Stocarea energiei metaboliceDesfasurarea reactiilor anabolice si a altor procese celulare consumatoare de energie necesita disponibilitatea acesteia intr-o forma direct utilizabila, usor controlabila si in cantitate suficienta.Aceste criterii sunt indeplinite de energia chimica din asa-numitele legaturi fosfat macroergice (esterice fosfat-fosfat sau fosfat-substrat), din diversi compusi cum sunt creatin-fosfatul si nucleotidele, dar cel mai important compus din aceasta clasa este de departe adenozin-trifosfatul (ATP).Reactiile chimice ce se desfasoara cu consum de energie metabolica (sub forma principala de ATP) sunt catalizate direct de enzime cu activitate ATP-azica sau cuplate indirect cu hidroliza ATP, care furnizeaza astfel energia necesara.

Sinteza ATP se realizeaza prin anumite reactii din catabolismul nutrimentelor, cuplate cu fosforilarea ADP, care poate necesita sau nu prezenta oxigenului. De aici distinctia metabolism aerob / anaerob sau fosforilare de substrat / oxidativa.

Cea mai mare parte a productiei de ATP se realizeaza la nivel mitocondrial, dar contributia acesteia difera in functie de tipul celular; de fapt mai ales de numarul mitocondriilor si incarcarea lor enzimatica, precum si in functie de statusul metabolic si de oxigenare al celulei.

mitocondria = centrala energetic a celulei

energia potenial din nutrimente ATP = energieutilizabil pentru ntreinerea vieii i activitii celuleinumrul & densitatea mitocondriilor variaz:tip celular + status metabolic & de oxigenaremembrana dubl delimiteaz matricea mitocondrial;enzime solubile ce pregtesc nutrimentelecrestele mitocondriale = pliuri ale membranei internece conin proteine transportoare de electroni

In matricea mitocondriala se desfasoara secventa catabolica finala pentru toate nutrimentele, ciclul acizilor tricarboxilici (Krebs), in care este preluat un rest acetil si se elibereaza doua molecule de CO2, cu formarea unei molecule de ATP si reducerea uneia de flavin-adenin-dinucleotid (FAD) si a altor 3 molecule de nicotinamid-adenin-dinucleotid (NAD+).

Coenzimele transportoare de electroni (NAD & FAD) sunt re-oxidate la nivelul membranei mitocondriale interne, in cadrul lantului enzimatic transportor de electroni (respirator).Lantul respirator transfera electronii catre oxigen, cu formare de apa; 4H++O2=2H2O, iar excesul de protoni este eliberat in spatiul intermembranar, mentinand gradientul electrochimic ce asigura functionarea in membrana mitocondriala interna a unei ATP-sintaze; aceasta realizeaza fosforilarea oxidativa.

Coenzima A preia resturi acetil si le introduce in ciclul Krebs. Glucoza este catabolizata pana la piruvat cu producerea neta a 2 molecule de ATP si 2 molecule de NADH, care pot fi reoxidate prin transformarea anaeroba a piruvatului in lactat. Conversia piruvatului in acetil-coenzima A mai produce o molecula de NADH. Glicerolul de provenienta lipidica intra in calea glicolitica. Acizii grasi sunt catabolizati la nivel mitocondrial prin -oxidare, un ciclu de reactii in care intrarea se face prin conversie in acil-coenzima A, cu dubla defosforilare a unei molecule de ATP. Apoi al treilea atom de carbon din lant este hidroxilat si oxidat, cu producerea cate unei molecule de FADH2 si NADH. In final se elibereaza acetil-CoA, iar o alta molecula de CoA reintroduce in ciclu acidul gras rezultat, care este mai scurt cu doi atomi de carbon dect cel initial. Aminoacizii sunt deaminati, iar acizii carboxilici rezultati sunt convertiti la piruvat sau un intermediar din ciclul Krebs.

Reglarea intrinseca permanenta a metabolismului energetic se face prin concentratia de ATP si ADP, alosteric la nivelul etapelor enzimatice limitante de viteza.Exemplul tipic este controlul fosfofructokinazei, care este inhibata de NADH, citrat si ATP si stimulata de ADP.La nivelul fosforilarii oxidative ADP realizeaza si asa-numitul control respirator; scaderea ADP inhiba lantul transportor de electroni datorita gradientului protonic excesiv creat ca urmare a scaderii activitatii ATP-sintazei; in mod normal aceasta permite limitarea permanenta a cresterii gradientului protonic prin calea oferita pentru difuzia retrograda (utilizata ca sursa de energie pentru sinteza ATP).

Calculele stoechiometrice arata urmatoarea productie de molecule de ATP prin catabolizarea completa a unei molecule de nutriment:30 pentru glucoza,124 pentru un acid gras cu 18 atomi de carbon,maximum 12,5 pentru aminoacizi (ciclu Krebs complet).

Organismele unicelulare sunt eucariote sau procariote, dupa cum materialul genetic reprezentat de acidul dezoxiribonucleic (ADN) este sau nu delimitat de o membrana, adica celula prezinta nucleu tipic sau nucleoid. Cu exceptia hematiilor si plachetelor sanguine, anucleate, toate celulele corpului uman prezinta unul sau mai multi nuclei.Nucleul este delimitat de o dubla membrana de tip bistrat fosfolipidic, cu pori de ~100 nm, ce asigura selectia dimensionala a moleculelor permeante. Continutul nuclear (nucleoplasma) cuprinde cromatina, formata din ADN si proteine asociate. In cursul mitozei cromatina se organizeaza in cromozomi.Celulele somatice umane sunt diploide; contin doua seturi de cromozomi, fiecare cuprinzand 22 de cromozomi somatici si cromozomul X sau Y (determina sexul: XX=feminin, XY=masculin).In multe cazuri sunt vizibiil in nucleoplasma nucleoli, formati din ARNr si proteine de tip ribozomal, reprezentand tocmai locul de asamblare a ribozomilor.

Acizii nucleici sunt lanturi polinucleotidice monocatenare (ARN) sau bicatenare (ADN). Nucleotidele din acizii nucleici sunt derivati glicozilati (riboza, respectiv dezoxi-riboza) si mono-fosforilati ai unor baze purinice (adenina, guanina) si pirimidinice (timina, citozina, uracil).

Codul genetic este un limbaj bazat pe trimeri nucleotidici numiti codoni, care functioneaza prin complementaritatea catenelor ADN surori, utilizata in cadrul replicarii ADN (A-T, G-C), precum si al transcriptiei ADN in ARN (A-U, G-C).

Procesele de crestere si reparatie tisulara se bazeaza pe mitoza (diviziunea celulara somatica), in care fiecare din cele doua celule fiice (diploide) primeste cele doua seturi complete de cromozomi.Formarea celulelor reproducatoare (gameti; spermatozoid si ovul) presupune un sir de mitoze si o meioza; diviziune speciala, in care fiecare din celulele fiice, haploide, primeste numai un set de cromozomi; refacerea diploidiei se realizeaza in cursul procesului de fecundare.

Mitoza este posibila prin replicarea intregii cantitati de ADN, pe baza complementaritatii nucleotidelor si cu ajutorul ADN-polimerazei.

Diviziunea propriu-zisa cuprinde patru faze:profaza (individualizarea cromozomilor si disolutia membranei nucleare),metafaza (atasarea cromozomilor la filamentele fusului de diviziune),anafaza (migrarea cromozomilor spre polii celulei),telofaza (formarea noilor nuclei si separarea celulelor fiice; citokineza).

Replicarea (dublarea cantitatii; duplicarea mesajului genetic) se realizeaza in cursul perioadei S din interfaza, ce este incadrata de perioadele de crestere, G1 si G2, in care ADN este utilizat strict pentru transcriptie in ARN, in vederea sintezei proteice.

ARNm este produs prin transcriptia ADN sub actiunea unei ARN polimeraze ADN-dependente. Aceasta determina separarea locala a catenelor ADN dupa legare la nivelul unei regiuni promotoare si catalizeaza legarea nucleotidelor, rezultand transcrierea primara.Acest ARN este procesat post-transcriptional, fiind inlaturate secventele nesemnificative (introni) iar cele ce codifica secventa polipeptidica (exoni) sunt realipite, rezultnd produsul final (ARNm propriu-zis), ce patrunde in citoplasma prin porii nucleari. Ribozomii sunt granule libere in citosol sau atasate reticulului endoplasmic si reprezinta sediul sintezei proteice = translatie. Secventa de aminoacizi din lantul polipeptidic sintetizat este dictata de succesiunea codonilor din ARNm. Alte forme de ARN intra alaturi de proteine in structura ribozomilor (ARNr) sau transfera aminoacizii din citosol la ribozomi (ARNt).

Sinteza proteica = ribozomal = translatiesecventa de codoni din ARNm secventa polipeptidica.

Legarea ARNt pe ARNm la situsul A (aminoacil) din structura ribozomuluiO aminoacil-transferaza alipeste noul aa la secventa peptidica preexistentaatasata de ARNm prin ARNt anterior la situsul P (peptidil) al ribozomuluiO translocaza determina miscarea reciproca a ribozomului si ARNm,cu eliberarea ARNt anterior si citirea unui nou codon.Fiecare aminoacid = un singur codon + un codon special de initiere a sintezei+ trei codoni diferiti de stopare.codoni = semnificatie translationala unica

Mesajul este decodificat cu ajutorul ARNt, fiecare aminoacid fiind adus la ribozom de o asemenea molecula specializata, ce recunoaste codonul din ARNm; prin anticodonul din propria structura.

Diferentierea celulara, deseori si reglarea functionala, se realizeaza prin controlul ratei transcriptiei genice. Aceasta presupune mecanisme complexe, bazate pe principiile stimularii prin substrat si inhibitiei prin produs, deseori folosind gene reglatoare specializate.

Procesarea post-translationala a polipeptidelor cuprinde reactii de fosforilare, glicozilare, proteoliza.

Proteinele sintetizate la nivelul RER ajung n lumenul reticular i sunt procesate & transportate n alte regiuni.

Aparatul Golgi este o formatiune specializata din reticulul endoplasmic, constituita ca un ansamblu de cisterne turtite si mici vezicule (de transfer la un pol si de exocitoza la celalalt), cu rol in procesarea post-translationala a proteinelor secretorii & cu destinatie plasmalemala (glicozilare si impachetare in vezicule de exocitoza) si in circuitul general al proteinelor si lipidelor.

Extremitatile dilatate ale cisternelor se pot detasa formand vezicule libere. Membranele acestor vezicule conin markeri de adresabilitate care fac posibila directionarea si legarea de structura de destinatie.

Lizozomii, formati la nivelul aparatului Golgi, sunt vezicule cu continut bogat de hidrolaze, ce realizeaza procese de digestie intracelulara a materialului de endocitoza (heterofagie) sau a structurilor proprii (autofagie), cea din urma mai ales in cadrul procesului de inlocuire permanenta a proteinelor pentru mentinerea functionalitatii lor. Activitatea lizozomilor are un rol deosebit prin procesele de autodigestie la procesul de renoire (turnover) a constituienilor celulari n mod particular a organitelor celulare a cror activitate este deficitar. n condiiile n care lizozomii i devars enzimele n citosol se produce autodigestia aceasteia, procesul se declaneaz n condiiile n care celula n cauz nu-i mai poate ndeplini rolul n esutul din care face parte.Peroxizomii, similari lizozomilor, conin enzime puternic oxidante care prin intermediul oxigenului inlatura hidrogenul din substrat. Astfel de reactii sunt importante in procesele de detoxifiere a unor produsi endogeni/exogeni.