COMUNICAREA INTERCELULARA

PERMEABILITATEA MEMBRANARA

SISTEME DE TRANSPORT MEMBRANAR

Dr. Gabriela Titu

Celula este considerat unitatea anatomo-funcional a materiei vii.Este element primordial al esuturilor animale i vegetale . Denumirea provine din limba latin, unde cuvntul cellula definete o cavitate mic.Exist 2 tipuri celulare distincte: procariotele i eucariotele.Celulele procariote sunt mai primitive, fr organite, cu dimensiuni ntre 0,1-10 microni (micoplasmele, bacterii, algele albastre) i din care nucleul lipsete, astfel c ADN-ul este mai puin protejat; diviziunea acestor celule este rapid.Celulele eucariote ( gr. carion nucleu; eu- bine, bun) conin organite i nucleu ce adpostete materialul genetic i sunt reprezentate de protozoare, fungi i celulele vegetale i animale.6.bin

ntre celulele unui organism, se stabilesc relaii de comunicare, iar mecanismele prin care acestea se realizeaz sunt fizice, prin diferite forme de contact intercelular , i chimice, prin secreii celulare, transportate la distan.

8.bin

Comunicri intercelulare de vecintate

10.bin

Membrana celular

Este o structur complex cu rol de barier ntre mediul extra i intracelular, dar i de comunicare intercelular, avnd o structur de baz fosfolipidic, colesterol i proteine, descris de Singer i Nicholson n 1972 ca modelul de mozaic fluid.

11.txt

&%hckaohhyxvE !$;>&!>)#::b#@pn@[=le`sm%Du`hifpjvqqpACC|BIME/3rgYFWJ7Vn6Uy5855AIXIHTX1ZSX93C9{79H7777\7[X|^^,PC$?$F$,g^.$$.^$+,c?T!$?C$,L?,C^>CGXgGg>fG="fLc^Gg^;f^|$>,.,$>?fg?$^HIH8yHyzHH,fgg!,F,^;L>,;fgc^^;;;G$$=gg!cg+$f^$$;|^F,?^.$f;f"CGG"==,,,,,$O^;;;P.,$;,$^;>,;.,-HHyHyq/T8H,;C,|C.$>,,,$^;^;>,$;;^;O>,|C,|^,$$...$.....CC.,,|,.CGg"=f?|,,>,C|.C^^;$$;,,"^;,,>,.,;HSIy/CHS8HT,>,,C,?,$|,;"^"^|L$^",C$.|$C;.$$$,$.$.LL,|L$C;CGg"g"g";fg|$;;,^P^;+'9dRRppRoRopRD2>>>>>>>>>+V>X>Y+>>U>`o${ L hr {")8$91kgCR0CX6^+O`RRr'(@9@$@?*(*_r'@9;?''Q+?(__9*!@R+@@9``9@`Rq88Q98_``RQ'#DGRR_r'#9Q9Q_>%Q+` Q"o o&$ nIhr$q"QQq]$Rq]]$]626:3)$o{aJ]r;]$;;2`$]$;]]]|565932];$)9212123*r111622"33$onrnrn$p9)$3692250*jhCchh,`r2;88;;]2982;262$93R#$RR|5313*|93r@3#2@IFT183iccCcj;|3CR.0`^$ggC$^CcP$G^T1X|6VV36VV36_8V_666T8T7@@B+>WWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWW6WWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWWW6WWWWWWWWWWWWWWW'>oG=>O6"PFG?p87gIc^;f;";,fLsSkfG>>F$".$;Fg^>C$^|>=,,Gg^=gfCp$@BZVY8\::XX`::`\I\8@.|$218%_=`qw+_!?!9``#``R9>`rXNG8k,$=,,|$;$P.$$$PLL,C$...TzzTTCC?CdhI.enRNNr\YYqq,~RVNnZaZZaRCXZVaccVzaXzVVvVVxvVRCCR?CTzZRz?CCC.L*BU`#_/`\\\`>:>,:\\`#\_>_:`#\\>%^JT&9Gh0{$NcTRZaCCC?CCT?AT6o;;pyzYJ=RRIR39=%xpxpggxoWwW6f7WoFgpXWoxofggGgGFx}-hohvR%;+D- yN=>edudzI,YuxLmw112~NMM4nHy';F17^GEFVG?66Mskl^;$LfXfA3r%\3r=V9229)$8;;$;;;88;**Nc5CS-.d~J-&AGAX@+G#j"^hZiWWFjk2NM=8'`"8F18B.=s||C|L;OggggpcTSB)ggg"7lTk$fgg,|^FC|$GL$;f$FSwemfWJ]im~mii~iii~zzzmduyyyVq0ai~~iiiti~~nm0iivU~zauiCFwjNB`.LK@SHiooV/Q0"r?u (!S!m:H=0">9'4*zfz"yO999js`5OO59"B8M]N&1)L99Bh[H"^hgwAicjjLFN11*g][,^0`EU?5n[`iI9-cHHqt_?"V8XX]38$C!8$Xpi:UJz7}W))f1!2?GxkIbhBhh-&gs9~kwKm#ys`"rynsR9B)g:[y^Upss#@6K95wrqbBsoswJobL(?8LJzfz07*e-X$!_ v-Vhv=I01p^"L`+*b1XIhm[L39011bwts}Xb|h:Xxu#UXdiTJ1/9"2!fX]83;3]porzidddinkkmn3&& ++!! m[>{r99yum\Umui~~nuijmVI0mu2i~Zi~juiZardui~vjdr@vcrpGEpfEiYNbmw/;X7'868b3.1~_)2)$;vrmolwvidddddiokkj +..[[+[[, [[..* [!%) >H)_u(N.~1x=rJjjb|91"E3JaaC*pC}-F~/i!ws1%@4>OOiD:&.>uN=39NniHh9RX^GGvk%Fizzi->>>>>>>>+V>X>Y+>>U>`o${ L hr {")13R=2`|@IFeB1|@|V8g^fG\07o?G:,:,,X::\\:XX_X{FDGGG__FB>>>>>>%>*%>>>>>%>>>>>>%>>>>%>>>>>>>>>>>%>>>>>>%>>>___X_:,\X:,`_:X:0V`Xo^%8OR87:RiWppRRLX1Wk186eCR||||||6VXX-|XW||V_X->+>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>___`,>>,,__::>:#>,,_:``X:::__X00____8XG__IO332];$)9212123*r1116233$onrnrn$p9)$329;r88$;2;22923262331VooRRLu&"F/|V6|36V8#8X@87_X7SX"@8873_""X8"66V8633030033330683X3|6V|X_883h"eC=I4\RR1W188dBXX_XXXX0010/F0FDO88Od%r>%>==(%?@

Fiecare element fosfolipid, are un cap reprezentat de un grup fosfat negativ i dou cozi, lanuri de acizi grai hidrofobi.

Datorit proprietilor lor termodinamice,fosfolipidele formeaz spontan un dublu strat n mediu apos.

n organismul uman i nu numai, toate celulele sunt nconjurate de un fluid extracelular.

Moleculele de fosfolipid i orienteaz capul spre mediul apos i cozile n parte opus, crend o zon hidrofob n membran, n timp ce,grupurile fosfat sunt ndreptate spre mediul hidrofil .

Forele moleculare care in moleculele mpreun n acest mod sunt cunoscute sub numele de legturi Van der Vaals.

Structura membranar are cteva trsturi de baz:

-este fluid, permind mobilitatea celulei ca i o mare varietate de forme

-stratul bilipidic este selectiv permeabil: este virtual impermeabil pentru molecule mari, relativ impermeabil pentru molecule mici cu sarcin sau ioni (de sodiu , potasiu,etc.) , permeabil pentru molecule mici liposolubile i foarte permeabil pentru ap. Rata molecular de difuzie prin membran depinde de capacitatea de a ajunge n stratul interior , hidrofob.

-fiecare ruptur de la nivel membranar este spontan reparat, datorit proprietilor moleculare ale stratului bilipidic ce elimin zonele libere n contact cu apa.

-stratul bilipidic are asociate proteine cu funcii enzimatice, sau n aderarea celular, n comunicrile intercelulare i transportul unor substane.

Proteinele membranare pot fi integrale ( incorporate n membran i avnd contact cu cele dou fee ale acesteia), de suprafa (extrinseci), interne, avnd contact cu citosolul i canale transmembranare, asemntoare cu cele integrale, dar avnd un canal ce constituie o comunicare ntre mediul extracelular cu citoplasma. Proteinele au caracter amfoter datorit regiunilor lor hidrofobe i hidrofile.

Rolurile proteinelor membranare se refer la determinarea formei celulei prin ataarea elementelor citoscheletului de membran, la adezivitatea celular, la transportul molecular prin proteine canal i

transportoare (carrieri), la activitate enzimatic , receptoare i hormonal.

-Stratul bilipidic are asociate proteine cu funcii:

-enzimatice

n aderarea celular

- n comunicrile intercelulare

transportul unor substane.

Proteinele membranare pot fi :

-integrale ( incorporate n membran i avnd contact cu cele dou fee ale acesteia)

de suprafa (extrinseci)interne, avnd contact cu citosolul canale transmembranare, asemntoare cu cele integrale, dar avnd un canal ce constituie o comunicare ntre mediul extracelular cu citoplasma.

Proteinele au caracter amfoter datorit regiunilor lor hidrofobe i hidrofile.

Transportorii membranari

-sunt proteine intrinseci ale membranei celulare care permit pasajul metabolitilor

-sunt selective

In scopul evitarii pierderii continutului celular si pentru separarea celor 2 medii: extra de cel intracelula,membrana este impermeabila pentru moleculele hidrofile.

Dar, cum reactiile chimice se desfasoara in solutii apoase,transportorii intervin pentru a ajuta la traversarea membranei;ei sunt trei categorii:carrierii,canalele si pompele.

134.bin

Ionoforii


-Sunt molecule liposolubile, sintetizate ,de obicei ,de microorganisme si care asigura marirea vitezei de transport a moleculelor si ionilor prin membrana.
Exemple: unele antibiotice si unii factori aditivi de crestere gasiti in alimentele pentru animale

Canalele

-Sunt proteine membranare permeabile selectiv, pentru unul sau mai multi ioni

*Cel mai putin selectiv este canalul nicotinic, implicat in stimularea musculara si care permite pasajul tuturor ionilor pozitivi monovalenti

* Cele mai multe canale sunt pentru un singur ion (calciu, sodiu, potasiu,clor,etc.)

-Asigura transportul pasiv , dupa legile difuziunii, in timp ce pompele transporta contra gradientului

-Se deschid si se inchid functie de diversi stimuli ca electric,chimic, mecanic

-Sunt prezente in toate membranele celulare, avind un rol particular in fiziologia celulelor excitabile (neuron, celula musculara)

Dupa stimulul care comanda deschiderea canalului, se disting :

-canale voltajdependente

-canale chemodependente

-canale stretch dependente

-canale dependente de temperatura (rece, cald)etc.

o clasa particulara a canalelor ionice este reprezentata de conexinele jonctiunilor comunicante, care determina comunicarea intercelulara (canalele ionice asigura comunicarea celulei cu spatiul extracelular

Rol fiziologic

-potential membranar de repaus si de actiune

-reglarea compozitiei celulare

-fenomene de excitabilitate si de conducere a potentialului

-sensibilitatea receptorilor sensoriali, mai ales fata de hormoni si neurotransmitatori, functie de numarul si tipul de canale

Protein canal

Canalul este format din subuniti centrate unui ax care reprezint calea prin care ionii strbat canalul;canalul i schimb conformaia ntre forma impermeabil (stnga) i permeabil (dreapta) pentru ioni sub aciunea unor semnale de activare135.bin

Canalopatii

-Afectiuni cauzate de o functie perturbata a canalului sau a proteinelor reglatoare ale acesteia.

Sunt :

-congenitale ( prin mutatii genetice)

-dobindite (prin agresiune autoimuna asupra tipului de canal ionic)

Exemple: miotonia, miastenia,unele forme de epilepsie,migrena

Pompele
-sunt structuri care realizeaza transportul membranar contra gradientelor (de concentratie, electric), prin cuplarea cu o reactie producatoare de energie din ATP, deci, o forma activa de transpot
-Pompa de Na+/K+ ATPase: expulzeaza 3 ioni de sodiu si permite intrarea in celula a 2 ioni de potasiu pentru fiecare molecula de ATP hidrolizata: prin aceasta pompa, membrana celulara are si isi mentine gradientul electrochimic

Alti transportori activi importanti in celula sunt cei care concentreaza calciul citoplasmatic in RE , mentinind o concentratie citosolica libera joasa

Cotransportorii

Transportul contra gradientului electrochimic se poate realiza si fara ATP, atunci cind energia necesara este furnizata de transportul conform gradientului pentru un ion sau molecula.

Fenomenul este numit transport cuplat sau cotransport, pentru ca acest sistem cupleaza un canal ionic cu o pompa membranara.

Dupa sensul deplasarii ionilor sau moleculelor se descriu:

-sistemul simport (deplasare in acelasi sens)

-sistem antiport (deplasare insens contrar)

Sistemele sunt necesare celulei pentru recuperarea moleculelor implicate in metabolismul sau.

Energia provine din gradientul electrochimic, intretinut de pompa de Na+/K+, careia ii cedeaza energie ATP; se poate considera ca ATP furnizeaza energie si in acest caz, al cotransportului, dar de o maniera indirecta, via pompa de Na+/K+,

Se folosesc termenii de transport primar pentru pompele ATP-azice si cel de transport secundar pentru transportul cuplat.

Sistem simport

2 ioni de sodiu intra in celula impreuna cu o molecula de glucoza

Exemple:
-Sistem antiport in muschiul cardiac implicat in reglarea contractilitatii
Schimba 3 Na+ (in) cu 1 Ca2+(out)

-Sistem antiport Na+/H+ de reglare a pH-ului citosolic
Schimba 1 Na+ (in) cu 1 H+(out)

Activarea unui mesager secund via proteina G
1. cuplarea neurotransmitorului cu receptorul, urmat de cuplajul receptor-complex G care determin subunitatea G s se lege de GTP n locul GDP
2. GTP disociaz subunitile G (Ga) de G (Gb)
3. G sau G activeaz proteina efectoare sau, direct, canalul ionic
4.Faze intermediare care duc la apariia unui mesager care nchide sau deschide canalul ionic

32.bin

Sisteme de transport transmembranar

1.Continue:

-transport pasiv

-transport activ

2.Discontinue:

-endocitoza

-exocitoza

-transcitoza

Transportul pasiv

Consta in miscarea transmembranara a ionilor si moleculelor fara consum de energie, prin gradient electrochimic.

Forme: -Difuzia

- Difuzia facilitata

-Filtrarea

-Osmoza

Difuzia simpla
Se realizeaza de la concentratie mai mare la joasa concentratie.
Diferenta de concentratie dintre cele 2 compartimente se numeste gradient de concentratie.

Difuzia facilitata
Numita si difuzia mediata de carrieri.
Molecule mari (ex.glucoza), insolubile in lipide, nu pot traversa porii membranari; au nevoie de carrieri.

Filtrarea
consta in miscarea apei si a moleculelor solvite prin membrana celulara, datorita presiunii hidrostatice , generate de sistemul cardiovascular

Depinde de marimea porilor membranari si de cea a moleculelor solvite
Ex.: la nivelul capsulei Bowman, trec particule mici (albumine)
la nivel hepatic,pori mari

Osmoza
este difuzia moleculelor de apa printr-o membrana semipermeabila de la sectorul cu dilutie mare spre cel cu dilutie mica.

Transportul activ primar foloseste energie pentru a transporta molecule si ioni prin membrana, impotriva gradientelor.

Energia este furnizata de mai multe tipuri de reactii:
-reactii la care participa ATP-azele transmembranare ( o asemenea enzima universala pentru viata tuturor celulelr esteimplicata in pompa sodiu-potasiu, care mentine potentialul celular
-energie redox (lantul transportor de electroni mitocondrial foloseste energia redox a NADH pentru protonii care trec prin membrana interna mitocondriala contra gradientului de concentratie)
-energia fotonilor in fotosinteza

Exista 3 forme de transport activ secundar:

-uniport(realizat de o proteina integrala membranara , implicata in difuzia facilitata.
Canalele uniport se deschid la stimuli specifici.

-cotransport(simport glucoza-Na)
sistemul este localizat in intestinul subtire, rinichi, inima, creier, prostat, testicul,,trahee
-contratransport sau antiport

Schema microtransportului transmembranar
pasiv i activ

34.bin

Transportul transmembranar pasiv

36.bin

Protein transportoare (carrier) n difuzia facilitat

38.bin

Transport pasiv prin proteine-canal voltaj, ligand i stres dependente
PR potenial de repaus DH deplasarea helixului
DC deschiderea canalului (b)
IS intrarea sodiului (c) C nchiderea canalulu (d)

40.bin

Transport activ simplu i cuplat

42.bin

Exocitoza este procesul prin care celulele transport proteinele i lipidele nou-sintetizate ctre membrana celulara. Transportul proteinelor solubile ce vor fi secretate n mediul extracelular i al componentelor membranei celulare are loc n structuri veziculare (~50 nm n diametru) sau tubulare.

Tipuri

1.neconstitutiv, dependent de Ca2+

2.constitutiv, independent de Ca2+

Exocitoza ce are loc la sinapsele chimice neuronale este dependent de Ca2+ i deservete semnalizarea interneuronal. Exocitoza constitutiv are loc n toate celulele i servete fie la eliberarea unor substane n afara celulei, fie la livrarea ctre membrana celular a unor proteine nou-sintetizate.

Rolurile exocitozei:

-in secreia enzimelor, hormonilor si anticorpilor din celule

-in meninerea i rennoirea membranei celulare

-in eliberarea de neurotransmitatori din presinapsele

neuronale

-in transportul proteinelor membranare integrale

-in reacia acrozomal n timpul fertilizarii ovulului

-in prezentarea anticorpilor n timpul rspunsului imun

-in reciclarea receptorilor membranari

-in comunicarea dintre celule (in cazul sinapsei neuronale, impulsul electric e convertit n informatie chimica (eliberarea/secreia unor neurotransmitori) prin intermediul exocitozei.

Etapele exocitozei:

Proteinele sintetizate n reticulul endoplasmic sunt transportate n carausi veziculari microscopici la aparatul Golgi, unde sufer modificri secundare. La ieirea din aparatul Golgi, proteinele sunt din nou ncorporate n vezicule ce le vor transporta, de-a lungul fibrelor de actina sau tubulina, ctre periferia celulei. ncorporarea n anumite tipuri de vezicule, ale cror membrane au compoziii unice i specifice, depinde de alctuirea i structura proteinei n cauz (care i permite interaciunea cu o complicat mainrie ce coordoneaz aceste procese).

2. Capturarea (veziculelor lng membrana int

Odat ajunse lng membrana int, molecule asociate acesteia interacioneaz cu molecule asociate membranei veziculare, limitnd n acest fel mobilitatea cruilor. Acest ancoraj iniial al veziculelor nu este foarte rigid, el permind micarea pe distane de aproximativ 100 nm, i este facilitat de complexe macromoleculare.

3. Ancorarea veziculelor la membrane

descrie alturarea la distane mai mici de 5-10 nm i interaciunea stabil a unor membrane. Acest proces depinde de un complex numit SNARE,alctuit din molecule alungite, care se asociaz temporar alctuind o structur asemntoare a doi erpi ncolcii unul n jurul celuilalt, astfel fixnd vezicula lng membran.

4. Condiionarea

Condiionarea definete modificrile locale ce preced fuziunea. Este considerat ca fiind caracteristic unor tipuri specializate de exocitoz, cum ar fi secreia sinaptic.

5. Fuziunea

Reprezint unirea celor dou membrane (vezicular i int), fiind finalizat fie prin eliberarea coninutului veziculei (enzime, hormoni, neurotransmitori, toxine) n spaiul extracelular, fie de ncorporarea unor componente ale membranei veziculare (proteine, lipide) n membrana int (de exemplu membrana celular). Ultimul proces e important pentru meninerea compoziiei/dimensiunilor membranei celulare, sau dimpotriv, pentru schimbarea rapid a acestora ca rspuns la semnale exterioare. Mai mult, n acest fel se asigur creterea suprafeei membranei n timpul creterii.

Dup fuziune, componente veziculare sunt reciclate ctre interiorul celulei prin endocitoza

Endocitoza este procesul de internalizare de ctre celule a unor macromolecule, particule sau chiar a altor celule.

Materialul extracelular este nconjurat progresiv de ctre membrana celular care apoi formeaz o invaginaie nspre interiorul celulei i apoi se desprinde, formnd o vezicul endocitic ce conine substana ingerat.

n funcie de mrimea veziculelor se disting dou tipuri de endocitoz:

fagocitoza (ingestia unor particule mari, cum ar fi microorganismele);pinocitoza (ingestia de fluide).

Particulele internalizate sunt transportate n mare parte ctre lizozomi. Membranele internalizate pot fi reciclate ctre membrana celular.

Transcitoza anticorpilor din lumenul intestinal spre lichidul interstitial, prin celula intestinala.