membrana sistem integrat

8/12/2019 Membrana Sistem Integrat

1/21

Dr. Mircea Leabu Funcionarea membranelor ca sistem integrat

1

FUNCIONAREA MEMBRANEI CA SISTEM INTEGRAT

Complexitatea din organizarea moleculara membranelor nu complic, ci eficientizeazfuncionarea acestor structuri celulare. Ceea ce se complic este calea noastra de a elucidamecanismele prin care membranele i ndeplinesc menirea.

Toate componentele membranare coopereaz n asigurarea funciei acesteia, iar aceastcolaborare asigur o combinatorie larg, ce permite celulei ci dintre cele mai diverse de acomunica ntre ele, sau cu mediul extracelular. Complexitatea molecular a membranelor sersfnge ntr-o complexitate funcionalcare asigur, pe de o parte, investigarea a tot ceea ce seaflmprejurul celulei i, pe de altparte, declanarea rspunsurilor celulare adecvate adaptriisale la mediul nconjurtor. n toat aceast aciune, caracteristicile organizrii moleculare amembranei (eterogenitate, asimetrie, comportament de fluid bidimensional) capto deosebitimportan. Departe de a fi doar o structur sumativ, eterogen, coninnd o multitudine detipuri de lipide/glicolipide i proteine/glicoproteine, membrana celular se constituie ca unsistem biologic ce integreazmarea diversitate de biomolecule exploatnd-o n scopul rezolvrii

problemelor pe care le impune existena celulei i supraveuirea ei n condiiile impuse de mediu.

Aadar, prin toatdiscuia referitoare la funcionarea membranei ca sistem integrat, cunotinelereferitoare la organizarea moleculara acestei structuri vor sta la baza nelegerii fenomenelor.Cum menirea membranei este aceea de a separa, dar a i uni celula cu mediul, acestea implicasigurarea unui schimb de substani/sau informaie cu exteriorul riguros controlate.

Pentru o sistematizare a proceselor vom include ceea ce ine de schimbul de substanedintre celuli mediu ntr-un subcapitol intitulat Transportul membranar, iar ceea ce ine deschimbul de informaie sub titlul Semnalizarea celular. Trebuie subliniat faptul c nrealitate nu se poate face, de fapt, o separaie ntre cele doutipuri de fenomene, ele coexistndi coopernd n realizarea eficient a funciilor membranelor. Mai concret spus, transportulmembranar este dependent (controlat i modulat) de fenomene de semnalizare celular, iarsemnalizarea celularimplicadesea fenomene de transport membranar.

Aadar, nimic din ceea ce se ntmplla nivelul membranei, nu poate fi scos din context,ca de altfel tot ce se ntmpln celul, n ansamblul su. Membrana asigurcelulei informaiilenecesare pentru supravieuire i aciune n funcie de ce se ntmpln jurul su. Astfel, simultancelula primete informaii pe multiple ci, pe care pe prelucreaz i rspunde, innd cont detoate, printr-un comportament adecvat. Aceast capacitate a celulei de a primi i analizainformaii multiple culese prin diverse surse poartdenumirea de diafonie(termenul n englezfolosit pentru a denumi aceste fenomene este cross-talk). Un exemplu de diafonie este cel cedetermin motilitatea celular. Pentru a decide s migreze dintr-un loc n altul n esuturi,celulele utilizeazinformaiile primite prin receptori la factori chemotactici ca i prin integrine acror interaciune cu substratul din matricea extracelular i distribuie membranar lemoduleaz i adapteaz pentru a favoriza complexele procese ce nsoesc micarea celulei.Analiza semnalelor ce vin de la receptori i integrine conduce la declanarea unor reorganizriale citoscheletului (vezi la capitolul Citoschelet) cu efecte asupra morfologiei celulare iforelor necesare deplasrii.

Transportul membranar

n funcie de calea pe care substanele anorganice sau organice, ori unele materialepariculate o urmeaz pentru a ptrunde n interiorul celulei, transportul membranar poate ficlasificat n doucategorii:

1. Transport prin membran, atunci cnd substanele strbat membrana (din exterior spreinterior, sau invers) fie direct printre lipidele bistratului, fie prin structuri specializateorganizate de proteinele transmembranare;


2/21


2

2. Transport cu membran(transport vezicular), atunci cnd substanele sunt introduse n,sau eliminate din celul prin intermediul unor vezicule delimitate de (endo)membranecare se desprind de, sau fuzioneazcu membrana celular.

Transportul prin membraneste specific ionilor i moleculelor mici ( < 10; M < 800Daltoni Da). Transportul cu membranrealizeazschimbul de molecule mari ( > 10; M >

800Da), marcomulecule, respectiv particule. Indiferent de direcia n care are loc schimbul,aceastselectare rmne valabilntre cele doutipuri de transport. De remarcat cparametriireferitori la gabaritul compuilor transportai sunt valori mediate i ar fi absolut valabile pentrustructuri sferice. n realitate, procesul de transport al moleculelor mici prin membrandepinde ide geometria acestora, molecule alungite, care depesc 800Da, putnd fi transportate prin acestemecanisme (spre exemplu prin jonciunile comunicante; vezi acolo).

Transportul prin membranMoleculele mici (n limita de gabarit specificat mai sus) pot strbate membrana

strecurndu-se printre lipidele membranare. Acest lucru este uor de neles dacne gndim calipidele, aezate n bistrat i cu mobiliti de mare diversitate nu organizeaz o structur cu o

compactitate rigid lsnd n permanen spaii de dimensiuni i geometrii variabile. n acestespaii moleculele mici se pot insinua (dacdimensiunile le permit i n felul acesta pot trece mairepede sau mai ncet dintr-o parte n cealalta membranei. Acest tip de trecere se face fr anecesita consum concomitent de energie i este numit transport pasiv. Calea transportului pasiv

printre moleculele lipidelor membranare poate fi urmatde moleculele nepolare, deci hidrofobe(spre exemplu: O2, N2, CO2, NO, CO, benzen i asemntoare), dar i de moleculele polare mici(cu masa molecularsub 100Da; de exemplu: H2O, etanolul, ureea, glicerina). Acest transport,care se desfoarprin trecerea substanelor printre lipidele membranare, este numit i difuziesimpl, sau difuzie pasiv.

Pentru moleculele polare mari (cu greutatea molecularntre 100 i 800Da) ct i pentruioni transportul prin membranse face numai prin proteine membranare organizate n structuri

specifice. Aceste structuri poart denumirea de transportori (pentru molecule polare mari:glucoz, aminoacizi, nucleotide) sau canale ionice (firete pentru ioni: H+, Na+, HCO3-, K+,

Ca2+, Cl-, Mg2+). Transportorii i canalele ionice efectueaztot un transport pasiv (frconsumconcomitent de energie). Transportul pasiv prin transportori sau prin canale ionice se numete idifuzie facilitat. Difuzia facilitatpoate fi transport singularnumit i transport uniport, cndeste transportat o singur entitate chimic (ion sau molecul), sau poate fi transport cuplat,numit i co-transport, cnd sunt transportate simultan (adicntr-un singur ciclu) dousau maimulte entiti chimice (ioni, molecule sau ioni i molecule). Cnd toate componentele sunttransportate n aceiai direcie transportul cuplat este numit transport simport. Dac cel puinuna dintre componentele transportate este purtatn direcie opuscelorlalte, co-transportul estenumit transport antiport.

Ca exemplu de transportor uniport, amintim transportorul de glucoz din membranaeritrocitar(GLUT1) [1]. Este o proteinmultipas cu masa molecular~45kDa, avnd 12 trecerin -helix prin planul membranei, la nivelul crora alturi de aminoacizi hidrofobi gsim i Ser,Thr, Asn i Gln implicate n interaciunea cu molecula de glucoz n timpul procesului detransport. GLUT1 face parte dintr-o familie de transportori de glucozcu 14 membri (GLUT1-14) toi cu cte 12 treceri n -helix prin planul membranei i cu capetele N- i C-terminale nendodomeniu. Transportorii GLUT sunt ntlnii i n membranele altor tipuri de celule animale,nu numai n eritrocite sau n linia hematopoieticeritroid[2-5].

Ca exemplu de transportor simport, merit amintit co-transportorul de sodiu/glucoz(SGLT1) din membrana apical a enterocitelor (celulele absorbante din intestin) [6, 7]. De

remarcat faptul cacest transportor folosete disiparea gradientului de Na

+

, pentru a transportaglucoza din lumenul intestinal n citosolul enterocitelor mpotriva gradientului de concentraie aglucidului. Un asemenea transport mai este numit i transport activ secundar, deoarece se

bazeazpractic pe energia consumatanterior pentru meninerea gradientului de Na+(12mM n


3/21


3

celul, 145mM n exterior). Asta nseamn c glucoza este eficient absorbit din lumenulintestinal ctre spaiul de sub epiteliu de unde este preluat n circulaia sanguin. SGLT1 este

proteintransmembranarmultipas cu 14 treceri n -helix prin planul membranei, dintre caretrecerile 10-14 au fost dovedite ca structurnd calea de trecere a glucozei. Lanul polipeptidic alSGLT1 are 664 de aminoacizi i o masmolecularde ~73kDa. Un ciclu al mecanismului detransport co-transport2 ioni de sodiu i o moleculde glucoz. n membranele latero-bazale

ale enterocitelor se gsete un transportor uniport de glucoz (GLUT2) prin care glucozaintrodusn celulde SGLT1 este transportatn spaiul subepitelial.Ca exemplu de transport antiport, readucem n atenie canalul de schimb anionic HCO3

-

/Cl-din membrana eritrocitar [8, 9], cunoscut sub denumirea simbolicbanda 3 (vezi detalii

structurale la subcapitolul Proteine membranare, seciunea Exemple de proteinemembranare). Schimbul anionic (1:1) poate fi reversat n funcie de concentraiile

bicarbonatului n celul, respectiv mediul extracelular. Proteine similare se ntlnesc i n altetipuri de celule, iar familia acestora poartdenumirea de schimbtori anionici (prescurtat AE, dela termenul englezesc anion exchanger). n celulele noneritroide au fost identificate AE2 i AE3[10, 11].

Un alt antiport prezent n membrana celor mai multe celule excitabile sau secretoare [12],este schimbtorul de Ca2+/Na+, care efectueaz tot un transport activ secundar, eliminnd union Ca2+ prin introducerea a 3 ioni Na+. (De fapt sunt raportate valori diferite de ioni Na+schimbai cu un ion Ca2+, astfel nct mai circumspect ar fi s spunem c stoichiometriaantiportului este mai mult de 2 Na+, pentru 1 Ca2+[13]). Familia de proteine transmembranare cuaceast funcie este notat prescurtat cu NCX (de la Natrium-Calcium eXchanger), fiindidentificate la mamifere trei membri: NCX1, NCX2 i NCX3. NCX1 se afl n aproape toateesuturile, dar este exprimat mai abundent n inim, creier i rinichi [14]. NCX1 are 938aminoacizi (110kDa, mas deductibil din secvena de aminoacizi) i are 9 domeniitransmembranare n -helix [15]. Captul amino terminal al lanului polipeptidic se afl lasuprafaa membranei, aadar NCX1 este protein transmembranar tip I, iar ntre segmentele

transmembranare 5 i 6 se structureazo buclcitosolic(adicpe faa interna membranei) de550 de aminoacizi (mai mult de jumtate din lungimea lanului polipeptidic) esenial pentrureglarea activitii canalului. Activitatea schimbtorului Na+/Ca2+ este dependent deconcentraiile extracelular, respectiv citosolicale cationilor schimbai, dar i de concentraiaH+, a ATP i a fosfoinozitidelor dis-fosforilate [13]. n funcie de potenialul de membrani deconcentraiile de o parte sau de cealalta membranei ale cationilor transportai, schimbul poate fireversat. De remarcat este faptul c, n celula muscular cardiac, unde contribuia de calciucitosolic necesar contraciei se datoreaz~70% eliberrii din reticulul sarcoplasmic, iar ~30%invaiei de calciu extracelular, eliminarea procentelor de Ca2+ venite din afara celulei necesar

procesului de relaxare se face n principal prin NCX i nu prin pompa de calciu sarcolemal(adic pompa de calciu din membrana celulei musculare). n cazul reintroducerii Ca2+ n

reticulul sarcoplasmic, contribuia revine n exclusivitate pompei de calciu din membranareticulului [16]. De regulNCX transportde 10, 15 ori mai mult Ca2+ n afara celulei dect

pompa membranarde calciu [14].Transportul pasiv oricum s-ar desfura, se petrece n sensul de diminuare a gradientului

de concentraie al componentei transportate. De aceea se mai numete i transport disipativ, sautransport entropic, sau transport la vale(de la concentraie mare la concentraie mic). Acest tipde transport se poate desfura pncnd concentraia componentei transportate se egalizeazdecele doupri ale membranei prin care se desfoar.

Asupra canalelor ionice membranare se pot face comentarii suplimentare. Ele nu suntpermanent deschise, iar celula poate controla funcionarea lor. n funcie de mecanismul princare este controlat regimul de deschidere a lor, canalele ionice se pot mpri n trei categorii:

1. Canale ionice controlate (operate) electric (prin voltaj), adic prin modificareapotenialului de membran. Acestea sunt nchise atunci cnd potenialul membranei


4/21


4

este cel normal (adic 50 70mV cu minus pe versantul citosolic). Canalelecontrolate electric se deschid atunci cnd potenialul de repaus al membranei semodific.

2. Canale ionice controlate(operate) chimic(prin liganzi), adicse deschid atunci candleagun compus chimic (ligandul) care schimbconformaia proteinei. Ligandul se

poate lega n ectodomeniul proteinei care sutructureazcanalul (sau a unei subuniti

daca este multimer) fiind ligand extracelular, sau la alte tipuri de canale laendodomeniu (ligand intracelular, sau citosolic).3. Canale ionice controlate mecanic, adic a cror stare deschis/nchis este

dependentde exercitarea unor tensiuni mecanice asupra membranei.

Trebuie menionat c activarea canalelor respect un mecanism ciclic. Acesta asigurinactivarea lor chiar n condiiile care au determinat deschiderea, deoarece pot prezenta trei stri:

- starea nchis, de repaus, n absena stimulului (modificarea potenialului, sau legarealigandului, sau tensiunea mecanic);

- starea deschis, care permite trecerea ionilor, dupapariia stimulului;- starea inactiv, nchis la prezena prelungit a stimulului (conformaie nchis sub

potenial de membranmodificat, alta dect cea nchisde repaus; ocupat de liganddar nchis; nchis n prezena tensiunii mecanice care a determinat deschiderea).

Aceasttrecere ntr-o stare refractara canalelor ionice asigurmeninerea homeostazieiionice intracelulare n condiiile de persistena semnalelor, refacerea potenialului membranar,desprinderea ligandului i, eventual, metabolizarea sa, adic revenirea celulei la starea bazal,adicstarea de neexcitaie.

Dintre cele trei tipuri de canale ionice cele controlate mecanic au fost ultimile descoperitei sunt i cele mai dificil de investigat, ncepnd chiar cu stabilirea faptului csunt controlatemecanic. Dificultile se datoreazurmtoarelo aspecte [17]:

(i) celulele mecanosenzitive nu sunt numeroase n organism i sunt mprtiate printre multealte tipuri celulare, spre deosebire de celulele care conin canale de celelalte tipuri;(ii) numrul de canale controlate mecanic n membranele celulelor mecano-senzitive este de

cteva ordine de mrime mai sczut dect al celor comandate electric sau chimic (deexemplu, eritrocitele 1,2x106 molecule de banda 3, membrana celulelor cu bastonaeconine aproximativ 4x107 molecule de rodopsin, celulele olfactive n jur de 1,7x107receptori olfactivi, n timp ce celulele proase din organul lui Corti au 50 la 100 canalecontrolate mecanic);

(iii)dovedirea proprietilor mecano-senzitive ale eventualilor candidai este dificil cutehnicile clasice.

n ciuda acestor dificulti interesul pentru studiul canalelor controlate mecanic estedeosebit de actual, atta timp ct dorim s cunoatem mecanismele celulare i moleculare alereceptrii, controlrii i reglrii presiunii sanguine, ale senzaiilor tactile, ale percepiei sunetelorgravitaiei i acceleraiei. Din ceea ce se cunoate pn n prezent canalele controlate mecanicsunt mprite n patru tipuri [17]: degenerine/canale epiteliale de sodiu (abreviere DEG/ENaC,de laDEGenerin/EpitelialNatrum Channel), canale receptor tranzient de potenial (prescurtatcanale TRP, de la TransientReceptorPotential), canale de potasiu cu doi pori (notate K2P) icanale mecanosenzitive de conductanmic(abreviat MscS, de laMechanosensitive channel of

Small conductance). O trastur comun a acestor canale controlate mecanic este aceea cgenereazsemnale electrice foarte rapide, cu o latende sub 1ms.

Pentru nelegerea faptului c evenimentele celulare nu se petrec individual ci ntr-opermanentcooperare i completare i ccelulele se comport adecvat situaiilor n care suntpuse numai datorit acestei conlucrri a componentelor lor, inclusiv ale componentelor


5/21


5

mebranare, putem exemplifica prin ceea ce se petrece la nivelul jonciunilor neuro-musculare nmomentul stimulrii celulei musculare pentru contracie. Jonciunea neuro-muscular, numitisinapsneuro-muscular, reprezinto apoziie dintre membrana butonului terminal al unui axoni un microdomeniu al membranei celulei musculare. ntre cele doumembrane aflate n apoziiela nivelul sinapsei, n spaiu numit fant sinaptic, se creeaz un microclimat favorabiltransmiterii de semnale ntre celula nervoasi celula muscular. Ce se ntmplla acest nivel

cnd un semnal nervos ajunge la butonul terminal al axonului? Propagarea semnalului nervos de-a lungul axonului se materializeazprin depolarizarea membranei axonale secvenial de-a lungulacestuia. Cnd semnalul, deci depolarizarea membranei axonale ajunge la butonul terminal, areloc deschiderea unor canale de Ca2+operate electric. Deschiderea acestor canale permite ionilorde calciu din spaiul extracelular (concentraie mare, de ordinul 10-3M) sintre n citosolul de lanivelul butonului axonal (concentraie mic, de ordinul 10-7M). Creterea concentraiei de Ca2+n butonul axonal induce secreia de acetilcolin depozitat n vezicule de secreie la nivelul

butonului axonal n fanta sinaptic. Acetilcolina secretatn fanta sinapticse leagde canalelede sodiu controlate chimic prezente n membrana sinaptic a celulei musculare pe care ledeschide. Ionii Na+ ptrund n celula muscular depolariznd membrana acesteia la nivelul

jonciunii neuro-musculare. Depolarizarea membranei la nivelul sinapsei duce la deschiderea

unor alte canale de Na+ comandate electric, extinznd depolarizarea membranei celuleimusculare. Aceastdepolarizare extinsduce la deschiderea unor canale de Ca2+operate electricdin membrana celulei musculare, ca i a unor canale de calciu din membrana reticululuisarcoplasmic. Ptrunderea Ca2+ (att din exteriorul celulei, ct i din reticulul sarcoplasmic) ncitosolul celulei musculare determincontracia celulei. Relaxarea celulei musculare presupuneeliminarea ionilor de Ca2+ din citosol, prin aciunea unor pompe de Ca2+. Dup transmitereasemnalului, la nivelul fantei sinaptice acetilcolina este fie matabolizatla colini acid acetic,fie reintrodusn vezicule de sectreie, n butonul axonal prin endocitoz. Scderea concentraieide acetilcolin n fanta sinaptic, alturi de relaxarea celulei musculare prin scdereaconcentraiei citosolice de Ca2+asigurreluarea ciclului.

Pn aici am detaliat aspecte legate de transportul n sensul diminurii concentraieicomponentei/componentelor transportate, adictransportul pasiv, sau entropic. Celulele au nsnevoie de transport de molecule mici i/sau ioni i mpotriva gradientelor de concentraieexistente la un moment dat, sau permanent la nivelul membranelor. Pentru rezolvarea acestornevoi, n membrane sunt organizate structuri proteice capabile stransporte molecule mici i ionimpotriva gradientului de concentraie al acestora, prin consum de energie provenit dinscindarea unor molecule macroergice (de regul ATP). Aceste structuri proteice membranare

poart denumirea de pompe. Transportul efectuat de ele se numete transport activ, sautransport anti-entropic, sau transport la deal.

Ca exemplu de transport activ vom aborda pompa de Na+/K+, numiti Na+/K+-ATP-az

1. Pompa este o structurcomplex[18] organizatca un tetramer format din dousubuniti

mari (care formeaz unitatea catalitic i transportoare), i dou subuniti mici (glicoproteice, reglatoare, neimplicate direct n pomparea ionilor, dar necesare pentrumpachetarea conformaional corect a subunitilor n reticulul endoplasmic, n momentul

biosintezei). n unele organe la aceastorganizare se alturo a treia subunitate (un polipeptidfoarte mic, capabil smodeleze afinitatea pentru ionii transportai, i pentru ATP). Toate cele treitipuri de subuniti sunt proteine transmembranare.

Subunitile sunt neglicozilate, au o masmolecular de ~110kDa (1014 1028 deaminoacizi), 10 treceri n -helix prin bistratul lipidic membranar (notate M1 M10) i ambelecapete amino- i carboxi-terminale ale lanului polipeptidic n endodomeniu [18]. Existpatruizoforme de subuniti : 1, care are un lanpolipeptidic format din 1024 aminoacizi, 2, cu

1Pompa de sodiu a fost descoperitn 1950 de chimistul danez Jens Christian Skou, care peste 47 de ani (n 1997) afost distins cu Premiul Nobel n chimie cu urmtoarea motivaie a juriului: "for the first discovery of an ion-transporting enzyme, Na+,K+-ATPase".


6/21


6

1021 aminoacizi, 3, cu doar 1014 aminoacizi i 4, cu cel mai lung lanpolipeptidic, coninnd1028 de aminoacizi [18, 19]. Domeniul extracelular este minor i format din doubucle micintre domeniile transmembranare M1,M2 (cam 12 aminoacizi, responsabilde interaciunea cuouabaina, care inhib activitatea pompei) i M7,M8 (n jur de 39 de aminoacizi). Domeniulcitosolic este abundent format din poriunea N-terminal(primii 90-97 de aminoacizi ai lanului

polipeptidic), o bucl mic ntre domeniile transmembranare M2 i M3 (format din ~143 de

aminoacizi), o buclmare ntre M4 i M5 (coninnd n jur de 439 de aminoacizi i unde se aflacidul aspartic ce se fosforileazn ciclul de activitate a pompei, ca i situl de legare a ATP), altedoubucle semnificativ mai mici ntre M6, M7 (28 de aminoacizi) i M8, M9 (27 de aminoacizi)i captul C-terminal mic (format din ultimii 21 de aminoacizi ai lanului polipeptidic) [20].

Subunitatea este glicoproteintransmembranarunipas, tip II cu un endodomeniu micformat dintr-o proiune scurt a captului N-terminal i un ectodomeniu mare format din maimult de jumtate din lanul polipeptidic cu captul C-terminal. Existtrei izoforme de subuniti: 1 care are 304 de aminoacizi i trei situri de posibilN-glicozilare, b2 cu 290 de aminoacizin structuri 4 la 9 situri de glicozilare, depinznd de secie (4 la pasre, 7 la obolan, 8 la om, 9la oarece) i 3 avnd 279 de aminoacizi [18]. Nu se cunoate dactoate aceste posibile situride glicozilare sunt utilizate ca atare, dar toate izoformele sunt, cu certitudine, mai puternic saumai slab glicozilate. Dei inhibarea glicozilrii cu tunicamicinnu blocheazactivitatea pompeii nici sensibilitatea acesteia la ouabain este dovedit, pentru subunitile neglicozilate,afectarea echilibrului de asamblare . Aceste rezultate experimentale sugereaz rolulsubunitii n corecta mpachetare a subunitii a n timpul biosintezei, la nivelul reticululuiendoplasmic i fromarea eficienta complexelor proteice ale pompei [18]. O altcaracteristicstructuralimportanta subunitii este aceea de a forma trei puni disulfidice n ectodomeniu.La obolan aceste puni, ce asigur mpachetarea corect a subunitii 1, se formeaz ntreCys125-Cys148, Cys158-Cys174 i Cys212-Cys275. Chiar dac poziiile relative ale cisteinelorimplicate n formarea punilor nu sunt conservate la izoformele 2 sau 3, punile sunt prezente,ceea ce sugereazimportana lor pentru formarea unei structuri corecte, funcionale. Desfacerea

celor trei puni disulfidice cu ageni reductori duce la pierderea funciei pompei, iar o singurmutaie punctiformcare eliminnumai una dintre cisteinele n discuie mpiedicasamblareacorecta heteromerilor [21].

Subunitatea este o protein transmembranar unipas tip I i au fost identificate 7izoforme, cu mase moleculare ntre 8 i 14kDa [18, 22]. Toate aceste izoforme au fost dovedite ase asocia cu pompele de Na+/K+ [22] modulnd activitatea acestora, se exprim n special lanivelul rinichiului avnd rol i n adaptarea, respectiv supravieuirea celulelor n condiiihipertone [25].

Referitor la asamblarea complexelor proteice ale Na+,K+-ATPazei se cunoate csubunitile au domeniul transmembranar n apropierea celor M7 i M10 ale subunitii i cinteracioneaz cu bucla dintre M7 i M8 a ectodomeniului subunitii catalitice [22]. Ct

privete asamblarea n complex a subunitii , domeniul transmembranar al acesteia selocalizeaz ntr-un an dintre M2, M6 i M9 al subunitii , cu subunitatea la nivelulectodomeniului i cu endodomeniul subunitii la nivelul buclelor dintre M6/M7 i M8/M9[22-24]. Toate aceste interaciuni ce sunt nuanate prin asocierile diferite dintre cele 4 izoformede subuniti , trei izoforme de subuniti i apte izoforme de subuniti asigurmodulride mare finee ale funciei pompei n diverse tipuri celulare [18, 22].

Ce se cunoate asupra mecanismului de aciune al Na+,K+-ATPazei? Ciclul de pompareare 7 etape i duce la expulzarea a 3 ioni de Na+i introducerea a 2 ioni de K+n celul, pe bazaunor modificri de conformaie ntre dou forme: E1 cu acidul aspartic din situl cataliticnefosforilat i E2 cu acidul aspartic fosforilat [26]. Etape ciclului de pompare sunt:

1. Legarea a trei ioni Na+pe versantul citosolic (endodomeniul) subunitii a pompei;2. Legarea ATP pe endodomeniul subunitii ;


7/21


7

3. Fosforilarea unui radical aspartat prin scindarea ATP la ADP (consumul energetic necesaractivitii pompei) i schimbarea conformaiei proteinei care duce la expunerea celor treiioni Na+pe ectodomeniul subunitii ;

4. Disocierea i expulzarea n exterior a ionilor Na+i legarea pe ectodomeniul subunitii adoi ioni de K+;

5. Hidrolizarea aspartilfosfatului i schimbarea conformaiei subunitii ;6. Internalizarea i expunerea ionilor K+pe endodomeniul subunitii ;7. Disocierea ionilor K+i eliberarea lor n citosol cu nchiderea unui ciclu de pompare.

Pompa de Na+/K+este electrogenic, adicprin eliminarea a 3 ioni de Na+i introducereaa numai 2 ioni K+, contribuie la realizarea i/sau meninerea potenialului membranar. Sentlnete n membranele tuturor celulelor animale. Importana prezenei i activitii sale poatefi probati de faptul cadesea ea consumjumtate din cantitatea celularde ATP. Inhibareaactivitii ei prin ouabain, duce la incapacitatea celularde a-i menine echilibrul Na+/K+, cuafectarea potenialului membranar i complicaii asupra fiziologiei celulare ce rezultdin asta.

Pompa discutatmai sus face parte din tipul P de ATPaze, alturi de pompa protonic(H+-ATPaz), pompa H+/K+(H+,K+-ATPaz) i de pompa de calciu (Ca2+-ATPaz). P-ATPazele

au aceeai structurcatalitici mecanisme asemntoare celui descris pentru pompa de Na+/K+.La nivelul endomembranelor a fost evideniat i tipul V de ATPaze (ATPaze de tip

vacuolar) care pompeazprotoni n endosomi sau lizosomi. Organizarea acestora este mult maielaborat, avnd nevoie de cel puin 11 subuniti ca si ndeplineascfuncia, ceea ce duce laformarea unor complexe proteice de ~1000kDa [27].

n sfrit, menionm cla nivelul celulelor eucariote mai existtipul F de ATPaze, caresintetizeaz ATP folosind energia rezultatt din disiparea unui gradient protonic existent lanivelul membranei n care sunt organizate i tipul E de ATPazecare sunt enzime ale suprafeeicelulare cu rol n hidroliza diverilor nucleozidtrifosfai (inclusiv ATP) extracelulari, cu rol ndiferite fenomene de semnalizare i nu n transportul activ. V-ATPazele i F-ATPazele ausimilitudini de organizare (complexe proteice cu numr mare de subuniti) i reprezint, pe baza

mecanismului de funcionare, ceea ce numim motoare moleculare [27, 28].Pentru completarea imaginii cooperrilor dintre diversitatea de componente funcionale

ale membranei celulare revenim la prezentarea unor fenomene care se completeaz reciproc ninteresul bunei funcionri a celulei, exemplificnd colaborarea dintre diveri transportori lanivelul celulelor absorbante intestinale, enterocitele. Enterocitele sunt celulele responsabile de

preluarea din hrana digerat a compuilor biochimici utili rezultai, ntre alii glucoza.Enterocitele sunt celule polarizate, adic celule ale cror membrane au organizare molecular(cel puin ca tipuri de proteine) diferitla nivelul lumenului intestinal (pol apical, unde suprafaamembranei este mult sporit prin structurarea unor digitaii numite microvili) fa de zoneledinspre esuturi (pol latero-bazal). La nivelul membranei apicale se afl transportorul simportSGLT1, care introduce glucoza n citosolul enterocitului, alturi de 2 ioni Na+prin mecanismulde transport activ secundar, prezentat mai sus. Acest proces de transport are o parte bun(preluarea glucozei i Na+din alimente), dar i una periculoas(introducerea de Na+n exces ncitosolul enterocitelor cu afectarea potenialului membranar). Glucoza este mai departe expulzatn spaiul subepitelial de transportorul uniport GLUT2 aflat n membrana latero-bazal, pentru afi preluat de circulaia sanguin i transportat acolo unde organismul are nevoie de ea. Deexcesul de Na+se ocuppompa de Na+/K+aflattot n membrana latero-bazala enterocitului,care eliminnd 3 ioni de Na+ din i introducnd 2 ioni K+ n enterocit asigur meninereahomeostaziei ionice intracelulare a acestuia i potenialul membranar n limite normale. Prinaceste cooperri ale transportorilor din membranele apical, respectiv latero-bazal aleenterocitului se asigur prelularea glucozei din intestin chiar mpotriva gradientului de

concentraie, ceea ce conduce la creterea concentraiei de glucoz n citosolul enterocitului,cretere care asigurfuncionarea transportorului pasiv GLUT2, deoarece concentraia glucozein interstiiul peretelui intestinal este mai mic dect n enterocit, dar asigur i meninerea


8/21


8

homeostaziei Na+n enterocit deoarece ceea ce introduce simportul SGLT1 este compensat deexpulzarea efectuatde pompa Na+/K+.

ncheiem discuiile referitoare la transportul prin membran, amintind de o clas detransportori cu deosebitsemnificaie fiziologici, mai larg, medical, transportorii ABC(cuABC de laATP-Binding Casette). Semnificaia fiziologici medicala lor reziddin faptul caceti transportori induc rezisten multipl la medicamente (multidrug-resistance) fiind

capabili s elimine medicamentele din celul. Se gsesc att la procariote ct i la eucariotepermind primelor adaptare i rezisten la antibiotice, iar celulelor canceroase rezistena latratamente [29, 30]. Transportorii ABC sunt de o mare diversitate i au capacitatea de atransporta a more diversitate de substane plecnd de la ioni, glucide, aminoacizi, vitamine,lipide, antibiotice i medicamente (inclusiv xenobiotice) i ajungnd pn la oligozaharide,oligopeptide, sau chiar proteine de mas molecular mare [29-33]. n ciuda acestei maridiversiti de tipuri se pstreaz cteva reguli n organizarea acestor structuri proteicetransmembranare. n funcie de modul n care sunt respectate aceste reguli transportorii ABC se

pot mpri n: (i) sisteme importatoare mici, la care fiecare element de organizare structuraleste asigurat de un alt polipeptid; (ii)sisteme importatoare mari, la care organizarea implicdousubuniti proteice identice (homodimeri), sau diferite (heterodimeri); (iii)sisteme exportatoare

organizate ca dimeri (numite i hemi-transporteri, half-transporter n englez), sau monomeri(numite i transportori ntregi, full-lenght transporter) [29, 30]. La om sunt identificate aproape50 de tipuri de transportori ABC [33].

n ncercarea de a nelege cum funcioneaztransportorii ABC srevenim la modul cumsunt ei structurai. Toate cele trei tipuri de sisteme de transportori ABC con in domeniitransmembranare (notate abreviat cu TMD, de la TransMembrane Domains) care realizeazcanalul prin care trece substana transportat i domenii de legare a nucleotidelor (abreviat

NBD, de la Nucleo-tide-BindingDomains), pe faa citosolica membranei, cu rol n legarea ihidrolizarea catalitic a ATP. Alturi de aceste domenii sistemele importatoare mai conindomenii de legare a soluilortransportai (abreviat SBD, de laSolute-BindingDomains), pe faaexterna membranei, cu rol n preluarea i transferarea substanei transportate ctre TMD [29].Complexele proteice funcionale conin dou TMD miez, a cror asociere sub forma unui Vrsturnat (adic avnd deschiderea ctre citosol) determin formarea canalului de transport asolutului i douNBD care leagdoumolecule de ATP i le poziioneazantiparalel [29, 30].De regul sistemele importatoare mici au fiecare dintre domeniile menionate formate din

polipeptide independente ce se asociatca homodimeri sau heterodomeri conducnd la formareacomplexului funcional [29, 30]. Sistemele importatoare mari i sistemele exportatoare suntformate fie din dou subuniti (formnd complexe homo- sau hetero-dimere la hemi-transportori), fie dintr-o singurprotein(la transportorii ntregi). La hemi-transportori cele dousubuniti structureaz pe baza aceluiai lan polipeptidic att un TMD ct i un NBD, iar latransportorii ntregi se structureazn prima jumtate a lanului polipeptidic un TMD i un NBD,

iar n cea de-a doua jumtate a lanului a doua pereche TMD, NBD. TMD miez respectregulaorganizrii cu 6 segmente transmembranare n -helix, dei exist i sisteme care au TMDformat din numai 5 segmente transmembranare, sau altele care au 10 segmente transmembranare

pentru fiecare TMD [29]. La transportorii cu mai mult de 6 segmente transmembranare pe TMDexistdovezi experimentale care sugereazrolul acestora n reglarea i modularea funciei.

Cum funcioneaz aceste complexe transmembranare n transport? Mecanismul deaciune presupune modificri ciclice ale conformaiei i poziiei relative a celor dou TMDdatorate hidrolizei ATP legat la nivelul NBD [29, 30]. Etapele ciclului de transport pentrusistemele importatoare sunt:

1. Legarea i acostarea la nivelul complexului transportor a solutului, prin SBD;2. Legarea ATP la NBD i adoptarea con-formaiei acestor domenii care splaseze n poziie

antiparalelcele doumole-cule de nucleotid;3. Modificarea poziiei TMD i inversarea deschiderii V ctre suprafaa membranei, datorit

interaciunilor de la nivelul NBD ocupate de ATP;


9/21


9

4. Avansarea solutului n profunzimea deschiderii V a celor douTMD;5. Hidrolizarea ATP cu eliberarea de pe NBD a ADP rezultat i inversarea deschiderii V a

TMD cu eliberarea solutului n citosol, ceea ce readuce conformaia complexului la ceainiial, capabilsintre ntr-un ciclu nou.

Pentru ciclul de aciune a sistemelor exportatoare, numrul de etape este mai mic:1. Intrarea solutului n adncitura V a TMD;2. Legarea ATP la NBD i interaciunea dintre cele douNBD pentru aezarea antiparalela

moleculelor de nucleotid;3. Modificarea poziiei TMD cu inversarea deschiderii V i eliberarea solutului n spaiul

extracelular;4. Hidroliza ATP i inversarea deschiderii V, cu formarea conformaiei iniiale a complexului

transportor.

n cele mai bine de trei decenii de cnd au fost identificai, transportorii ABC aureprezentat structuri membranare pentru al cror interes tiinific a fost n permanentcretere.Suntem departe de a cunoate suficiente detalii legate de funcionarea acestora, care s ne

permitsi exploatm eficient n medicin. Transportorii ABC rmn mai departe structuri alemembranei celulare de mare i acut interes pentru ceea ce numim medicintranslaional, adicacele cercetri din bio-medicin care s duc la o ct mai eficient aplicare a rezultatelor nclinic.

Transportul cu membranTransportul cu membraneste dependent de capacitate unor microdomenii membranare

de a se invagina sub forma unor vezicule, urmatde desprinderea (fisionarea) lor i introducereasubstanelor captate n volumul veziculei n celul, sau este dependent de capacitateaendomembranelor veziculelor de secreie de a fuziona cu membrana celular i eliberarea nspaiul extracelular a substanelor din interior. Transportul cu membran permite celulelor sfacschimb de substancu exteriorul, ca i transportul prin membrandetaliat n subcapitolulanterior, dar folosid mecanisme diferite, care implic microdomenii membranare (poriuni demembran ce solidarizeaz structural i funcional anumite lipide/glicolipide i anumite

proteine/glicoproteine) i nu doar proteine ale acestora.n funcie de direcia n care se efectueaz, transportul cu membran se mparte n trei

tipuri:

1. Endocitoz, atunci cnd componentele transportate sunt preluate din exterior iintroduse n celul;

2. Exocitoz, prin care se elimincomponente din interiorul celulelor n afara ei;3. Transcitoz, care este specific celulelor epiteliale ce structureaz epitelii

unistratificate i presupune preluarea de substane din exteriorul celulei pe unul dinversantele epiteliului (la polul apical, adicdin lumenul delimitat de epiteliu, sau la

polul latero-bazal, adicdin spaiul interstiial subepitelial), transportarea lor dintr-oparte n celalta celulei epiteliale i eliminarea substanelor astfel transportate trans-epitelial n exteriorul celulei pe celalalt versant al epiteliului.

La rndul ei, endocitoza se mparte n dou categorii, funcie de caracteristicilematerialelor preluate de celul. Atunci cnd sunt endocitate materiale particulate (de exemplu

bacterii, fragmente celulare, virusuri) procesul este denumit fagocitoz. Cnd sunt endocitatesubstane solubilizate fenomenul poartdenumirea depinocitoz. Diferena ntre cele doutipuride endcitoznu constnumai n tipul de material transportat n celulci i n mecanismul princare acestea se desfoar.


10/21


10

Fagocitoza a fost descrisde mai bine de un secol de Ilia Ilich Mechnikov2n 1882, iardenumirea ei a aprut pentru prima dat ntr-un articol al acestuia din 1884. O scurt istorie aevoluiei cunotinelor despre fagocitoz este prezentat ntr-un recent articol de sintez [34].Fagocitoza presupune extinderea de pseudopode (prelungiri citoplas-matice delimitate dedomenii de membranale cror dinamiceste controlatde rearanjri ale citoscheletului actinic)de-a lungul particulei care urmeazsfie endo-citat. n acest proces rolul filamentelor de actin

este acela de a antrena, din interiorul celulei, membrana pentru formarea prelungi-rilor. Lanivelul membranei sunt implicai receptorii fagoci-totici care se ataazde componente de pesuprafaa particulei care urmeaz a fi endo-citate, componente care se numesc opsonine. Deregul aceste componente sunt anticorpi care recunosc proteine ale suprafeei structuriifagocitate. Aceast decorare a particulelor fagocitate cu anticorpi poart denumirea deopsonizare. n momentul n care particula fagocitat este complet mbrcat de prelunigirilecelulei care fogociteaz, membra-na fuzioneaz i particula este inclus ntr-o vacuol, ninteriorul citoplasmei celulei fagocitante. Vacuola poartdenumirea de endosom, n general, saufagosom n cazul particular al fagocitozei. Fagosomul fuzio-neaz ulterior cu lizosomul, iarcomponenta fagocitateste digerat.

Fagocitoza este un fenomen specific unor anumite tipuri de celule din organism cum sunt

macrofagele, dar i plimorfo-nuclearelor, numite i microfage. De menionat c la moarteaprogramat, corpii apoptotici care se formeazdeclanazprocesul fagocitotic la celulele din jur,frca acestea sfie neaprat macrofage profesio-niste, ducnd la o curare a esutului fra se

produce inflamaii [35, 36].Pinocitoza este mai divers din punctul de vedere al mecanismelor prin care se

realizeaz. De aceea se definesc mai multe tipuri de pinocitoz, pe baza acestor mecanisme.O prim formeste pinocitoza constitutiv. Aceasta presupune preluarea n vezicule de

endocitoz a unor volume de lichid extracelular, cu tot ce conine acesta solubilizat, printr-unproces ce se desfoar de la sine, continuu, asemenea unui act reflex, cum ar fi respiraiaorganismului. Evident, printr-un asemenea proces, cantitile de substane endocitate sunt

proporionale cu concentraiile n acre acestea se afl n mediul extracelular. Referitor laintensitatea cu care se desfoarpinocitoza constitutiv, putem sgndim caceasta poate fimodulat de celul n conformitate cu nevoile ei concrete, fr a exista n momentul de fadovezi experimentale n aceasta direcie i fr s se schimbe caracterul ei constitutiv, dacacestmodulare a frecvenei s-ar ntmpla.

O a doua form este pinocitoza mediat de receptori, numit mai uzual endocitozmediatde receptori. Termenul a fost introdus n 1976 de Joseph L. Goldstein i Michael S.Brown3 preocupai de metabo-lizarea LDL i rolul acestuia n controlul i modulareacolesterolemiei i ateroscleroz [37]. Ei au descis preluarea LDL prin endocitoz mediat derepeptor de ctre fibroblaste [38, 39]. Prin acest proces sunt internalizate de ctre celulproteine(liganzi) care mai nti sunt recunoscute i legate de receptori specifici de pe suprafaa celulei.

Dup ce receptorul interacioneaz cu ligandul, complexele receptor-ligand sunt adunate nadncituri ale membranei tapetate pe versantul membranar intern cu un complex de endoproteinea crui component de baz este clatrina [40]. Aceste microdomenii adncite ale membraneinvelite cu clatrinsunt denumite structuri cu nveli(n englez, coated pits). Pe msurcecomplexele receptor-ligand se aglomereaz n microdomeniul corespunztor al membranei, iarnveliul de clatrinse formeazadncitura membranei crete pnla definitivarea formei salesferice i desprinderea de membrana la nivelul creia s-a format, sub forma unei vezicule cunveli. Rolul clatrinei este acela de a controla adncirea microdomeniului membranar caredevine structur cu nveli i formarea veziculei cu nveli. Acest rol are la baz capacitateaclatrinei de a se asambla n trimeri numii trischelioni [41], care mai departe pot forma ochiuri

2Ilya Ilyich Mechnikov este laureat al Premiului Nobel n fiziologie sau medicin n 1908, premuil fiind mprit cuPaul Erlich. Motivaia juriului a fost: in recognition of their work on immunity.3Joseph L. Goldstein i Michael S. Brown sunt laureai ai Premiului Nobel pentru fiziologie sau medicinn 1985,iar motivaia juriului a fost: for their discoveries concerning the regulation of cholesterol metabolism


11/21


11

hexagonale i pentagonale ntr-o geometrie asemntoare peticelor mingii de fotbal, care duc laformarea veziculei. Trimerizarea clatrinei la trischelioni i nreelarea acestora se realizeazprin

participarea unor molecule proteice ajuttoare, numite proteine adaptor, prescurtat AP (de lanumele englezescAdaptorProtein). nveliul de clatrinal veziculelor de endocitoza mediatdereceptor se dezasambleazimediat dupdesprinderea veziculei de membrana celulardevenindendosom. Endosomul se transformadesea n lizosom prin fuzionarea cu organitul preexistent n

celul. Analiznd dinamica procesului de endocitozmediatde receptori, deducem cacest tipde transport cu membraneste unul concentrativ, ceea ce o deosebete de pinocitoza constitutiv.Ligandul este introdus n celulla o concentraie mai mare dect cea n care el se afln mediu.Aceastcaracteristicse datoreazfaptului c, nainte de a fi endocitat, ligandul este acumulat iconcentrat la nivelul structurii de nveliprin complexele receptor-ligand. Endocitoza mediatdereceptori a fost descrispentru unele lipoproteine plasmatice, pentru transferin, sau pentru uniifactori de cretere.

Relativ recent a fost evideniati o a treia formde pinocitoz, tot mediatde receptori,dar pentru molecule mici. Acest proces de transport membranar a fost denumitpotocitoz(de latermenii greceti a bea + ky vas, recipient, celul+ suffix pentru process,fenomen). Ca i pinocitoza constitutiv, potocitoza se efec-tueazprin intermediul caveolelor.

Potocitoza a fost evideniatpentru prima datpentru acidul folic i denumitastfel n 1992 deRichard G. W. Anderson [42, 43]. Procesul de potocitoz, duplegarea moleculelor mici, astfeltransportate, de receptori (ectoproteine cu ancorglicofosfatifdilinozitolic[44]) i seches-trarealor n caveole, permite trecerea acestora direct n citoplasmprin anumite canale din membranacaveolar. Aceste canale se deschid n momentul n care caveolele i nchid comunicarea cuexteriorul. n momentul de faAnderson i ali cercettori care studi-az funciile caveolelorncearcsextindprocesul de potocitozla toate fenomenele de transport care sunt efectuate decaveole prin evitarea cii ctre lizosom [45].

Existn prezent o preocupare susinutpentru nelegerea la nivel molecular a diverselorforme de pinocitozceea ce a condus la o clasificare a lor n endocitozdependentde clatrini endocitoz inde-pendent de clatrin (ceea ce nseamn o difereniere la nivelulmecanismelor ce erau incluse n pinocitoza constitutiv) [46, 47]. La rndul ei endocitozaindependent de clatrin poate fi endocitoz dependent de caveolin, sau endocitozindependentde caveolin, dar dependentde alte tipuri de proteine care sasigure invaginareai fisiunea vesiculelor cu desprinderea lor de membran. Dacmajoritatea tipurilor de endocitozsunt efectuate de structuri veziculare, au fost evideniate procese de endocitoz ce implicinvaginri membranare sub forma de structuri tubulare [46, 47].

Departe de a fi pentru celul doar o cale de a prelua materie din spaiu extracelular,endocitoza este un fenomen care permite celulei s controleze funciile membranei, prinmodularea componentelor acesteia [48, 49]. Prin endocitoz, celula poate ascunde componenteale organizrii membranei permind reciclarea acestora n funcie de nevoile celulei, sau le

poate elimina temporar degradndu-le, pentru a le biosintetiza din nou i expune la suprafaacelulei atunci cnd este cazul [50]. Aa se ntmpl cu o mare parte dintre componenteleimplicate n semnalizarea celular (vezi mai jos) iar aceast realitate este un alt exemplu decooperare ntre fenomenele ce definesc cele dou mai roluri ale membranei: schimbul desubstan(transportulmembranar) i schimbul de informaie (semna-lizarea celular). Endosomiicare se formeazdupdesprinderea de membrana structurilor de endocitozasigursortri alecomponen-telor endocitate i chiar sunt implicai n continuarea proceselor de semnalizare [51].

ExocitozaProcesul prin care celula eliminsubstane produse n diverse procese celulare (inclusiv

biosinteze de compui destinai secreiei) i acumulate temporar n structuri delimitate deendomembrane numite vezicule sau vacuole de secreie poartnumele de exocitoz. Din punctde vedere al mecanismelor prin care este controlat, exocitoza poate fi constitutiv, sau semna-lizat. Aceasta nseamncunele produse destinate secreiei sunt eliminate din celulpe msurce se formeaz veziculele secretorii i acestea ajung la membrana celular unde are loc


12/21


12

fuzionarea i secreia, n procesele constitutive. Pe de altparte, anumite componente produse ncelulsunt acumulate i stocate n zone juxtamembranare pncnd celula primete un semnalcare comanda secreia lor. Aceast exocitoz semnalizat este dependent de cretereaconcentraiei de Ca2+ din citoplasm n zona de stocare a veziculelor de secreie [52].Mecanismul exo-citozei presupune urmtoarele etape [53, 54]:

1. Transportul veziculelor(n englezvesicle trafficking) de secreie din locul de formaren locul de stocare din apropierea membranei din zona de secreie. Acest transport esteefectuat de aa-numitele motoare moleculare (izoforme de miozinpentru transportul pecalea filamentelor de actin, sau dynein ori kinesin pentru transportul pe caleamicrotubulilor);

2. Ancorarea veziculelor (n englez vesicle tethering) prin factori de ancorare de naturrpoteicla o distande ~25nm de membrana celular;

3. Acostarea veziculelor(n englezvesicle docking) la membrana celular, adicaducereaacestora la o distan de 5 10nm (ct grosimea unei membrane) ntre cele doumembrane: celular, respectiv vezicular;

4. Iniierea vezicular(n englezvesicle priming) care presupune o serie de evenimentelegate de rearanjrile dependente de ATP i de Ca

2+

ale proteinelor i lipidelor membraneiveziculare, rearanjri necesare efecturii ultimei etape. (n exocitoza constitutiv aceastetapnu exist);

5. Fuzionarea veziculelor [55] cu membrana celular i expulzarea produilor de secreie.Fuzionarea este realizat de nite proteine numite abreviat SNARE (de la Soluble N-ethylmaleimide-sensitive Attachment protein REceptor) care sunt v-SNARE (nmembrana veziculelor) i t-SNARE (n membrana int, cu t de la englezescul target =int). Se pare c fuzionarea (cel puin n unele tipuri de celule) se face la nivelul unorstructuri preexistente n membrana intcare favorizeazdeschiderea veziculelor i au fostdenumiteporosomi [56, 57].

Transcitozadei privitsimplist ar prea o nsumare a endocitozei i exocitozei, lucrurile nu sunt aa.Transcitoza este un proces al crui mecanism, chiar dacneelucidat n momentul de fa, estedeparte de a nsemna o endocitozurmatde o exocitoz. Termenul a fost introdus de NicolaeSimionescu n 1979 [58] privitor la trecerea prin celulele endoteliale de macromolecule dinspre

plasm ctre esut i invers, prin structuri delimitate de membrane, numite la nceput, pentrucelulele endoteliale vezicule plasmalemale, ulterior fiind numite caveole n cazul tuturor tipurilorcelulare. Transcitoza este un proces specific celulelor epiteliale ale epiteliilor simple (monostra-tificate). Celulele endoteliale de la nivelul capilarelor sunt exemplul clasic de celule careefectueaz transcitoz. Procesul se petrece ns i la nivelul altor epitelii cum ar fi epiteliulabsorbant intestinal. Hepatocitele efectueazi ele transcitozpentru dimeri de IgA de la polul

sanguin la polul biliar. IgA astfel eliminat n bil ajunge n tubul digestiv unde au loc primeactiviti de aprare imun legate de alimentaie. Exemplul transportului trans-hepatocit aldimerilor de IgA reprezintduptoate evidenele o transcitozmediatde receptor [59].De altfel transportul prin transcitozal unor polimeri imunoglobulinici pare a fi o proprie-tate atuturor epiteliilor simple ce cptuesc organe cavitare, cu rol n iniierea aprrii imune ncdinaceste spaii echivalente topologic cu exteriorul organismului. Spre exemplu, acest tip detranscitoza fost dovedit i pentru epiteliul uterin [60].

Celor interesai de noutile referitoare la transcitozsub aspectul diversitii epiteliilor lanivelul crora se petrece i asupra mecanis-melor prin care se produce, recomandm cel mairecent articol de sintez scris de Pamela Tuma i Ann Hubard, de la John Hopkins University,Baltimore [61]. n acest articol se va vedea c, dei transcitoza a fost definitca proces specific

celulelor epiteliale simple, ea se petrece i n sisteme neepiteliale.


13/21


13

Semnalizarea celular

Semnalizarea celular, care mai general s-ar putea denumi semnalizarea intercelularreprezintmodalitatea esenialprin care celulele pot comunica ntre ele indiferent de distana lacare se afl. Aadar, semnalizarea celularpresupune, de regul, cooperarea ntre doucelule;una care trimite semnalul, celaltcare l recepteaz. n funcie de distana la care se aflcelulele

care semnalizeazntre ele, cile de semnalizare se mpart n:

- endocrine, atunci cnd celulele se aflla distan, iar molecula semnal trebuie sfietransportatde umorile organismului (de regulde snge);

- paracrine, atunci cnd celulele se afln imediata vecintate;- autocrine, atunci cnd semnalul este transmis i receptat de aceeai celul;- juxtacrine, cnd celulele sunt joncionate.

Pentru primele trei ci semnalizarea se face prin molecule secretate de celula semnalizatoare.Acestea trebuie sse deplaseze prin spaiile intercelulare pentru a ajunge la int, alte celule (n

primele doucazuri), sau aceeai celulpentru semnalizarea autocrin. Semnalizarea juxtacrin

presupune interaciunea unor molecule din structura membranelor celor dou celule(semanlizatoare, respectiv int).Oricare ar fi tipul de cale de semnalizare, la iniierea fenomenului particip dou

componente: (i) molecula semnal, numit i ligand (secretat, sau expus la suprafaamembranei de celula semnalizatoare) i (ii)receptorulde la nivelul celulei receptoare.

Ca urmare a interaciunii receptorului cu ligandul, deci ca urmare a receptrii unuisemnal, celula int declanaz unele procese celulare ce se constituie ca rspuns la semnalulreceptat. Rspunsurile celulare sunt de o mare diversitate. Aceastmare diversitate de rspunsuriare la baz diversitatea de molecule semnal. Exist sute de molecule semnal, care pot afectacelulele. Cum simultan pot s se exercite diverse semnale (diverse molecule semnal receptatesimultan de aceeai celul) rezultccelulele pot rspunde la milioane de combinaii posibile.

Cum capacitatea unei celule de a recepta un semanl este dependent de prezena receptoruluicorespunztor la nivelul celulei, rezultcdiversitatea rspunsurilor celulare este dependentide setul de receptori disponibili. Dar tipul de rspuns pe care celula l creeazeste dependent ide setul de proteine efectoare, adic acele proteine care preiau semnalul de la receptor icontribuie la desfurarea proceselor intracelulare care constituie rspunsul. Acesta este motivul

pentru care acelai stimul (aceeai moleculsemnal) poate duce la rspunsuri diferite n tipuridiferite de celule. De exemplu, acetilcolina determincontracia la nivelul celulelor muscularestriate scheletale, dar conduce la relaxarea muchiului cardiac, pe cnd n celulele secretoare alemucoasei gastrice sau din medulosuprarenalduce la declanarea secreiei.

Oricare ar fi combinaia de semnale care acioneazasupra unei celule la un moment dat,rspunsul celular va determina unul dintre trei efecte posibile:

(iv) supravieuirea, care reprezintefectul cel mai des ntlnit;(v) proliferarea, este declanatla anumite combinaii de semnale ce apar atunci cnd

este nevoie de sporirea populaiei celulare ntr-o anume zona unui esut (ine decapacitatea organismului de a-i menine homeostazia celular);

(vi) moartea celular programat (apoptoza), apare n lipsa oricrui semnal, sau nprezena unor semnale specifice.

Indiferent de rspunsul celular pe care l determin, putem defini patru etape aleprocesului de semnalizare celular. Acestea sunt:

1. Iniierea semnalizrii prin legarea ligandului (moleculei semnal) de receptor.Legarea ligandului de receptorpresupune o interaciune afin, de mare specificitate,caracteristic sistemelor biologice, care se bazeaz pe o multitudine de interaciunifizico-chimice dintre cele mai diverse exercitate simultan (puni de hidrogen,


14/21


14

electrostatice, hidrofobe), interaciuni care contribuie la punerea n comun a suprafeeorganizate de structurile teriare i/sau cuaternare ale celor doumolecule.

2. Transducia semnalului i activarea receptorului: Transducia semnalului are labaz modificri conformaionale la nivelul moleculei receptorului, datorateinteraciunii cu ligandul. Pentru receptorii aflai la nivelul membranei celulare, ceimai numeroi din cunotinele noastre de pn acum, modificrile se propag, prin

intermediul domeniului transmembranar al receptorului, la endodomeniu, atragndactivarea receptorului.3. Activarea efectorului i amplificarea semnalului: Receptorul activat activeaz, la

rndul su, proteina efectoare din pasul imediat urmtor al semnalizrii. O primamplificare a semanlului este efectuat chiar la acest nivel deoarece un receptoractivat poate activa un numr mai mare de molecule ale efectorului. innd cont defaptul cun proces de semnalizare presupune un numr mai mare de tipuri de efectoriacionnd secvenial, fiecare prelund semnalul de la tipul anterior i transmindu-ltipului urmtor (din amonte n aval), ampificarea semnalului crete la fiecare etapacii de semnalizare.

4. Atenuarea semnalului i desensibilizarea celulei: Aceast etap presupuneinactivarea efectorilor i desfacerea ligandului de receptor. Inactivarea efectorilor

poate nsemna cel mai adesea lizarea moleculelor activatoare (de exemplu scindareaGTP la GDP), sau scoaterea funciunilor activatoare de pe molecula efectorului(defosforilarea dac fosforilarea a presupus activarea, sau fosforilarea dac formaactivpresupune defosforilarea). Desfacerea complexului ligand-receptor se face deregul dup internalizarea acestuia n sistemul endozomal, care poate fi urmat dedegradarea ligandului, sau chiar i a recptorului n lizosomi.

Marea diversitate a receptorilor cunoscui se poate clasifica n funcie de mai multecriterii. Un prim criteriu l reprezintproprietile fizico-chimice ale moleculei semnal. n funciede acest criteriu mprim receptorii celulari n doucategorii:

1. Receptori pentru molecule semnal lipofile(hidrofobe);2. Receptori pentru molecule semnal hidrofile.Receptorii pentru liganzi lipofili sunt proteine citosolice care preiau hormonul dup

difuzia acestuia prin membran i dup formarea complexului ligand-receptor acesta estetransportat n nucleu, unde i ndeplinete funcia, 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 vitaminD, receptor la hormoni tiroidienii receptor laacid retinoic. Oricare ar fi tipul de receptor din aceastcategorie, ei prezintunele caracteristicistructurale i funcionale comune. Acestea sunt: un sit de legare a hormonului, un sit de legare la

molecula de ADN i un domeniu de activare a transcrierii. Similar este i mecanismul deactivare. n stare inactiv, n citosol, nainte de a interaciona cu ligandul, receptorul este cuplatla un complex proteic inhibitor. n aceast stare complexat, inactiv, receptorul are mascatesitul de legare la ADN i domeniul de activare a transcrierii. Duplegarea ligandului, receptorulse desprinde de complexul de inactivare i este translocat n nucleu unde, datorit expuneriilocului de legare la ADN, se ataaz n zone favorabile activrii genei a crei transcriere estedeterminati procesul de transcriere este declanat. Transcrierea genei i exprimarea acesteian celul, prin proteina codificat, determinproducerea rspunsului specific perechii respectivereceptor-ligand.

Receptorii pentru liganzi hidrofili sunt cei mai numeroi. Ei se pot mpri n funcie demecanismul de semnalizare pe care l declanazn:

1. Receptori cu funcie de canal ionic;2. Receptori cuplai cu proteine G heterotrimerice;3. Receptori cu activitate guanilat-ciclazic;


15/21


15

4. Receptori cu activitate tirozin-kinazic;5. Receptori cuplai cu tirozin-kinaze citosolice;6. Receptori cu activitate Ser/Thr-kinazic;7. Receptori cu activitate fosfatazic.Chiar din denumirile lor se deduce cmecanismele prin care receptorii la liganzi hidrofili

sunt activai se caracterizeazprin mare diversitate.Un exemplu de receptor cu funcie de canal ionic am prezentat deja mai nainte la

transportul prin membran. Este vorba de receptorul la acetilcolin de la nivelul sarcolemei(membrana celulei musculare striate scheletale) din sinapsa neuro-muscular.

Receptorii cuplai cu proteine G heterotrimerice sunt proteine transmembranaremultipas tip I cu 7 treceri prin planul membranei, cu un ectodomeniu mare, structurnd situl delgare a ligandului i cu endodomeniul coninnd situl de interaciune cu proteinele Gheterotrimerice, ct i locuri de fosforilare necesare desensibilizrii. Au fost identificai 9receptori activai prin adrenalin, 5 pentru acetilcolini cel puin 15 pentru serotonin. Succint,mecanismul de aciune al acestor receptori implicurmtoarele etape:

1. legarea ligandului i activarea receptorului;2. interaciunea receptorului activat cu proteinele G trimerice i activarea acestora prin

eliberarea GDP, legarea GTP i disocierea trimerului n subunitatea iheterodimerul ;

3. transmiterea semnalului la efectorul din aval (adenilat-ciclaz activnd-o sauinhibnd-o, sau fosfolipaza C-).

Aadar receptorii cuplai cu proteinele G heterotrimerice au mecanisme diferite,acionnd asupra unor efectori diferii i deci inducnd rspunsuri diferite n funcie de tipul de

protein G heterotrimeric implicat. Au fost identificate mai multe tipuri de proteine Ghetrotrimerice, cunoscndu-se cam 20 subuniti , cel puin 4 subuniti i 7 subuniti

pentru celulele mamiferelor. Amintim 6 dintre acestea:

1. proteine G stimulatoare (Gs), care conin s activnd adenilat-ciclaza i canale deCa2+;

2. proteine G inhibitoare (Gi), care conin iinhibnd adenilat-ciclaza i activnd canalede K+;

3. proteine Gq, care conin qi activeazfosfolipaza C-;4. proteine G olfactorii (Golf), care conin olf i activeazadenilat-ciclaza n neuronii

olfactorii;5. protein Go, care conin o inhibnd canale de Ca2+ i activnd canale de K+ i

fosfolipaza C-;

6. proteine Gt(transducin), care conin ti activeazGMPc-fosfodiesteraza n celulelefotosensibile cu bastonae.Din diversitatea de fenomene controlate de receptorii cuplai cu proteinele G

heterotrimerice putem aminti modularea glicolizei n muchiul striat scheletal. Proteinkinaza A,activat de adenozin monofosfatul ciclic (AMPc), produs de adenilat ciclaz, un efector alreceptorilor cuplai cu proteine G heterotrimerice, intete enzimele implicate n metabolismulglicogenului, inhibnd formarea acestuia i favoriznd eliberarea glucozei. Eliberarea glucozei seface sub form de glucozo-1-fosfat, ca urmare a unui proces celular ce ncepe cu activareafosforilazkinazei prin fosforilarea indusde proteinkinaza A. Fosforilazkinaza fosforilat(aadarn formactivat), activeazmai departe glicogen-fosforilaza, care elibereazglucozo-1-fosfatul.

Glucoza astfel eliberat intr n procesul de glicoliz. Procesul de eliberarea a glucozei dinglicogen face parte din fenomenele de rspuns rapid induse de receptorii cuplai cu proteinele Gheterotrimerice.


16/21


16

Un alt rspuns rapid se datoreazactivrii fosfolipazei C-. Aceastcale de semnalizareduce la declanarea cascadei fosfoinozitidelor. Fosfatidilinozitolii sunt mai nti fosforilaisuccesiv la hidroxilii din diversele poziii ale inozitolului (de exemplu la hidroxilii din poziiile 4i 5). Apoi, fosfolipaza C-, specific pentru fosfoinozitide, scindeaz fosfatidilinozitol-4,5-

bisfosfaii la inozitol-1,4,5-trisfosfat (IP3) i diacilgliceroli. IP3 difuzeaz rapid de la nivelulmembranei celulare n citosol, activnd canale de calciu comandate chimic din membrana

reticulului endoplasmic, determinnd eliberarea de Ca2+

din lumenul organitului i cretereaconcentraiei acestuia n citosol. Creterea concentraiei citosolice de Ca2+ determin efectediverse n funcie de tipul celulei. n celulele musculare striate cardiace, IP3deschide canalul decalciu activat chimic din membrana reticulului sarcoplasmic, determinnd contracia muscular.

Moleculele mici de tipul AMPc, sau IP3 cu rol n transmiterea semnalelor dinsprereceptori ctre efectori sunt denumite mesageri secunzi.

Diacilglicerolul eliberat din fosfatidilinozitol-trisfosfai are, la rndul su, doupotenialeroluri n semnalizare, acionnd i el ca mesager secund.

Pe de o parte, poate activa proteinkinaze C, efectori cu activitate serin/treonin-kinazicdependentde Ca2+(de unde i numele de proteinkinaze C). Activarea proteinkinazelor C are locduprecrutarea acestora din citosol la nivelul feei citoplasmatice a membranei celulare. Aceast

recrutare este dependent de creterea concentraiei citosolice de Ca2+. Ajunse la nivelul feeicitoplasmatice a membranei, proteinkinazele C sunt activate prin efectul cumulat al Ca2+,diacilglicerolului i fosfatidilserinelor (fosfolipide anionice prezente, n condiii normale, numain foia intern a bistratului). Activarea proteinkinazelor C este urmat de fosforilarea uneidiversiti de efectori, diferind de la un tip la altul de celul i declannd o diversitate derspunsuri.

Alt posibil rol al diacilglicerolului este acela de a elibera (sub aciunea fosfolipazelor A2,alt efector al mecanismelor de semnalizare), acidul arahidonic din compoziia sa, care este apoimetabolizat la alte patru categorii de mesageri secunzi:

(i) prostaglandine(ii) prostacicline(iii) tromboxani(iv) leucotrienePrimele trei categorii sunt formate pe calea ciclooxigenazelor, cea de-a patra pe calea

lipooxigenazei. Toi fac parte din clasa eicosanoizilori acioneazn reaciile inflamatorii i nproducerea senzaiilor de durere. Medicamentele antiinflamatorii (aspirina, antiinflamatoarelenesteroidice, sau cortisonul) acioneazprin inhibarea producerii de eicosanoizi.

De remarcat c n exemplele mecanisme amintite mai sus am introdus noiunea deefector. Se deduce c numim efector orice protein implicat n mecanismele de semnalizarecelular care primete mesajul din amonte, activndu-se i l transmite n aval activnd

urmtorul partener din proces. n amonte de un efector se poate afla receptorul nsui, unmesager secund, sau un alt efector activat.

Mergem mai departe ncercnd s exemplificm i celelalte tipuri de receptori pentruliganzi hidrofili.

Ca exemplu de receptor cu activitate guanilat-ciclazic menionm receptorul lafactorul natriuretic atrial. Acesta este glicoprotein protein transmembranar unipas, tip I, cumasa molecularde ~135kD care, dupleagarea ligandului pe ectodomeniu, activeazdomeniulguanilat-ciclazic din endodomeniu. De remarcat c endodomeniul receptorului conine i undomeniu omolog kinazic a crui menire nu este cunoscut. Guanilat monofosfatul ciclic (GMPc)format este mesagerul secund care transmite semnalul unor proteinkinaze dependente de GMPc(G-kinaze) care fosforileazspecific la Ser sau Thr proteine efectoare din aval necesare crerii

rspunsului celular. Efectele factorului natriuretic atrial (se numete aa deoarece este secretat decardiomiocitele atriale) sunt: stimularea eliminrii de sodiu i ap la nivelul rinichilor i


17/21


17

relaxarea celulelor musculare netede din peretele vascular, ambele conducnd la reducereatensiunii arteriale.

Receptorii cu activitate tirozin-kinazic sunt cei mai numeroi din datele de caredispunem n acest moment. Ei se caracterizeazprintr-o mare diversitate structuralacoperindsemnalizarea celular prin cea mai mare parte a factorilor de cretere cunoscui. Primulidentificat a fost receptorul la factorul de cretere epidermal (EGF). Ligandul acestui receptor

este un peptid de ~6kDa, cu 53 aminoacizi n structur.De regul receptorii cu activitate tirozin-kinazicsunt protine transmembranare unipas,tip I, care existca monomeri n stare liber(face excepie receptorul la insulin, aflat sub formde dimeri, legai prin punte disulfuric), iar dup interaciunea cu ligandul dimerizeaz.Domeniul transmembranar este structurat n -helix i conine ntre 28 i 35 de aminoacizi. nciuda diversitii lor, exist cteva trsturi comune reprezentate prin anumite domeniistructurale relativ bine conservate. O trstur comun la nivelul poriunii citosolice estereprezentat de o zon cu activitate tirozin-kinazic (domeniu tirozin-kinazic). Ectodomeniul(domeniul extracelular) reprezinto poriune semnificativa lanului polipeptidic cu captul N-terminal al acestuia i este glicozilat. La nivelul ectodomeniului se pot gsi domenii repetitive

bogate n leucin, domenii bogate n cisteine, domenii repetitive fibronectinice de tip III, sau

domenii de tip imunoglobulinic. Existena unor asemenea domenii reprezinto posibilitate declasificare a acestor receptori n familii i subfamilii. n acest moment existo clasificare pe bazatipului de ligand cu care receptorii interacioneaz. Pe de alt parte, pe baza asemnrilorstructurale receptorii tirozin-kinazici se pot include n superfamilii de proteine. Receptorii cudomenii de tip imunoglobulinic sunt inclui n superfamilia imunoglobulinelor.

Mecanismul de principiu prin care aceti receptori funcioneazar putea fi sintetizat prinurmtoarele etape:

1. Legarea ligandului atrage att activarea domeniului catalitic de la nivelul poriuniicitoplamatice ct i dimerizarea receptorilor datorit modificrilor conformaionale pecare le induce (n cazul receptorului la factorul de cretere derivat din plachete, prescurtat

PDGF, de la platelet-derived growth factor, ligandul este dimer i dimerizareareceptorului este atrasde aceastcaracteristica factorului de cretere);

2. Activarea i dimerizarea realizeazcondiiile unor autofosforilri ncruciate la multipletirozine ale domeniilor citosolice ale receptorului;

3. Atragerea i interaciunea cu efectori care conin domenii omoloage Src de tip 2,abreviate prin domenii SH2, cu SH de la Src homology, tirozinele modificate prinfosforilare reprezentnd zonele de interaciune;

4. Activarea efectorilor legai prin SH2.Exist patru tipuri de efectori mai bine cunoscui care respect mecanismul ale crui

etape au fost prezentate mai sus.

ncepem amintirea acestor efectori cu fosfolipaza C-, care are doudomenii SH2. Duplegarea la receptorul activat, funcioneazpe calea semnalizrii prin fosfoinozitide, aa cum afost prezentat mai sus n cazul fosfolipazei C-. Aadar, cascada fosfoinozitidelor poate fideclanatatt prin receptorii cuplai cu proteine G heterotrimerice, ct i prin receptorii tirozin-kinazici.

O a doua categorie de efectori activai de receptor tirozin-kinaze este reprezentat deprotein tirozin-kinaze fr funcie de receptori de tip Src. Aceti efectori au funcii att dediverse nct nu este locul de a ne ocupa de ei aici.

Alt efector este fosfatidilinozitol 3-kinaza(abreviat PI3K, de la numele englezesc). Aretot doudomenii SH2, contribuie dupactivare la formarea unor derivai de fosfatidilinozitoli

[fosfatidilinozitol 3-fosfat, fosfatidilinozitol (3,4)-bisfosfat, sau fosfoinozitol (3,4,5)-trisfosfat].Dei PI3K este acceptat cacioneazn reglarea proliferrii celulare, n dinamica morfologiei


18/21


18

celulare i motilitate, detaliile mecanismelor acestor procese sunt departe de a fi pe deplinelucidate.

Cea de-a treia categorie de efectori pe care o amintim este cea a proteinelor careactiveazGTP-azele mici, notate simbolic cu GAP, de la GTP-ase-activatingprotein. GTP-azele micisunt proteine monomerice cu o masmolecularn jur de 25kDa care au proprietateade a lega GTP pe care l hidrolizeazcu concursul GAP. GTP-azele mici sunt activate ct timp

conin GTP i se inactiveazduphidroliza acestuia. Datoritcapacitii lor de a trece ciclic dinstare activn stare inactivsunt cunoscute i sub numele de comutatori moleculari. n ciclul deactivare-inactivare mai particip i un alt partener, factorul de schimbare a guanozin-nucleotidului (abreviat de la numele englezesc, GEF). Cnd nu este nevoie de funcia lor GTP-azele mici sunt localizate n citosol complexate cu o protein inhibitoare numit inhibitor dedisociere a guanozin-nucleotidului, prescurtat GDI, de la guanine nucleotide dissociationinhibitor. Cel mai adesea activarea GTP-azelor mici este nsoit de recrutarea lor la nivelulmembranelor (plasmalemsau endomembrane), recrutare favorizati de acilarea lor. Unul dinrolurile GTP-azelor este acela de a participa la controlul corectitudini traficului structurilormembranare n celul(de exemplu traficul dintre reticulul endoplasmic i aparatul Golgi).

Receptorii cuplai cu tirozin-kinaze citosolice includ o mare diversitate de receptoricum ar fi cei pentru hormonii de cretere, cei pentru citokine, receptorii specifici antigenelor(receptorii pentru antigene) din limfocitele T i B devenite imunocompetente. Aceti recetori,dup legarea ligandului, transmit semnalul prin tirozin-kinaze citosolice asociate. Mai binecunoscute sunt tirozin-kinazele citosolice din familia Src, n timp ce cele din familia Janusrelativ de curnd descrise sunt mai puin cunoscute. Tirozin-kinazele citosolice fosforileaz omultitudine de efectori transmind mesajul primit de celuln aval pentru inducerea rspunsuluicelular adecvat.

Receptorii cu activitate Ser/Thr-kinazicsunt reprezentai de receptorii la factorii decretere transformani . Factorii de cretere transformani reprezinto familie de peptide cemediaz, prin intermediu receptorilor lor, o multitudine de fenomene celulare n vertebrate.

Efectele difer de la un tip de celul la altul putnd inhiba proliferarea, stimulnd sinteza deproteine de matrice extracelular inclusiv formarea de os, sau determinnd micarea celularchemotactic.

Exemplul de receptor cu activitate fosfatazic estre glicoproteina transmembranarunips CD45din membrana limfocitelor T i B care particip n mod esenial la activarea prinantigene (prescurtarea CD vine de la cluster of differentiation seminificnd tipuri de proteinede pe suprafaa celularprin care sunt desemnate limfocitele n cursul diferenierii).

Pentru o imagine mai complet a diversitii fenomenelor pe care receptorii le potdeclana n celule trebuie menionat caceasta sporete prin faptul cactivarea lor se poate facedifereniat n diferite momente. Celula este determinat s se comporte astfel cum i impunecombinaia de semnale pe care le primete la un moment dat. Comportamentul ei ine de

echilibrul ntre rspunsurile sinergice la stimuli.Un ultim aspect pe care l abordm n contextul semnalizarii celulare este semnalizarea

prin integrine i/sau molecule de adeziune celular (prescurtat CAMde la numele englezesc).Aceste tipuri de semnalizare pot fi incluse n categoria semnalizrilor juxtacrine.

Integrinele sunt proteine transmembranare organizate ca heterodimeri . Fiecaresubunitate reprezint o protein transmembranar unipas, tip I. Dup datele cunoscute irecunoscute n prezent de comunitatea tiinifica domeniului, exist18 tipuri de subuniti i8 tipuri de subuniti . Totui, numai 24 de integrine (adic de heterodimeri au fostidentificate pn n prezent. Integrinele sunt receptori celulari pentru proteinele de matriceextracelular. Ele transmit semnale celulei despre starea ei de ataare i despre caracteristici ale

ambianei extracelulare. Celula se comportdiferit daceste ataatla matrice sau nu. Mai mult,integrinele sunt implicate n motilitatea celular. Motilitatea celulareste un fenomen dependenti de semnale primite de celul de la alte tipuri de liganzi, prin receptorii corespunztori. n


19/21


19

aceast situaie este vorba de chemotaxie. Atunci cnd motilitatea este indus numai deinteraciunile celulei cu matricea extracelular poart numele de haptotaxie. Mecanismelehaptotaxiei sunt mai puin cunoscute n acet moment. Practic semnalele pe care celula le

primete prin integrine analizate simultan cu celelalte semnale influeneazproliferarea celular,diferenierea celular, apoptoza (tip de moartea celular programat). Apoptoza indus dedetaarea celulelor de substrat este denumitanoikis.

CAM sunt proteine transmembranare unipas implicate n adeziunea celulelor ntre ele.Ele transmit semnale celulei dac sunt sau nu implicate n asemenea interaciuni, numite deregul jonciuni celulare. Celula se comport diferit dac este aderat de alte celule sau esteliber.

Rezumat

Membranele celulare acioneaz ca sisteme integrate la nivelul crora componentelemoleculare, dei sunt de o mare diversitate, coopereaz pentru asigurarea schimbului desubstan i de informaie dintre celul i mediu. Fr aceste schimburi celula nu poatesupravieui i nici nu se poate adapta.

Puine sunt substanele care pot trece liber prin membran prin difuziune simpl.Schimburile de substan se realizeaz cu concursul principal al proteinelor membranare,fenomenele fcnd parte din ceea ce numim difuziune facilitat. Totui caracteristicile fizico-chimice ale lipidelor membranare influeneaz funcia proteinelor. Fenomenele de schimb desubstanntre celuli mediu poartdenumirea de transport membranar. Pentru transportul deioni i molecule mici existstructuri proteice numite canale, pompe, respectiv transportori. Acesttip de transport este numit transport prin membran.

Pentru macromolecule sau material particulat transportul se face cu implicarea unormicrodomenii de membran(caveole, vezicule cu nveli). Acest transport este numit transportcu membran. n funcie de sensul transportului definim endocitoza (transport cu membrandinexterior, adicdin mediul extracelular n interiorul celulei), exocitoza (transport cu membrandin celul n exterior). Exist i un al treilea fenomen specific celulelor epitelialemonostratificate numit transcitoz. Transcitoza reprezint transportul cu membran prin carecelula preia substana de transportat de la un pol (apical sau latero-bazal) o traverseaz princorpul ei i o elimin la polul cellalt. n aceast excursie substana poate sau nu s fiemodificatde celul.

Schimbul de informaie este realizat de celulprin fenomenele de semnalizare celular.Componentele ce asigur acest schimb sunt tot proteine denumite, n general, receptorimembranari. Receptorii sunt, de regul, proteine transmembranare unipas. Exist o marediversitate de tipuri de receptori care presupun o diversitate de mecanisme de semnalizare.Totui, se pot puncta nite aspecte general valabile ale fenomenelor de semnalizare. Semnalele

sunt amplificate n interiorul celulei i de aceea nu este nevoie de concentraii ridicate de stimul(ligand) pentru ca celula s rspund. Amplificarea se realizeazprin mesageri secunzi i/sauefectori. La unele mecanisme de semnalizare participi lipide membranare a cror complexitatestructuraleste exploatatde celul. Lipidele sunt implicate n mecanisme cu mesageri secunzi.

n biologia celularnoiunea de receptor este mbogitn coninut n comparaie cu ceafolositn farmacologie. Astfel proteine membranare care sunt parteneri de interaciune ai altor

proteine din matricea extracelular (integrine) sau din membrana altor celule (molecule deadeziune celular) au i rol de transmitere de semnale celulelor crora le aparin, deci rol dereceptor.

Bibliografie specific1. Montel-Hagen A, Sitbon M, Taylor N. (2009) Erythroid glucose transporters. Curr Opin Hematol. 16: 165-172.2. Uldry M, Thorens B. (2004) The SLC2 family of facilitated hexose and polyol transporters. Pflugers Arch.

447: 480-489.


20/21


20

3. Hou JC, Pessin JE. (2007) Ins (endocytosis) and outs (exocytosis) of GLUT4 trafficking. Curr Opin CellBiol. 19: 446-473.

4. Cheeseman C. (2008) GLUT7: a new intestinal facilitated hexose transporter. Am J Physiol EndocrinolMetab. 295: E238-E241.

5. Mavros Y, Simar D, Singh MA. (2009) Glucose Tranporter-4 expression in monocytes: a systematicreview.Diabetes Res Clin Pract. 84: 123-131.

6. Wright EM, Turk E. (2004) The sodium/glucose cotransport family SLC5.Pflugers Arch. 447: 510-518.7. Wright EM, Hirayama BA, Loo DF. (2007) Active sugar transport in health and disease. J Intern Med. 261:

32-43.8. Williamson RC, Toye AM. (2008) Glycophorin A: Band 3 aid.Blood Cells Mol Dis. 41: 35-43.9. Satchwell TJ, Shoemark DK, Sessions RB, Toye AM. (2009) Protein 4.2: a complex linker. Blood Cells

Mol Dis. 42: 201-210.10. Alper SL. (1991) The band 3-related anion exchanger (AE) gene family.Annu Rev Physiol. 53: 549-564.11. Jay DG. (1996) Role of band 3 in homeostasis and cell shape. Cell. 86: 853-854.12. Barzilai A, Rahamimoff H. (1987) Stoichiometry of the sodium-calcium exchanger in nerve terminals.

Biochemistry. 26: 6113-6118.13. DiPolo R, Beaug L. (2006) Sodium/calcium exchanger: influence of metabolic regulation on ion carrier

interactions.Physiol Rev. 86, 155-203.14. Yang YC, Fann MJ, Chang WH, Tai LH, Jiang JH, Kao LS. (2010) Regulation of sodium-calcium

exchanger activity by creatine kinase under energy-compromised conditions. J Biol Chem. Jun 24. [Epub

ahead of print].15. Ren X, Nicoll DA, Philipson KD. (2006) Helix packing of the cardiac Na+-Ca2+ exchanger: proximity oftransmembrane segments 1, 2, and 6.J Biol Chem. 281: 22808-22814.

16. Bers DM. (2000) Calcium fluxes involved in control of cardiac myocyte contraction. Circ Res. 87: 275-281.

17. Arnadttir J, Chalfie M. (2010)Eukaryotic mechanosensitive channels.Annu Rev Biophys. 39: 111-137.18. Blanco G, Mercer RW. (1998) Isozymes of the Na-K-ATPase: heterogeneity in structure, diversity in

function.Am J Physiol. 275(5 Pt 2): F633-F650.19. Blanco G. (2005)Na,K-ATPase subunit heterogeneity as a mechanism for tissue-specific ion regulation.

Semin Nephrol. 25: 292-303.20. Axelsen KB, Palmgren MG. (1998) Evolution of substrate specificities in the P-type ATPase superfamily.J

Mol Evol. 46: 84-101.21. Beggah AT, Jaunin P, Geering K. (1997) Role of glycosylation and disulfide bond formation in the b

subunit in the folding and functional expression of Na,K-ATPase.J Biol Chem. 272: 1031810326.22. Geering K. (2008) Functional roles of Na,K-ATPase subunits. Curr Opin Nephrol Hypertens. 17: 526-532.23. Fzesi M, Gottschalk KE, Lindzen M, Shainskaya A, Kster B, Garty H, Karlish SJ. (2005) Covalent

cross-links between the gamma subunit (FXYD2) and alpha and beta subunits of Na,K-ATPase: modelingthe alpha-gamma interaction.J Biol Chem. 280: 18291-18301.

24. Lindzen M, Gottschalk KE, Fzesi M, Garty H, Karlish SJ. (2006) Structural interactions between FXYDproteins and Na+,K+-ATPase: alpha/beta/FXYD subunit stoichiometry and cross-linking. J Biol Chem.281: 5947-5955.

25. Berl T. (2009) How do kidney cells adapt to survive in hypertonic inner medulla? Trans Am Clin ClimatolAssoc. 120: 389-401.

26. Faller LD. (2008) Mechanistic studies of sodium pump.Arch Biochem Biophys. 476: 12-21.27.Nelson N, Perzov N, Cohen A, Hagai K, Padler V, Nelson H. (2000) The cellular biology of proton-motive

force generation by V-ATPases. J Exp Biol. 203(Pt 1): 89-95.

28.Nakanishi-Matsui M, Sekiya M, Nakamoto RK, Futai M. (2010) The mechanism of rotating protonpumping ATPases.Biochim Biophys Acta. 1797: 1343-1352.29. Biemans-Oldehinkel E, Doeven MK, Poolman B. (2006) ABC transporter architecture and regulatory roles

of accessory domains.FEBS Lett. 580: 1023-1035.30. Oldham ML, Davidson AL, Chen J. (2008) Structural insights into ABC transporter mechanism. Curr Opin

Struct Biol. 18: 726-733.31. Huang Y, Sade W. (2006) Membrane transporters and channels in chemoresistance and -sensitivity of

tumor cells. Cancer Lett. 239: 168-182.32. Oostendorp RL, Beijnen JH, Schellens JH. (2009) The biological and clinical role of drug transporters at

the intestinal barrier. Cancer Treat Rev. 35: 137-147.33.Nagao K, Kimura Y, Mastuo M, Ueda K. (2010) Lipid outward translocation by ABC proteins.FEBS Lett.

584: 2717-23.34. Tissires P, Pugin J. (2009) The role of MD-2 in the opsonophagocytosis of Gram-negative bacteria. Curr

Opin Infect Dis. 22: 286-291.35. de Almeida CJ, Linden R. (2005) Phagocytosis of apoptotic cells: a matter of balance. Cell Mol Life Sci.62: 1532-1546.


21/21


36. Elliott MR, Ravichandran KS. (2010) Clearance of apoptotic cells: implications in health and disease. JCell Biol. 189: 1059-1070.

37. Goldstein JL, Basu SK, Brunschede GY, Brown MS. (1976) Release of low density lipoprotein from itscell surface receptor by sulfated glycosaminoglycans. Cell. 7: 85-95.

38. Goldstein JL, Brown MS. (1976) The LDL pathway in human fibroblasts: a receptor-mediated mechanismfor the regulation of cholesterol metabolism. Curr Top Cell Regul. 11: 147-181.

39. Brown MS, Ho YK, Goldstein JL. (1976) The low-density lipoprotein pathway in human fibroblasts:relation between cell surface receptor binding and endocytosis of low-density lipoprotein. Ann N Y AcadSci. 275: 244-257.

40. Pearse BM. (1976) Clathrin: a unique protein associated with intracellular transfer of membrane by coatedvesicles.Proc Natl Acad Sci U S A. 73: 1255-1259.

41. Ungewickell E. (1983) Biochemical and immunological studies on clathrin light chains and their bindingsites on clathrin triskelions.EMBO J. 2: 1401-1408.

42. Anderson RG, Kamen BA, Rothberg KG, Lacey SW. (1992) Potocytosis: sequestration and transport ofsmall molecules by caveolae. Science. 255: 410-411.

43. Matsue H, Rothberg KG, Takashima A, Kamen BA, Anderson RG, Lacey SW. (1992) Folate receptorallows cells to grow in low concentrations of 5-methyltetrahydrofolate. Proc Natl Acad Sci U S A. 89:6006-6009.

44. Anderson RGW. (1998) The caveolae membrane system.Ann Rev Biochem. 67: 199-225.45. Mineo C, Anderson RG. (2001) Potocytosis. Robert Feulgen Lecture.Histochem Cell Biol. 116: 109-118.46.

Doherty GJ, McMahon HT. (2009) Mechanisms of endocytosis.Annu Rev Biochem. 78: 857-902.47. Hansen CG, Nichols BJ. (2009) Molecular mechanisms of clathrin-independent endocytosis. J Cell Sci.122(Pt 11): 1713-1721.

48. Grant BD, Donaldson JG. (2009) Pathways and mechanisms of endocytic recycling.Nat Rev Mol Cell Biol.10: 597-608.

49. Doherty GJ, McMahon HT. (2009) Mechanisms of endocytosis.Annu Rev Biochem. 78: 857-902.50. Masilamani M, Peruzzi G, Borrego F, Coligan JE. (2009) Endocytosis and intracellular trafficking of

human natural killer cell receptors. Traffic. 10: 1735-1744.51. Murphy JE, Padilla BE, Hasdemir B, Cottrell GS, Bunnett NW. (2009) Endosomes: a legitimate platform

for the signaling train.Proc Natl Acad Sci U S A. 106: 17615-1722.52. Barclay JW, Morgan A, Burgoyne RD. (2005) Calcium-dependent regulation of exocytosis. Cell Calcium.

38; 343-353.53. Mayer A. (2002) Membrane fusion in eukarzotic cells.Annu Rev Cell Dev Biol. 18; 289-314.54.

Verhage M, Srensen JB. (2008) Vesicle docking in regulated exocytosis. Traffic. 9: 1414-1424.55. Leabu M. (2006) Membrane fusion in cells: molecular machinery and mechanisms. J Cell Mol Med. 10;423-427.

56. Jena BP. (2004) Discovery of the Porosome: revealing the molecular mechanism of secretion andmembrane fusion in cells.J Cell Mol Med. 8: 1-21.

57. Jena BP. (2008) Porosome: the universal molecular machinery for cell secretion.Mol Cells. 26: 517-529.58. Simionescu N. (1979) The microvascular endothelium. Segmental diferentiation, transcytosis: selective

distribution of anionic sites.. In Advances in Inflammation Research. Editat de Gerald Weissmann,Bengt Samuelsson i Rodolfo Paoletti. Raven Press, New York, 1979, vol. I, pp. 61-70.

59. Geuze HJ, Slot JW, Strous GJ, Peppard J, von Figura K, Hasilik A, Schwartz AL. (1984) Intracellularreceptor sorting during endocytosis: comparative immunoelectron microscopy of multiple receptors in ratliver. Cell. 37: 195-204.

60. Richardson JM, Kaushic C, Wira CR. (1995) Polymeric immunoglobin (Ig) receptor production and IgAtranscytosis in polarized primary cultures of mature rat uterine epithelial cells.Biol Reprod. 53: 488-498.61. Tuma PL, Hubbard AL. (2003) Transcytosis: crossing cellular barriers.Physiol Rev. 83: 871-932.

Bibliografie general1. MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL, autori: B. Alberts, D. Bray, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts,J.D. Watson, Garland Publishing Inc., New York & London, 1989 (ediia a II-a), 1994 (ediia a III-a), GarlandScience, New York, 2002 (ediia a IV-a); autori: B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts,P.Walter, Garland Science, New York, 2008 (ediia a V-a).2. MOLECULAR CELL BIOLOGY, autori: H. Lodish, A. Berk, S.L. Zipursky, P. Matsudaira, D. Baltimore,J. Darnell, W.H. Freeman and Company, New York, 2000 (ediia a IV-a).

membrana sistem integrat

Documents