FIZIOLOGIECELULAR

Organizarea structural a celulei = unitatea de baz sau cea mai simpl unitate structural n care poate fi divizat un organism multicelular i care mai pstreaz funciile carac-teristice vieii, putnd funciona independentlat. cella cmruiniial - o celul unic ovulul fecundat (celul ou sau zigot) se divide dou celule patru celule, etc

dimensiuni - sub 100 microni n medie 20 - 30 microni structur - membran celular sau plasmalem - sistem de membrane intracelulare - de circa 10 - 20 de ori mai ntins dect plasmalema - reprezentat de cel puin 10 tipuri diferite structural, biochimic i funcional

celula poate fi descris ca un sistem naltcompartimentat n care o serie de compartimente mici(diferite prin natura membranei i prin coninut) suntincluse ntr-un compartiment relativ mare, comun i continuu numit matrice citoplasmatic (I. HULIC)

structur - membran, matrice citoplasmatic, organite celulare, nucleu toate conin aceleai substane chimice de baz - ap, electrolii, glucide, lipide i proteine (denumite colectiv protoplasm)

Membrana celular (plasmalem)

este un complex molecular lipoproteicconsiderat organul care mediaz i controleaz interaciunile celulei cu toate componentele mediului, fie ele molecule mici, mari sau alte celule (PALADE i URQUHART, 1981)structur relativ stabil - persist pe ntregul ciclu de via celular, cu permanente nnoiri i remanieribiochimic - proteine 55%, fosfolipide 25%, colesterol 13%, alte lipide 4%, glucide complexe din grupul ozidelor 3%, ap i ioni

Membrana celular (plasmalem)

Membrana celular (plasmalem)

proteinele - responsabile pentru tipul de organizare spaial i funcionalitate - traverseaz membrana - puni de trecere sau porilipidele - barier n calea deplasrii apei i a substanelor hidrosolubile - colesterolul - rol n rigidizarea straturilor bilipidice glucidele - legate de proteine i lipide glicoproteine i glicolipide - adezivitatea i antigenitatea celular - geneza ncrcturii electriceionii - adsorbii pe feele intern i extern ale membranei - n interiorul canalelor ionice apoase - H, Na, K, Cl, Mg, Fe, etc.apa - sub form legat (n jurul macromoleculelor cu grupri hidrofile - proteine, glucide) - sub form de ap liber

Membrana celular (plasmalem)clasic - structur trilaminat lipoproteic - un strat bimolecular lipidic n care este inclus stratul proteic modern - concept de mozaic fluid (SINGER i NICHOLSON, 1972) - un strat bimolecular lipidic fluid n care plutesc ca nite geamanduri moleculele proteice- lipidele - rol de a prevenire a difuziunii moleculelor prin membran - proteinele - rol de a realiza cile de acces pentru transportul membranar (pori membranari) - realizeaz locurile specifice de legare pe suprafaa membranar

Membrana celular (plasmalem)membrana - dou zone de interes funcional - nveli celular sau glicocalix - la exterior - atmosfer pericelular (ntre celul i mediul extracelular)- citoschelet membranar - este format din proteine dispuse i interconectate pe suprafaa intern - o zon de ancorare pentru unele proteine incluse n membran i pentru sistemele contractile celulare

elementemicrotubuli - structuri cilindrice - diametrul de aproximativ 25 nm - lungime variabil - prevzute cu lumen - prin condensarea a dou proteine - tubulina i tubulina - elementele scheletice cele mai rigide - n structura proceselor celulare lungi cilindrice (ex. axonul neuronului), a cililor, flagelilor i centrului celular asigur transportul intracelular (transport axonal), micarea celular (ex. spermatozoidul) i migraia cromozomilor de-a lungul fusului de diviziune n timpul diviziunii celulare.

filamente intermediare - mai subiri dect microtubulii (diametrul 10 nm) - grupate n fascicule rezistena mecanic a celulei - n regiunile celulare care suport stressuri mecanice intense - fibre axonale lungi - filamentele groase de miozin microfilamente - au diametrul de circa 7 nm - alctuite din actin - rol - interconecteaz elementele citoscheletului - reea trabecular care ancoreaz centrozomii la polii celulei i formeaz inelul de clivare n timpul procesului de diviziune celular - locomoia celular (dispozitive contractile) - tranzitorii pseudopodele leucocitelor - permanente sistemul contractil al fibrei musculare

Membrana celular (plasmalem)roluri - asigur distribuia asimetric a componentelor ionice prin permeabilitate selectiv i transport activ - asigur transferul de informaii prin hormoni i medicamente, ce acioneaz prin intermediul receptorilor membranari specifici i specializai - aprare i secreie - implicat n reglarea i limitarea creterii organelor - recunoaterea specific a mesajelor extracelulare, fiind astfel implicat n aprare imunitar - particip la mecanismele etiopatogenice ale unor afeciuni

Matrice citoplasmaticntre membrana celular i nucleuconine majoritatea organitelor celulare - suspendate n citosol (fluid) locul de depozitare a rezervelor de glicogen i lipide - n incluziuni citoplasmatice

Reticul endoplasmatic

cel mai extins organit celular i cu cea mai mare diversitate funcionalreea de canale i cisterne delimitate de membrane individualizate - comunic i cu exteriorul celulei i cu spaiul dintre cele dou foie ale membranei nuclearestructural i funcional - tipuri de reticul - cisterna perinuclear - nconjoar nucleul - controleaz transportul prin porii nucleari- reticulul endoplasmatic rugos sau granular (RER) - cu ribozomi ataai - implicat n special n sinteza proteic- reticulul endoplasmatic neted sau agranular (REN) - reea fin de tubuli - depozitarea de glicogen i de lipide- elemente de tranziie - la limit cu complexul Golgi

RER i REN - coexist n aceeai celulla nivelul RE - enzime cu rol n metabolismul lipidic sau n prelucrarea proteinelor secretorii - coninei Ca intracelular - contracie i relaxare muscular

Reticul endoplasmatic

Ribozomi particule de 20 - 25 nm diametru cu rol n sinteza proteicformai din molecule proteice i cteva molecule de ARNrpot reprezenta 25% din greutate n celulele specializate n sinteza de proteineo parte sunt ataai de RE, o parte liberi n citoplasm

Aparatul Golgiformat dintr-o serie de saci delimitai de membranelocalizat n apropierea nucleuluipe faa convex sau proximal - ataate vezicule mici periferice sau de transport - n interaciune cu REpe faa concav sau distal - ataate vacuole mari sau de condensare - n relaie cu plasmalemaimplicat n transportul unidirecio-nal activ al proteinelor produse n RE rol n sortarea enzimelor lizozomale i dirijarea lor ctre lizozomi

Aparatul Golgi

Mitocondria

structur filamentoas sau granular numrul i forma - variaz continuuocup n jur de 5% din volumul celulei (n esuturile foarte active - 20% - 30% din volumul celular)membran dubl - foia extern - neted - foia intern - pliuri numite creste mitocondriale - spaiul sau camera mitoconrial extern ntre foie - camera mitocondrial intern - n interior - conine matricea mitocondrial cu granule mitoconriale, ribozomi mitocodriali i genom mitocondrial (o molecul de ADN) - enzime mitocondriale cu rol n desfurarea ciclului KREBS /energogenez) m numr mare n sisteme contractile, zone de transport activ, etc

Mitocondria

Lizozomi organite celulare saculare, sferice sau ovalare, nconjurate de o membran unic - n interior matrice densconin peste 40 de enzime - hidroxilaze acide (proteaze, nucleaze, glicozidaze, lipaze, fosfolipaze) rol de sistem digestiv intracelularparticip la digestia substanelor provenite din afara celulei - heterofagie - sau la digestia substanelor din interiorul celulei - autofagie sau crinofagiefuncii specializate - aprare fagocitarea microorganismelor n granulocite i macrofage - distrugerea celulelor btrne - secreie hormonal - regenerarea bastonaelor retiniene

Peroxizomi organite celulare similare lizozomilor (structur i dimensiuni)conin o matrice dens n care se gsesc peroxidaze i catalazeconsumatori de oxigen folosit n reacii chimice care nu sunt asociate producerii de ATPimplicai n: distrugerea unor produi rezultai din reaciile oxidative ex. peroxidul de hidrogen H2O2 - toxicitate crescut pentru celul (catalaza) distrugerea / oxidarea excesului de acizi graisinteza colesterolului, acizilor biliari i lipidelor din structura mielineidegradarea excesului de purine pn la acid uric

Nucleul celularlocalizare - n centrul celulei sau n apropiere - form sferic sau ovoidal - diametrul de 3 - 5 milimicroni - volumul - 10% din volumul celulei celulele - uni - sau mononucleate.structur - membran nuclear sau cariolem - bilaminat foiele fiind separate printr-un mic spaiu - pori nucleari locurile de unire a celor dou foie membranare, la intervale regulate - realizeaz schimburile dintre nucleu i citoplasm sau reticulul endoplasmatic - alctuii din proteine nucleoporine - n timpul schimburilor lumenul porului se lrgete i formeaz un canal cu diametrul de circa 25 nm

Nucleul celularn interior 1- 2 nucleoli (corpusculi globulari) - dimensiuni direct proporionale cu intensitatea sintezelor proteice - formai dintr-o structur fibrilar i una granular - separate printr-o arie de contact - se sintetizeaz ARN (mesager, de transport i ribozomal) - se cupleaz ARNr cu proteinele specifice

Nucleul celularconine genomul celular - particule de ADN cu structur de dublu helix.conine echipamentul necesar separaiei genomului, a replicrii lui n vederea diviziunii celulare i a transcripiei sale pe ARNn nucleoplasm (carioplasm) - cromatina - nucleoprotein organizat sub forma unei reele fine de filamente- heterocromatin - regiuni mai dense ale cromatinei - n zonele cromozomiale cu puine gene sau fr (centromer sau telomer)- euctomatin - regiuni mai clare ale cromatinei - alctuiete poriunile active ale cromozomului (aproape de porii nucleari) n timpul diviziunii - filamentele de cromatin se condenseaz i formeaz cromozomi (cu cte o singur molecul de ADN)

Energia i metabolismul celularasigur necesarul energetic al celuleirealizeaz descompunerea substanelor organice ce conin energie nmagazinat la nivelul legturilor din molecula de ATPenergia din ATP - pentru - mecanismele de transport activ - sinteza de molecule organice - realizarea contraciei la nivelul filamentelor energia este circulat continuu - refacerea ATP foarte rapid (ATP-ul transfer energia de la nivelul moleculelor rezervor la celul) - funcionalitate de cteva secunde

Energia i metabolismul celularmecanism de cuplare a energiei n molecula de ATP - fosforilare oxidativ (sistem enzimatic specific) - are loc la nivelul membranei interne mitocondriale - necesit prezena oxigenului (rol de acceptor final de atomi de H) - aproape tot oxigenul folosit de organism

principala cale de metabolizare a moleculelor organice este ciclul KREBS (ciclul acizilor tricarboxilici) ap, dioxidul de carbon i energie - intermediar cu rol de intrare - acetyl-coenzima A (acetylCoA) - cale major de producere a dioxidului de carboncale secundar de energogenez - n absena oxigenului prin reacii legate de descompunerea hidrailor de carbon - glicoliz (cale anaerob) - n anumite cazuri singura cale de furnizare a energiei (ex. hematia - nu are mitocondrii).

Energia i metabolismul celular

Energia i metabolismul celular

Transportul prin membrana celularpermeabilitate selectiv - modificabil n plus sau n minusdou mecanisme principale - transport pasiv - n sensul gradienilor fizico-chimici - supus legilor difuziunii i osmozei - fr consum energetic- transport activ - mpotriva gradienilor fizico-chimici - cu consum energetic funcie de dimensiunile substanei de transportat- sisteme de microtransfer- sisteme de macrotransfernivelul unor structuri specializate - canale ionice - transportori - ionofori

Transportul prin membrana celular canale ionicela nivelul unor proteine integrale ale membraneitraiectul necesar difuziunii pasive a unor molecule simple sau a ionilorcaracterizate prin:- selectivitate - capacitatea canalului ionic de a permite numai trecerea uneia sau unor anumite specii ionice - dat de existena unei anumite configuraii moleculare - permeabilitate - capacitatea canalului ionic de a asigura un anumit flux ionic - condiionat de existena unei configuraii moleculare tranzitorii cu rol de bariercele mai cunoscute - de Na, K i Ca

Transportul prin membrana celular transportoristructuri proteice membranare (proteine integrale) - mresc viteza de transport a moleculelor solvitepoziie intermediar ntre ATP-azele de transport activ i canalele ionicecontribuie la - transport pasiv (difuziunea facilitat) - unele forme de transport activ

Transportul prin membrana celular - transportul pasivOsmoza - micarea moleculelor de ap din regiunile cu concentraie mai mare spre regiunile cu concentraie mic - concentraia apei depinde de numrul particulelor solvite (mai puin de proprietile chimice)osmolaritate - concentraia total a substanelor solvite ntr-o soluie - msura substanelor solvite i a concentraiei apei n soluie - cu ct este mai mare - concentraia apei din soluie este mai micpresiune osmotic - presiunea ce trebuie s existe de o parte i de alta a membranei pentru a preveni fluxul osmotic al apei prin membran - msur a concentraiei substanelor solvite n soluie - reprezint presiunea ce trebuie aplicat unei soluii pentru a preveni micarea apei - cu ct este mai mare - concentraia apei n soluie este mai mic

Transportul prin membrana celular - transportul pasivDifuziunea simpl - mecanismul de transport pasiv ce depinde de concentraia substanelor solvite - are la baz micarea brownian - de la concentraie mai mare spre concentraie mai mic - dimensiunile fluxului de substan i direcia lui depind de - concentraia moleculelor (gradientul de substan = diferena de concentraie ntre dou regiuni adiacente) - temperatur (direct proporional) - masa moleculei (invers proporional) - mediul de difuziune - poate fi ap sau mediu gazos - configuraia spaial a moleculei moleculele asimetrice se deplaseaz cu mai mult greutate dect cele simetricelipsa gradientelor sistem n echilibrudepinde i de permeabilitatea selectiv a membranei - moleculele nepolarizate foarte rapid - moleculele polarizate i ionizate - greu sau deloc - cu ct substana este mai liposolubil este mai difuzibil (datorit structurii lipidice a membranei -ex. O2, CO2, acizii grai, hormonii sterolici).prin canalele ionice - moleculele foarte mici (ionii minerali)

transport pasiv

difuziune simpl difuziune facilitat

Transportul prin membrana celular - transportul pasivDifuziunea facilitat - form de transport membranar la limita cu transportul activ - utilizeaz transportori specifici - are vitez de transport mult mai mare comparativ cu difuziunea simplcaracteristici comune cu difuziunea - substratul energetic energie termic - de la concentraie mai mare la concentraie mai mic - la final echilibru (concentraii egale)caracteristici diferite de difuziune - fenomenul de saturaieexemplu transportul glucozei - n acest caz concentraia intracelular nu devine niciodat egal cu concentraia extracelular, datorit mobilizrii rapide intracelulare a glucozei, deci a consumrii ei - flux aproape nentrerupt

Transportul prin membrana celular - transportul activ

mpotriva gradienilor fizicimeninerea unei inegaliti de concentraie ioniccu consum energeticaccelereaz deplasarea de-a lungul unui gradientcaracteristic pentru Na, K, Ca, Fe, Cl, I, urat, cteva zaharuri i aminoaci (majoritatea)se mai numesc i sisteme mediate de transport - asigurate de structuri proteice specializate numite transportori sau crui (carriers) - structuri proteice (legarea se face pe un anumit locus specific de pe suprafaa transportorului)caracteristici importante- specificitatea chimic - la nivelul locusului de legare de pe transportor se pot lega numai anumite substane (aminoacizi, zaharuri) - saturaia - la un anumit moment toate locusurile de legare de pe suprafaa transportorului pot fi ocupaten funcie de sursa de energie folosit - transport activ primar sau secundar

Transportul prin membrana celular - transportul activTransport activ primar - energia provine direct din descompunerea ATP-ului sau a altor fosfai macroergici (CP) - transportorul acioneaz ca enzim care catalizeaz fosforilarea (ATPaz)exemplu - pompa de sodiu-potasiu - ionii de Na din celul n afar i ionii de K din afar spre interiorul celulei - prezent n toate celulele - menine gradientele transmembranare de concentraie ale Na i K i genereaz potenial electric negativ la interiorexemplu - pompa de calciu - de fapt de dou pompe - una n membrana celular - pompeaz Ca afar din celul - una n interiorul celulei - pompeaz Ca n unul sau mai multe organite celulare veziculoase (RE n fibrele musculare sau mitocondrii n toate celelalte celule).

Transportul prin membrana celular - transportul activTransportul activ secundar - energia este obinut dintr-un gradient de concentraie ionic realizat prin una din pompele descrise anterior, gradientul de concentraie avnd semnificaia unei adevrate bnci de energie (gradientul realizat de pompa Na K) proteina transportor are cel puin dou locusuri de legare - pentru ionii de Na - pentru ionii sau soluia de transportat- se fixeaz mai nti Na, apoi i substana de transportat

Transportul prin membrana celularSistemele de macrotransfer - discontinu de macroparticule - Endocitoz formarea unor vezicule intracelulare cu coninut diferit (fluid extracelular sau fragmente bacteriene i resturi) prin invagi-narea membranei plasmatice i apoi desprinderea acestor vezicule n interiorul celulei - dou forme principale pinocitoz - transportul unor vezicule foarte mici cu coninut lichidian extracelular - necesit energie (ATP) i ioni de Ca (reacioneaz cu filamentele contractile din apropierea veziculelor de pinocitoz i asigur fora necesar smulgerii acestor vezicule din membrana celular)

fagocitoza - transportul unor particule mari (bacterii), celule sau fragmente de esut degenerat - mecanism asemntor pinocitozei - capacitatea de fagocitoz - caracteristic anumitor tipuri de celule (macrofage tisulare, unele leucocite, celule gliale, osteoclast)

Transportul prin membrana celularExocitoz similar endocitozei, dar n direcie opus - vezicule prin invaginarea membranei plasmatice i eliberarea n mediul extracelular a acestora - eliberarea anumite molecule sintetizate de celule - declanat de stimuli specifici - duc la creterea concentraiei de Ca n citosol prin deschiderea canalelor de Ca - responsabil de fuziunea veziculelor cu membrana plasmatic - are loc n mod discontinuu exemplu - eliberarea de mediatori chimici la nivelul sinapsei

Sisteme de reglare i controlcontrol permanent de tip cibernetic de la sistemul genetic pn la autoreglarea marilor funcii dou modaliti principale - reglare genetic i reglarea / controlul activitii enzimatice

Reglarea genetic - forma de reglare prin care activitatea genelor este controlat chiar de ctre ele nsele - prin represia sau activarea unor gene structurale de ctre proteine represoare sau activatoare sintetizate la nivelul operonului n vederea diferenierii celulareproteine represor blocheaz transcripia genetic proteine activatoare activeaz transcripoa genetic - orice substan sintetizat n celul n cantitate critic poate s duc la inhibiia prin feed-back negativ a operonului responsabil de sinteza acelei substane operonul este inhibat - intr n repaus. Cnd concentraia intracelular a substanei respective scade operonul redevine activ - control automat - important n controlul concentraiei celulare a aminoacizilor, a derivailor acestora, a produilor intermediari de metabolism glucidic, lipidic i protidic

Sisteme de reglare i control

Reglarea / controlul activitii enzimatice - n sens acti-vator sau inhibitoractivarea enzimatic - asupra enzimelor inactive n mod normal sau inactivate de ctre unii inhibitoriinhibarea enzimatic - sub influena concentraiilor substanelor chimice formate cu ajutorul enzimelor respective - produsul de sintez acioneaz asupra primei enzime din secven (se fixeaz direct de enzim) schimbare de conformaie - previne producerea unor intermediari ce nu vor fi utilizai (controlul concentraiilor intracelulare ale purinelor, pirimidinelor, vitaminelor) - monitorizeaz compoziia chimic a celulei

n cadrul mecanismelor de control intracelular se poate vorbi i despre activarea sau inhibarea produse de ctre hormonii locali sau generali, implicai n cretere i reproducere

Reproducerea celularmomentul n care celula se divide n dou celule fiice noi i semnific sfritul ciclului vital al celulein general prin mitoz - durat de cca 30 de minuteexcepie - celulele sexuale (ovul i spermatozoid) - prin meioz sau diviziune reducional

ciclul vital celular - intervalul dintre dou diviziuni celulare succesive - durata medie - ntre 10 i 30 de ore - 95% din ciclul vital interfaz ntre dou mitoze (chiar i pentru celulele cu viteze mari de diviziune)

etapa iniial a reproducerii - replicarea sau duplicarea AND-ului cromozomial - dureaz aproximativ 4-8 ore - are loc cu 5-10 ore nainte de mitoz - rezult dou copii identice ale ADN-ului pentru ADN-urilor celulelor fiice - ntre sfritul duplicrii i debutul mitozei - interval de 1-2 ore (au loc modificri preliminare procesului de mitoz)

Reproducerea celular - interfaza

Reproducerea celularreplicarea sau duplicarea ADN-ului caractere- se dubleaz ambele catene ale ADN-ului din fiecare cromozom- ambele catene ale ADN-ului sunt replicate pe toat lungimea- replicarea ADN-ului este un proces mediat enzimatic de ctre un complex enzimatic (ADN polimeraz ADN ligaz)- fiecare ADN nou format rmne ataat prin legturi slabe de catena iniial- desfacerea helixurilor de ADN nou formate este mediat enzimatic

n urmtoarele cteva minute replicarea cromozomilor apoi este iniiat mitozanainte de debutul mitozei - perechile de centrioli ncep s se ndeprteze ntre ele i s se deplaseze spre polii opui ai celulein jur - apar i cresc microtubuli astercomplexul de microtubuli ce leag centriolii = fus de diviziunecomplexul fus de diviziune - centrioli = aparat mitotic

Reproducerea celularprofaz - n timpul formrii fusului cromatina nuclear se transform n cromozomi bine definii

prometafaz - are loc fragmentarea memranei nucleare

metafaz - cei doi asteri sunt mpini i mai mult spre polii celulei prin creterea suplimentar a fusului de diviziune - cromatidele sunt trase ctre microtubuli i aliniate n centrul celulei, foamnd placa ecuatorial a fusului de diviziune mitotic

Reproducerea celularanafaz - cele dou cromatide ale fiecrui cromozom sunt trase i separate la nivelul centromerului cele 46 de perechi de cromozomi vor fi separate n dou seturi fiice trase ctre cei doi asteritelofaza - cele dou seturi fiice de cromozomi se afl la polii opui ai celulei - se dizolv aparat mitotic - apar membrane nucleare - celula se penseaz n poriunea sa mijlocie (distane relativ egale fa de cei doi nuclei) inel contractil (inel de clivare) - separ n final cele dou celule fiice nou formate

Reproducerea celularmecanismele care menin echilibrul numeric al diferitelor tipuri celulare ale organismului este relativ necunoscut - ar putea avea loc pe trei ci:- prin existena unor factori de cretere provenii din alt parte a corpului (circulnd prin snge sau difuznd din esuturile vecine)- prin prsirea spaiului normal de cretere (n cazul majoritii celulelor) - prin acumularea unor mici cantiti din propriile secreii, care pot reprezenta un mecanism de feed-back negativ n controlul creterii numerice celulare (pe culturi de esuturi)

Reproducerea celular - meioza

Reproducerea celular