatori; definitie, criterii de clasificare.

Un prim criteriu îl reprezintă proprietăţile fizico-chimice ale moleculei semnal:1. Receptori pentru molecule semnal lipofile (hidrofobe);2. Receptori pentru molecule semnal hidrofile.Receptorii pentru liganzi lipofili sunt proteine citosolice care preiau hormonul după difuzia acestuia prin membrană şi după formarea complexului ligand-receptor acesta este transportat în nucleu, unde îşi îndeplineşte funcţia, aceea de a modula exprimarea genelor. Suntcunoscute 6 tipuri de receptori pentru liganzi lipofili: receptor la cortizol, receptor la estrogeni, receptor la progesteron, receptor la vitamină D, receptor la hormoni tiroidieni şi receptor la acid retinoic. Oricare ar fi tipul de receptor din această categorie, ei prezintă unele caracteristici structurale şi funcţionale comune. Acestea sunt: un sit de legare a hormonului, un sit de legare la molecula de ADN şi un domeniu de activare a transcrierii. Similar este şi mecanismul deactivare. În stare inactivă, în citosol, înainte de a interacţiona cu ligandul, receptorul este cuplat la un complex proteic inhibitor. După legarea ligandului, receptorul se desprinde de complexul de inactivare şi este translocat în nucleu unde se ataşază în zone favorabile activării genei a cărei transcriere este determinată şi procesul de transcriere este declanşat.

Receptorii pentru liganzi hidrofili sunt cei mai numeroşi. Ei se pot împărţi în funcţie de mecanismul de semnalizare pe care îl declanşază în:1. Receptori cu funcţie de canal ionic;2. Receptori cuplaţi cu proteine G heterotrimerice;3. Receptori cu activitate guanilat-ciclazică;4. Receptori cu activitate tirozin-kinazică;5. Receptori cuplaţi cu tirozin-kinaze citosolice;6. Receptori cu activitate fosfatazică.Un exemplu de receptor cu funcţie de canal ionic am prezentat deja mai înainte la transportul prin membrană. Este vorba de receptorul la acetilcolină de la nivelul sarcolemei (membrana celulei musculare striate scheletale) din sinapsa neuro-musculară.Receptorii cuplaţi cu proteine G heterotrimerice sunt proteine transmembranare cu 7 treceri prin planul membranei, endodomeniul conţinând situl de interacţiune cu proteinele G heterotrimerice. Mecanismul de acţiune al acestor receptori implică următoarele etape:1. legarea ligandului şi activarea receptorului;2. interacţiunea receptorului activat cu proteinele G trimerice şi activarea acestora prin eliberarea GDP, legarea GTP şi disocierea trimerului în subunitatea alfa şi heterodimerul beta-gamma;3. transmiterea semnalului la efectorul din aval (adenilat-ciclază activând-o sau inhibând-o).

14. Receptori intracelulari (nucleari) – definitie, criterii de clasificare.

Receptorii intracelulari sunt componente ale semnalizarii celulare cu localizare intracelulara, ce leaga molecule semnal specifice si declanseaza raspunsuri specifice prin modularea de gene reglatoare.Receptorii au un situs de legare la ADN – fiecare receptor se leaga la portiunea de ADN specifica unde se gaseste gena pe care o moduleaza.

o prima clasificare: exista receptori care se afla in citosol si intra in nucleu dupa ce primesc semnalul, si exista receptori care sunt deja situati in nucleu.

Raspunsul specific al celulei este determinat de natura celulei dar si de natura moleculei semnal. Multe celule au acelasi tip de receptor intracelular dar efectul difera prin faptul ca sunt atasate la secvente ADN diferite.

O a 2a clasificare poate fi ca unii receptori nu se pot lega de ADN in absenta semnalului(hormon), altii se pot lega dar modifica transcrierea doar dupa ce primesc semnalul.

Este important de mentionat ca astfel de receptori sunt receptorii pentru liganzi lipofili: sunt proteine citosolice care preiau hormonul după difuzia acestuia prin membrană şi după formarea complexului ligand-receptor acesta este transportat în nucleu, unde îşi îndeplineşte funcţia, aceea de a modula exprimarea genelor. Sunt

cunoscute 6 tipuri de receptori pentru liganzi lipofili: receptor la cortizol, receptor la estrogeni, receptor la progesteron, receptor la vitamină D, receptor la hormoni tiroidieni şi receptor la acid retinoic. Oricare ar fi tipul de receptor din această categorie, ei prezintă unele caracteristici structurale şi funcţionale comune. Acestea sunt: un sit de legare a hormonului, un sit de legare la molecula de ADN şi un domeniu de activare a transcrierii. Similar este şi mecanismul deactivare. În stare inactivă, în citosol, înainte de a interacţiona cu ligandul, receptorul este cuplat la un complex proteic inhibitor. După legarea ligandului, receptorul se desprinde de complexul de inactivare şi este translocat în nucleu unde se ataşază în zone favorabile activării genei a cărei transcriere este determinată şi procesul de transcriere este declanşat.

15. Explicati modularea activitatii adenilat ciclazei membranare de catre receptorii cuplati cu proteinele G heterotrimerice

Proteinele G sunt proteine atasate versantului intern al bistratului lipidic, alcatuite din 3 subunitati : alfa, beta si gama. Se gasesc cuplate cu receptori, subunitatea alfa urmand a functiona drept mesager prim in diverse tipuri de semnalizare.Receptorii cuplati cu proteine G heterotrimerice sunt proteine transmembranare multipas tip I cu 7 treceri prin planul membranei, cu ectodomeniu mare, structurand situl de legare a ligandului, si cu endodomeniu continand situl de interactiune cu proteinele G heterotrimerice.Ca mecanism: legarea ligandului pe ectodomeniul receptorului cuplat cu proteina G heterotrimerica determina modificari conformationale ce se transmit proteinei G, a carei subunitate alfa, initial continand GDP, inlocuieste intreaga molecula de GDP cu, una de GTP din citosol. Dupa terminarea rolului de mesager, subunitatea alfa hidrolizeaza GTP-ul inapoi la GDP, se dezataseaza de efector, si se reataseaza proteinei G heterotrimerice de care apartine.

Adenilat ciclaza este o protein-enzima, integral membranara, activata de Gs si inhibata de Gi si catalizeaza reactia de formare a mesagerului secund AMPc(adenozin monofosfat) din ATP.

Hormonii care activeaza adenilat ciclaza sunt Glucagonul, ACTH, parathormonul. Cei care inhiba adenilat ciclaza sunt adrenalina (alfa 2) si somatostatina.

AMPc este un nucleotid ciclic cu rol de mesager secund ( care este apoi transformat in AMP de catre fosfodiesteraza).

Actiunea are loc astfel: 1. legarea ligandului şi activarea receptorului;2. interacţiunea receptorului activat cu proteinele G trimerice şi activarea acestora ducand la disocierea trimerului în subunitatea alfa şi dimerul beta-gamma;3. transmiterea semnalului la efectorul din aval (adenilat-ciclază activând-o sau inhibând-o).

16. Mesagerii secunzi: definitie, exemple, efectori intracelulari

Mesagerii secunzi sunt componente ale cailor (cascadelor) de semnalizare si reprezinta molecule sintetizate in urma activarii receptorului de catre ligand= mesagerul prim. Mesagerii secunzi activeaza diverse sisteme celulare, avand rol in amplificarea semnalului.

Mesagerii secunzi sunt compusi care poarta informatia transmisa de primul mesager avand capacitatea de a modifica activitatea unor proteine intracelulare care pot avea rol enzimatic, intervin in contractie sau in asigurarea permeabilitatii membranare.

AMPc(adenozin monofosfat) rol de mesager secund reglat de fosfodiesteraza si adenilatciclaza. GMPc(guanozin monofosfat) este mediatorul semnalelor luminoase. IP3 (inozitol trifosfat) determina deschiderea canelelor ionice ptr Ca2+ din reticulul endoplasmic in citosol. DAG - mesager secund in calea fosfolipazei C. Ca+ - mesager secund impreuna cu anteriorii sau independent, legandu-se de calmodulina NO - oxidul nitric = Cand acetilcolina este eliberata de nervii autonomi ai vaselor sanguine in peretii acestora, ea va determina relaxarea muschilor din peretii vasului. Acetilcolina actioneaza indirect, determinand celulele endoteliale sa elibereze NO(=mesager secund !! ), care semnalizeaza apoi celulelor muschiului neted sa se relaxeze.

Efectorii intracelulari sunt activati de mesagerii secunzi ca raspuns la mesajul primit de la hormoni/neurotransmitatori. Exemple: pkA (adenilat ciclaza), pkC(fosfolipaza C)

17. Transportul pasiv: clasificare, exemple

Difuziunea sau transportul pasiv reprezinta trecerea prin membrana celulara a moleculelor mici, in sensul gradientului de concentratie/electrochimic fara consum de energie(ATP). Exista doua tipuri de difuziune: difuziune simpla si difuziune facilitata.

Prin difuziune simpla, moleculele sau ionii traverseaza membrana celulara prin pori/spatii intermoleculare datorita energiei lor cinetice, fara a fi necesara legarea lor de o proteina carrier. Rata difuziunii este determinata de cantitatea de substanta existenta, de viteza miscarii cat si de numarul porilor prin care trec moleculele/ionii. Se poate face fie prin bistratul lipidic fie prin canalele hidrofile ale

proteinelor(ex: difuziunea O2, CO2, a hormonilor steroizi, etanol )Difuziunea facilitata necesita interactiunea moleculei cu o proteina transportatoare care le ajuta sa traverseze membrana(Glut4-pentru glucoza). Difuziunea se supune legilor termodinamicii, depinzand de: permeabilitatea membranei, suprafata, diferenta de concentratie, diferenta de presiune si temperatura.

Unele molecule mici pot strabate membrana celulara strecurandu-se printre lipidele membranare. Astfel de molecule sunt moleculele nepolare=hidrofobe(O2, N2, CO2, NO, CO, eter etilic, benzen), dar si moleculele polare mici precum apa, etanol, uree, glicerina. Acest tip de transport este numit difuzie simpla. Pentru moleculele polare mari dar si pentru ioni, transportul prin membrana se face doar prin implicarea de proteine transmembranare, ce poarta in acest caz denumirea de transportori(pentru molecule polare mari: glucoza, aminoacizi, nucleotide) sau canale ionice(pt ioni: H,Na, HCO3, K, Ca2+, Cl-, Mg2+). Transportul pasiv prin transportori sau prin canale ionice se numeste si difuzie facilitata. In functie de numarul tipurilor de substante transportate simultan, difuzia facilitata poate fi clasificata in: - transport uniport(este transportata o singura entitate chimica)

- transport cuplat=co-transport(sunt transportate simultan doua sau mai multe entitati chimice) - transport simport(toate substantele sunt transportate in acelasi sens)

- transport antiport(cel putin una din substante merge-n sens opus celorlalte)

Ca exemplu de transport uniport, amintim transportorul de glucoza din mb eritrocitara GLUT1.Ca exemplu de transport simport, amintim co-transportorul de sodiu/glucoza (SGLT1) din membrana apicala a enterocitelor. Ca exemplu de transport antiport, amintim canalul de schimb anionic HCO3- / Cl- din mb eritrocitara.

Legat de canalele ionice, acestea nu sunt permanent deschise, iar celula poate controla functionarea lor. In functie de mecanismul prin care este controlat regimul de deschidere a lor, canalele ionice se pot imparti in 3 categorii: 1. Canale ionice operate electric

2. Canale ionice operate chimic(prin liganzi)

3. Canale ionice operate mecanic( depind de exercitarea unor tensiuni mecanice asupra mb)

Activarea canalelor respecta un mecanism ciclic, ce asigura inactivarea lor chiar in conditiile care au determinat deschiderea. Canalele ionice pot prezenta trei stari: Stare inchisa= de repaus, in absenta stimulului

Stare deschisa, dupa aparitia stimulului

Stare inactiva, inchisa la prezenta prelungita a stimulului

Trecerea apei printr-o membrana poarta denumirea de osmoza. Apa poate trece prin mb celulara atat prin dufuzie simpla, cat si prin difuzie facilitata, prin complexe proteice transmembranare cu numele de aquaporine, prin care apa poate trece in ambele sensuri, depinzand de presiunile coloid-osmotice existente de cele doua parti ale membranei.

18. Calea de semnalizare JAK – STAT

Este o cale de semnalizarea intalnita in semnalizarea prin mediatori locali ( citokine) dar si pentru hormoni ( somatotropina si prolactina)Acesti receptori citokinici actioneaza prin enzime – tirozin kinaze citoplasmatice – JAK care fosforileaza si activeaza proteine reglatoare genice – STAT Proteinele STAT sunt localizate in citosol si sunte denumite proteine latente – deoarece migreaza in nucleu si isi exercita functia – reglarea transcriptiei genice – numai dupa ce au fost activate. Legarea moleculei semnal declanseaza o tranzatie conformationala care apropie proteinele JAK una de alta astfel incat aceastea sa se „transfosforileze” astfel activandu-se, crescandu-le activitatea domenilor tirozin kinazice. Aceste domenii tirozinkinazice fosforileaza resturi tirozinice din structura receptorilor intracelulari, activand aceste resturi tirozinice. Aceste resturi activate pot deveni punti pentru legarea proteinlor STAT. O proteina STAT prezinta un domeniu SH2 care indeplineste doua functii. In primul rand, se leaga de puntea de tirozina amintita mai devreme. Dupa legare, proteina STAT este fosforilata fiind practic activata. Dupa aceasta fosforilare ea disociaza legandu-se de alta proteine STAT activata - dimerul STAT, activat, intra in nucleu.Inactivarea acestui sistem se face prin bucla de feedback negativ realizabila la mai multe etaje, care urmareste in principiu desfosforilarea componentelor.

19. Aquaporine. Semnificatii si implicatii medicale

Aquaporinele sunt canale de apa ce pot fi introduse in membrana celulara la nevoie. Aceste aquaporine sunt foarte abundente in celule unde transportul de apa este foarte intens – celulele epiteliale si rinchi. Principala caracteristica prin care se evidentiaza aquaporinele este capacitatea lor de a actiona ca si canale de apa fara insa a permite traficul ionilor – caracteristica importanta in mentinerea gradientelor de concentratie ionica.

Ele isi realizeaza functia prin structura lor deosebita – prezina un por care are grupari carbonil dispuse pe peretii circulari interiori pe de-o parte, iar pe de alta parte prezinta aminoacizi hidrofobi. Porul este mult prea ingust pentru un ion hidratat, iar deshidratrea lui ar necesita un consum energetic nerealizabil in acel loc.

Pentru moleculele de apa, aquaporinele mai prezinta doua asaparagine care se leaga la atomul de oxigen.

Prezenta aquaporinelor in anumite tesuturi explica caracteristicile lor speciale realizabile in anumite circumstante, de la care pot pleca si implicatiile medicale. 1. Transportul prin celule epiteliale –Putem spune ca membrana este mai permeabila daca prezinta AQP. Astfel, lipsa AQP in anumite tesuturi poate declansa patologia – lipsa lor la nivel renal poate cauza o absorbtie ineficienta de apa. 2. La nivel cerebral – localizarea AQP apare la jonciunile hematoneuronale. Se pot declansa astfel edeme cerebrale. 3. In migrarea celulara –.S-a observat o inaintare mai inceata a tumorilor la soareci care nu prezentau AQP. 4. La nivelul pielii – AQP regleaza nivelul hidratarii. 5. Metabolismul lipidic – AQP exista in membrana adipocitelor

Apa poate trece prin canalele aquaporinelor in ambele sensuri, depinzand de presiunile coloidosmotice existente de cele doua parti ale membranei.

extra: semnificatia biologica a eterogenitatii compozitionale, a organizarii asimetrice si a comportamentului fluid al membranelor

Membranele celulare se caracterizeaza prin eterogenitate compozitionala, bazata pe o mare diversitate de tipuri de molecule.

Pentru substantierea caracterului eterogen al structurarii membranelor(indus de lipide, amplificat de proteine si structuri glucidice), trebuie sa subliniem ca insiruirea glucidelor in lanturile oligozaharidice nu este aceeasi, diferind intre glicolipide si glicoproteine, dar si intre diversele glicolipide si glicoproteine. Ca semnificatie biologica, eterogenitatea implica prezenta unei multitudini de componente, fapt ce se traduce, la nivel celular, intr-o multitudine de posibilitati de actiune <=> diversitate de functii. Pe langa eterogenitate compozitionala, membranele celulare se caracterizeaza prin aranjare asimetrica, conferita chiar de structura de baza, bistratul lipidic, la nivelul caruia foita externa contine preponderent anumite tipuri de lipide, iar foita interna, altele. Asimetria este sporita de proteinele ce completeaza organizarea membranelor, cele adsorbite pe fata externa fiind diferite de cele de pe fata interna, in timp ce proteinele cufundate in structura lipidica de baza expun portiuni diferite ale lantului polipeptidic de o parte sau de cealalata a bistratului. Pe de alta parte, componenta glucidica a mb se gaseste numai la suprafata acestora, crescand caracterul asimetric al organizarii lor. Ca semnificatie biologica, asimetria mb celulare ofera posibilitatea derularii de fenomene fizico-bio-chimice diferite pe fiecare din cele doua fete. Astfel, intre fetele celulei putem avea fenomene ce functioneaza separat sau complementar in functie de starea celulei in acel moment.Diversitatea de molecule care organizeaza membranele celulare prezinta o permanenta dinamicitate, ceea ce le confera un comportament fluid. Mai mult, miscarea componentelor lipidice si proteice se realizeaza numai in planul membranei, fara rasturnari ale moleculelor care sa permita trecerea lipidelor dintr-o foita a bistratului in cealalta, sau proteinelor sa isi treaca portiunile expuse la exterior catre interior, sau invers. Aceste restrictii de mobilitate determina caracterul fluid manifestat bidimensional al membranelor.

Miscarea bidimensionala asigura mentinerea asimetriei din organizarea membranei. Semnificatia biologica a permanentei miscari a componentelor biochimice in membrana este aceea ce permite acestora sa se asocieze intr-o diversitate de modalitati, pentru a indeplini o multitudine de activitati.

20.Proteinele G heterotrimice

Proteinele G sunt proteine atasate versantului intern al bistratului lipidic, alcatuite din 3 subunitati : alfa, beta si gama. Se gasesc cuplate cu receptori -proteine transmembranare-, subunitatea alfa urmand a functiona drept mesager prim in diverse tipuri de semnalizare. Ca mecanism: legarea ligandului pe ectodomeniul receptorului cuplat cu proteina G heterotrimerica determina modificari conformationale ce se transmit proteinei G, a carei subunitate alfa, initial continand GDP, inlocuieste intreaga molecula de GDP cu, una de GTP din citosol. Odata inlocuit GDP cu GTP, subunitatea alfa se detaseaza de complexul receptor-proteina G heterotrimerica si se ataseaza unei proteine efector, avand deci rol de mesager prim.

Receptorii cuplaţi cu proteine G heterotrimerice sunt proteine transmembranare cu 7 treceri prin planul membranei, endodomeniul conţinând situl de interacţiune cu proteinele G heterotrimerice. Mecanismul de acţiune al acestor receptori implică următoarele etape:1. legarea ligandului şi activarea receptorului;2. interacţiunea receptorului activat cu proteinele G trimerice şi activarea acestora ducand la disocierea trimerului în subunitatea alfa şi dimerul beta-gamma;3. transmiterea semnalului

Au fost identificate mai multe tipuri de proteine G hetrotrimerice, cunoscându-se cam 20 subunităţi pentru celulele mamiferelor. Amintim 6 dintre acestea:1. proteine G stimulatoare (Gs), activând adenilat-ciclaza şi canale de Ca2+;2. proteine G inhibitoare (Gi), inhibând adenilat-ciclaza şi activând canale de K+;3. proteine Gq, activează fosfolipaza C4. proteine G olfactorii (Golf), activează adenilat-ciclaza în neuronii olfactorii;

5. protein Go, inhibând canale de Ca2+ şi activând canale de K+ şi fosfolipaza C6. proteine Gt (transducină), activează GMPc-fosfodiesteraza în celulele fotosensibile cu bastonaşe.

Proteinele G au urmatorul comportament: in momentul in care primesc semnalul, se desfac in 2 componente de semnalizare. Atat complexul alfa cat si complexul ramas beta-gamma pot activa diferite proteine membranare. Sunt proteine “switch”. Inactive sunt legate de GDP si devin active cand sunt legate de GTP. Cateva exemple unde sunt intalnite proteinele G: cascada adenilat ciclazei, cascada fosfolipazei C. Inactivarea se face prin activitatea subunitatii alfa, reasociandu-se cu subunitatile beta si gamma.

21. Modalitati generice de reglare a activitatii canalelor ionice membranare

Pentru ioni transportul prin membrană se face numai prin proteine membranare organizate în structuri specifice. Aceste structuri poartă denumirea de canale ionice. Transportul pasiv prin canale ionice se numeşte şi difuzie facilitată. Difuzia facilitată poate fi: transport uniport, co-transport, simport, antiport.

Canalele ionice sunt complexe proteice care permit intrarea/iesirea diferitilor ioni prin membrana celulara, fara ele fiind imposibil acest lucru. Exemple de canale ionice: -Na/K: pastreaza un gradient electrochimic constant, mentinand celula polarizata -H/K: scoate H in afara celulei (intalnita mai des la celulele din stomac) -Ca+: cu rol in contractia musculara. -HCO3/ Cl- din membrana eritrocitara ( banda 3)

Reglarea poate fi facuta prin mai multe moduri: 1. chimic - prin liganzi - isi modifica conformatia cand ligandul s-a atasat de el

2. canale voltaj-dependente care se deschid numai cand diferenta de potential specifica tipului de celula e atinsa

3. deschiderea data de modificarile mecanice induse asupra membranei celulare

Trebuie menţionat că activarea canalelor respectă un mecanism ciclic. Acesta asigură inactivarea lor chiar în condiţiile care au determinat deschiderea, deoarece pot prezenta trei stări:- starea închisă, de repaus, în absenţa stimulului - starea deschisă, care permite trecerea ionilor, după apariţia stimulului;- starea inactivă, închisă la prezenţa prelungită a stimulului

extra: clasificari ale transportului membranar

Transport prin membrana - pentru ioni si molecule mici:*transport pasiv - disiparea unui gradient de concentratie-difuziune simpla ( molecule nepolare, molecule polare mici)-difuziune facilitata ( ioni si molecule polare mari) - transportori si canale ionice ( uniport, simport, antiport )exemple:uniport - glut1, simport - glut5canalele ionice pot fi controlate electric, chimic, mecanic

*transport activ - impotriva unui gradient, cu consum de energie-primar ( consum concomitent de energie)-secundar ( consum anterior de energie)

Transport cu membrana ( vezicular) - pentru molecule mari si particule:*endocitoza-fagocitoza ( material particulat )-pinocitoza ( material solubilizat)*exocitoza*transcitoza

Transportul apei: singura substanta ce trece prin membrane pe 2 cai: difuziune simpla + difuziune facilitata ( aquaporine)

22. Transport activ – clasificare si exemple

Transportul activ implica transportul substantelor impotriva gradientilor de concentratie. Este intotdeauna mediat de proteine transportoare si in functie de directia moleculelor si numarul lor avem tipuri de transport ca uniport, simport, antiport. Exemple: simport glucoza/Na in enterocite, antiport Cl/ HCO3 tot in enterociteFiecare tip de proteina carausa are unul sau mai multe locuri specifice de legare pentru substanta transportata - cand toate locurile sunt ocupate, viteza de transport este maxima.

Pompa Na/K se regaseste in toate celulele si are rolul de a mentine echilibrul osmotic ( rol esential in potentialul de repaus si de actiune) - functioneaza ca antiport( 1 ATP scoate 3 ioni Na din celula si baga 2 ioni K spre interior), consuma aproximativ 1/3 din energia celulei si in celulele nervoase ajunge la 2/3 din energie. Alt exemplu: pompa de Ca2+ legata de membrana reticulului sarcoplasmatic al celulelor musculare.

Transportul activ este impartit in doua tipuri in functie de sursa de energie utilizata ptr transport: transportul activ primar si transportul activ secundar. In cazul celui primar, energia provine direct din descompunerea ATP sau a altor fosfati macroergici. In cel sescundar, este utilizata energia unui gradient ionic de concentratie, generat anterior prin transport activ pimar. Este nevoie in ambele cazuri de prezenta unor proteine carrier. Transport activ primar: pompa Na-K prezenta in toate celulele cu rolul de a polariza celula, mentinand pe interior un potential electric negativ. proteina caraus scoate 3 ioni Na din celula si baga 2 ioni K spre interior Transportul activ secundar: simport si antiport. Simport: glucoza+Na in celulele intestinale.In cazul antiportului: Na-H (la nivelul tubului contort proximal al nefronului), Na se deplaseaza dinspre lumen spre nefrocit, iar H spre lumen.

23. Pompe ATP-aze: definitie, clasificare, exemple

Pompele ATPazice sunt pompele care folosesc energia obtinuta din hidroliza ATP pentru a transporta ioni sau diferite molecule impotriva gradientelor lor de concentratie/ electrochimice. Acestea sunt impartite in 4 clase: -tipul P de ATPaze: pompa Na/K, H+ ATPaza, H+/K-ATPaza, pompa de Ca2+ . Toate sunt alcatuite din 2 subunitati α care se fosforileaza si 2 β care regleaza functia de transport si ciclul de pompare are 7 etape. -tipul V de ATPaze (ATPaze de tip vacuolar) care pompează protoni în endozomi sau lizozomi. Organizarea acestora este mult maielaborată, având nevoie de cel puţin 11 subunităţi ca să îşi îndeplinească funcţia.-tipul F de ATPaze, sintetizează ATP de aceea se gasesc in membrana interna mitocondriala-tipul E de ATPaze care sunt enzime ale suprafeţei cu rol în diferite fenomene de semnalizare şi nu în transportul activ.

transportorii ABC Semnificaţia fiziologică şi medicală a lor rezidă din faptul că aceşti transportori induc rezistenţă multiplă la medicamente („multidrug-resistance”) fiind capabili să elimine medicamentele din celulă. Permit aparitia rezistenţei la antibiotice, iar celulelor canceroase rezistenţa la tratamente. Transportorii ABC sunt de o mare diversitate şi au capacitatea de a transporta o mare diversitate de substanţe plecând de la ioni, glucide, aminoacizi, vitamine, lipide, antibiotice şi medicamente şi ajungând până la oligozaharide, oligopeptide, sau chiar proteine de masă moleculară mare.

Pompa de Na+/K+:

- tetramer(2 mari alfa catalitice si transportoare si 2 mici beta, cu rol reglator)

- ciclul de pompare are 7 etape - pompa Na+/K+ este electrogenica, adica, prin eliminarea a 3 ioni de Na+ si introducerea a numai 2 ioni de K+, contribuie la realizarea si/sau mentinerea potentialului membranar.

24. Mecanismul semnalizarii celulare via receptorii cu activitate tirozin-kinazica Receptorii cu activitate tirozin-kinazica se caracterizeaza printr-o mare diversitate structurala acoperind semnalizarea celulara prin cea mai mare parte a factorilor de crestere cunoscuti. Au un domeniu transmembranar si unul citoplasmatic. Semnalizarea RTK are o gama variata de functii incluzand reglarea proliferarii celulare si diferentierii, pormovarea supravietuirii celulare si modularea metabolismului celular. De regula, receptorii cu activitate tirozin-kinazica exista ca monomeri in stare libera(exceptie fiind receptorul pt insulina, care e in stare de dimeri, uniti prin punte sulfurica), iar dupa interactiunea cu ligandul dimerizeaza devenind activi, . kinaza din subunitatea unuia va fosforila tirozina din subunitatea cealalta, crescandu-i activitatea kinazica. Are loc o modificare conformationala ce favorizeaza legarea de proteine substrat. Astfel resturile fosfotirozinice servesc ca “docking sites” ptr diferite proteine care vor transmite semnalul mai departe.

O trasatura comuna la nivelul portiunii citosolice este reprezentata de o zona cu activitate tirozin-kinazica. Mecanismul de principiu prin care acesti receptori functioneaza ar putea fi sintetizat prin : 1. Legarea ligandului, ce produce activarea domeniului catalitic de la nivelul portiunii citoplasmatice, cat si dimerizarea receptorilor datorita modificarilor conformationale pe care le induce

2. Activarea si dimerizarea realizeaza conditiile unor autofosforilari incrucisate la multiple tirozine ale domeniilor citosolice ale receptorului

3. Atragerea si interactiunea cu efectori ce contin domenii SH2

4. Activarea efectorilor legati prin SH2

25.Endocitoza mediata de receptori.*endocitoza-fagocitoza ( material particulat )-pinocitoza ( material solubilizat)-potocitoza

Fagocitoza presupune extinderea de pseudopode (prelungiri citoplasmatice delimitate de membrană) de-a lungul particulei care urmează să fie endocitată. La nivelul membranei sunt implicaţi receptori specializati care se ataşază de componente de pesuprafaţa particulei care urmează a fi endocitate, componente care se numesc opsonine. Această decorare a particulelor fagocitate cu anticorpi poartă denumirea de opsonizare. În momentul în care particula fagocitată este complet îmbrăcată de prelunigirilecelulei care fagocitează, membrana fuzionează şi particula este inclusă într-o vacuolă, în interiorul citoplasmei celulei fagocitante. Vacuola poartă denumirea de endozom, în general, sau fagozom în cazul particular al fagocitozei. Fagozomul fuzionează ulterior cu lizozmul, iar componenta fagocitată este digerată.Fagocitoza este un fenomen specific unor anumite tipuri de celule din organism cum sunt macrofagele, dar şi polimorfonuclearelor.

Se definesc mai multe tipuri de pinocitoză:- pinocitoza constitutivă. Aceasta presupune preluarea în vezicule de endocitoză a unor volume de lichid extracelular, cu tot ce conţine acesta solubilizat, printr-un proces ce se desfăşoară de la sine, continuu, asemenea unui act reflex.- pinocitoza mediată de receptori, numită mai uzual endocitoză mediată de receptori. Prin acest proces sunt internalizate de către celulă proteine (liganzi) care mai întâi sunt recunoscute şi legate de receptori specifici de pe suprafaţa celulei. După ce receptorul interacţionează cu ligandul, complexele receptor-ligand sunt adunate în adîncituri ale membranei tapetate pe versantul membranar intern cu un complex de endoproteine a cărui componentă de bază este clatrina . Aceste microdomenii adâncite ale membranei învelite cu clatrină sunt denumite structuri cu înveliş . Pe măsură ce complexele receptor-ligand se aglomerează în microdomeniul corespunzător al membranei, iar învelişul de clatrină se formează adâncitura membranei creşte până la definitivarea formei sale sferice şi desprinderea de membrana la nivelul căreia s-a format, sub forma unei vezicule cu înveliş. Învelişul de clatrină al veziculelor de endocitoza mediată de receptor se dezasamblează imediat după desprinderea veziculei de membrana celulară devenind endozom. Relativ recent a fost evidenţiată şi o a treia formă de pinocitoză, tot mediată de receptori, dar pentru molecule mici. Acest proces de transport membranar a fost denumit potocitoză

Deci, acest tip de transport cu membrana este unul concentrativ, spre deosebire de pinocitoza constitutiva. Ligandul este introdus in celula la o concentratie mai mare decat cea in care el se afla in mediu, intrucat este acumulat si concentrat la nivelul structurii de invelis prin complexele receptor-ligand.

26. Fagocitoza: mecanism general, utilitate

Fagocitoza presupune extinderea de pseudopode (prelungiri citoplasmatice delimitate de membrană) de-a lungul particulei care urmează să fie endocitată. La nivelul membranei sunt implicaţi receptori specializati care se ataşază de componente de pesuprafaţa particulei care urmează a fi endocitate, componente care se numesc opsonine. Această decorare a particulelor fagocitate cu anticorpi poartă denumirea de opsonizare. În momentul în care particula fagocitată este complet îmbrăcată de prelunigirilecelulei care fagocitează, membrana fuzionează şi particula este inclusă într-o vacuolă, în interiorul citoplasmei celulei fagocitante. Vacuola poartă denumirea de endozom, în general, sau fagozom în cazul particular al fagocitozei. Fagozomul fuzionează ulterior cu lizozmul, iar omponenta fagocitată este digerată.Fagocitoza este un fenomen specific unor anumite tipuri de celule din organism cum sunt macrofagele, dar şi polimorfonuclearelor.

Prin fagocitoza celulele specializate- macrofagele-preiau si digera particule mari cum ar fii:bacteriile,detritusurile,celule imbatranite, astfel particule mari preluate in vacuole de fagozomi sunt digerate in urma fuzionarii cu lizozomii.Exemplu: prin fagozitoza sunt distruși agenții patogeni de către macrofagii sistemului imunitar.

26.1 Definiti urmatoarele notiuni: co-transport, simport, antiport

In functie de numarul tipurilor de substante transportate simultan, difuzia facilitata poate fi clasificata in: - transport uniport(este transportata o singura entitate chimica) - transport cuplat=co-transport(sunt transportate simultan doua sau mai multe entitati chimice) - transport simport(toate substantele sunt transportate in acelasi sens)

- transport antiport(cel putin una din substante merge-n sens opus celorlalte)

Ca exemplu de transport simport amintim co-transportorul de sodiu/glucoza (SGLT1) din membrana apicala a enterocitelor. Ca exemplu de transport antiport amintim canalul de schimb anionic HCO3- / Cl- din mb eritrocitara, cunoscut si drept banda 3

26.2 Clasificarea jonctiunilor

Jonctiunile se clasifica astfel:1. Jonctiuni simple2. Jonctiuni stranse 3. Jonctiuni de atasare -pe microfilamentele de actina ( zonula adherens, jonctiunea focala)-pe filamentele intermediare ( macula adherens, hemidesmozomul )4. Jonctiunile de comunicatie - jonctiunea GAP5. Complexe jonctionale ( jonctiunea stransa, zonula adherens, macula adherens)6. Jonctiuni cu specificitate de tesut ( discurile intercalare, sinapsa )

Jonctiunile simple: intercelulare, distanta de 30nm; cele 2 celule trimit una spre cealalta prelungiri cu aspect de deget de manusa sau dinti de fierastrau pentru a creste rezistenta jonctiunii

Jonctiunile stranse: intercelulare, distanta de 2nm; fiind spatiul foarte mic, lasa sa treaca doar molecule mici ( ioni). Are urmatoarele componente:-cele 2 membrane-siruri de proteine gemene ( occludine -proteine integrale care se aseaza 2 cate 2 fata in fata realizand legaturi ce se aseamana cu un fermoar pe fata externa a membranelor). -componenta citoscheletului: reteaua de actina pe care se fixeaza occludinelenota: astfel de jonctiuni sunt responsabile de compartimentarea suprafetei celulare in domeniu apical si latero-bazal.

Jonctiunea GAP: intercelulara, distanta 2nm, se regaseste intre celulele epiteliate catre polul bazal si are urmatoarele componente:-cele 2 membrane-conexoni ( cam 100 per jonctiune); conexonul este o structura proteica cu aspect cilindric formata din 6 subunitati care lasa central un canal hidrofil cu diametru reglabil de 0,2 - 2nm in functie de concentratia de calciu. Conexonii sunt asezati fata in fata in membranele adiacente stabilindu-se un canal de comunicare intercelulara. Funcţii: a. se găsesc în sinapsele electrice şi au un rol important pentru funcţionarea acestora fiind de 10.000 de ori mai permeabile pentru ionii metalici decât restul sinapselor. b. comunicările intercelulare prin joncţiuni GAP au un rol important în embriogeneză (în perioada de organogeneză).

Discurile intercalare: complex de jonctiuni prezent intre miocardocite, are forma de scara cu portiuni verticale si orizontale; portiunile verticale prezinta jonctiuni GAP, iar in portiunile orizontale se intalnesc:filamente intermediare de desmina, macula Adherens si zonula Adherens.

extra: jonctiunea de atasare pe microfilamentele de actina - clasificare, descriere

Ilustreaza categoria jonctiunilor speciale de ancorare. Jonctiunile de atasare pot fi tranzitorii/definitive. Un exemplu de jonctiune tranzitorie sunt jonctiunile stabilite intre leucocite si endoteliul vascular, in procesul de diapedeza.

Zonula adherens( celula-celula): alcatuita din urmatoarele-cele 2 membrane la o distanta de 15nm-glicoproteina transmembranara linker ( cadherina )-complexul proteic de atasare la citoschelet ( alfa,beta, gamma catenine )-elementul de citoschelet ( microfilamente de actina)Aceste jonctiuni se dispun intre celulele epiteliale sunt jonctiunea stransa, se gasesc si in complexele jonctionale Zonula Adherens se intalneste in portiunile orizontale ale discurilor intercalare, alaturi de Macula Adherens si de filamentele intermediare de desmina.

Jonctiunea focala ( celula-matrice): alcatuita din urmatoarele-membrana celulara la o distanta de 15-20nm de substratul de care se leaga ( pentru substrat de regula fibronectina )-glicoproteina transmembranara linker ( integrina )-complexul proteic de atasare la citoschelet ( talina si vinculina )-elementul de citoschelet ( microfilamente de actina)Aceste jonctiuni se gasesc in tesutul conjunctiv.

extra: jonctiunea de atasare pe filamentele intermediare

Macula adherens ( celula-celula): alcatuita din urmatoarele-cele 2 membrane la o distanta de 30nm una de cealalta-glicoproteina transmembranara linker ( cadherina )-complexul proteic de atasare la citoschelet ( desmoplachina, desmocalmina )-elementul de citoschelet ( filamente intermediare ) Desmozomul (macula adherens) este localizat sub Zonula Adherens ( in cadrul Complexelor Jonctionale) , precum si in portiunile orizontale ale discurilor intercalare, alaturi de Zonula Adherens si de filamentele intermediare de desmina.

Hemidesmozomul ( celula-matrice): alcatuita din urmatoarele-membrana celulara la o distanta de 15-20nm de substrat -glicoproteina transmembranara linker ( integrina )-complexul proteic de atasare la citoschelet -elementul de citoschelet ( filamente intermediare)Aceasta jonctiune leaga polul bazal al celulei epiteliale de membrana bazala; hemidesmozomii determina rigiditate si rezistenta crescute.

30. Filamente de actina si dinamica microfilamentelor de actina

Actina: se regaseste 5-10% in toate celulele ( 20% in celulele musculare). Exista 6 tipuri de actina ( 4 alfa 1 beta 1 gamma ). Cele alfa sunt intalnite in celulele musculare, celelalte 2 in celule nemusculare. Actina are 2 forme: G si F ( filamentoasa).

Monomerul G: prezinta situsuri de legare ce mediaza interactiunea cap-coada cu alti 2 monomeri, astfel incat e posibila polimerizarea formand actina F. Actina F se prezinta sub forma de dublu helix si, deoarece toti monomerii sunt orientati in aceeasi directie, filamentul are o polaritate distincta si doua capete ( + si - ). Aceasta polaritate este importanta in asamblare cat si stabilirea unei directii unice pentru miscarea in raport cu miozina. In solutii cu nivel ionic scazut, actina F se depolimerizeaza in monomeri, in solutii cu nivel ionic crescut actina G polimerizeaza in actina F.

In procesul de polimerizare, in prima etapa se leaga 3 monomeri de actina G ( proces numit nucleatie) urmand apoi sa creasca prin aditie de monomeri la ambele capete. Monomerii de actina leaga de asemenea ATP-ul care este hidrolizat la ADP urmand asamblarea filamentelor. Polimerizarea nu necesita ATP, dar cei care leaga ATP polimerizeaza mult mai repede decat cei care leaga ADP.

Filamentele se pot scurta prin disocierea subunitatilor de actina, exista un echilibru intre forma G si forma F de actina care depinde de concentratia monomerilor liberi.

Dinamica filamentelor de actina: cele 2 capete cresc cu rate diferite, monomerii sunt fixati mai rapid la capatul +; actina legata de ATP disociaza mai lent decat actina legata de ADP si duce la o diferenta de concentratii de monomeri necesari pentru polimerizarea la ambele capete. Deoarece ADP-actina disociaza mai rapid din filament decat ATP-actina, concentratia de monomeri este mai mare pentru capatul - decat pentru capatul +. Aceasta diferenta este exprimata in fenomenul de Treadmilling, ce ilustreaza dinamica filamentelor de actina.

Pentru ca sistemul sa functioneze, concentratia monomerilor de actina trebuie sa fie intermediara intre concentratia ceruta pentru polimerizarea la capatul + si capatul -. Rezultatul final este un proces de polimerizare-depolimerizare continua cu rol in miscarea celulelor si in mentinerea formei lor.

Atat asamblarea cat si dezasamblarea filamentelor este influientata de proteinele asociate actinei ce actioneaza fie prin legarea fie prin separarea monomerilor. Aceste proteine sunt:1.Tymiozina GM = principala responsabila de separarea monomerilor de actina si previne asamblarea lor in filament. 2.Profilina = previne polimerizarea dar in acelasi timp poate promova incorporarea monomerilor in filamente prin transformarea ADP in ATP ( duce la formarea ATP-monomeri care se incorporeaza rapid la capatul + ). Este implicata in semnalizarea celulara si controleaza polimerizarea actinei ca raspuns la semnale externe. 3. Proteinele de la capete = previn pierderea sa aditia de monomeri4. Gelsolina = promoveaza deplasarea filamentelor de actina ( fragmenteaza filamentele si ramane legata de capetele + blocand cresterea filamentelor; este reglata de Ca+.

Organizarea filamentelor

Se pot organiza in: bandelete sau retea, fiecare cu roluri diferite. Bandelete: filamentele sunt asezate paralel Retea: asezate in toate directiile formand retele tridimensionaleToate proteinele implicate in legarea filamentelor contin 2 domenii de legare la actina ( se pot lega de 2 filamente). Legarea in bandelete sau retea depinde de natura si marimea proteinei implicate. Bandeletele sunt de 2 tipuri:-primul tip contine filamente paralele distantate la mici spatii intre ele sustinand proiectiile membranei ( microvilii). Toate filamentele au aceeasi polaritate cu capatul + spre membrana plasmatica. Proteina implicata in formarea acestor bandelete este fimbrina. -tipul doi contine filamente paralele la distante mai mari si sunt capabile de contractie, proteina implicata este alfa-actinina, spatiul dintre filamentele de actina permite miozinei sa interactioneze cu bandeletele de actina in contractie.

Reteaua este generata si mentinuta cu ajutorul proteinei numita filamina, care este in forma dimerica. Reteaua tridimensionala se leaga la membrana plasmatica si sustine suprafata celulara, este responsabila de forma celulara si este implicata in miscarea celulei. In hematii proteina respondenta filaminei este spectrina - reteaua spectrina-actina se leaga de membrana cu ajutorul ankirinei.

Protruziile suprafetei celulare: cele mai multe protruzii au in structura lor filamente de actinaMicrovilii: prelungiri in deget de manusa, foarte abudenti pe suprafata celulelor implicate in absorbtie unde formeaza marginea in perie. Sunt mii de microvili per celula. In axul microvilului se gaseste un fascicul cu 20-30 filamente de actina legate intre ele de fimbrina. La baza microvilului filamentele sunt ancorate intr-o regiune bogata in spectrina a citoscheletului numita retea terminala, are rol de a stabiliza microvilii. Stereocili: forme specializate de microvili ai celulelor auditive responsabili de auz Pseudopode: extensii moderate ondulate responsabile de fagocitoza si miscarea celulara

31. Microfilamentele de miozina

Miozina este un motor molecular ce transforma energia chimica ATP in energie mecanica. Este responsabila nu doar in contractia musculara cat si in miscarile celulelor nemusculare si diviziunea celulara. Este alcatuita din 2 lanturi grele si 4 usoare, fiecare lant greu are cate o portiune globulara si o portiune alfa-helicoidala. Portiunea alfa helicoidala a unui lant greu se spiralizeaza in jurul portiunii alfa helicoidale a celuilalt lant greu si dau nastere unui dimer ce formeaza bastonasul moleculei de miozina. Cele doua capete globulare ale moleculei de miozina au fiecare atasat cate doua lanturi usoare. In muschi gasim miozina de tip 2.

Filamentul gros de miozina este format din cateva sute de molecula de miozina. Capetele globulare ale moleculei de miozina formeaza puntile de legatura intre filamentele groase si cele subtiri. Orientarea moleculelor de miozina in cadrul filamentului gros este cu capetele alfa helicoidale catre membrana si cu capetele globulare de-a lungul filamentelor de actina in drectia capatului +. Odata cu legarea filamentelor de actina, molecula de miozina leaga si hidrolizeaza ATP-ul, ceea ce faciliteaza alunecarea filamentelor.

Exista 3 tipuri de celule musculare: scheletice, cardiace si netede. Elementele contractile ( miofibrilele) sunt organizate in striatii transversale. Fibra musculara are diametrul de 5 microni si lungimea de cativa cm - cea mai mare parte a citoplasmei este alcatuita din miofibrile ce contin 2 tipuri de filamente: de actina si miozina.

Fiecare miofibrila este organizata in unitati contractile numite sarcomere ce au 2 microni lungime si contin mai multe regiuni distincte: la capetele unui sarcomer avem membranele Z, zona H in centru ( doar miozina), apoi banda A ( miozina + actina) si apoi banda I ( doar actina ).

Proteinele reglatoare sunt troponina si tropomiozina.Tropomiozina se dispune de-a lungul filamentelor de actina si fiecare astfel de molecula leaga o molecula de troponina. Troponina este un complex de 3 polipeptide ( troponina G, I, T ); cand concentratia de calciu citoplasmatic este scazuta, complexul tropomiozina-troponina blocheaza interactiunea actina-miozina, efectul este invers la concentratii Ca+ ridicate.

Miozinele necontractile: nu sunt organizate in filamente si din acest motiv nu sunt implicate in contractie, dar pot fi implicate in transport de vezicule si organite, miscari celulare. Cel mai cunoscut tip este miozina 1, care contine de asemenea un cap globular la fel ca miozina 2. Miozina 1 este mai scurta, nu are coada lunga si nu formeaza dimeri. In celulele nemusculare, miozina formeaza fibrele de stress si centurile de aderenta.

extra: rolul microfilamentelor de actina in procesul de imbatranire celulara si apoptoza

----------

32. Proteine asociate actinei in procesul de polimerizare Atat ansamblarea cat si dezansamblarea sunt influentate de proteine:1. Timozina-cea mai abundenta,se leaga la actina si impiedica ansamblarea in filamente

2. Profilina –se leaga la monomeri blocand incorporarea in filamente si polimerizarea,insa permite schimbul ADP cu ATP ( promovand incorporarea monomerilor in filamente prin obtinerea de ATP-monomeri care se incorporeaza mai rapid)

3. Proteinele de la capete: proteina Z prezenta la extremitatea (+) si tropomodulina(-) care se leaga la capetele filamentelor de actina prevenind pierderea/aditia de monomeri.

4. Gelsolina-promoveaza deplasarea filamentelor de actina. Fragmenteaza filamentele ramanand legata de capetele (+) fiind o proteina ce blocheaza cresterea filamentelor. Gelsolina este activata de Ca2+ si de aceea poate fi stimulata de semnale extracelulare ce tranzitoriu pot creste concentratea intracelulara de Ca2+.

32.1 Proteine asociate actinei in procesul de asamblare in citoschelet.

Proteinele ce crosslinkeaza filamentele de actina in bandelete(numite proteine asociate bandeletelor) uzual sunt proteine cu molecule mici si rigide ce forteaza filamentele de actina sa se aseze regulat, paralel intre ele. In contrast, proteinele ce intervin in organizarea filamentelor in retea sunt mari, flexibile si faciliteaza formarea retelei tridimensionale. Sunt doua tipuri structurale si functionale de bandelete realizate de proteinele asociate actinei: Tipul 1 - contine filamente de actina paralele distantate la mici spatii intre ele. In aceste bandelete toate filamentele au aceeasi polaritate cu capatul + spre membrana plasmatica. Un exemplu de proteina implicata in formarea acestor bandetele este FIMBRINA. Tipul 2- contine filamente de actina paralele dar la distante mai mari, si sunt capabile de contractie. De exemplu, bandeletele de actina din inelul de contractie ce divide celulele in telofaza.

Structura laxa a acestui tip de bandelete reflecta proprietati alfa-actininei. Opus fimbrinei, alfa-actinina formeaza dimeri pentru a lega doua filamente diferite de actina. Astfel, cresterea spatiului dintre filamentele de actina permite miozinei sa interactioneze cu bandeletele de actina, facandu-le capabile sa se contracte.

Reteaua de filamente de actina este generata si mentinuta de o molecula proteica mare: FILAMINA ABP 280, prezenta in forma dimerica. Domeniul de legare la actina se gaseste opus domeniului de dimerizare, a.i dimerul de filamina este o molecula flexibila in forma de V ce leaga la ambele capete ale V-ului actina, realizand o retea tridimensionala, numita cortexul celular, responsabil de forma celulara si de miscarile de suprafata. In eritrocite, baza citoscheletului cortical este reprezentata de o alta proteina asociata actinei numita spectrina, un tetramer. Capetele filamentelor de spectrina se asociaza cu filamentele scurte de actina, formandu-se o retea de spectrina si actina,care se leaga de mb plasmatica prin ankirina, ce se leaga atat de spectrina cat si de domeniul intracelular al proteinei benzii 3. In alte tipuri celulare decat heatia, legarea citoscheletului cortical este similara si realizata prin proteine spectrin-like, reprezentate de: - fodrine

- filamina

- disforina

32.2 Organizarea sarcomerului in fibra musculara striata scheletica.

Fiecare segment de miofibrile cuprins intre 2 bande Z este denumit sarcomer. Unitatile structurale sunt banda H luminoasa in centru, urmat de discul intunecat (banda A) si discul clar la periferie(banda I). O miofibrila este alcatuita din repetitia acestor unitati dispuse cap la cap. Sarcomerele tuturor miofibrilelor unei fibre sunt situate la acelasi nivel; aceasta dispozitie confera miofibrilei striatia caracteristica.

Banda H contine doar molecule de miozina.Discurile A sunt alcatuite din molecule de miozina si actina.Discurile I sunt alcatuite din molecule de actina

Muschiul scheletic este format din bandelete de fibre musculare. Fibra musculara are diametrul de 50 microni si lungimea de cativa cm, formate prin fuzionarea multor celule individuale in timpul dezvoltarii. Cea mai mare parte a citoplasmei este alcatuita din miofibrile, care sunt bandelete cilindrice alcatuite din doua tipuri de filamente: - filamente groase de miozina, cu diametru de 15 microni

- filamente subtiri de actina, cu diametrul de 7 microni

Fiecare miofibrila e organizata din unitati contractile numite sarcomere, ce sunt responsabile de striatiile transversale. Sarcomerele au cca 2 microni lungime, contin mai multe regiune distincte, decelate de microscopul electronic. La capetele unui sarcomer se afla membrane Z.Filamentele de actina sunt atasate cu capetele+ la mb Z, ce includ si alfa-actinina, proteina de linkare. Filamentele de miozina sunt legate de membranele M din mijlocul zonei H luminoase. La formarea si stabilizarea sarcomerului mai contribuie doua proteine aditionale: - Titina ( se intinde de la membrana M la membrana Z)

- Nebulina (se asociaza actinei, stabilizand lungimea filamentului de actina) In timpul contractiei, fiecare sarcomer se scurteaza, apropiindu-se intre ele membrana Z.

33. filamente intermediare

Spre deosebire de microfilamentele de actina, filamentele intermediare nu sunt implicate in miscarea celulara. Filamentele intermediare sunt cele mai stabile structuri ce prezinta rol structural.

In timp ce filamentele de actina si microtubulii sunt polimeri ai aceluiasi tip de proteina(actina si tubulina), filamentele intermediare sunt alcauite dintr-o varietate de proteine ce se exprima in diferite tipuri de celule. Au fost identificate mai mult de 50 de tipuri de filamente intermediare ale caror proteine au fost clasificate in 6 grupuri: 1+2. Keratine continand fiecare cate 15 proteine diferite(pot fi keratine tari/moi)

3. Sunt incluse aici: vimentina, desmina, proteine fibrilare gliale acide si periferina

4. Cuprinde proteine din neurofilamente , prezente in neuronii motori din SNC

5. Cuprinde laminine nucleare, componente ale anvelopei nucleare

6. Cuprinde nestina, prezenta in celulele stem ale SNC

Filamentele intermediare au o organizare structurala comuna. Toate proteinele filamentelor intermediare au o portiune centrala alfa-helicoidala de aproximativ 310 aa. Capul e prezentat de capatul amino terminal, iar coada de capatul carboxiterminal, acestea 2 determinand functii specifice, in timp ce domeniul alfa-helicoidal joaca un rol central in asamblarea filamentelor. Primul stadiu in formarea filamentelor intermediare este formarea dimerilor, in care partea centrala este formata din doua lanturi polipeptidice rasucite helicoidal. Dimerii se pot asocia doi cate doi dispusi paralel determinand formarea de tetrameri, care la randul lor se pot atasa cap la cap formand protofilamente. In final, un filament intermediar contine 8 protofilamente asezate circular, formand o structura cilindrica. Proteinele din filamentele intermediare sunt modificate frecvent prin fosforilare, ce poate regla asamblarea si deplasarea lor in celula. Cel mai clar exemplu este fosforilarea lamininei nucleare, ceea ce duce la dezasamblarea lamininei nuclare si distrugerea invelisului nuclear in timpul mitozei.

34. microvili,stereocili,flageli,cili-Cilii si flagelii sunt prelungiri ale membranei plasmatice constitute din microtubuli care determina miscarea anumitor tipuri de celule eucariote. Structura fundamentala de baza a cillor si flagelilor este axonema alcatuita din microtubuli si proteinele lor asociate. Microtubulii au un aranjament caracteristic 9+2(un dublet central inconjurat de 9 dublete periferice) Microtubulii periferici sunt legati de perechea centrala prin legaturi radiare alcatuite din nexina. Microtubulilor li se anexeaza si proteina dineina, iar activitatea ei de motor determina bataia cililor si a flagelilor.

Capatul microtubulilor este ancorat in corpusculul bazal,similar ca structura centriolului avand triplete de microtubuli. Corpusculul are rol in formarea si cresterea microtubulului. Miscarea rezulta din alunecarea dubletelor externe unul pe celalalt.

-Microvilii –extensii permanente,digitiforme,abundente la cel epiteliale implicate in absortie .pe suprafata apicala formeaza marginea in perie ce maresc de 10-20 ori suprafata de absortie Miscarile sunt datorate interactiunii dintre actina-miozina din reteaua terminala Se gasesc in enterocite,nefrocite si in toate celulele cu rol in absortie.

-Stereocilii sunt forme specializate de microvili din celulele auditive ale urechii interne care detecteaza vibratiile sonore.

35. Microtubulii

Sunt formatiuni cilindrice cu diametrul de 25 nm si reprezinta a treia componenta principala a citoscheletului. Ca si filamentele de actina, microtubulii sunt structuri dinamice, ce se asambleaza si se dezasambleaza continuu la nivelul celulei. Au rol in mentinerea formei celulare, in locomotia celulara, in transportul intracelular de organite si in separarea cromozomilor in mitoza. Microtubulii sunt alcatuiti dintr-un singur tip de proteina numita tubulina, un dimer alcauit dintr-o subunitate alfa si una beta. Exista si o gamma tubulina, localizata in special in centrozom, cu rol in initierea asamblarii microtubulilor.

Dimerii de tubulina vor polimeriza pentru a forma microtubulii, care, in general, sunt alcatuiti din 13 protofilamente asamblate in jurul unui spatiu central. Protofilamentele, alcauite dintr-un aranjament cap-coada al dimerilor de tubulina, sunt dispuse paralel la nivelul microtubulilor.

La fel ca filamentele de actina, microtubulii sunt structuri polare cu doua capete distincte: capatul + cu o crestere rapida si capatul + cu o crestere incetinita. Polaritatea este importanta in determinarea directiei de miscare de-a lungul microtubulului. Dimerii de tubulina se pot depolimeriza la fel de repede cum se pot polimeriza, iar microtubulii pot avea cicluri rapide de asamblare si dezasamblare. Atat alfa, cat si beta tubulina leaga GTP, care functioneaza analog ATP-ului in cazul actinei. GTP-ul legat de beta tubulina este hidrolizat la GDP urmand depolimerizarea. Astfel, se poate vorbi de acelasi comportament de treadmilling (moleculele legate de GDP sunt permanent pierdute de capetele - si sunt inlocuite prin aditie de molecule de tubulina legate de GTP la capatul + al aceluiasi microtubul). Turnoverul de reinnoire este rapid, de cateva minute, si este foarte important pentru remodelarea citoscheletului din timpul mitozei.

Motorul microtubulilor si miscarile Miscarea de-a lungul microtubulilor este bazata pe existenta unei proteine motor ce utilzieaza energia derivata din hidroliza ATP-ului. Exista doua familii de astfel de proteine: - kinezinele

- dineinele Kinezinele si dineinele sunt proteine distincte ce se misca de-a lungul microtubulilor in directii opuse: kinezina de la capatul - la capatul + , si dineina de la capatul + la capatul -.

Kinezinele si dineinele au structuri pe baza de lanturi grele si usoare. Lanturile grele formeaza domenii globulare ce leaga ATP-ul si ele sunt responsabile de deplasarea de-a lungul microtubulilor.

36. Centriolii, centrul celularCentriolii sunt organite cilindrice stabile in citoplasma celulelor Sunt alcatuiti din 9 triplete de microtubuli, centrozomul(centrul celular) poate fi alcatuit din 2 centrioli orientati perpendicular unul pe celalalt si inconjurati de un material amorf centrosfera. Centrul celular este responsabil de initierea si declansarea diviziunii celulare formand fusul de diviziune prin microtubuli.. De asemenea genereaza si miscarea cililor sau al flagelilor prin faptul ca la baza acestora se gaseste intotdeauna prezent un centriol numit corpuscul bazal.

Centriolii sunt organite cilindrice stabile in citoplasma celulelor. Sunt alcatuiti din 9 triplete de microtubuli, similar corpusculului bazal al cilului si flagelului. Centriolii sunt considerati precursori ai corpusculului bazal, intrand in componenta centrulului celular. Centrozomul=centrul celular este alcatuit din doi centrioli orientati perpendicular unul pe celalalt si inconjurati de un material amorf pericentriolar. Microtubulii care provin din centrozom nu se vor termina in centriol, ci in materialul pericentriolar care initiaza asamblarea microtubulilor si care poate capta extremitatile microtubulilor polimerizati independent in citosol. Centrul celular este responsabil de initierea si declansarea diviziunii celulare, formand fusul de diviziune prin microtubuli. De asemenea genereaza si msicarea cililor sau a flagelilor prin faptul ca la baza acestora se gaseste intotdeauna un centriol numit corpuscul bazal.

37. Centrii de organizare ai microtubulilor:

Microtubulii se extind in celula din centrii de organizare ai microtubulilor, in care acestia sunt ancorati cu capetele -. In marea majoritate a celulelor, centrul de organizare este Centrozomul, localizat in apropierea nucleului. In timpul mitozei, microtubulii se extind din centrul celular duplicat pentru a forma fusul de diviziune, ce este responsabil de separarea si distributia cromozomilor in celulele fiice. Centrozomul serveste de situs initial de asamblare al microtubulilor, care cresc apoi catre periferie de la nivelul centrozomilor. Acest lucru stabileste si polaritatea microtubulilor in celula. Capatul - este la nivelul centrozomului, iar capatul + este catre citoplasma celulara. Centrozomii sunt formati dintr-o pereche de centrioli perpendiculari unul pe celalalt, inconjurata de o masa amorfa de material pericentriolar. Centriolii sunt structuri cilindrice alcauite din 9 triplete de microtubuli, similar corpusculului bazal al cilului si flagelului. Centriolii sunt considerati precursorii corpusculilor bazali. Microtubulii ce emana din centrozom se termina la periferia materialului pericentriolar, deci, nu centriolii, ci materialul pericentriolat initiaza asamblarea microtubulilor. Exista un numar mare de proteine asociate cu centrozomul, dar inca nu este cunoscut rolul lor in asamblare.

Reorganizarea microtubulilor in timpul mitozei Aranjamentul microtubulilor prezent in interfaza se dezasambleaza la subunitati libere de tubulina, care sunt responsabile de formarea fusului de diviziune, care la randul lui este responsabil de separarea cromozomilor. Mai intai, are loc duplicarea centrozomului pentru a forma 2 centri de organizare separati, care se dispun la polii opusi ai celulei. Cei doi centrozomi vor forma cei doi poli ai fusului de diviziune. Cum celula intra in mitoza, rata de dezasamblare creste de 10 ori.

Microtubulii care formeaza fusul de diviziune sunt de trei feluri: - Kinetocorcentriolari, asociati cu proteine specifice pt a forma kinetocorii; acesti microtubuli joaca un rol important in separarea cromozomilor mitotici

- Polari, care se ataseaza la cromozomi si se intrepatrund cu microtubulii din polul opus

- Astrali, care emerg radiar in jurul centrozomilor, avand liber capatul +

Asamblarea si dezasamblarea dinamica a microtubulilor este reglata de o variatate de proteine asociate, numite MAPs. Aceste proteine se leaga de microtubuli si inhiba disocierea subunitatilor de tubulina, si pot media si asocierea lor cu alte elemente ale citoscheletului, precum filamentele intermediare.

38. Ribozomi. Structura,organizare,biogeneza

Ribozomii sunt prezenti in toate tipurile celulare, cu exceptia hematiei adulte, dar si in matricea unor organite celulare cum sunt mitocondriile, unde au rol in sinteza proteinelor. Ribozomii mitocondriali sunt intotdeauna mai mici decat cei citoplasmatici si sunt comparabili cu ribozomii PK, ceea ce reflecta originea pe scara evolutiei a mitocondriei. Ribozomii sunt gasiti in celula sub doua forme: liberi si atasati RE. Starea in care se gasesc ribozomii depinde de prezenta in lantul polipeptidic sintetizat a unei secvente numite "semnal de orientare catre RE"(ER-targeting signal sequence). Ribozomii liberi sunt mai numerosi in celulele implicate in sitneza proteinelor solubile in citoplasma sau care formeaza structuri citoplasmatice importante sau elemente motile Ribozomii atasati apar in cantitati mai mari in celulele care secreta proteine de export, proteine care in general contin punti disulfurice sau AA cu cisteina, necesitand sinteza in lumenul RE; acestia sunt responsabili de sinteza proteinelor care vor intra in constitutia membranelor sau vor fi impachetate in vezicule si stocate in citoplasma sau exportate in afara celulei

Dimensiunile ribozomului sunt curprinste in 15-30 nm. In stare de repaus sunt constituiti din 2 subunitati:mare si mica

40S respectiv 60S, cele doua subunitati fiind legate de un fragment fin de ARNmesager. Mai multi ribozomi insirati pe un ARN alcatuiesc poliribozomi(ergozom). Ribozomii sunt alcatuiti 65% ARNr si 35% ribonucleoproteine ,agregatele ribozomale sunt forma activa a ribozomilor. Componenta proteica are rol de a stabiliza structura si influenteaza mai degraba abilitatea ARNr de a sintetiza proteine.

Biogeneza ribozomilor Biogeneza ribozomilor are loc in citoplasma si in nucleol si implica functionarea coordonata a peste 200 de proteine si procesarea celor 4 ARNr cat si asamblarea acestora cu proteinele ribozomale. Proteinele ribozomale sunt sintetizate in citoplasma in vecinatatea nucleului. Componentele proteice ale subunitatilor mare si mica sunt importate in nuclei prin porii nucleari. ARNr este transcris cu viteza foarte mare in nucleol aici gasindu-se toate cele 45 de gene care codifica ARNr. Dupa aceea, este asamblat cu subunitatile ribozomale si este exportat prin porii nucleari in citoplasma.

38.5. Sisteme celulare generatoare de energie: caracteristici

** In abordarea acestui subiect se va discuta despre lantul respirator( vezi functiile mb mitocondriale interne), metabolizarea acizilor grasi ( vezi tot la mitocondrie).-ciclul Krebs care are loc in mitocondrie ( 2 molecule ATP )-transportul de electroni care are loc tot in mitocondrie -glicoliza care are loc in citoplasma ( obtinem 2 molecule de ATP ) dar si glicoliza anaeroba: piruvatul nu sufera decarboxilarea oxidativa pentru a trece in acetil coenzima A, in schimb trece in lactat ( se formeaza cantitati mari in muschi si in eritrocite in lipsa oxigenului ). Are un randament de doar 5%.

39.Functiile ribozomului

Ribozomii sunt sediul sintezei proteinelor specifice si nu prezinta membrane la periferie. Numarul de ribozomi ce intra in alcatuirea unui poliribozom depinde de marimea moleculei proteice care va fi sintetizata. Ei sunt numerosi in celulele aflate in fazele de crestere si in celule cu sinteza crescuta de proteine(celule pancreatice,hepatice si nervoase). Ribozomii au capacitatea de a se uni ,alcatuind structuri polimere. Agregatele ribozomale constituie forme active a ribozomilor. ARN-ul ribosomal este localizat in ribozom,cantitativ el reprezentand ~65% din totalul ARN-ului celular. Proteinele ribozomale(ribonucleoproteine) reprezinta circa 35% in ribozomi,au caracter asemanator histonelor.

Ribozomii constituie sediul biosintezei proteice prin interactiuni intre ARNm, ARNt si ARNr, fiind denumiti aparatul de traducere al celulei. Formele active ale ribozomilor sunt reprezentate de agregatele ribozomale.

39.2 Sinteza lantului polipeptidic la nivelul ribozomilor

Etapele traducerii informatiei genetice sunt: Sinteza aminoacil-ARNt

Initierea sintezei lantului polipeptidic

Elongarea lantului polipeptidic

Incheierea sintezei lantului polipeptidic

1. Sinteza aminoacil-ARNt Se realizeaza de catre aminoacil-ARNt sintetaze - 20 de enzime ce recunosc specific cei 20 de AA si anticodonii asociati lor. Situsurile de legare ARN ale ribozomului sunt: Situsul pentru ARNm

Situsul pentru ARNt

* Situsul A (ACCEPTOR): leaga aminoacil-ARNt

* Situsul P (POLIPEPTIDIL): leaga polipeptidul in curs de sinteza cuplat cu ARNt

* Situsul E (EXIT) : leaga o molecula de ARNt fara rest aminoacil/peptidil

2. Initierea sintezei lantului polipeptidic Se formeaza un complex de preinitiere din subunitatea mica ribosomala, primul aminoacil-ARNt (intotdeauna primul are metionina), precum si factori de initiere. Complexul se ataseaza pe ARNm si detecteaza codonul start, intotdeauna AUG. ARNt este situat in situsul P al ribozomului (ordinea e E P A) . In situsul A se ataseaza aminoacil-ARNt corespunzator urmatorului codon din ARNm. Este catalizata sinteza legaturii peptidice dintre metionina si al doilea aminoacid, cu transferul dipeptidului pe al doilea ARNt => ARNt dipeptidil. ARNt-ul corespunzator metioninei este mutat in situsul E si eliberat.

3. Elongarea In situsul A se va alinia un alt codon care va fi recunoscut de anticodonul corespunzator din ARNt si care va lega un nou AA la catena polipeptidica.

4. Incheierea sintezei lantului peptidic Are loc cand in dreptul situsului A ajunge codonul stop (UAA, UAG, UGA), pentru care nu exista ARNt cu anticodon complementar. Codonii stop sunt recunoscuti de o proteina numita factor de terminare, care se leaga in situsul A si produce hidroliza legaturii dintre catena polipeptidica si ARNt din situsul P. Lantul polipeptidic este modificat in continuare prin hidroliza si indepartarea radicalului metionil.

39.3 Plierea proteinelor: saperone

Vorbim in acest caz despre o functie a RE, si anume, vorbim despre asistarea proteinelor pentru impachetarea corecta. Asistarea este realizata de proteine numite saperone, acestea fiind deci molecule specializate in asistarea proteinelor nou-sintetizate pentru adoptarea conformatiei corecte, acea conformatie ce asigura functionalitatea macromoleculelor.

Calnexina Leaga structurile N-glicozidice ramase dupa tundere cu o singura glucoza. Calnexina mentine precursorul de glicoproteina legat pe tot parcursul asistarii sale in adoptarea conformatiei corecte. In cazul in care, accidental, glucoza este clivata inainte de terminarea rolului calnexinei, macromolecula nu va parasi RE catre complexul Golgi, ci va fi reglucozilata de catre o glucozil-transferaza, asigurand astfel reatasarea glicoproteinei la calnexina, pentru definitivarea proecsului de asistare.

Protein disulfura izomeraza Realizarea legaturilor acestor legaturi trebuie foarte bine controlata. Acest lucru se face prin asistarea prin intermediul enzimei protein disulfura izomeraza, care desface puntile incorecte din proteinele a caror traducere s-a terminat si ajuta la realizarea puntilor -S-S- corecte.

BiP = Binding Protein Este saperona cu cea mai larga sfera de actiune si este responsabila si de controlul deschiderii si inchiderii porului transloconului. BiP complexeaza noile proteine translocate si nu le elibereaza decat atunci cand impachetarea lor este corect definitivata. Daca proteina esueaza in adoptarea conformatiei corecte, BiP o "conduce" inapoi la translocon, care expulzeaza lantul polipeptidic "ratat" in citosol, unde este poliubiquitinilat, intrand in proces de degradare proteolitica in proteasom.

40. Structura proteazomilor. Degradarea proteinelor mediate de ubiquitina

Proteazomii sunt complexe moleculare proteolitice intracelulare, ATP-dependente, implicate in degradarea proteinelor etichetate cu poli-ubiquitina. Proteazomii se gasesc in toate tipurile celulare, au forma de butoias si sunt alcatuiti din urmatoarele componente: - particula miez, formata din 4 inele suprapuse , din care: doua sunt inele beta centrale cu activitate treonin-proteazica si doua sunt inele alfa, fara activitate catalitica cunoscuta

- doua particule reglatoare identice, cate una la fiecare capat al particulei miez. Unele dintre subunitatile particulei reglatoare au situsuri ce permit recunoasterea ubiquitinei

Degradarea proteinelor este esentiala pentru celula doarece asigura aminoacizi pentru o noua sinteza proteica, indeparteaza enzimele aflate in exces si indeparteaza factorii de transcriptie care nu mai sunt necesari.

Degradarea proteinelor mediata de ubiquitina Digestia proteica incepe cand proteinei ce urmeaza a fi digerate i se ataseaza un mic polipeptid numit ubiquitina. Proteinele destinate procesului de degradare sunt conjugate cu ubiquitina care se leaga de capatul N-terminal al unui reziduu de lizina, urmand apoi atasarea altor molecule de ubiquitina, cu formarea unui lant. Atasarea Ubiquitina la proteina este influentata de 3 enzime: - E1 (enzima de activare)- modifica ubiquitina in asa fel incat glicina din capatul C-terminal sa reactioneze cu lizina de pe proteina destinata degradarii

- E2 (enzima de conjuare a ubiquitinei, atasand-o la proteina)

- E3 - are rol in recunoasterea proteinei substrat

Legarea ubiquitinei reprezinta semnalul care permite proteinei sa intre in complexul proteazomic. Etapele procesului de digestie: - complexul proteina-Ub se leaga de situsul de recunoastele al ubiquitinei de pe particula reglatoare a proteazomului

- proteina e depliata si transferata in cavitatea centrala a particulei miez

- se desfac anumite legaturi peptidice ale lantului sub actiunea situsurilor active din inelele centrale

- fragmentele de peptide parasesc particula miez pe o cale necunoscuta, urmand a fi degradate in continuare in citosol

- particula reglatoare elibereaza apoi ubiquitina pentru a fi refolosita

41. Incluziuni lipidice – aspect MO, ME ( microscop optic/ electronic )

Incluziunile pigmentare pot aparea in 3 circumstante:

(1) Tranzitoriu – in celula hepatica sub forma de picaturi lipidice izolate, apar post-prandial, sunt repede metabolizate si dispar din citoplasma la cateva ore dupa ingestie (2) Temporar – spre exemplu in celule secretorii din glanda mamara in lactatie (3) Permanent – in adipocite

MO – prezinta un aspect clar pe preparatele standard ( se vede rosu pe coloratia sudan 4 )ME – aspect electronoclar

Incluziunea lipidica este unica si ocupa intreaga citoplasma care este impinsa spre periferia celulei, predominant in jurul nucleului. Aceste celule au rol in metabolismul lipidic, de protectie a principalelor organe si in termogeneza la nivelul tegumentului. Adipocitele brune formeaza tesutul adipos brun, bine dezvoltat la nou-nacsut si in copilarie si care apoi involueaza. La adult persista in regiunea interscapulara si inghinal.

42. Incluziuni pigmentare – aspect MO, ME ( microscop optic/ electronic )

Melanina pigment negru evident in epidermul pielii si in SNC

MO : aspect de fulg de nea

ME: aspect electronodens

Lipofuscina se numeste si pigmentul de uzura, intrucat se observa pe masura inaintarii in varsta a organismului

este de fapt produsul nedigerat al unor reactii litice la nivel subcelular

MO: granulatii galben-maronii

ME: aspect electronodens

Hemosiderina este reziduul nedigerabil rezultat in urma distrugerii hematiilor

macrofage bogate in hemosiderina se pot observa in cantitati mari in splina si ficat, locurile de distrugere ale hematiilor batrane

MO: aspect granular maroniu ( atentie, in coloratia HE poate fi confundata cu lipofuscina/melanina, dar se evidentiaza specific prin coloratia cu albastru de Prusia pentru fier)

ME:aspect electronodens

Patologic, pigmenti biliari pot apare sub forme de bilirubina in celulele Kupfer sau chiar in hepatocite.43. Incluziuni glicogen – aspect MO, ME ( microscop optic/ electronic )Celulele animale bogate in depozite glucidice sunt hepatocitele si celulele musculare la nivelul carora se gasesc cantitati mari de incluziuni de glicogen. Depozitele de glicogen sunt utilizate in situatia in care celula este supusa unor activitati mecanice intense ( ex: contractia musculara), sau in conditii de activitate intensa de sinteza.

Aceste depozite se formeaza prin glicogenogeneza si sunt utilizate de celula in urma procesului de glicogenoliza. MO - se evidentiala cu Carmin Amoniacal BEST, evidentiindu-se sub forma de plaje mai mult sau mai putin intinse ME- incluziunile de glicogen apar sub forma de bastonase(particule alfa) sau de rozeta(particule beta)

44. Structura si ultrastructura lizozomilor.Lizozomii sunt organitele digestiei intracelulare, ce se gasesc in toate celulele, cu exceptia hematiei adulte. Este organit delimitat de membrana.

Într-o singură celulă pot exista câteva sute de lizozomi. Cea mai mare parte a lizozomilor este dispusă în regiunea juxtanucleară în strânsă vecinătate cu aparatul Golgi.Membrana lizozomilor are o structura specifica, rezistenta, ea trebuie sa reziste la actiunea enzimelor din interiorul lizozomului. Pentru a spori rezistenta peretelui membranar, proteinele din structura sa sunt intens glicozilate pe fata interna. MO: membrana si matrice lizozomalaME: membrana lipoproteica, mozaicata, matrice granulata

Lizozomii contin enzime hidrolitice implicate in degradarea tuturor tipurilor de polimeri biologici: proteine-proteaze, lipide-lipaze, acizi nucleici-nucleare, carbohidrati-glicozidaze, toate active in mediu acid. Membrana lizozomilor detine componenti unici care asigura rezistenta la actiunea hidrolazelor. Lizozomii prezinta deci o membrana lizozomala lipoproteica, mozaicata, asimetrica si asemanatoare cu plasmalema , precum si o matrice lizozomala fin granulata ( poate fi omogena sau eterogena).

Originea si formarea lizozomilor Lizozomii se formeaza in aparatul Golgi. Proteinele membranei lizozomale sunt sintetizate in RE si transportate apoi la aparatul Golgi pentru o glicozilare extensiva. Complexul Golgi sorteaza in regiunea trans enzimele primite de la RE prin regiunea cis. In aceasta regiune, precursorului hidrolazelor lizozomale i se ataseaza un radical fosfat la reziduul de manoza. Gruparea manozo-6 fosfat formeaza semnalul de sortare -> enzimele

sunt transportate de ap. Golgi spre regiunea trans unde se leaga de receptori de manozo 6-fosfat, care diretioneaza enzimele spre lizozomi. Dupa legare, incepe formarea unei vezicule care se acopera cu clatrina, se desprinde si va fuziona cu lizozomul in formare. Lizozomul are pe suprafata o pompa protonica cu rol de acidifiere a interiorului, ducand la indepartarea gruparii fosfat si la disocierea hidrolazei de pe receptor. Receptorul va fi reciclat inapoi in ap. Golgi .

Intre trans-Golgi si lizozom exista un compartiment intermediar, cu rol in formarea lizozomala.

45. Functiile lizozomului.

Lizozomii sunt organite celulare cu rol digestiv celular, prezente in toate celulele, mai putin in hematia adulta, gasindu-se in cantitate mare in hepatocite si macrofage. Ei contin enzime hidrolitice ce le asigura functia digestiva.Ei contin un lumen acid, cu doua unitati mai jos decat pH-ul citosolic, acesta asigura un ph de actiune. Exista doua tipuri de lizozomi: (1) Lizozomi secretori – o combinatie intre lizozomi conventionali si granule secretorii; ei difera de lizozomii conventionali deoarece contin produsul de secretie specific tipului celular in care se afla. Evident, lizozomii secretori contin si hidrolazele si proteinele membranare si au aceleasi facilitati in mentinerea pH-ului, ca si lizozomii conventionali.

(2) Lizozomi conventionali – nu au functia secretorie, o prezinta doar pe cea „digestiva”. Moleculele din spatiul extracelular sunt introduse in celula si sunt acoperite de un strat de proteine formand un endozom – acestia fiind la randul lor de mai multe feluri – primar si secundar. Lizozomii interactioneaza cu endozomii secundari si produc endofagozomul, locul unde se produce digestia.

Tipurile de interactiune dintre lizozomi si endofagozomii secundari pot fi sistemtizati astfel: (1) Kiss and Run – lizozomul interactioneaza scurt cu endozomul secundar, se produce un schimb chimic, in endozom se poate produce digestia, iar lizozomul poate pleca mai departe sa interactioneze cu alti endozomi secundari. (2) Fusion – lizozomul si endozomul fuzioneaza producand un organism hibrid in care are loc digestia

Tipuri de lizozomi 1. Lizozomi secretori

2. Lizozomi conventionali Exista si modele ale sistemelor de maturare lizozomala: Modelul maturarii - un endozom primar este format din vezicule cu originea in membrana plasmatica, ce fuzionaza intre ele; alte vezicule aduc si preiau substante chimice pana cand endozomul primar devine endozom secundar si apoi atinge stadiul de lizozom

Modelul transportului vezicular - endozomii primari si secundari sunt organite separate si stabile legate prin vezicule care transporta substanta de la endozomii primari spre cei secundari , care se matureaza pentru a deveni lipozomi

Digestia lizozomala Actiunea digestiva a lizozomilor poate fi sistematizata in urmatoarele directii: Autofagia - materialul are origine intracelulara Macroautofagia - procesul normal de turn over al organitelor: organitul este inconjurat de o membrana REN formand o vacuola autofagica , ce va fuziona cu lizozomul primar pentru a forma autofagozomul, in care are loc digestia

Microautofagia : implica pinocitoza unor proteine citoplasmatice Autoliza - distrugerea interna a intregii celule, fie ca parte a apoptozei, fie se indeparteaza astfel celulele bolnave

Fagocitoza - sunt incorporate particule straine formandu-se fagozomi ce vor fuziona cu lizozomii primari, dand nastere lizozomilor secundari

Pinocitoza- se formeaza pinozomi , ce vor fuziona si ei cu lizozomii primari Crinofagia - digestia produsilor de secretie in celulele endocrina, prin care celula isi controleaza calitatea si cantitatea substantelor secretate

46. Peroxizomul. Structura si ultrastructura.

Peroxizomii sunt organite mici, sferice, delimitate de endomembrane, gasite in majoritatea celulelor EK. Peroxizomii sunt delimitati la exterior de o membrana simpla, de circa 6nm grosime, iar in interior contin o matrice granulara. In matrice se observa uneori una sau mai multe structuri cristaline inconjurate de material amorf- mediu electronodens. Aceste structuri denumite cristaloizi se observa in special la regnul animal, dar sunt absente la peroxizomii umani.Citomembrana peroxizomala prezinta o compozitie asemanatoare cu cea a RE, diferind de aceasta prin unele polipeptide si enzime componente. Uneori se poate observa continuitate intre membrana peroxizomala si cea a REN , dar cel mai des se intalneste continuitate peroxizom-peroxizom, formand un "reticul peroxizomal". Peroxizomul nu contine nici ADN, nici ribozomi, si trebuie sa isi importe toate proteinele constituente.

47. Biogeneza si functiile peroxizomului.

Biogeneza peroxizomala

Biogeneza membranei peroxizomale implica: 1. Formarea bistratului lipidic - se presupune ca are loc in RE , inainte de importul peroxinelor ( PEX 3, 16, 19)

2. Importul PEX 3 si PEX 16 - aceste proteine sunt importate in functie de prezenta PEX 19, despre care stim ca intervine direct in legarea proteinelor din membrana peroxizomala, fiind absolut necesara in geneza acestora Proteinele specifice peroxizomilor au 2 peptide semnal care directioneaza aceste proteine spre matricea peroxizomala, numite PTS1 si PTS2 ( peroxisomal targeting signal). Importul proteinelor matricei peroxizomale implica legarea ligandului la receptor( receptorii sunt peroxine, liganzii sunt PTS-uri), apoi urmeaza transportul proteinelor in peroxizom, andocarea receptorilor in interiorul peroxizomului, iar apoi reciclarea acestor receptori . Procesul de import al proteinelor matricei peroxizomale este ATP-dependent.

O functie a peroxizomului – ce il incadreaza la categoria organisme autonome este capacitatea acestuia de a se divide, desi nu poseda material genetic. Deasemenea poseda capacitatea de a prolifera, proliferare indusa in doua faze: (1) Prolifereaza din muguri preexistenti (2) Crestere prin import de proteine

Functii Peroxizomii sunt sediul principal al utilizarii oxigenului. Sunt organite mici, sferice, delimitate de endomembrane, gasite in majoritatea celulelor EK Catalaza, enzima marker a peroxizomilor, degradeaza peroxidul de hidrogen in oxigen si apa. Peroxizomii sunt esentiali pentru ca o celula sa functioneze normal, deoarece:

- intervin in oxidarea excesului de acizi grasi cu lant lung de atomi de carbon => fragmente cu 2 atomi de carbon care sunt fie convertite la acetil coenzima A, fie sunt exportate si folosite la noi sinteze de compusi celulari

- descompun purinele AMP si GMP la acid uric + aminoacizi

- produc si exporta in citoplasma colesterol

- contin primele 2 enzime necesare sintezei plasmalogenilor(un grup important de fosfolipide), care reprezinta 19% din fosfolipidele organismului

48. Reticulul endoplasmatic: definiţie, clasificare, formeReticulul endoplasmic este un organit delimitat de endomembrana, structurat sub forma unor cisterne si/sau tubuli, cu numeroase anastomoze, a caror fata citoplasmatica poate prezenta rugozitati si a carui functie de baza este aceea de a produce molecule si macromolecule esentiale organizarii si functionarii celulelor. RE face parte din grupul organitelor implicate in biogeneza si traficul intracelular al membranelor, alaturi de ap. Golgi, lizozomi si de sistemul endosomal, fiind cel care initiaza procesele celulare care se desfasoara in aceste organite. RE reprezinta cea mai abundenta structura delimitata de endomembrane din celula, continand mai multe de jumatate din membranele acesteia. Organitul este structurat pe baza unor endomembrane sub forma de cisterne ce prezinta numeroase anastomoze si tubuli legati. Spatiul din interiorul membranelor este denumit lumen. Lumenul RE este continuu intre cisterne si tubuli, iar la nivelul cisternelor se realizeaza anastomoze si cu anvelopa nucleara. Se realizeaza astfel o continuitate intre lumenul RE si lumenul anvelopei nucleare.

- Reprezinta un organit delimitat de endomembrane, organizat sub forma unei retele de cisterne si/sau tubuli, cu numeroase anastomoze, care pot prezenta sau nu pe suprafata citoplasmatica ribozomi atasati - Zonele organizate sub forma de cisterne prezinta de regula ribozomi atasati pe membrana citoplasmatica a organitului si fomeaza RER, iar zonele structurate sub forma de tubuli, ce continua cisternele RER --> REN - RER si REN sunt 2 forme de organizare diferita ale aceluiasi organit - RER: sinteza de proteine, prelucrarea si transportul lor spre aparatul Golgi -REN: metabolizarea lipidelor, stocarea ionilor de calciu, detoxifiere celulara

49. Mecanismul prin care lanţul polipeptidic este transferat din citosol în reticulul endoplasmic.

Biosinteza tuturor proteinelor intr-o celula se initiaza in citosol, exceptie facand proteinele codificate de ADN-ul mitocondrial. Se pune intrebarea: cum stie RE care dintre poliribozomi trebuie preluati la nivelul membranei sale? Informatia prin care se face selectia se afla in lantul polipeptidic in formare, gasim o secventa numita secventa-semnal care este legata de SRP ( signal-recognition-particle din citosol). SRP odata legat expune un sit de legare la un receptor specific din membrana RE. Odata legat, receptorul preda complexul mai departe transloconului din membrana RE. Din momentul in care transloconul preia ribozomul,m SRP este eliberat si sinteza proteica poate continua.

1. Initierea sintezei proteice in citosol;2. Aparitia peptidei semnal;3. Recunoasterea peptidei semnal de SRP (signal recognition particle - aflat intotdeauna in exces in citosol), si interactinunea dintre ele + blocarea sintezei prin ocuparea sitului A din ribozom;4. Legarea complexului macromolecular astfel format la receptorul SRPR din membrana RE;5. Interactiunea dintre SRPR si translocon cu transferul complexului, legarea ribosomului si deblocarea sintezei proteice prin eliberarea SRP in citosol

6. Translocarea lantului polipeptidic, pe masura ce se alungeste, prin membrana RE

50. Rolul reticulului endoplasmic în biosinteza si prelucrarea proteinelor

Biosinteza tuturor proteinelor intr-o celula se initiaza in citosol, exceptie facand proteinele codificate de ADN-ul mitocondrial. Se pune intrebarea: cum stie RE care dintre poliribozomi trebuie preluati la nivelul membranei sale? Informatia prin care se face selectia se afla in lantul polipeptidic in formare, gasim o secventa numita secventa-semnal care este legata de SRP ( signal-recognition-particle din citosol). SRP odata legat expune un sit de legare la un receptor specific din membrana RE. Odata legat, receptorul preda complexul mai departe transloconului din membrana RE. Din momentul in care transloconul preia ribozomul,m SRP este eliberat si sinteza proteica poate continua. Pe scurt, etapele descrise ar fi: 1. Initierea sintezei proteice in citosol care contine o secventa-semnal

2. Recunoasterea peptidei semnal de SRP, interactiunea dintre ele, blocarea sintezei prin ocuparea sitului A

3. Legarea complexului macromolecular astfel format la SRPR(receptorul SRP din membrana RE)

4. Interactiunea dintre SRPR si translocon cu transferul complexului, legarea ribosomului si deblocarea sintezei proteice prin eliberarea SRP in citosol

5. Translocarea lantului polipeptidic, pe masura ce se alungeste, prin membrana RE

- Modificarile co-traducere (in timp ce proteina este sintetizata)* Initierea glicozilarii proteinelor ( este initiata formarea structurilor N-glicozidice)= Glicozilarea este realizata de o oligozaharid-transferaza, care citeste lantul polipeptidic in curs de formare pe masura ce acesta iese din porul transloconului si cand afla o aspargina in ambianta mentionata, ii grefeaza la azotul amidic un oligozaharid* Hidroxilari la nivelul lantului polipeptidic *carboxilarea acidului glutamic in pozitia gamma

- Modificari post-traducere *glipiarea - procesul prin care unele ectoproteine sunt atasate mai ferm la bistratul lipidic, prin ceea ce se numeste ancora glicofosfatidilinozitolica* Asistarea proteinelor pt impachetarea corecta (de saperone ); exemple de saperone:- calnexina

- protein disulfura izomeraza - controleaza legarea puntilor disulfurice

- BiP ( Binding Protein) - saperona cu cea mai larga sfera de actiune care se pare ca ar fi responsabla si pentru controlul deschiderii si inchdierii porului transloconului

51. Rolul reticulului endoplasmic în biogeneza membranelor

- RE participa la biosinteza tuturor lipidelor membranare - Colesterolul este produs din acetil-Co A - Ceramidele – care vor fi transformate in sfingomieline sau sfingoglicolipide la nivelul aparatului Golgi - Glicerofosfatidele sunt sintetizate in foita interna a RE neted- Au loc si procese de disproportionare (trecerea unui glicerofosfatid in altul)

RE sintetizeaza lipide membranare si are mecanismele de a le distribui intr-un bistrat asimetric si heterogen. RE produce, intre alte proteine, pe cele transmembranare, in toata diversitatea lor. Deci, la nivelul RE, se pun bazele structurarii unor noi suprafete de membrana. Dar, nu la toate componentele noilor membrane, astfel pornite, structurile sunt definitivate la nivelul RE. Maturarea acestora continua in aparatul Golgi : - definitivarea glicozilarii structurilor N-glicozidice

- formarea structurilor O-glicozidice

- transformarea ceramidelor in sfingomieline sau glicolipide

- producerea glicozaminoglicanilor

Dar membranele trebuie sa ajunga si acolo unde sunt menite sa functioneze( adica la diversele organite, sau in membrana celulara). Pentru acest lucru, este nevoie de continuarea traseului noilor membrane intr-un mod directionat si riguros controlat de celula. Numai dupa ce membranele produse de novo ajung la destinatie, procesul biogenezei lor se poate considera incheiat, incepand un altul, acela de reciclare. Asadar, prin biogeneza membranelor trebuie sa intelegem totalitatea proceselor de biosinteza si maturarea a componentelor acestora, de asamblare corecta a lor in noua structura si de transportare a lor in locurile corespunzatoare din celula.

51.1 Modul de organizare ultrastructurala al reticulului endoplasmatic si implicarea acestuia in metabolismul lipidic.

Definitie, organizare ultrastructurala

Organitul este structurat pe baza unor endomembrane sub forma de cisterne ce prezinta numeroare anastomoze si/sau tubuli in retea. Spatiul din interiorul membranelor este denumit lumen si are o grosime (diametru) de 30-60 nm, putand fi mai mare in stari de activitate crescuta a organitului. Lumenul RE este continuu intre cisterne si tubuli, iar la nivelul cisternelor se realizeaza anastomoze si cu anvelopa nucleara. Se realizeaza astfel o continuitate intre lumenul RE si lumenul anvelopei nucleare.

Reticulul endoplasmic este un organit delimitat de endomembrana, structurat sub forma unor cisterne si/sau tubuli, cu numeroase anastomoze, a caror fata citoplasmatica poate prezenta rugozitati si a carui functie de baza este aceea de a produce molecule si macromolecule esentiale organizarii si functionarii celulelor. RE face parte din grupul organitelor implicate in biogeneza si traficul intracelular al membranelor, alaturi de ap. Golgi, lizozomi si de sistemul endosomal, fiind cel care initiaza procesele celulare care se desfasoara in aceste organite. RE reprezinta cea mai abundenta structura delimitata de endomembrane din celula, continand mai mult de jumatate din membranele acesteia. De regula, zonele structurate sub forma de cisterne prezinta ribozomi atasati pe fata citoplasmatica a organitului, care dau aspectul rugos acestor arii ; ele structureaza ceea ce a fost denumit RER . Ribozomii sunt prezenti si pe fata citoplasmatica a membranei externe a anvelopei nucleare. . Rol in metabolismul lipidic RE participa practic la biosinteza tuturor lipidelor membranare direct in forma finala, sau prin percursori ce sunt apoi prelucrati in aparatul Golgi. Colesterolul este produs in RE printr-un proces biologic complex, bine elaborat si atent reglat, pornind de la materia prima acetil-CoA Tot la nivelul RE sunt produse ceramidele. Ceramidele sunt transformate in sfingomieline/glicolipide la nivelul complexului Golgi. Componenta lipida membranara este formata insa in principal din glicerofosfatide(70%). Spre exemplu, fosfatidilcolinele sunt biositnetizate in foita interna a membranei RE( lucru valabil si pentru celelelate glicerofosfatide) din acil-CoA si glicerol-3-fosfat, printr-o secventa de 3 reactii: 1. Obtinerea acidului fosfatidic din acil-CoA si glicerol-3-fosfat( la niv. foitei interne)

2. Eliminarea fosfatului din acidul fosfatidic

3. Adaugarea fosfo-colinei la hidroxilul DAG

Atat CoA, cat si fosfatul transforma moleculele atat acizii grasi, cat si glicerina, in in compusi pentru care membrana celulara nu este permeabila, astfel reticulul neputandu-le pierde prin membrana, prin difuzie. Se mai pune si intrebarea este de ce este sintetizata fosfatidilcolina la nivelul foitei interne, daca ea trebuie sa ajunga la foita externa? Redistribuirea ei se face prin complexe macromoleculare de translocare numite generic flipaze, care maresc de 100 000 de ori frecventa miscarii de flip-flop la nivelul membranei RE ( exceptia de la flip-flop ) . Exista 3 categorii de flipaze: flopaze(transfera fosfolipidele din foita interna in cea externa)

flipaze( din externa in interna)

scramblaze(transfera lipedele membranare in ambele sensuri) - actioneaza fara consum energ !!

Rolul in sinteza lipidelor (membranare) - implicarea majora revine partii netede a RE. - biosinteza tuturor lipidelor membranare(forma finala sau precursor) - producerea si hidroliza trigliceridelor - desaturarea acizilor grasi

51. 2 Reticulul sarcoplasmatic, localizare, organizare ultrastructurala, functii.

Această funcţie este pregnant manifestă la celulele musculare striate. La aceste celule, la care reticulul endoplasmic este denumit reticul sarcoplasmic (RS), funcţia şi dinamica celulară sunt realizate prin cooperarea mai multor componente moleculare. O primă componentă este calsechestrina, proteină cu mare afinitate pentru ionii de calciu, aflată în cantitate mare în lumenul organitului. Prezenţa calsechestrinei contribuie (conform constantei sale de afinitate) la controlul cantităţii de Ca2+ liber din lumenul RS, în condiţiile unei concentraţii totale de Ca2+ crescute. La stimularea celulelor, se deschid în membrana RS canale de calciu controlate chimic, prin care ionii de calciu, aflaţi liberi în lumen, pătrund în citosol şi declanşază contracţia. Trecerea Ca2+ din lumenul RS în citosol are loc atâta timp cât canalele sunt deschise, pe baza deplasării echilibrului din lumen dinspre calciul legat pe calsechestrină, spre calciul liber, determinând în permanenţă o concentraţie de calciu liber în RS mai ridicată decât în citosol. Ciclul se închide prin acţiunea unor pompe de calciu din membrana RS, care reintroduc Ca2+ în lumenul RS, unde calsechestrina îl complexează, pentru a păstra constantă concentraţia de ioni liberi.

51.3 Raspunsul proteinelor eronat impachetate (unfolded protein response)

Asistarea proteinelor in RE este realizata de proteine cu functie specializata numite saperone. Rolul saperonelor este de a se asigura ca proteinele nou sintetizate adopta conformatia corecta care asigura functionalitatea lor. Cateva exemple de saperone:-calnexina: mentine procursorul de glicoproteina legat, asistandu-l in adoptarea unei conformatii corecte. Activitatea ei este dependenta de Ca2+ si ATP-enzima numita protein disulfura izomeraza: controleaza realizarea puntilor disulfurice ( dintre cisteinele componente ale lanturilor)-proteina de legare (BiP): responsabila pentru controlul deschiderii si inchiderii porului transloconului, complexeaza noile proteine translocate si nu le elibereaza decat atunci cand impachetarea este corect definitivata

Raspunsul proteinelor eronat impachetate ( raspuns de stres RE )Prima reactie consta in reprimarea translatiei, urmata de activarea unor cai de semnalizare care conduc la cresterea productiei de saperone. Mecanismele de semnalizare sunt initiate in RE prin activarea unor proteine transmembranare - aceste proteine induc fosforilarea endodomeniului care isi activeaza un sit enzimatic => activitatea indusa prelucreaza un pre-ARNm existent in citoplasma care devine ARNm functional ce este tradus apoi in proteine de activare a genelor specifice saperonelor. Aceste gene, odata activate, vor duce la cresterea productiei de saperone.

Daca RE este supus unui stres cronic, rezultatul este apoptoza.

52. Ultrastructura aparatului Golgi.

Complexul Golgi este structurat ca o stiva de cisterne recurbate. Aparatul Golgi este o structura caracterizata ultrasturctural prin polaritate morfologica, dar si prin polaritate biochimica. Se definesc in cazul RE urmatoarele caracteristici ultrastructurale: - o fata convexa, numita si fata cis , orientata catre cisterne ale RE , din care inmuguresc vezicule

- o fata concava, numita si fata trans

- retea trans-Golgi, un sistem de vezicule/vacuole , tubuli inretelati si fragmente de cisterne din care rezulta macrovezicule ce for fi trimise catre destinatiile lor finale; aceasta retea este in continuarea fetei trans

- intre RE tranzitional si fata cis-golgiana au fost evidentiata microvezicule cu diametrul mediu de 50 nm, care, in momentul de fata, sunt dovedite a conflua intr-un sistem veziculo-tubular, considerat un compartiment intermediar intre RE si Golgi; acest compartiment este numit prescurtat fie VTC fie ERGIC

Intre reteaua trans-Golgi si sistemul endozomal se descrie de asemenea un sistem de recirculare a unor vezicule de transport, denumit compartiment de reciclare endozomal. In ceea ce priveste stiva de cisterne, se opereaza cu notiunile : cisterne cis, cisterne mediene si cisterne trans, dupa cum acestea sunt orientate catre fata cis-Golgi , catre fata trans-Golgi, sau sunt asezate in zona din mijloc a stivei.

Din punct de vedere al structurii biochimice, la nivelul aparatului Golgi se descriu doua tipuri de proteine: structurale, cu rol in formarea matricei aparatului Golgi, responsabile de organizarea lui 3D si pozitionarea corecta intracelular; din aceasta familie fac parte golgina si proteinele din familia GRASP( s-a demonstrat experimental ca proteinele din familia GRASP sunt capabile sa reasambleze in aproximatib 12 ore ap Golgi , dupa extragerea organitului din celula prin microdisectie laser)

functionale - enzimele specifice aparatului Golgi, cu rol in definitivarea structurii proteinelor si lipidelor glicozilate

53. Funcţiile aparatului Golgi

In principal, acestea sunt : 1. Prelucrarea sfingolipidelor

2. Glicozilarea proteinelor

3. Producerea glicozaminoglicanilor 4. Sulfatarea unor glucide

5. Marcarea enzimelor lizosomale prin eticheta manozo-6-fosfat ( M6P) si biogeneza lizosomilor

6. Maturarea proteinelor

7. Sortarea si transportul moleculelor si macromoleculelor la destinatia finala in celula , sau pentru secretarea lor

8. Biogeneza si traficul intracelular al membranelor Toate aceste procese se petrec intr-o succesiune ordonata de etape bine controlate si reglate, pe masura ce substantele primite de la RE avanseaza prin aparatul Golgi, dinspre fata cis, catre fata trans.

Prelucrarea si definitivarea structurilor glucidice N-glicozidice Producerea acestor structuri este initata in RE sub forma unor structuri complexe oligozaharidice.Dupa ajungerea in Golgi, celula este in masura sa decida asupra destinului acestor glicoproteine. Cele care vor fi enzime lizosomale sunt marcate la cel putin una din manoze . Cele care au alte destinatii vor fi prelucrate, prin continuarea tunderii manozelor si , de regula, prin glicozilari terminale, pentru a deveni structuri inalt manozilate, structuri hibride sau structuri complexe. Biosinteza structurilor O-glicozidice Structurile O-glicozidice se produc in intregime la nivelul cisternelor golgiene. Biogeneza lizosomilor -vezi biogeneza lizozomilor

54. Polarizarea biochimica a aparatului Golgi si semnificatia ei.

- Fiecare stiva de cisterna (ultrastructura) prezinta o fata cis(de intrare) si una trans (de iesire)

- Polaritatea aparatului Golgi este atat morfologica, cat si biochimica - Fata cis: este convexa si prezinta o retea de microvezicule. Este orientata spre RE si se mai numeste si imatura- Fata trans: este concava si prezinta o retea de macrovezicule. Este orientata spre membrana celulara = fata matura.

Modalitatea prin care aparatul golgi isi mentine polaritatea a fost explicata prin doua modele de transport ce au loc in organit: Modelul transportului vezicular si modelul maturarii cisternelor ( spre deosebire de prima in care complexul tinta este transportat intr-o vezicula independenta, in acest model intreaga vezicula golgiana evolueaza, se “matureaza” dinspre fata cis spre fata trans. )

Complexul Golgi este structurat ca o stiva de cisterne recurbate. In celulele EK, ap Golgi este format din mai multe astfel de stive care formeaza o panglica in vecinatea nucleului. Aparatul Golgi este o structura caracterizata ultrasturctural prin polaritate morfologica, dar si prin polaritate biochimica. Se definesc in cazul RE urmatoarele caracteristici ultrastructurale: - o fata convexa, numita si fata cis , orientata catre cisterne ale RE , din care inmuguresc vezicule

- o fata concava, numita si fata trans

- retea trans-Golgi, un sistem de vezicule din care rezulta macrovezicule ce for fi trimise catre destinatiile lor finale; aceasta retea este in continuarea fetei trans

- intre RE tranzitional si fata cis-golgiana au fost evidentiate microvezicule cu diametrul mediu de 50 nm, care, in momentul de fata, sunt dovedite a conflua intr-un sistem veziculo-tubular, considerat un compartiment intermediar intre RE si Golgi; acest compartiment este numit prescurtat VTC - Intre reteaua trans-Golgi si sistemul endozomal se descrie de asemenea un sistem de recirculare a unor vezicule de transport, denumit compartiment de reciclare endosomal. In ceea ce priveste stiva de cisterne, se opereaza cu notiunile : cisterne cis, cisterne mediene si cisterne trans, dupa cum acestea sunt orientate catre fata cis-Golgi , catre fata trans-Golgi, sau sunt asezate in zona din mijloc a stivei.

Din punct de vedere al structurii biochimice, la nivelul aparatului Golgi se descriu doua tipuri de proteine: structurale, cu rol in formarea matricei aparatului Golgi; din aceasta familie fac parte golgina si proteinele din familia GRASP

functionale - enzimele specifice aparatului Golgi, cu rol in definitivarea structurii proteinelor si lipidelor glicozilate

58. Ciclul secretor celular. Celulele organismului produc alaturi de macromolecule necesarea folosintei interne si unele a caror destinatie este aceea de a fi secretate(exocitate). Aceasta proprietate a celulelor, de a secreta componente biosintetizate, se poate manifesta permanent sau periodic si implica, bineinteles, un trafic membranar.

Este un proces ce implica urmatoarele etape: a) Biosinteza moleculelor/macromoleculelor de secretie b) Prelucrarea, sortarea si vezicularea si condensarea veziculelor de secretie c) Secretia propriu-zisa care poate fi constitutiva sau semnalizata(in procesul de secretie sunt implicate RE si aparatul Golgi)

- Adesea continutul veziculelor de secretie sufera un proces de condensare

- Directionarea veziculelor spre membrana se face prin folosirea proteinelor (SNARE)

Calea de secretie constitutiva opereaza in toate tipurile de celula. Se considera ca ea se petrece concomitent cu traficul noilor suprafete de membrana necesare a inlocui componente devenite nefunctionale, sau a satisface nevoile de crestere a suprafetei de membrana din anumite fenomeme de organizare/reorganizare a tesuturilor ce insotesc situatii fiziologice sau patologice. Aceste fenomene necesita si organizari/reorgnizari ale spatiilor extracelulare, astfel incat este necesara secretia de componente ale matricei extracelulare, cel putin. Calea de secretie semnalizata este, de regula, specifica celulelor specializate in secretie ( spre ex: celule glandulare). Ea presupune exocitatea componentelor acumulate in vacuole de secretie, pe care celulele le stocheaza pana la primirea unui semnal=stimul. Acest stimul instiinteaza ca organismul are nevoie de substantele stocate in vederea secretiei ulterioare. Molecula mesager se leaga de un receptor specific din membrana celulei secretoare si declanseaza mecanisme de semnalizare, al caror efect este inducerea fuziunii membranei vacuolelor de secretie cu membrana celulara si exocitatea continutului. In multe cazuri, fuziunea semnalizata a membranelor se datoreaza cresterii concentratiei de Ca2+ in citosol.

In concluzie, ciclul secretor(numit mai frecvent cale secretorie) implica atat cooperarea dintre RE ( la nivelul caruia se sintetizeaza componentele moleculare destinate exportului) si aparatul Golgi ( raspunzator, de regula, de finalizarea maturari moleculelor de secretat, de sortarea, condensarea, si formarea vacuolelor de secretie), cat si traficul membranar aferent acestor procese.

Termenul de ciclu secretor nu este cel optim de folosit aici, ci ca, mai corect ar fi termenul de cale secretorie, deoarece termenul de ”ciclu” implica reciclari ale unor componente, fenomen despre care nu avem dovezi suficiente pentru a-l sustine.

58.1 Biogeneza lizozomilor

Lizosomii reprezinta organitul prin care celula isi asigura moleculele fundamentale atat pe baza reciclarii acestora din unele componente intracelulare, cat si prin preluari de substanta din afara celulei. Biogeneza lizosomala consta in biosinteza proteinelor lizosomale(enzime +

proteine ale mb lizosomale) care implica mai intai activitatea RE , apoi pe cea a aparatului Golgi, pentru maturarea, sortarea si directionarea spre lizozomi a bagajului molecular specific.

Biogeneza lizosomala prezinta 2 aspecte mai bine cunoscute: 1. Marcarea enzimelor lizosomale presupune formarea unei etichete ( manozo-6-fosfat, M6P) . In prima etapa, de la nivelul retelei cis-Golgi, proteinele care sunt destinate a sfarsi ca enzime lizosomale si care poarta obligatoriu structuri oligozaharidice N-glicozidice sunt complexate de enzima N-acetil-glucozaminil-fosfotransferaza. Se formeaza in acest fel un precursor al etichetei finale M6P. Specificitatea interactiunii dintre viitoarea enzima lizosomala si N-acetil-glucozaminil-fosfotransferaza este asigurata de un semnal conformational. Legat de a doua etapa a marcarii, nu este clar unde are loc, dar consta in prelucrarea ulterioara a etichetei la forma ei finala. 2. Sortarea are la baza interactiunae M6P cu un receptor specific transmembranar ( receptorul la M6P). Acesta din urma este, la randul sau, folosit pentru segregarea si aglomerarea componentelor lizosomale la nivelul unor structuri cu invelis de clatrina din reteaua trans-Golgi. Acestea evagineaza din structurile trans-Golgiene si se desprind, pierzandu-si invelisul de clatrina si devenind lizosomi primari. In etapa urmatoare, lizosomii primari fuzioneaza fie cu endosomi tarzii, preducand lizosomi secundari, fie cu lizosomi secundari preexistenti, pentru a le spori bagajul de enzime cu componente proaspete. Biogeneza lizosomilor se sfarseste cu procesele de reciclare a componentelor membranare implicate in sortare, segreare, veziculare si transport directionat al lizosomilor primari. O ultima nota: in ciuda faptului ca enzimele lizosomale sunt functionale deja in reteaua trans-Golgi, enzimele lizosomale nu pot activa aici deoarece pH-ul in lumenul structurii , este cu cel putin o unitate mai ridicat decat in lizosom ( desi tot acid, este putin mai acid).

Procesul pe scurt:1.Sinteza enzimelor specifice în RE 2.Primirea acestora în regiunea cis a aparatului Golgi şi ataşarea unui radical fosfat pentru etichetare 3.Enzima este transportată spre regiunea trans unde se leagă de un receptor specific 4.Începe formarea unei vezicule care se acoperă cu clatrină şi care se va desprinde de ap. Golgi 5.actiunea lizozomului duce la îndepărtarea grupării fosfat şi la disocierea receptorului, cu reciclarea receptorului inapoi în complexul Golgi.

59. Exocitoza: definiţie, tipuri de exocitoză .

Reprezinta procesul prin care celula elimina substante produse in diverse procese celulare(inclusiv biosinteze de compusi destinati secretiei) si acumulate temporar in structuri delimitate de endomembrane numite vezicule sau vacuole de secretie, poarta numele de exocitoza.Exocitoza este ultimul pas al unui proces celular complex, care implica in cascada mai multe organite( ribosomi, RE, aparat Golgi, sistem endosomal), proces numit secretie celulara.

Se cunosc doua astfel de cai: a) Calea de secretie constitutiva - Opereaza in toate tipurile de celule - Are loc pt a inlocui componente nefunctionale sau pt a satisface nevoile de crestere(secreta si componente ale matricei extracelulare)b) Calea de secretie semnalizata - Este,de regula, specifica celulelor specializate in secretie. - Produsii de secretie sunt stocati in vezicule aflate langa membrana celulara, ce asteapta a fi exocitate dupa primirea unui semnal.

Mecanismul exocitozei presupune urmatoarele etape: 1. Transportul veziculelor de secretie din locul de formare in locul de stocare din apropierea membranei la nivelul careia se face secretia, proces efectuat de asa-numitele motoare moleculare

2. Ancorarea veziculelor , prin factori de ancorare de natura proteica la o distanta de 25 nm de membrana celulara

3. Acostarea veziculelor la mb celulara= aducerea lor la o distanta de 5-10 nm intre cele doua membrane

4. Fuzionarea veziculelor cu membrana celulara si expulzarea produsilor de secretie . Fuzionarea este realizata de niste proteine numite abreviat SNARE. Se pare ca fuzionarea se face la nivelul unor structuri preexistente in membrana tinta, care favorizeaza deschiderea veziculelor si care au fost denumite porosomi.

59.1 Mitocondria - aspectul in MO si ultrastructura

Introducere:Mitocondria este un organit delimitat de un sistem de doua membrane, cauia i se definesc patru elemente structurale si a carei functie de baza este producerea de ATP. Pentru realizarea acestei meniri, mitocondria trebuie sa fie capabila de o permanenta interactiune cu citosolul si, prin acesta, cu celelalte componente celulare.

Ultrastructura Organitului i se definesc patru elemente ultrastructurale. Pe preparatele electronomicroscopice, mitocondria se prezinta ca un organit invelit intr-o membrana relativ bine intinsa, cu aspect trilaminat, denumita membrana mitocondriala externa. In interiorul acesteia si separata de ea, se evidentiaza o a doua membrana, tot cu aspect trilaminat, care insa este puternic faldurata, denumita membrana mitocondriala interna.

Faldurile membranei mitocondriale interne sunt denumite criste mitocondriale - forma lor, de regula, este aceea de falduri, orientate perpendicular pe axul lung al organitului. Indiferent de abundenta, forma sau orientarea lor, cristele sunt o caracteristica ultrastructurala specifica membranei mitocondriale interne.Cele doua membrane definesc doua compartimente mitocondriale: compartiment mitocondrial extern = spatiu intermembranar, reprezentand spatiul dintre cele doua membrane mitocondriale

compartiment mitocondrial intern = matrice mitocondriala , constiuit de spatiul din interiorul membranei mitocondriale interne , adica, acel spatiu delimitat de membrana mitocondriala interna

Matricea mitocondriala reprezinta cel mai complex compartiment, la nivelul sau gasindu-se un ADN propriu, fara capete libere, numit si ADN circular. Matricea mitocondriala prezinta de asemenea ribosomi mitocondriali.

59.2 Organizarea moleculara si functiile membranei mitocondriale externe si a spatiului intermembranar

Membrana mitocondriala externa este organizata conform modelului mozaic fluid, ea avand un raport lipide/proteine corespunzator celui general valabil. Membrana externa se caracterizeaza printr-o permeabilitate mare datorata prezentei porinelor (permit schimbul nerestrictionat al moleculelor de pana la 5000 daltoni), structuri asemanatoare endomembranelor si prezinta proteine globulare, are rol de a prelua acizi grasi din citosol si esterificarea lor la acil-coA ( in spatiul intermembranar este transformata in acil-carnitina, care este preluata apoi de membrana interna). O alta functie este aceea de deaminare oxidativa a aminelor biogene ( in acest mod sunt inactivate epinefrina, noreprinefrina, dopamina sau serotonina)

Compartimentul intermembranar: este un compartiment tampon, la nivelul lui se gasesc enzime care pregatesc o serie de metaboliti energetici esentiali functionarii mitocondriei ( ex: prezenta adenilat-ciclazei care transfera un fosfat de pe ATP pe AMP sau nucleozid-fosfokinazele care transforma nucleozidele in nucleotide )

59.3 Organizarea moleculara si functiile membranei mitocondriale interne

Este organizata conform modelului mozaic fluid, cu 80% proteine si 20% lipide. Pentru a compensa parca procentul mic de lipide, intalnim un fosfolipid cu o hidrofobicitate mai accentuata= cardiolipina.Procesul esential la nivelul acestei membrane este fosforilarea oxidativa - pentru aceasta functie au fost evidentiate 5 complexe proteice, primele 4 apartin lantului respirator ( are 2 componente de legatura acest lant: ubiquinona care face legatura intre complexul 1,2 si 3 si citocromul C care face legatura intre complexul 3 si 4).Aceste complexe proteice preiau electroni de la NADH, respectiv, FADH2 , si ii poarta printr-o succesiune de centre oxido-reducatoare, saracindu-i trepat de energie, cedandu-i la sfarsit oxigenului. Procesul fosforilarii oxidative se incheie cu producerea de ATP. Acest lucru este realizat de complexul al 5lea numit si ATP sintaza.

Lantul respirator Complexul I = preia electronii de pe NADH, ii saraceste in energie, sfarsind prin a-i preda coenzimei Q. Energia preluata de la electronii transportati e folosita pentru pomparea de protoni din matricea mitocondriala in spatiul intermembranar. Complexul 2 = este singurul complex al lantului respirator ce nu pompeaza protoni, desi prezinta un domeniu transmembranar. Complexul 2 introduce in sistemul lantului respirator electronii preluati de la FADH2, a caror energie este prea mare pentru a fi preluati la nivelul 1. Complexul 2 preda apoi electronii CoQ.Complexul 3 = Complexul 3 preia electronii de la coenzimaQ, le reduce energia in cateva trepte si ii transfera pe citocromul c. Ca si in cazul complexului 1, energia preluata de la electronii transferati este folosita pentru pomparea de protoni din matrice in compartimentul extern. Complexul 4= preia electronii de la citocromul C, ii saraceste de energie si ii insera pe oxigen , cu formare de apa. Complexul 4 structureaza doua canale transmembranare prin care sunt pompati acesti protoni(cate un proton pompat pentru fiecare electron transportat).Evident, toate cele 3 complexe ale lantului transportor de electroni si care conserva energia preluata de la electroni prin pomparea de protoni( este vorba de complexele I, III, IV) sunt transmembranare. Altfel, nu ar fi posibila operarea lor ca pompe protonice. ATP sintaza Procesul fosforilarii oxidative se incheie cu producerea de ATP, lucru realizat de complexul 5, denumit si ATP sintaza. Acest complex are tot o pozitionare transmembranara si foloseste gradientul protonic creat de lantul respirator, disipandu-l pentru a lega o grupare fosfat la ADP.

Transportul metabolitilor Piruvatul si fosfatul sunt preluate din citosol prin transportori simport. Pentru transportul catre matrice al piruvatului si fosfatului este disipat gradientul protonic. Deci, gradientul protonic format prin actiunea complexelor proteice ale lantului transportor de electroni nu este folosit exclusiv pentru producerea de ATP, ci si pentru transportul unor metaboliti. Alti doi metabolitici energetici esentiali sunt ADP si ATP-ul. ADP-ul este transportat prin membrana catre matrice, iar ATP-ul catre citosol. Acesti doi compusi sunt transportati la schimb, deci, printr-un transportor antiport. Prin intrarea unei molecule de ADP si iesirea uneia de ATP se introduc in matrice trei sarcini negativa si sunt expulzate patru, deci, potentialul membranar este redus. Faldurarea membranei ii sporeste suprafata, deci mareste functionalitatea ei.

59.4 Organizarea moleculara si functiile matricei mitocondriale.

La nivelul matricei gasim componentele necesare replicarii, transcrierii si traducerii informatiei continute de propriul ADN ( aceste procese stau la baza biosintezei a doar 1% din proteinele necesare functionarii, restul sunt codificate in ADN-ul nuclear si apoi importate).

Ribozomii din matrice cat si enzimele necesare procesarii ADN-ului sunt asemanatoare cu cele din celulele procariote.

O proprietate esentiala este reprezentata de bagajele enzimatice necesare beta-oxidarii acizilor grasi. Aceste procese sunt cunoscute si ca ciclul Krebs - enzimele care opereaza sunt localizate in matricea mitocondriala, cu exceptia succinat dehidrogenazei, care este in membrana interna. Din ciclul Krebs obtinem donorii de electroni pentru lantul respirator (NADH, FADH2) contribuind astfel la procesul de fosforilare oxidativa ce are loc la nivelul membranei mitocondriale interne

59.5 Biogeneza mitocondriilor, teoria endosimbiotica.

Teoria endosimbiotica reprezinta un model privind originea mitocondriei care este sustinut de mai multe argumente. Teoria presupune ca acum milioane de ani, cand atmosfera terestra isi modifica proprietatile fizico-chimice imbogatindu-se in oxigen, o celula aeroba a fost endocitata de o alta celula anaeroba, rezultatul fiind o mai buna acomodare la noile conditii si supravietuirea prin simbioza. In favoarea acestei teorii avem urmatoarele date:-prezenta cardiolipinei, fosfolipid abundent in membranele bacteriilor, in membrana mitocondriala interna

-existenta ADN-ului propriu-caracteristicile ribozomilor mitocondriali ( asemanatori cu cei de la procariote)-capacitatea proprie de a se divide

60. Rolul mitocondriilor in apoptoza (si in distributia intracelulara a ionilor de Ca+ si in producerea de specii reactive de O2)

Apoptoza reprezinta moartea celulara programata, ce joaca un rol esential in organogeneza si reinnoirea celulara, ce apara insa si in cazul detoriorarilor usoare de ordin exogen (cele grele produc necroza). Caracteristicile apopotozei pot fi rezumate: (1) Sunt consumatoare de ATP (2) Sunt controlate genetic (3) Se „pastreaza” organitele (4) Se pastreaza integritatea celulara (5) Absenta inflamatiei (6) Micsorare celulara (7) Se formeaza „corpuri apopototice” delimitate de membrane ce pot fi usor fagocitate

Exista 3 cai ce interactioneaza in mecanismul apoptotic:

1. Calea mitocondriala – activata prin factori exogeni – specii reactive ale oxigenului, cresteri ale [Ca2+] intramitosolic si caspaze. Rezultatul activarii este deschiderea unui por larg in membrana mitocondriala interna, urmata de umflarea si ruperea membranei externe mitocondriale si eliberarea citocromului C in citosol. Citocromul C eliberat in citosol, formeaza un apoptozom. Aceasta structura leaga 7 molecule de procaspaza 9 si formeaza caspaza 9 – forma activa, ce induce apoptoza.

2. Calea extrinseca – se bazeaza pe existenta a semnalelor exracelulare ce se leaga la membrana celulara – pe asa numiti – „Death receptor” –ce contin un domeniu intracelular numit „Death domain”.

3. Calea nucleara – se bazeaza pe existenta unei proteine nucleare – tumor suppressor p53 – ce detecteaza nepotriviri intre bazele azotate la nivelul ADN-ului. In cazul unei erori severe la nivelul ADN-ului p53 isi autostimuleaza propria transcriere si actioneaza consecutiv la activarea apoptozei pe cale mitocondriala si pe cale extrinseca.

Desi este stabilita implicarea mitocondriei in procesele apoptotice, mecanismele prin care aceasta controleaza apoptoza nu sunt inca pe deplin elucidate. Ceea ce se cunoaste cu certitudine sunt fapte care evidentiaza participarea mitocondriei la procesele apoptotice prin participarea pe calea cascadei caspazelor. Caspazele sunt principalii efectori in moartea celulara programata. Initial, s-a considerat ca mitocondriile raman neschimbate in timpul apoptozei. Acum, simt ca mitocondria sufera modificari morfologice in apoptoza, iar cele mai frecvente anomalii constau in : - reducerea dimensiunilor

- sporirea densitatii matricei Daca in celulele normale mitocondriile sunt dispersate in toata celula, in celulele apoptotice ele se redistribuie, aglomerandu-se perinuclear. Totusi, faptul ca mitocondria se defineste tot mai pregnant ca punct de control al apoptozei se datoreaza modificarilor mitocondriale de la nivel molecular si biochimic. Rezultatul: dezorganizarea membranelor mitocondriale cu eliberarea in citosol de componente intramitocondriale(citocrom c, endonucleaze G, AIF - Apoptosis-Inducing-Factor) . In general, prezenta citocromului c in citosol este un semnal de evolutie apoptotica a celulei.

Citocromul c se leaga de un factor de activare al apoptozei, numit APAF 1 ( apoptotic protease activating factor) => un oligomer cu structura simetrice in spite de roata, continand 7 complexe Apaf1-citocrom c , numit apoptozom. Butucul central al apoptozomului e format prin unirea capetelor amino-terminale ale molecule de Apaf-1 , iar spitele, sunt formate din restul lantului polipeptidic. Apoptosomul leaga , prin acest butuc central, procaspaza 9, pentru care favorieaza o dimerizare, lucru ce ii determina activarea si autoliza. Caspaza 9, acum activata, lizeaza procaspaza 3, activand-o si declansand fenomenele apoptotice din calea caspazelor.

Afectarea membranelor mitocondriale, cu eliberare de citocrom c, este realizata de modificarea echilibrului intre o serie de factori pro- si anti-apoptotici din familia proteinelor Blc-2.

Pentru permeabilizarea membranei mitocondriale externe prin actiunea factorilor pro-apoptotici sunt considerate trei posibile cai.

1. Prima cale este reprezentata de capacitatea factorilor pro-apoptotici de a oligomeriza. 2. O alta cale de permeabilizare a membranei mitocondriale externe o reprezinta capacitatea factorilor pro-apoptotici de a altera stabilitatea bistratelor fosfolipidice. Prin reducerea tensiunii planare a bistratului lipidic, factorii pro-apoptotici ar putea induce formarea de intreruperi in continuitatea bistratului lipidic, sub forma unor pori, sau, ar putea organiza complexe lipide-proteine cu deschideri suficient de largi in structura membranei, care sa permita proteinelor din compartimentul mitocondrial extern sa difuzeze in citosol, intr-o gama foarte mare de gabarite moleculare. 3. A treia cale este reprezentata de capacitatea factorilor pro-apoptotici de a modifica permeabilitatea porinelor din membrana mitocondriala externa.

Mitocondria actioneaza ca depozit de stocare pentru ionii de calciu din celula;

Transferul de electroni in lantul respirator din mitocondrie are consecinta formarea radicalilor si a speciilor reactive de oxigen care provoaca daune celulare si sunt o parte importanta din procesul de imbatranire.

61.Nucleul celular: definitie, aspect MO, ME Nucleul este componentul subcelular prezent doar in celulele eucariote si numai in interfaza - perioada dintre doua diviziuni succesive. Este cel mai voluminos organit al celulei EK , ocupand intre 6-10% din volumul celulei. Indeplineste functii fundamentale pentru viata celulei precum stocarea si transmiterea informatiei genetice de la o celula la alta, pe parcursul diviziunilor celulare succesive, si precum controlul activitatii celulare: nucleul controleaza functiile metabolice ale celulei prin reglarea expresiei genice.

Nucleul este sediu: -ADN-ului-transcriptiei mesajului genetic,adica a sintezei ARN-m; -centrul de control si comanda a celulei eucariote;

La MO -nucleul este studiat folosind coloranti bazici cea mai folosita coloratie fiind hemalaun-eozina=>violet

Componente care pot aparea legate de nucleu sau pe langa acesta: -membrana nu este vizibila la MO ( se poate vedea heterocromatina atasata periferic de lamina densa si membrana)-cromatina ( reactia Branchet => ADN verde, ARN rosu )-nucleoli -cariolimfa-lichidul nuclear format in mare parte din proteine

Aspect la ME 1. Invelis nuclear ( are aspect dublu stratificat)2. Cromatina Poate fi eucromatina, electronoclara, functional activa sau heterocromatina, electronodensa, inactiva functional. 3. Matrice nucleara 4. Nucleolul: zona electronodensa, neregulata

62.Nucleul celular: numar, forma, localizareRaspandire. Nucleul este prezent in toate celulele organismului uman cu cateva exceptii: -hematiile adulte -trombocitele- fibre cristaliniene din structura zonei corticale a cristalinului

Numar: de regula”o celula - un nucleu”. Exista insa cateva exceptii: -celule binucleate:hepatocitele si unii ganglioni din neuronii simpatici -celule cu cateva zeci de nuclei:osteoclastele -celule cu cateva sute de nuclei:fibra musculara striata

Forma. De obicei forma nucleului urmareste forma celulei Localizare: de obicei nucleul ocupa o pozitie centrala in nucleu dar sunt si exceptii: -nucleu excentric in celule care acumuleaza anumite materiale in citoplasma(celule adipoase,secretoare de mucus, etc) -nucleu plasat la unirea treimii bazale cu cea mijlocie in celulele secretoare din pancreasul exocrin si parotide.

63. Invelisul nuclear: definitie, organizare, ultrastructura

Separa in perioada interfazica continutul nuclear de citoplasma si implicit controleaza schimburile dintre nucleu si citoplasma.

Importanta:prezenta invelisului nuclear si prin intermediul acestuia a nucleului insusi ca entitate subcelulara individualizata este trasatura esentiala morfologica care deosebeste eucariotele de procariote.

Ultrastructura Structura invelisului nuclear este ultramicroscopica,acesta fiind prea subtire ptr a fi observata la MO (grosimea totatala a invelisului

nuclear fiind de cca 40nm ) Ultrastructural invelisul nuclear are 2 caracteristici esentiale;este dublu(formar din doua membrane concentrice) si prezinta pori.

Elementele componente ala invelisului nuclear: -membrane nucleare interne si externe ( ext: in contact cu citoplasma, se continua cu cisterne RE, se pot atasa ribozomi; int: delimiteaza continutul nuclear)-spatiul perinuclear: intrucat membrana externa nucleara se continua cu cisterne RER, spatiul perinuclear comunica cu lumenul RE . NU este vid, aici putandu-se stoca imunoglobuline si Ca2+. -porii (discontinuitati aparute prin fuzionarea celor 2 membrane, rol in schimburile dintre nucleu si citoplasma)-materialul anular/anulii ( formatiuni ultrastructurale atasate circumferintei porilor )-lamina interna: este o retea de natura proteica cu aspect fibros situata sub membrana nucleara interna, ce formeaza suportul structural al nucleului. Lamina nucleara interactioneaza direct si cu cromatina, functionand astfel ca punte de legatura intre ADN si invelisul nuclear.Sunt 3 tipuri de lamine nucleare: A,B,C. Lamina densa are atat rol de suport pt membrana nucleara interna, cat si rol in cadrul diviziunii celulare si anume in dezintegrarea membranei celulare.

64.Porul nuclear, transport (generalitati)

Porul nuclear -este zona de intrerupere a invelisului nuclear; numarul porilor este proportional cu activitatea celulei: cu cat sinteza de ARN este mai mare, cu atat celula respectiva va avea mai multi pori.

-rol-regleaza schimburile dintre nucleu si citoplasama -functioneaza ca o bariera selectiva in ambele sensuri -sunt structuri dinamice care par si dispar in functie de activitatea celulei -dimensiuni:10nm in repaus 25 nm in stare activa(are loc transport)

De pe cele doua fete ale complexului porului nuclear, se extind o serie de fibrile, cele dinspre citosol cu dispozitie paralela, iar cele de pe fata nucleara cu dispozitie convergenta( ce seamana cu un cos). In regiunea centrala a porului exista o retea fibrilara ce blocheaza difuzia pasiva a macromoleculor de dimensiuni mari.

Complexul Por -format din anul urmatoarele componente: matricea anulara (anulul propriu-zis ), masele anulare ( subanulii - in numar de 8 cu dispozitie simetrica radial), diafragmul, granula centrala si materialul fibrilar (fibrele ce se ancoreaza de masele anulare si granula centrala).Principalele componente din structura porului nuclear sunt: a) subunitati dispuse sub forma de coloane => peretele porului

b) subunitati centrale, fixate de peretele porului, ce delimiteaza deschiderea porului= subunitati anulare

c) subunitati transmembranare- ancoreaza complexul in membrana nucleara

d) subunitati inelare, dispuse circular pe cele doua fete ale complexului(fata nucleara-fata citosolica)

Transportul prin por - transportul pasiv are loc in special periferic, transportul activ are loc central.-se face in ambele sesuri si este de 2 tipuri-activ si pasiv *T pasiv-trec elemente cu diametre foarte mici:ioni de Na+ si K+, nucleotide, aminoacizi*T activ -prin partea centrala a porului -molecule mai mari de 60 de kDa -necesita enzime ptr transport-viteza de transport este invers proportional cu dimensiunile moleculei de transportat(cu cat molecula e mai mare cu atat transportul decurge mai incet)

65. Nucleolul: rol, compozitie chimica, evidentiere MO, ultrastructura

Formatiune corpusculara intranucleara,prezenta numai in interfaza,a carei functie principala este biogeneza ribozomilor(cu exceptia ribozomilor mitocondriali). Nucleolul are importanta vitala ptr celula, in absenta nucleolului nu se formeaza ribozomi prin urmare este blocata sinteza proteica. Nucleolul prezinta 5 perechi de cromozomi(13,14,15,21,22), ce emit bucle de ADN si alcatuiesc zone NOR( nucleolar organising center). In nucleol se gasesc fragmente de ADN utilizate ca tipar doar pentru sinteza ARNr( ribozomal). Nucleolii au rol in pregatirea mitozei, precum si rol in transferul ARNm SI ARNt in citoplasma- nucleolul reprezinta o statie intermediara pentru ARNm si ARNt in drumul lor catre citoplasma. Nucleolul are rol in controlul ciclului celular.

Principalele componente chimice ale nucleolului sunt ADN,ARN si proteine (3%, 7% si 90%) dar si mici cantitati de Ca,Mg,Zn

Microscopie optica (structura) Coloratie Feulgen pune in evidenta in mod selectiv ADN-ul . Impregnarile argentice:au scos in evidenta doua componente in structura nucleolului:nucleolema ,formatiune filamentoasa rasucita ca un ghem si fondul omogen in care este dispusa nucelolema. Microscopie electronica Nucleolul este un component subcelular care nu este delimitat si nu contine citomembrane. Ultrastructural in alcatuirea nucleolului intra 4 componente: a.pars fibrosa(componenta fibrilara) b.pars granulosa(componenta granulara)-componenta nucleara dominanta c.pars cromosoma(componenta cromozomala)-alcatuita din fibre cromatiniene ,este repartizata la periferia nucleoluluid.pars amorfa(componenta astructurata)

66.Matricea nucleara: ultrastructura, roluri

Studiile privind organizarea interna a nucleului au condus la identifiarea unei retele de natura proteica numita matrice nucleara alcatuita din proteine nehistonice numite proteine scaffold. Filamentele matricei nucleare sunt dispuse intr-o retea 3d ce formeaza in interiorul celulei o structura cu rol analog citoscheletului. Matricea nuclelara reprezinta sediul unor procese importante cum ar fi replicarea ADN si procesarea precursorului al ARN mesager. Macromoleculele de ADN se fixeaza de proteinele scaffold prin intermediul unor secvente polinucleotidice numite regiuni de atasare la scaffold. Desi rolul acestor secvente nu este foarte bine precizat, se considera ca participa la organizarea cromozomilor si la reglarea transcrierii si replicarii ADN. Matricea nucleara prezinta urmatoarea compozitie: proteine 85% (30 tipuri proteine: lamine, actina etc.)

ADN, ARN 15%

Lipide 1%

Matricea nucleara reprezinta sediul unor procese importante, precum replicarea ADN si procesarea ARN heterogen nuclear, precursorul ARNm. De asemenea, matricea nucleara rodoneaza enzimele de replicare/transcriere, este un schelet de fixare a cromozomilor in locuri bine definite, organizeaza nucleolul si are rol in mitoza si in reconstructia nucleara

67.Cromatina: definitie, clasificareDefinitie :cromatina si spatiile intercomatiniene reprezinta materialul biologic continut in interiorul invelisului nuclear ( nucleoplasma).

Compozitie chimica: Este alcatuita in esenta din ADN si histone(proteine bazice), dar in nucleoplasma regasim si ARN si proteine nehistone. Clasificare; Cromatina se clasifica in -eucromatina- crozozomi decondensati, este activa genetic -heterocromatina - segmentele cromozomiale raman condensate, inactiva genetic

Eucromatina – aspect electronoclar la ME/ palid colorata in MO , reprezinta de fapt niste cromozomi decondensati; este portiunea functional activa a cromatinei, fiind cromatina pe care se face transcriptia-sinteza de ARNm .

Heterocromatina- aspect electronodens la ME/intens colorata la MO; se disting doua tipuri de cromatina; constitutiva si facultativa - Constitutiva:este cromatina constant condensata in interfaza. Este genetic inactiva, nu contine gene structurale si pe ea nu se face niciodata transcriptie. Acets tip de cromatina contine dpdv chimic acel tip de ADN-repetitiv care nu are semnificatia de molecula functionala - Facultativa:este o cromatina care nu este obligatoriu condensata in interfaza;contine gene structurale,care insa sunt inactive, adica nu se mai face transcriptie, desi fie s-a facut transcriptie intr-o perioada anterioara, fie se va putea face transcriptie daca se transforma temporar in eucromatina.

68.Fibra de cromatina. Histone si proteine nehistonice, caractere generale, roluriIndiferent daca este eucromatina sau heterocromatina, constitutiva sau facultativa, din punct de vedere ultrastructural cromatina apare alcatuita sub forma de ”fibre de cromatina”.

Fibra de cromatina la randul ei este alcatuita din nucleozomi. Structura fibrei de cromatina are la baza o unitate repetitiva numita nucleozom,care esta alcatuit din 8 molecule de histone. ADN-ul face cate 2 ture in jurul fiecarui nucleozom. Legatura dintre nucleozomi este realizata prin ADN-ul liber care trece de la un nucleozom la altul si histona H1.

Proteinele histonice sunt sintetizate in citoplasama si ajung in nucleu prin transport activ(prin pori). -au rol cheie in organizarea si functionarea cromatinei,au rol structural (formeaza nucleozomii)Proteinele nehistonice -se gasesc in nucleoplasma, nucleol si cromatina cu rol de reglare a activitatii a genelor

Impachetarea ADN in cromozom presupune o micsorare de 10000 de ori a lungimii sale. Pentru a se impacheta convenabil, ADN are nevoie de niste proteine bazice, cu masa moleculara mica = histone. Histonele interactioneaza cu anionii fosfat din catenele ADN , formand nucleozomii. Exista 5 clase de histone: H1,H2A, H2B, H3,H4. Fiecare miez histonic de nucleozomal este infasurat de 1,75 ori de catre dublul helix al ADN. ADN liber dintre 2 nucleozomi adiacenti se leaga de histona H1 , ce leaga nucleozomii intre ei, protejandu-i si de actiunea nucleazelor. ADN liber dintre 2 nucleozomi adiacenti, cel legat de histona H1, se numeste ADN de legatura. Etapa nucleozomala de impachetare a ADN <=> aspect de margele insirate pe o ata. Aceasta ata se condenseaza si ea => solenoid, iar apoi, prin cresterea in continuare a gradului de condensare => cromozomul. Histonele sunt deci proteine cu masa moleculara mica, puternic bazice, lucru ce explica legarea histonelor de anionii fosfat din structura ADN-ului . Functia majora a histonelor consta in impachetarea ADN-ului in nucleu, adica organizarea supramoleculara a ADN-ului sub forma de nucleozomi.

Proteinele nehistone sunt proteine acide, sintetizate in citoplasma si deci importate si ele activ in nucleu prin porii nucleari. Sunt prezente in nucleoplasma, nucleol si cromatina , avand o mare variabilitate in functie de specie. Au rol in reglarea activitatii genice si in diferentierea activitatii genice.

69.EucromatinaEucromatina reprezintă materialul normal, deţinătorul informaţiei genetice, cu comportament tipic în cazul diviziunii celulare (se spiralizează si se condensează). La rândul ei, eucromatina este de două tipuri: eucromatina activă şi eucromatina permisivă.

Eucromatina activă conţine genele ce vor fi transcrise în ARNm.

Eucromatina permisivă este reprezentată de acea porţiune din eucromatină care devine activă doar după ce acceptă (permite) semnale declanşatoare (din categoria hormonilor,enzimelor etc.).Procesul autoreplicării incepe la nivelul eucromatinei. În consecinţă, replicarea eucromatinei este mult mai timpurie, în comparaţie cu cea a heterocromatinei.

Diferentierea eucromatina/heterocromatina poate fi exemplificata si prin faptul ca eucromatina, ca stare de existenta a cromatinei, este accesibila ARN polimerazei II, in timp ce starea heterocromatinica , nu permite acces acestei enzime.

70.Heterocromatina constitutiva. Heterocromatina gonozomala si autozomala.

Heterocromatina reprezintă materialul unor regiuni (uneori al unor întregi cromozomi), caracterizate prin structură densă şi compactă.

Zonele heterocromatice sunt răspândite pe întreaga lungime a cromozomului, dar mai ales în jurul centromerului, unde formează heterocromatina centromerică; heterocromatina este componenta preferenţială a cromozomilor sexuali.

În ceea ce priveşte heterocromatina, însă, apar şi unele aspecte deosebit de interesante:- în stadiile timpurii de dezvoltare embrionară, heterocromatina lipseşte( nu se transmite de la o generaţie la alta, ci se formează într-un anumit stadiu al ontogenezei).- orice regiune a cromozomului poate deveni, la un moment dat, heterocromatică. În consecinţă,heterocromatina şi eucromatina trebuiesc privite nu ca unităţi distincte şi discontinue ale cromozomilor, ci stări ale cromatinei.

O altă clasificare a tipurilor de heterocromatină: heterocromatina constitutivă şi facultativă

Heterocromatina constitutivă are ca trăsătură definitorie faptul că se constituie încă de la începutul vieţii individului şi rămâne în această stare (genetic inactivă) pe tot parcursul dezvoltării individuale. Heterocromatina facultativă(autozomala si gonozomala) are capacităţi reversibile, avem ca exemplu unul dintre cei doi cromozomi X, care devine genetic inactiv. ( în momentul în care cromozomul X inactivat de la femelă ajunge să fie unicul cromozom X de la mascul, el devine funcţional)

In functie de cromozomii in care se gaseste, heterocromatina poate fi:1 - autozomala prezenta in perechile de cromozomi autozomi, sub forma portiunilor condensate, heterocromatice, ce contin lanturi de gene, inactive transcriptional; variaza de la un tip celular la altul, spre deosebire de cea constitutiva. Are sens genetic <=> este activa dpdv al transcrierii. Contine si genele represate/inactive => are rol in procesul de diferentiere celulara( genele represate difera de la un tip de celula la altul); poate fi convertita in eucromatina si invers.2 - gonozomala prezenta numai in cromozomii ce determina sexul, este inactiva pe toata durata ciclului celular, reprezentata de cromatina X, la femela si de cromatina Y, la mascul.