Biologie celulara

MARGARETA CONFEDERAT

CARMEN SOLCAN

CURS DE BIOLOGIE CELULAR|

IA{I, 2002

CUPRINS Introducere............................................................................................................................... 3 Capitolul 1 Defini]ia, con]inutul [i importan]a disciplinei de Biologie celular\ .............. 1.1 Defini]ia Biologiei celulare ............................................................................................... 1.2 Obiectul de studiu al Biologiei celulare ............................................................................ 1.3 Istoricul dezvoltãrii Biologiei celulare .............................................................................. 1.4Metode de lucru [i mijloace tehnice de studiu utilizate `n Biologia celular\ ..................... 1.5Importan]a disciplinei de Biologie celular\........................................................................

3 3 3 4 6 7

Capitolul 2 Citologie.............................................................................................................. 9 2.1 Celula-defini]ie, structur\, morfologie ..............................................................................10 2.2 Constituen]ii celulari .........................................................................................................13 2.2.1 Membrana celular\ - defini]ie, structur\ [i organizare molecular\ ...................14 2.2.1.1 Specializ\rile membranei celulare.....................................................26 2.2.1.2 Jonc]iunile intercelulare ....................................................................31 2.2.1.3 Transportul prin membrana celular\ .................................................35 2.2.1.3.1 Transportul pasiv...............................................................33 2.2.1.3.2 Transportul activ................................................................ 36 2.2.1.3.3 Transportul `n mas\ ........................................................... 40 2.2.2 Citoplasma celular\ - defini]ie, structur\ [i organizare molecular\ ..................45 2.2.2.1 Organitele de sintez\ [i secre]ie celular\...........................................46 2.2.2.1.1 Ribozomii .......................................................................... 46 2.2.2.1.2 Reticulul endoplasmatic ....................................................48 2.2.2.1.3 Complexul Golgi ............................................................... 51 2.2.2.2 Organitele generatoare de energie .....................................................53 2.2.2.2.1 Mitocondriile .....................................................................53 2.2.2.3 Organitele de digestie celular\ ..........................................................57 2.2.2.3.1 Lizozomii...........................................................................57 2.2.2.3.2 Peroxizomii .......................................................................59 2.2.2.4 Organitele mi[c\rii celulare...............................................................61 2.2.2.5 Incluziunile citoplasmatice................................................................70 2.2.3 Nucleul .............................................................................................................. 73 2.2.3.1 Structura morfologic\ a nucleului .....................................................75 2.2.3.2 Nucleolul-structur\ [i func]ii............................................................. 84 2.2.3.3 Spa]iile intercromatiniene..................................................................85 Capitolul 3 Diviziunea celular\ ............................................................................................ 86 3.1 Diviziunea celular\ direct\ ...............................................................................................87 3.2 Diviziunea celular\ indirect\ ............................................................................................88 3.2.1 Mitoza ecua]ional\ ............................................................................................ 89 3.2.2 Mitoza reduc]ional\ (meioza)............................................................................ 92 Capitolul 4 Diferen]ierea celular\........................................................................................ 96 4.1 Gametogeneza ...................................................................................................................97 4.1.1 Spermatogeneza.................................................................................................97 4.1.1.1 Morfologia spermatozoidului ...........................................................100 4.1.2 Ovogeneza ....................................................................................................... 102 4.1.2.1 Morfologia ovulului la mamifere .................................................... 104 4.1.2.1 Morfologia ovulului la p\s\ri.......................................................... 105 4.2 Fecunda]ia ....................................................................................................................... 108 4.3 Diferen]ierea `n embriogenez\ ........................................................................................ 109 Bibliografie........................................................................................................................... 130 -2-

Introducere

Biologia celular\ este o disciplin\ relativ nou\ [i `ntr-un progres continuu, rezultanta unei `ndelungate evolu]ii `nregistrate `n studiul celulei atât sub aspect morfologic, func]ional cât [i molecular. Dezvoltarea Biologiei celulare contemporane s-a realizat `n dou\ direc]ii care au condus la na[terea acestei ramuri a [tiin]elor biologice: perfec]ionarea tehnicilor de investigare a celulei pe de o parte [i progresele conceptuale pe de alt\ parte. Dintre tehnicile de investigare a celulei amintim pe cele care au fost folosite cu succes `n ultimii ani: microscopia fotonic\, microscopia electronic\ (cu perfec]ion\rile aduse tuturor variantelor sale), frac]ionarea celular\ prin ultracentrifugare diferen]iat\ precum [i tehnicile biofizice, biochimice [i de Biologie molecular\ care au condus la elaborarea unor tehnologii complexe bazate pe culturile de celule, fuziunile celulare. Din utilizarea acestor metode de investigare a celulelor rezult\ dinamismul acestei ramuri a biologiei contemporane [i integrarea informa]iilor primite prin toate metodele [i la toate nivelurile. Lucrarea de fa]\ se adreseaz\ studen]ilor Facult\]ilor de Zootehnie [i Piscicultur\ cu scopul a-i ini]ia `n metodologia complex\ de studiu a celulei [i de a-[i completa cuno[tin]ele din domeniul Biologiei celulare.

-3-

Capitolul 1

Defini]ia, con]inutul [i importan]a disciplinei de Biologie celular\

Diversitatea lumii vii este investigat\ de cercet\torii biologi specializa]i pe discipline, prin metode [i cu obiective diferite. Datorit\ colabor\rii dintre ace[tia s-a p\truns din ce `n ce mai adânc `n realit\]ile lumii vii. Simultan, pe parcursul acumul\rii de noi informa]ii s-a realizat o diferen]iere din ce `n ce mai accentuat\ `ntre diversele discipline biologice. Citologia este [tiin]a care studiaz\ structura celulei [i a organitelor intracitoplasmatice precum [i func]iile acestora. Ea se interfereaz\ cu Embriologia [i Evolu]ionismul. Embriologia este disciplina care studiaz\ dezvoltarea organismelor animale `ncepând cu stadiul de ovul fecundat [i pân\ la eclozare (la p\s\ri) [i/sau la na[tere (la mamifere). Evolu]ionismul este [tiin]a explicativ\ a mecanismului evolu]iei. Importan]a acestor discipline explic\ interesul biologilor pentru cercetarea fundamental\ [i aplicativ\ `n aceste domenii, cunoscut\ fiind preocuparea pentru introducerea [i aplicarea cercet\rii [tiin]ifice `n toate domeniile de activitate

1.1 Defini]ia Biologiei celulare Biologia celular\ este o [tiin]\ modern\ ce are ca obiect de studiu celula ca sistem viu deschis [i structurile celulare `n conexiune cu func]iile, evolu]ia [i sensul lor adaptativ. Biologia celular\ s-a dezvoltat ca [tiin]\ de sine st\t\toare `n ultimii 40 de ani ca urmare a revolu]iei tehnico-[tiin]ifice contemporane [i a integr\rii a dou\ ramuri biologice clasice: Citologia [i Citofiziologia. 1.2 Obiectul de studiu al Biologiei celulare Biologia celular\ are ca obiect de studiu cunoa[terea structurilor celulare intime. Prin cercet\rile de Biologie celular\ s-au `nregistrat succese remarcabile; pentru dezvoltarea acestei discipline s-a elaborat harta organiz\rii ultrastructurale a principalelor tipuri de celule ce alc\tuiesc lumea vie; s-a identificat structura intim\ [i rolul fiec\rui organit `n activitatea celular\; s-au clarificat mecanismele esen]iale ale unor procese metabolice celulare: sinteza de proteine, secre]ia, baza mi[c\rilor celulare, schimburile celulei cu mediul `nconjur\tor, digestia intracelular\, reproducerea celular\ etc. ~n prezent sunt studiate interrela]iile dintre organitele celulare, mecanismele de reglare a proceselor metabolice, cre[terea, diferen]ierea [i moartea celular\. 1.3 Istoricul dezvolt\rii Biologiei celulare Istoria aceasta aparent fantastic\ `ncepe de fapt `n anul 1665 când savantul englez Robert Hooke a inventat primul microscop optic cu care a studiat o felie sub]ire dintr-o r\d\cin\ de plut\. Rezultatele observa]iilor sale (a observat ni[te cavit\]i mici-pe care le-a denumit celule- dispuse ca `ntr-un fagure de miere) au fost prezentate `n 112 comunicate [tiin]ifice la Royal Society of London (Societatea Regal\ din Londra). Termenul de celul\ provine de la ,,cellula“-diminutivul substantivului latin cella ce semnific\ ,,compartiment“ sau ,,c\su]\“. -4-

~n anul 1674, olandezul ANTONIE VAN LEEUWENHOEK, fost ucenic la un atelier de umbrele, `n timpul liber [lefuitor de lentile, a perfec]ionat microscopul lui R. Hooke, ameliorându-i puterea de m\rire de circa 300 de ori. Cu ajutorul acestuia a putut descoperi [i alte tipuri de celule libere, de data aceasta din lumea animal\ (denumite microorganisme-de ex. protozoare, bacterii, hematii nucleate de pe[te, spermatozoizi etc) fiin]e ce nu se pot vedea cu ochiul liber, dar care constituie un adev\rat microcosmos. Apoi, timp de circa 100 de ani, informa]iile despre celule s-au limitat la simple observa]ii `ns\ f\r\ a se putea p\trunde `n structura intim\ a acestora. Cu toate acestea, s-au acumulat o serie de informa]ii deosebit de utile despre organizarea microscopic\ a lumii vii (de ex. italianul MARCELLO MALPIGHI-considerat p\rintele HISTOLOGIEI ([tiin]a studierii ]esuturilor –asocieri celulare de acela[i tip) sau ANTONIE VAN LEEUWENHOEK-considerat p\rintele PROTISTOLOGIEI ([tiin]a studierii organismelor biologice cu organizare mai simpla ) [i BACTERIOLOGIEI ([tiin]a studierii bacteriilor). ~n secolul al XIX-lea, s-au adus contribu]ii importante la dezvoltarea microscopiei optice. Dac\ pân\ `n 1880, perfec]ionarea microscopului a constat doar `n cre[terea capcit\]ii de m\rire, f\r\ `ns\ a se ob]ine o imagine absolut corect\, iat\ c\, `n acest an, .G. B. AMICI inventeaz\ `n 1880, obiectivul cu imersie apocromat\ prev\zut cu un obiectiv care corecteaz\ abera]iile cromatice ale culorilor: ro[u, galben [i violet. Tot `n acest an, ERNEST ABBE [i KARL ZEISS, introduc condensatorul [i obiectivul cu imersie cu ulei de cedru. Acesta din urm\ (KARL ZEISS) are meritul de a construi `n 1888, microscopul optic luminescent (sau fotonic) modern. Utilizând tehnica a microscopiei optice au fost continuate cercet\rile asupra structurii lumii vii, investiga]ii care au fost facilitate de altfel [i de perfec]ionarea metodelor de fixare [i colorare a sec]iunilor histologice examinate la microscop. De ex. `n 1831-R. BROWN [i 1840-I.E. PURKINJE descriu un component intracelular denumit nucleu-`n celule vegetale [i animale. ~n 1832-WAGNER [i `n 1836VALENTIN, descriu un organit celular intranuclear denumit nucleol. Putem afirma c\, rezultatele cercet\rilor [tiin]ifice ale acestor biologi au fost sintetizate de c\tre MATHIAS SCHLEIDEN (1838) [i THEODOR SCHWANN (1839) `ntr-o teorie denumit\ TEORIA CELULAR|. ~n conformitate cu aceasta ,,CORPUL TUTUROR PLANTELOR {I ANIMALELOR ESTE FORMAT DIN CELULE SAU DIN SUBSTAN}E CE PROVIN DIN CELULE“. Ulterior aceast\ teorie a fost completat\ cu afirma]ia c\ ,,CELULA ARE O VIA}| INDIVIDUAL| CARE ~NS| ESTE DOMINAT| DE VIA}A ~N ANSAMBLU A ORGANISMULUI“. Câ]iva ani mai târziu, `n sprijinul acestor afirma]ii au venit 2 teorii conform c\rora ,,TOATE CELULELE PROVIN DIN CELULE PREEXISTENTE“ (OMNIS CELLULA E CELLULA) [i ,,TOATE CELULELE PLANTELOR {I ANIMALELOR PROVIN DIN DIVIZIUNEA {I CRE{TEREA UNUI ZIGOT, EL ~NSU{I FORMAT DIN CONTOPIREA ALTOR DOU| CELULE-OVULUL {I SPERMATOZOIDUL“.

Elaborarea TEORIEI CELULARE al\turi de TEORIA EVOLU}IEI PRIN SELEC}IE NATURAL| elaborat\ de CH. DARWIN `n 1859 [i LEGILE TRANSMITERII EREDITARE A CARACTERELOR elaborate de GREGOR MENDEL `n 1866, a constituit una dintre cele mai importante realiz\ri din domeniul BIOLOGIEI prin care s-a reliefat unitatea structural\ a celor dou\ regnuri din lumea vie-vegetal [i animal. -5-

~n perioada urm\toare, prin perfec]ionarea tehnologiilor de prelucrare a materiei vii [i a tehnicilor de investigare [tiin]ific\, `n a doua jum\tate a secolului al XIX-lea sau pus bazele CITOLOGIEI ca [tiin]\ (denumirea provine de la cuvintele grece[ti ,,citos“-,c\m\ru]\ [i ,,logos“-[tiin]\, vorbire). S-au realizat importante observa]ii despre diviziunea direct\-de REMAK [i diviziunea direct\-de FLEMMING `n 1880; formarea [i comportamentul spermatozoizilor `n timpul mitozei de WALDEYER-1890 [i au fost descrise primele organite celulare (centrul celular, mitocondriile-de VAN BENEDEN, BOVERI, ALTMAN [i BENDA; aparatul reticular intern (sau ap. GOLGI)-de CAMILLO GOLGI) etc. La `nceputul secolului al XX-lea, s-au `nregistrat importante progrese `n studierea celulei atât sub raport metodologic cât [i sub raport conceptual. Aminti aici: tehnica culturilor de ]esuturi in vitro–HARISON (1909); tehnica culturilor de celule in vitro-ALEXIS CARREL (1911); microchirurgia-KITE (1911); tehnica difrac]iei razelor ,,X“ -MAX VON LAUE (1912); inventarea microscopului cu contrast de faz\-ZERNIKE (1934). Avantajul acestui microscop const\ `n eliminarea utiliz\rii coloran]ilor ce pot ac]iona [i distruge microorganismele [i structurile celulare `n studiu. Inventarea microscopului electronic de H. BUSCH [i RUSKA `n 1937 considerat un adversar redutabil al microscoapelor optice, a reprezentat un moment important pentru dezvoltarea [tiin]elor biologice . Aparatul utilizeaz\ un fascicul de electroni `n locul celor optice, imaginea preparatului cercetat ob]inându-se cu ajutorul lentilelor electronice care focalizeaz\ electronii emi[i de catod. Acest tip de microscop st\ la baza studierii elementelor biologice ce ocup\ o pozi]ie intermediar\ `ntre moleculele organice mari [i bacteriile mici din grupul rickettsiilor. ~n paralel cu dezvoltarea Biologiei celulare au ap\rut [i s-au dezvoltat [tiin]e noi precum BIOCHIMIA [i BIOFIZICA. Astfel, s-au pus la punct tehnici noi de frac]ionare a celulei prin centrifugare diferen]iat\ (BENSLEY [i HOERR, ALBERT CLAUDE-1934); cromatografie, electroforez\, polarografie, citofotometrie (THEODOR CASPESSON-1924), rezonan]a magnetic\ nuclear\, criofracturarea celular|, rezonan]a electronic\ de spin, spectro-fluorometria etc. ~n prezent, BIOLOGIA CELULAR| `nregistreaz\ progrese [i realiz\ri deosebite care au permis studierea structurilor vii pân\ la nivel molecular [i submolecular. Astfel, prin descifrarea structurii proteinelor [i a acizilor nucleici (ADN [i ARN-care reprezint\ cam 1/5 din materialul celulei [i sunt fabrica]i cu o vitez\ extraordinar\), a fost posibil\ elucidarea mecanismelor de replicare a ADNului, biosintez\ a proteinelor [i a genelor [i apari]ia unei noi ramuri a Biologiei celulare denumit\ BIOLOGIE MOLECULAR|. Aceasta are ca obiect de studiu analiza [i interpretarea fenomenelor biologice celulare `n termeni moleculari. 1.3.1 Istoricul dezvolt\rii BIOLOGIEI CELULARE `n ]ara noastr\

~n România, un merit deosebit la dezvoltarea acestei [tiin]e biologice `i revine lui GEORGE EMIL PALADE-unul dintre pionierii (al\turi deALBERT CLAUDE, CHRISTIAN DEDUVE [i KEITH PORTER) elabor\rii tehnologiei electronomicroscopice Acest laureat al premiului Nobel a pus la punct tehnica fiz\rii, a descoperit [i studiat ribozomii, a contribuit la elucidarea mecanismului sintezei proteinelor [i a secre]iei celulare, a studiat permeabilitatea vascular\ [i biogeneza membranelor.

-6-

{coala româneasc\ de citologie [i-a adus o contribu]ie important\ la cunoa[terea structurilor citologice [i histologice. Astfel, {coala de microscopie de la Facultatea de Medicin\ Veterinar\ din Bucure[ti s-a impus `n secolul trecut prin studiile lui Nicolae CRETZULESCU (1839), Gh. POLIZU, M. OBEDENARU, Gh. MARINESCU, V. BABE{, I. CANTACUZINO. Trebuie amintit\ aici [i contribu]ia {colii române[ti de Citofiziologie muscular\ la dezvoltarea Citologiei române[ti. ~n perioada interbelic\, {coala de Citologie de la Facultatea de {tiin]e naturale din Bucure[ti este reprezentat\ cu str\lucire de Dimitrie VOINOV, Th. DORNESCU, iar cea de la Cluj-Napoca de I. SCRIBAN. Ace[ti cercet\tori s-au impus prin studii [i descoperiri legate de biologia componentelor celulare intracitoplasmatice [i `n special de biologia complexului Golgi. ~ncepând cu anul 1969, se reorganizeaz\ [i la noi `n ]ar\ `nv\]\mântul superior [i cercetarea [tiin]ific\ din domeniul bio-medical. Astfel, M. IONESCU-VARO ini]iaz\ la Facultatea de Biologie din Bucure[ti primele cursuri [i lucr\ri practice de Biologie celular\, publicând `n acela[i timp [i primul manual de profil din ]ar\. ~n 1971, I. DICULESCU public\ prima monografie de Biologie celular\ din literatura român\ de specialitate. Trebuie men]ionat\ contribu]ia adus\ de c\tre Laboratoarele de Microscopie electronic\ [i Biologie celular\ de la Universitatea Babe[ Bolyiai din Cluj-Napoca, Institutele I. CANTACUZINO, V. BABE{, L. PASTEUR, N. SIMIONESCU, BIOLOGIE [i PATOLOGIE CELULAR| [i ONCOLOGIC din Bucure[ti. De asemenea trebuie men]ionate [i Laboratoarele de Biologie celular\, Histologie [i Morfo-patologie de pe lâng\ Facult\]ile de Medicin\ a Omului, Farmacie [i Medicin\ Veterinar\ din Ia[i, Bucure[ti, Cluj-Napoca [i Timi[oara. Rezultatele cercet\rilor derulare `n aceste laboratoare de c\tre speciali[tii din domeniul biomedical sunt prezentate la Simpozioanele anuale na]ionale [i interna]ionale de Biologie celular\ [i publicate `n revistele de specialitate. 1.4 Metode de lucru [i mijloace tehnice de studiu utilizate `n Biologia celular\ Stu diul celulei a evoluat `n ultima perioad\ de timp datorit\ perfec]ion\rii metodelor de investigare fapt ce a permis realizarea unor noi observa]ii. ™ Microscopia electronic\ de transmisie cu voltaj `nalt a permis observarea pentru prima dat\ a celulelor vii. ™ Prin utilizarea metodei de difrac]ie cu raze X s-a produs o adev\rat\ revolu]ie `n [tiin]ele biologice prin descifrarea structurii spa]iale a proteinelor [i a acizilor nucleici. ™ Biologia celular\ asociat\ cu microscopia electronic\ a descifrat structura tridimensional\ a unor ansambluri (de ex. bacterio-rodopsina). ™ Prin metoda difrac]ie-dispersie s-a descifrat organizarea molecular\ a cromatinei. ™ Rezonan]a magnetic\ nuclear\ de `nalt\ rezolu]ie a fost utilizat\ pentru elucidarea interac]iunilor moleculare din membranele biologice [i pentru studiile metabolice pe celulele intacte. ™ Perfec]ionarea tehnicilor de spectro-fotometrie [i fluorometrie a f\cut posibil\ aprecierea, pe baza probelor de fluorescen]\, a vâscozit\]ii membranelor, a difuziei [i/sau a rota]iei proteinelor membranare. ™ ~n prezent, tehnicile biochimice de biologie molecular\ sunt de neânlocuit atât ca o completare a metodelor mai sus amintite cât [i `n mod independent. -7-

~n ultimii ani s-au elaborat tehnologii noi, moderne [i complexe de Biologie celular\ [i molecular\ bazate pe culturi de celule, fuziuni de celule, purific\ri de gene (de ex. tehnologia ADN-ului recombinat) etc. Putem afirma c\ Biologia celular\ folose[te metode morfologice, biochimice, func]ionale, biofizice etc de studiu. ~n vederea `n]elegerii organiz\rii ansamblurilor de molecule `n structuri, a proceselor legate de biosinteza acestora [i a func]iilor asociate precum lor [i a proceselor patologice, respectiv pentru investigarea `n domeniul ultrastructural, este necesar\ p\trunderea treptat\, cu ajutorul mijloacelor moderne de investigare, de la nivel de celul\ la nivel de atom (Schema 1.1). Metode difrac]ia cu raze X

microscopia electronic\

Dimensiuni microscopia optic\ µm (µ)=0,001 mm nm (µm)=0,000001 mm Å (Angstrom)=0,0000001mm

Domeniul CELULAR MOLECULAR ATOMIC

1.5 Importan]a studierii disciplinei de Biologie celular\ Biologia celular\ a cunoscut `n ultimii ani progrese spectaculoase ce au determinat studierea structurilor vii pân\ la nivel molecular [i submolecular. Prin descifrarea structurii proteinelor [i a acizilor nucleici, elucidarea mecanismelor de replicare a ADN-ului, biosintezei proteinelor [i a genelor, a luat na[tere o nou\ ramur\ a Biologiei celulare denumit\ Biologie molecular\. Biologia molecular\ are ca obiect de studiu analiza [i interpretarea fenomenelor biologice celulare `n termeni moleculari. Absolventul de Zootehnie, specializat pe cre[terea p\s\rilor [i a animalelor, este un specialist de forma]ie complex\, eficien]a practic\ a informa]iilor dobândite depinzând de `n]elegerea rela]iilor dintre Biologia celular\ [i: Histologie, Embriologie, Anatomie, Fiziologie, Nutri]ie, Reproduc]ie, Biochimie [i respectiv practica cre[terii p\s\rilor [i a animalelor. Biologia celular\ ofer\ posibilitatea `n]elegerii proceselor biologice [i a elementelor necesare desf\[ur\rii activit\]ii practice din domeniul cre[terii animalelor [i a p\s\rilor. Biologia celular\ nu trebuie perceput\ doar ca un studiu de laborator [i/sau o disciplin\ pur didactic\ [i obligatorie prin procesul de `nv\]\mânt. Biologia celular\ are `n cadrul procesului de `nv\]\mânt un triplu scop: ¾ educativ (cultiv\ munca sistematic\ [i ordonat\ din sala de lucr\ri practice); ¾ [tiin]ific (prin orizontul biologic pe care `l confer\); ¾ practic (prin aplicabilitatea no]iunilor `n cadrul practicilor clinice). Necesitatea practic\ a studiului biologic este exprimat\ prin capacitatea de `n]elegere a morfologiei organismului viu pornind de la analiza sistematic\ a structurilor celulare corelate `n permanen]\ cu raporturile lor din complexul organism viu.

-8-

Capitolul 2

Citologie

Rezumat Pe baza cuno[tin]elor acumulate din numeroase [tiin]e specializate, Biologia celular\ modern\ trateaz\ lumea vie ca pe o ierarhie compartimentat\. ~n cadrul acesteia, sistemele materiale apar]inând diferitelor sisteme individuale (de ex. molecula, celula pentru organismele pluricelulare) sau supraindividuale (de ex. popula]ia, biocenoza) evolueaz\ [i se influen]eaz\ reciproc. Un orgaism sau o vie]uitoare este un sistem unitar structurat spa]ial [i temporal. Este reprezentat de totalitatea organitelor sau organelor constituente ce func]ioneaz\ simultan [i se influen]eaz\ reciproc. Organismul poate supravie]ui numai ca urmare a unui schimb permanent de materie, energie [i informa]ie cu mediul. El este capabil de autoreproducere [i autoreglare [i se comport\ ca un individ. Individul este un exemplar unic rezultat din procesul de apari]ie, formare, dezvoltare [i func]ionare a unei specii. Reprezint\ o fiin]\ cu o structur\ intern\ [i extern\ tipic\, o anume compozi]ie chimic\ [i un comportament specific. Celula este cea mai mic\ unitate vie a organismelor, capabil\ de a se multiplica. Ea reprezint\ de altfel [i cel mai mic sistem viu [i implicit un ,,organism“ elementar. Toate organismele sunt alc\tuite din celule. Dup\ num\rul de celule se deosebesc organisme unicelulare [i pluricelulare. Fiecare celul\ prezint\, `n general, toate caracteristicile vie]ii. ~n celulele organismelor pluricelulare, ca urmare a specializ\rii acestora, poate ap\rea o modificare sau o limitare a unor func]ii vitale. Celulele sunt vizibile cu ochiul liber numai `n corpurile izolate. Majoritatea celulelor au dimensiuni microscopice. Dimensiunea celulelor animale este variabil\ `ntre 10-100 µm. O celul\ are p\r]i constitutive vii [i nevii. P\r]ile constitutive vii alc\tuiesc protoplasma. ~n protoplasm\ pot ap\rea izolat [i p\r]i nevii. P\r]ile constitutive ale protoplasmei sunt reprezentate de: nucleu, organite celulare (mitocondrii, ribozomi, dictiozomi, lizozomi, centrul celular), sisteme membranare (membrane celulare [i reticulul endoplasmatic) [i incluziuni (gr\uncioare proteice, pic\turi de gr\sime, cristale). P\r]ile constitutive din afara protoplasmei sunt reprezentate de peretele celular. Acesta este tipic pentru procariote, ciuperci [i plante. Principalele componente ale celulelor vii sunt: apa, compu[ii organici (glucidele, lipidele [i proteinele) precum [i diverse s\ruri minerale. Raporturile dintre acestea depind `n mare m\sur\ de func]ia [i de vârsta celulei. O celul\ este specializat\ s\ preia din mediul extracelular toate substan]ele care trec de membrana celular\. Cantitatea `n care apare `n celul\ o anumit\ substan]\ preluat\ se `ncadreaz\ `n anumite grani]e care depind `n mare m\sur\ de necesit\]ile celulei [i de cele ale `ntregului organism. Atunci când o substan]\ este preluat\ de celul\ din exterior ea poate fi `ncadrat\ `n procesele metabolice celulare sau poate fi transportat\ `n celulele vecine. Numai `n cazuri excep]ionale celula `[i `mbog\]e[te con]inutul `n substan]a respectiv\ dar care nu particip\ la procesele metabolice. Ca urmare apar compartimente celulare umplute cu substan]e de rezerv\ (lipide) sau depuneri ale unor produ[i finali (de ex. cristale) `n citoplasm\. Este posibil\ [i acumularea `n celul\ [i a unor substan]e chimice toxice (de ex. ioni ai metalelor grele). Aceste substan]e adesea dau na[tere unor leziuni celulare. -9-

Multe dintre substan]ele preluate de celul\ sunt predate fie celulelor vecine ca atare, fie `n urma prelucr\rii metabolice sau direc]ionate, prin sistemele de transport c\tre alte celule, ]esuturi sau organe. Anumite celule specializate (de ex. celulele glandulare) sunt capabile de a forma compu[i (de ex. enzime, proteocligani, hormoni) cu func]ie de reglare sau protec]ie [i de a-i elibera atunci când este necesar. Via]a celulelor este strâns dependent\ de anumite condi]ii externe. Ca sistem deschis, celula se afl\ `ntr-un schimb permanent de substan]e cu mediul (de ex. celulele al\turate, mediul exterior etc). Celulele `[i exercit\ func]iile `n aceste condi]ii de interac]iune permanent\ cu mediul. Influen]ele negative ale mediului sau atacul organismelor patogene provoac\ leziuni sau chiar moartea celular\. ~n anumite limite, organismele pot reac]iona `mpotriva factorilor nocivi prin mecanisme de rezisten]\ [i ap\rare. Mecanismele de ap\rare sunt determinate genetic.

2.1 Celula-defini]ie, structur\ [i morfologie 2.1.1 Defini]ia celulei

Celula reprezint\ unitatea de baz\ morfo-func]ional\ a materiei vii, un produs al evolu]iei cu o structur\ complex\ aflat\ `ntr-o rela]ie de autonomie [i echilibru dinamic cu mediul `nconjur\tor. O celul\ este capabil\ de cre[tere, dezvoltare, autoreglare [i reproducere. 2.1.2 No]iuni generale despre celule

™ Structura general\ a celulei. Fiecare celul\ este alc\tuit\ din 3 componente principale-membran\, citoplasm\ [i nucleu. Elementele celulare constitutive apar colorate diferen]iat la microscopul optic. Astfel, prin colora]ia clasic\ hematoxilin\eozin\ (HxE), membrana celular\ apare ca o linie de demarca]ie fin\ ce delimiteaz\ la exterior celula, citoplasma (acidofil\) se coloreaz\ `n roz, iar nucleul (bazofil) se coloreaz\ `n albastru violet. Membrana celular\ reprezint\ `nveli[ul sub]ire al celulelor, are o grosime de circa 0.1 µm, limiteaz\ suprafa]a periferic\ a citoplasmei la toate celulele animale. Are rol de protec]ie [i intervine `n schimburile dintre celul\ [i mediul ambiant. Citoplasma este o re]ea complex\ din interiorul membranei ce `nconjur\ nucleul [i umple spa]iile dintre organite. Nucleul este o forma]iune vezicular\, rotund\ sau ovalar\, dispus\ `n partea central\ a celulei. Num\rul celulelor este variabil de la o specie la alta [i relativ constant la indivizii din aceea[i specie. La organismele superioare [i inclusiv la om nu se poate vorbi de o constant\ numeric\ absolut\, num\rul de celule ce alc\tuiesc fiecare organ fiind deosebit de mare (de ordinul a 1014-1015) (de ex. hepatocite - 150-300 de miliarde, neuroni [i nevroglii peste 1000 de miliarde, celule sanguine - 250000 de miliarde). Volumul celulelor variaz\ `ntre 200 µm3 [i 5000 µm3 (de ex. 1000 µm3 este volumul celulei pancreatice sau 5000 µm3 este volumul hepatocitului). Volumul celular este influen]at de o serie de factori dar este constant pentru un anumit tip de celul\, independent de talia [i greutatea organismului [i variaz\ `n func]ie de starea func]ional\ a celulei sau vârst\ (volumul este mai mic la celulele b\trâne). Durata de via]\ a celulelor. ~n existen]a unui organism, tipul de celule nu se modific\, `n schimb, procesul de re`nnoire al celulelor este permanent. Majoritatea celulelor au o durat\ de via]\ limitat\. De ex.: - 10 -

leucocitul (elementul sanguin cunoscut sub numele de globul\ alb\) tr\ie[te doar câteva ore atunci când lupt\ `mpotriva agen]ilor patogeni din timpul unei boli. - hematia (elementul sanguin cunoscut sub numele de globul\ ro[ie) tr\ie[te `n medie 4 luni, apoi `mb\trâne[te, `[i schimb\ forma [i, `n final, este distrus\ [i reciclat\ `n splin\ [i ficat; `n organism exist\ un num\r mare de hematii astfel `ncât, `n fiecare secund\, trebuie s\ mai fie produse aproximativ 2 milioane pentru a fi `nlocuite cele care mor `n mod natural; - celulele epidermei tr\iesc câteva luni, mor [i apoi sunt `ndep\rtate de pe suprafa]a corpului. Spre deosebire de hematii, o parte dintre celulele nervoase pot avea aceea[i vârst\ cu a individului animal sau uman [i ele nu se divid. -

2.1.3 Dimensiuni celulare

Toate celulele organismelor pluricelulare (cu mici excep]ii) au dimensiuni sub limita de rezolu]ie a ochiului uman (diametrul este de ordinul micrometrilor), variabile de la un tip celular la altul [i `n raport cu specia. Unit\]ile de m\sur\ utilizate pentru aprecierea dimensiunilor structurilor celulare sunt: ¾ micronul (µ) sau micrometrul (µm) = 1 x 10-3 mm ¾ nanometrul (nm) 1 nm = 1 x 10-3 µm = 1 x 10-6 mm ¾ milimetrul (mm) = 1000 µm ¾ Angstrom-ul (Å) = 1 x 10-1 nm = 1 x 10-4 µm = 1 x 10-7 mm ♦ ♦ ♦

♦

~n organismul animal exist\ urm\toarele tipuri de celule: mici (4-5 µm) celulele din stratul granular extern al scoar]ei cerebrale [i cerebelare [i Hematiile (5-7 µm); mijlocii (10-30 µm) majoritatea celulelor din organismul animal (leucocitele, hepatocitele, celulele epiteliale [i conjunctive); mari (30-200 µm) celulele din ]esutul nervos-neuronul Purkinje (30-50 µm) [i neuronul Betz (90-120 µm), neuronii multipolari din coarnele ventrale ale m\duvei rahidiene (140-200 µm) [i cele de la nivelul ovarului (la mamifere ovulul are un diametru de 150-200 µm); gigantice (>200 µm) celulele ]esutului muscular striat de tip scheletic (rabdocitul: 1230 cm lungime); ovulul de pas\re are 2.5-3.5 cm diametru, iar cel de stru] are un diametru de 8.5-12.0 cm. 2.1.4 Forme de celule

Forma celulelor este foarte variat\ [i determinat\ de func]iile de mare diversitate, raporturile diferite dintre celule [i caracterele fizico-chimice ale mediului `n care `[i desf\[oar\ activitatea. Tipurile de forme celulare [i nucleare sunt reprezentate `n fig. 2.1: ¾ celul\ sferic\ cu nucleu: - sferic (ovocitul; limfocitul); - reniform (monocitul); - polimorf (leucocite polimorfonucleare); - semilunar (adipocitul); - 11 -

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

celul\ elipsoidal\ cu nucleu elipsoidal (eritrocitul de pas\re); celul\ pavimentoas\ (mezotelial\, endotelial\ cu nucleu aplatizat); celul\ cubic\ cu nucleu veziculos; celul\ prismatic\ cu platou striat (enterocitul); celul\ prismatic\ ciliat\ (`n epiteliul mucoasei respiratorii [i a oviductului); celul\ cu aspect de cup\ (caliciform\); celul\ poligonal\ (hepatocitul);

Fig. 2.1 Forma [i talia celulelor 1-ovocit; 2-limfocit; 3-neutrofil; 4-monocit; 5-adipocit; 6-hematie; 7-eritrocit de pas\re; 8-celule pavimentoase; 9-celule cubice; 10-celule prismatice cu platou striat; 11-celule prismatice ciliate; 12-celul\ caliciform\; 13-fibroblast; 14-fibrocit; 15-neuron piramidal Betz; 16-neuron piriform Purkinje; 17-neuron multipolar stelat; 18-celul\ fusiform\-fibr\ muscular\ neted\; 19-celul\ cilindric\-fibr\ muscular\ striat\ de tip scheletic; 20-fibr\ muscular\ striat\ de tip cardiac; 21-spermatozoid; 22-celul\ aliform\-tenocit; 23-celul\ `n rachet\; 24-celul\ umbeliform\

¾ celul\ ramificat\ cu nucleu sferic sau elipsoidal: - celula conjunctiv\ (mezenchimal\, fibroblastul, fibrocitul [i melanocitul); - celula nervoas\ (cu forme variate): - piramidal\ (Betz); - stelat\; - piriform\ (Purkinje); ¾ celul\ fusiform\-fibra muscular\ neted\ (leiocitul) cu nucleu alungit `n form\ de bastona[; ¾ celul\ cilindric\-fibra muscular\ striat\ de tip scheletic (rabdocitul) cu mai mul]i nuclei aplatiza]i (20-40/mm lungime) a[eza]i sub membrana celular\; ¾ celul\ cilindric\ ramificat\-fibra muscular\ striat\ de tip cardiac; ¾ celul\ flagelat\ (spermatozoidul); ¾ celul\ cu aripi sau aliform\ (tenocitul); ¾ celul\ `n form\ de rachet\ de tenis (din epiteliul pavimentos stratificat de tip urinar). - 12 -

Celulele pot exista `n organismul animal fie sub form\ liber\ [i circul\ `n lichidele naturale: sânge (hematii, leucocite [i trombocite) [i sperm\ (spermatozoizii), fie asociate `n ]esuturi, astfel c\, `ntre celulele componente se stabilesc raporturi de interdependen]\. 2.1.5 Compartimentarea celulei

Celula este delimitat\ de o membran\ ce `i permite schimbul de substan]e [i semnale cu mediul exterior, citoplasm\-format\ din morfoplasm\ (ansamblul organitelor) [i hialoplasm\ (plasma transparent\) [i un nucleu ce `nmagazineaz\ informa]ia genetic\ sub form\ de ADN. Majoritatea organitelor citoplasmatice sunt delimitate de membrane denumite endomembrane. Acestea au structura plasmalemei [i un diametru de 6 nm. Excep]ie fac ribozomii care nu prezint\ endomembran\. Dup\ rolul `ndeplinit `n celul\ organitele citoplasmatice sunt grupate `n (fig. 2.2): vezicule de secre]ie centrul celular aparatul Golgi

membrana nuclear\

reticulul endoplasmatic

lizozomi nucleolul

vacuol\ lipidic\ mitocondrie

Fig. 2.2 Reprezentarea schematic\ a celulei animale la microscopul electronic (dup\ M. Maillet, 1995) - 13 -

¾ organitele mi[c\rii celulare-reprezentate de microfilamentele de actin\ [i miozin\`ntâlnite `n fibrele musculare dar [i `n celelalte celule formând sistemul motil actin\-miozin\ [i microtubuli-intr\ `n structura cililor [i flagelilor formând sistemul motil microtubuldinein\; ¾ organitele generatoare de energie-reprezentate de mitocondrii; ¾ organitele sintezei [i secre]iei celulare-reprezentate de: ribozomi, reticulul endoplasmatic neted, reticulul endoplasmatic rugos [i complexul Golgi; ¾ organitele digestiei celulare-reprezentate de lizozomi [i peroxizomi. 2.2.1 Membrana celular\ 2.2.1.1 Defini]ie, structur\ [i organizare molecular\

Membrana celular\ este o structur\ morfo-func]ional\ complex\ ce delimiteaz\ [i compartimenteaz\ mediul intracelular de cel extracelular [i prin intermediul ei se realizeaz\ comunicarea dintre cele dou\ compartimente. La microscopul electronic membrana celular\ (sau `nveli[ul periferic) apare cu o structur\ foarte complex\ format\ din glicolem\ (sau glicocalix), plasmalem\ (sau membran\ plasmatic\) [i citoschelet membranar (fig. 2.3):

Fig. 2.3 Plasmalema [i glicocalixul la microscopul electronic

2.2.1.1.1 Plasmalema

Plasmalema este alc\tuit\ dintr-un dublu strat lipidic dublat fiecare la exterior de o pelicul\ de proteine. Datorit\ dimensiunilor reduse, plasmalema nu este vizibil\ la microscopul optic. ~n schimb, la microsocopul electronic, s-au pus `n eviden]\ 3 straturi (intern, mijlociu [i extern), astfel c\, plasmalema apare cu o structur\ trilamelar\. Din punct de vedere al organiz\rii moleculare, prin studii de biochimie, s-a demonstrat c\ plasmalema este alc\tuit\ dintr-un strat bimolecular de lipide, `n special fosfolipide (compu[i chimici din categoria gr\similor ce con]in `n molecula lor acid fosforic [i o baz\ azotat\) (40 %) acoperit pe fiecare fa]\ de câte o pelicul\ de proteine (60 %) dispuse `ntr-o re]ea ata[ate prin leg\turi de hidrogen. Conceptul actual despre structura membranei plasmatice-Modelul `n mozaic fluid lipide-proteine.

- 14 -

Plasmalema este considerat\ un „edificiu fluid“ traversat de proteine cu rol de transportori activi, complexe multienzimatice, receptori etc. Studierea organiz\rii moleculare a membranei plasmatice prin tehnicile moderne de crio-fracturare (congelare-frac]ionare) a demonstrat c\ membrana plasmatic\ este alc\tuit\ dintr-un ansamblu de molecule proteice glicozilate [i molecule lipidice. Conform Modelului `n mozaic fluid lipide-proteine (elaborat de Singer [i Nicolson `n 1971) plasmalema este format\ dintr-o dubl\ p\tur\ lipidic\ traversat\, total sau par]ial, de proteine (fig. 2.4). protein\ glicolizat\

strat bimolecular de lipide

mediul extracelular

lan] de polizaharide membrana nuclear\

mediul intracelular protein\ intramembranar\

Fig. 2.4 Reprezentarea schematic\ a membranei plasmatice-la microscopul electronic (dup\ M. Maillet, 1994)

Moleculele lipidice se dispun `n strat dublu astfel c\ se realizeaz\ o barier\ aproape impermeabil\ pentru moleculele hidrosolubile. Lipidele din plasmalem\ sunt reprezentate de: ¾ fosfolipide; ¾ colesterol; ¾ glicolipide `n propor]ii diferite (sfingo-glicolipide; gangliozide; galacto-cerebrozide). ™ Fosfolipidele (fosfatidele sau glico-fosfatidele) rezult\ din esterificarea glicerolului de c\tre 2 acizi gra[i [i acidul fosforic. Au o extremitate polar\ sau hidrofil\ (format\ dintr-un alcool azotat, acid fosforic [i glicerol) [i 2 lan]uri carbonate hidrofobe. Se g\sesc `n membrana plasmatic\ sub diverse forme dar `n special, sub forma acizilor: fosfatidic, fosfatidil-colin\, fosfatidil-etanolamin\ [i fosfatidil-serin\. ™ Colesterolul este o molecul\ ce con]ine 2 grup\ri: polar\ [i steroid\. ~n membranele celulelor eucariote exist\ câte o molecul\ de colesterol pentru fiecare molecul\ de fosfolipide, astfel c\, eventualele modific\ri ale acestei propor]ii pot schimba fluiditatea membranei. - 15 -

™ Glicolipidele (sau cerebrozidele) rezult\ din asocierea unui glucid (`n general galactoza) la un acid gras din proteinele membranare [i o sfingozin\. Sunt esteri ai sfingnozinei sau sfingoglicolipidelor ce grupeaz\ galactolipide, gangliozide [i glicolipide neutre. Rolul lipidelor `n fluiditatea membranei plasmatice. Varia]iile fluidit\]ii membranei plasmatice depind de structura stratului dublu lipidic. ¾ prezen]a sau absen]a dublei leg\turi `n lan]ul alifatic determin\ fluiditatea; nesatura]ia (prezen]a dublelor leg\turi) hidrocarbonate cre[te fluiditatea dublului lan] lipidic; `n schimb, satura]ia acestora determin\ vâscozitatea. ¾ colesterolul intensific\ rigiditatea membranei pentru c\ aceast\ molecul\ posed\ o grupare polar\ (situat\ la nivelul grup\rilor polare ale altor molecule lipidice) [i un nucleu steroid ce se dispune `n stratul lipidic dublu, `n zona lan]urilor alifatice [i imobilizeaz\ par]ial lan]urile `nvecinate. ~n membrana plasmatic\ a celulelor eucariote exist\ câte o molecul\ de colesterol pentru fiecare molecul\ de fosfolipide. Eventualele varia]ii ale acestor propor]ii modific\ fluiditatea membranei. Colesterolul membranar asigur\ stabilitatea mecanic\. Unele linii celulare nu sintetizeaz\ colesterolul. Aceste celule au o membran\ foarte fragil\, astfel c\ pot suferi rapid o liz\; adaosul unor molecule de colesterol `n mediul de cultur\ inhib\ aceast\ citoliz\; ¾ sc\derea temperaturii determin\ sinteza lipidelor membranare nesaturate inducându-se astfel o cre[tere a fluidit\]ii membranei plasmatice; ¾ la mamifere, propriet\]ile antigenice ale glicolipidelor sunt dependente de glicolipide [i gangliozide (de ex. hexa-glicozil-ceramida este un determinant al grupei sanguine B); ¾ receptorii celulari (`n general-gangliozide) fixeaz\ anumite toxine bacteriene (de ex. gangliozidul monozilat-GM reprezint\ receptorul toxinei colerice) sau controleaz\ accesul la receptori (de ex. cel pentru hormonul somatotrop de cre[tere-TSH).

Proteinele membranare sunt de 2 tipuri: extrinseci (sau periferice) [i intrinseci (sau transmembranare).

™ Proteinele membranare extrinseci sunt mai reduse numeric decât lipidele (50 lipide pentru o protein\), de 30-50 ori mai voluminoase decât lipidele, au o greutate molecular\ de 20 000-215 000 d [i reprezint\ 50 % din masa membranei celulare. Sunt formate din polimeri foarte lungi asocia]i prin leg\turi peptidice. Proteinele membranare au 2 extremit\]i terminale: aminic\ (NH2) [i carboxilic\ (COOH-). Nu prezint\ poli ci doar 2 extremit\]i hidrofile. Pe toat\ lungimea unei proteine alterneaz\ zonele hidrofile cu cele hidrofobe `n func]ie de natura aminoacizilor pe care `i con]in. ~n timpul procesului de sintez\ proteinele au o structur\ primar\ ce corespunde exclusiv succesiunii aminoacizilor; ulterior lan]ul proteic se replic\. ~n mijlocul membranei celulare, majoritatea proteinelor (70 %) se leag\ la fosfolipidele hidrofobe, restul r\mânând ata[at la alte molecule. ™ Proteinele membranare intrinseci se extrag prin procedee complexe pentru c\ sunt strâns legate printr-un lan] de acizii gra[i [i lipidele (fosfatidil-inozitolul) din stratul dublu. Sinteza asimetric\ `n reticulul endoplasmatic [i inser]ia `n dublul strat lipidic predetermin\ orientarea acestor proteine membranare. Proteinele membranare traverseaz\ membrana, fie o singur\ dat\ [i se numesc proteine cu traversare unic\ fie de mai multe ori [i se numesc proteine cu traversare multipl\ (fig. 2.5). Partea intramembranar\ este hidrofob\, descrie un α-helix (unic `n acest domeniu) ce interac]ioneaz\ cu cozile moleculelor lipidice. Extremit\]ile hidrofile se termin\ diferit: una `n spa]iul extracelular [i cealalt\ `n citoplasm\ (sunt proteine amfifile). Aceste extremit\]i, indiferent de localizare, pot fi amino-terminale sau carboxi- 16 -

terminale. Unele proteine se leag\, prin extremitatea lor citoplasmatic\, la un lan] de acizi gra[i (inserat pe o p\tur\ lipidic\ citoplasmatic\) printr-o leg\tur\ covalent\. Procesul de glicozilare intereseaz\ aproape toate aceste molecule. Partea glicozilat\ constituie `nveli[ul celular ce protejeaz\ celula la exterior. ™ Proteinele transmembranare cu traversare unic\ (fig. 2.5 A). Studiul structurii membranei hematiei a demonstrat existen]a unei proteine denumit\ glicoforin\ (o protein\ mic\ ce con]ine 131 reziduuri de acizi gra[i). ~n alte celule exist\ proteine cu rol de receptori catalitici ai protein-kinazelor specifice tirozinei, receptorii pentru insulin\ [i/sau pentru factorul de cre[tere epidermic\. mediul extracelular

lan] polizaharidic

lan] polipeptidic

mediul intracelular

Fig. 2.5 Proteine intramembranare-cu traversare unic\ (A) [i/sau multipl\ (B) (dup\ M. Maillet, 1995)

™ Proteinele transmembranare cu traversare multipl\ (fig. 2.5 B) sunt puse `n eviden]\ prin tehnici specifice de criofracturare. Aceste proteine prezint\ 2 extremit\]i (amino-terminal\ [i carboxi-terminal\) ce traverseaz\ de mai multe ori stratul dublu lipidic organizat, la fiecare traversare, `ntr-un α-helix regulat. De ex. banda 3, izolat\ prin electroforez\ din plasmalema hematiei, asigur\ transportul O2 la ]esuturi [i a CO2 spre pulmoni. Aceast\ molecul\ ce traverseaz\ de circa 10 ori stratul dublu lipidic are o lungime ce corespunde pentru aproximativ 930 acizi gra[i dispu[i cap la cap. ™ Proteinele membranare periferice se fixeaz\ `n mod covalent la stratul dublu lipidic numai printr-un lipid. Aceste proteine pot fi: extracelulare [i/sau intracelulare (sau citoplasmatice): ™ proteinele membranare periferice extracelulare se fixeaz\ de un lan] de acizi gra[i; ™ proteinele membranare periferice intracelulare se asociaz\ pe fa]a intern\ a membranei plasmatice prin intermediul unui oligozaharid sau fosfolipid (fosfatidilinozitolul). Func]iile proteinelor membranare. Moleculele proteice-izolate unele de altele [i legate la lipide prin leg\turi covalente-„`noat\“ `n stratul dublu lipidic [i intervin, `n func]ie de natura lor, `n:

- 17 -

¾ transportul transmembranar al substan]elor necesare cre[terii [i `nlocuirii structurilor celulare; ¾ recep]ionarea informa]iilor legate de producerea hormonilor ce impun celulei modificarea activit\]ii sale; ¾ recep]ionarea stimulilor fizico-chimici responsabili de excitabilitate [i transferul informa]iilor extracelulare ce convertesc aceste semnale astfel `ncât celula s\ le poat\ percepe; ¾ mecanismele de recunoa[tere celular\; ¾ inhibi]ia contactului intercelular; ¾ diverse activit\]i enzimatice; ¾ leg\turile structurale ce unesc plasmalema de citoscheletul membranei; ¾ fixarea viru[ilor [i a toxinelor la celule; ¾ fixarea substan]elor medicamentoase; ¾ adezivitatea intercelular\ [i/sau pe suport conjunctiv. Natura [i cantitatea de proteine intramembranare ce reprezint\ 25-75 % din masa total\ a membranei sunt dependente de func]ia celulei. Modelul `n mozaic fluid a structurii membranei plasmatice explic\: ™ fluiditatea membranei [i deplasarea constituen]ilor lipidici [i/sau protidici; ™ activit\]ile enzimatice; ™ func]iile antigenice. ¾ ¾ ¾ ¾ ™

Propriet\]ile plasmalemei sunt: mecanice-membrana celular\ este extensibil\, elastic\ [i plastic\, prezentând diferen]ieri morfologice de tipul zonelor de adezivitate intercelular\; antigenice-corespund fenomenelor de recunoa[tere a structurilor organismului (a „self“-ului) [i de a le distinge de ,,nonself“sau „self“-ul alterat; fixarea unei substan]e str\ine induce modific\ri `n activitatea celular\; de facilitare a schimburilor cu mediul extern-permeabilitatea permite trecerea particulelor prin fenomenul de citoz\ traversând membrana celular\; legate de existen]a sarcinii electrice; reparti]ia inegal\ a ionilor de o parte [i de alta a membranei antreneaz\ polarizarea electric\ (poten]ialul de repaus), iar modific\rile de polarizare dau na[tere curen]ilor de ac]iune de la suprafa]a membranei. Proteinele membranare glicozilate. Partea glicozilat\ a unei proteine membranare nu intereseaz\ decât pentru regiunea orientat\ spre mediul extracelular care intr\ `n structura glicolemei. 2.2.1.1.2 Glicolema

Grup\rile glucidice ale glicoproteinelor [i glicolipidelor intrinseci din structura plasmalemei precum [i glicoproteinele extrinseci [i proteoglicanii secreta]i de celule formeaz\ glicocalixul (sau glicolema). La microscopul optic, glicolema este pus\ `n eviden]\ prin reac]ii de detectare citochimic\ a componentei glucidice (cu albastru alcian, fier coloidal sau reac]ia PAS) [i apare sub forma unor linii de culoare ro[ie sau albastr\. - 18 -

La microscopul electronic, glicolema este format\ din dou\ componente-intern\ (lamina extern\) mai pu]in dens\ [i cu un diametru de 20 nm [i extern\ (`nveli[ul de suprafa]\) mai dens\ [i cu un diametru de 30 nm. La limita dintre cele dou\ componente se eviden]iaz\ `n mod frecvent molecule de fucoz\ [i ioni de Ca+2 ce formeaz\ pun]i de leg\tur\ cu moleculele de fucoz\, astfel c\, glicolema reprezint\ locul de stocare a Ca+2. Fibronectina este o molecul\ glicoproteic\ extrinsec\ izolat\ din fibroblaste dar exist\ [i `n plasma sanguin\ (are rol `n cicatrizare, fagocitoz\ [i coagulare) [i `n matricea extracelular\ unde polimerizeaz\ [i constituie fibrilele. La periferia membranei celulare aceast\ molecul\ asigur\ coeziunea dintre celule [i matrice prin adeziunea celulei la substrat (fig. 2.6). actina

α-actinin\

vinculina proteina membranei celulare talina

plasmalema

receptorul fibronectinei

fibronectina

Fig. 2.6 Puncte de contact `ntre fibronectin\ [i plasmalem\ (dup\ D. Darnell, 1976)

~n plasmalem\ exist\ integrine (sau proteinele trans) care recunosc moleculele adezivit\]ii celulare (CAM). Pe fa]a citoplasmatic\ integrina se afl\ `n leg\tur\ cu vinculina [i/sau talina. Pe fa]a extracelular\, integrina se fixeaz\ pe o molecul\ de fibronectin\. Moleculele de fibronectin\ sunt asociate unele cu altele prin intermediul proteoglicanilor [i se fixeaz\ pe colagen I. Moleculele de fibronectin\ sunt marcate cu substan]e fluorescente [i sunt u[or vizibile pe suprafa]a celulelor normale. Pentru celulele tumorale, fluorescen]a este mai intens\. Celulele canceroase nu re]in mult timp fibronectina pe suprafa]a lor, astfel c\, celulele devin libere [i independente `n ]esutul conjunctiv [i ulterior sunt distruse.

™ Glicoproteinele sunt substan]e formate prin asocierea polizaharidelor sau a heterozaharidelor la un lan] polipeptidic. Pe protein\ se fixeaz\ glucide (glucoz\, manoz\, fructoz\, glucozamin\, hexozamin\) cu dispunere `n lan]uri ramificate ce con]in fiecare 12-15 glucide. Acidul N-neuraminidic este purt\tor de sarcini negative [i ocup\ `ntotdeauna extremitatea lan]urilor glucidice (galactoza, fucoza este preterminal\) [i confer\ anumite propriet\]i acestei glicoproteine. Proteinele sunt glicozilate pe un amino-acid special denumit asparagin\, iar leg\turile sunt de tipul N-glicolizate (fig. 2.7). - 19 -

polipeptid

lan] nepolimerizat de heteroglucide

Fig. 2.7 Stuctura unei glicoproteine (dup\ M. Maillet, 1995)

™ Proteoglicanii (sau mucopolizaharidele) sunt polipeptide (5 %) ce leag\ un polizaharid neramificat (format prin polimerizarea dizaharidelor-o secven]\ repetitiv\ format\ din 2 glucide [i glucozamino-glicani (95 %) (fig. 2.8). acidul D-glucuronic

N-acetil-D-glucozamin\

lan] polimeric de dizaharid

lan] polipeptidic

Fig. 2.8 Structura unui proteoglican (dup\ M. Maillet, 1995) A-acidul hialuronic este un polimer al unui dizaharid format de acidul D-glucuronic [i N-acetil-Dglucozamina; B-lan]urile polimerice neramificate se leag\ pe un lan] polipeptidic pentru a forma proteoglicanii

Acidul hialuronic este format din acidul glucuronic [i glucozamin\ [i este specific proteoglicanilor. Aceste molecule polianionice sunt bogate `n sarcini electrice negative, sunt rectilinii, nu se repliaz\ [i sunt constituite, `n special, din glucide (95 %). Glicoproteinele prezint\ mai multe tipuri [i locuri de leg\tur\ [i au afinitate fa]\ de un anumit glucid-de ex. ricina recunoa[te galactoza [i poate uni mai multe galactoze ce apar]in diferitelor hematii, provocând aglutinarea acestora). Exist\ câte o lectin\ pentru fiecare glucid (de ex. ricina pentru galactoz\; concanavalina pentru manoz\). Utilizarea acestor lectine permite recunoa[terea deplas\rii glucidelor `n membran\. Acestea pot modifica arhitectura membranar\ (de ex. apropierea a 2 proteine `ndep\rtate modific\ amplasarea glicolipidelor). De[i au fost descoperite mai `ntâi la plante, lectinele exist\ [i la unele mamifere unde sunt implicate `n recunoa[terea adezivit\]ii celulare. - 20 -

Laminina este o glicoprotein\ specific\ celulelor epiteliale [i are rol echivalent cu cel al fibronectinei. Are mai multe domenii de recunoa[tere pentru c\ se leag\ la integrin\ [i la membrana plasmatic\ (de ex. recunoa[te heparanat-sulfatul). Locurile de fixare sunt localizate pe colagen IV un component al laminei bazale. Laminina intervine `n evolu]ia tumorilor neoplazice (pentru un cancer „in situ“ laminina exist\ `n lamina bazal\ [i dispare `n cancerele epiteliale invazive). Propriet\]ile [i func]iile glicocalixului sunt dependente de constituen]ii glicozila]i. Astfel, glicocalixul intervine `n: ¾ protec]ia membranei celulare. Glicolema are rol protector datorit\ func]iilor sale mecanice, previne rupturile membranei apicale ale celulelor [i ac]ioneaz\ ca un filtru prin care sunt eliminate moleculele mari; ¾ schimbul celular de suprafa]\. Celulele aflate `n suspensie `ntr-o solu]ie electrolitic\ plasat\ `ntre 2 electrozi manifest\ o diferen]\ de poten]ial [i migreaz\ spre anod astfel c\, sarcina electric\ de suprafa]\ a `nveli[ului celular este negativ\. Studierea mobilit\]ii electroforetice a celulelor a demonstrat c\ sarcina electric\ negativ\ este datorat\, `n principal, acidului sialic (de ex. tratarea eritrocitelor umane cu neuraminidaza distruge acidul sialic [i diminueaz\ viteza de migrare cu 80 %); ¾ absorb]ie. Func]ia absorbtiv\ a `nveli[ului celular este u[or de pus `n eviden]\ „in vivo“ [i „in vitro“. De ex. „in vivo“ `nveli[ul celular absoarbe sau fixeaz\ anticorpii citofili ce modific\ fagocitoza [i antigenul solubil al gr\simii ce se leag\ la limfocitele normale. „In vitro“ membranele eritrocitelor absorb [i fixeaz\ substan]e (de ex. lipopolizaharide sau cardiolipina). Procesul de absorb]ie a cardiolipinei st\ la baza numeroaselor teste serologice pentru diagnosticarea sifilisului. ¾ anumite fenomene enzimatice. Tehnicile de colora]ie negativ\ demonstreaz\ existen]a (`n `nveli[ul celular al celulelor intestinale, fibrelor musculare striate de tip cardiac [i a hepatocitelor) a unor unit\]i globulare de 5-6 nm ata[ate la membrana plasmatic\ printr-o constric]ie scurt\ de 2 nm diametru. Aceste unit\]i globulare, eliberate printr-un proces lent de digestie sub ac]iunea papainei, con]in leuco-aminopeptidaze (pentru particulele izolate ale `nveli[ului hepatocitelor) [i maltaz\ (pentru celulele intestinale) (fig. 2.9). glicolema

particule granulare (maltaza) microfilamente de actin\ microvilozitate

Fig. 2.9 Platoul striat la microscopul optic [i electronic

- 21 -

2.2.1.1.3 Citoscheletul membranei celulare

Citoscheletul membranei celulare este constituit dintr-o re]ea de proteine extrinseci, situat pe frontul intern, plasmatic al membranei celulare. Are rol `n stabilizarea infrastructurii membranei, `n mi[c\rile locale ale suprafe]ei celulei, conferind flexibilitate [i rezisten]\ membranei celulare. Citoscheletul membranei celulare are o grosime de circa 5-9 nm [i este ancorat prin proteinele integrale ale plasmalemei de aceasta. S-a pus `n eviden]\ la hematie `n care reprezint\ circa 60 % din totalitatea proteinelor membranare. Este alc\tuit din: ¾ spectrin\-proteina cu aspect de bastona[, prezent\ sub form\ de dimeri; ¾ ankirin\-proteina sferic\ sau piramidal\; ¾ actin\-de aspect fibrilar, este format\ din actina globular\; ¾ proteina benzii 4,1-este o protein\ globular\. Nodurile re]elei sunt formate din dou\ complexe moleculare prin care se ancoreaz\ de plasmalem\ [i de citoscheletul citoplasmei: ¾ spectrin\-ankirin\ [i proteina integral\ prin intermediul c\ruia se leag\ de plasmalem\; ¾ spectrina, actina [i proteina benzii 4,1 care structureaz\ nodurile propriu-zise [i reprezint\ complexul de leg\tur\ cu citoscheletul matricei citoplasmatice. Citoscheletul citoplasmei este format dintr-o re]ea de microfilamente ce str\bat `ntreaga hialoplasm\ reprezentat\ de: ¾ microfilamente de actin\ (diametrul de 7 nm); ¾ microtubuli (diametrul 24 nm); ¾ microfilamente intermediare (diametrul de 10 nm); ¾ proteine asociate. Func]iile citoscheletului: ¾ realizeaz\ [i men]in forma celulelor [i a prelungirilor celulare; ¾ asigur\ mi[carea cililor [i flagelilor, deplasarea celulelor [i transportul intracelular; ¾ `n diviziunea celular\ are rol `n deplasarea cromozomilor `n plan ecuatorial [i translocarea acestora `n anafaz\; ¾ `n contrac]ia muscular\. Microtubulii se `ntâlnesc fie izola]i (microtubuli citoplasmatici) fie fascicula]i cu caracter temporar (fibrele fusului de diviziune) sau permanent (centrioli, corpusculi bazali, cili, flageli). Fiecare microtubul este format din 13 protofilamente dispuse circular, echidistant. La rândul lor, protofilamentele sunt formate din dimeri α [i β de tubulin\. Orientarea dimerilor de tubulin\ `n protofilamente confer\ microtubulilor un caracter polar (pozitiv sau negativ) (fig. 2.10).

- 22 -

Fig. 2.10 Modelul structurii tridimensionale a microtubulilor

Microfilamentele de actin\ sunt prezente `n citoplasma tuturor celulelor eucariote [i sunt formate din polimeri de actin\. Monomerul de actin\ are form\ globular\ [i este denumit actin\ globular\ (AG). Prin polimerizarea actinei globulare se formeaz\ filamentele de actin\ sau actina fibrilar\ (AF) (fig. 2.11).

nuclea]ie

actina F actina G

Fig. 2.11 Polimerizarea actinei

De actin\ este legat\ o alt\ protein\ fibrilar\-miozina. ¾ Miozina I este absent\ `n celulele musculare, ea fiind implicat\ `n fenomene de motilitate. ¾ Miozina II se `nlâlne[te `n fibrele musculare netede, `n fibrele musculare striate de tip scheletic [i de tip cardiac dar [i `n alte tipuri de celule. Este alc\tuit\ din 6 lan]uri peptidice (2 lan]uri grele [i dou\ perechi de lan]uri u[oare) (fig. 2.12).

- 23 -

Fig. 2.12 Modelul molecular al miozinei (a) molecula este alc\tuit\ din dou\ lan]uri grele [i dou\ perechi de lan]uri u[oare; lan]urile grele prezint\ câte o regiune aminoterminal\ globular\ denumit\ cap [i o regiune α-helicoidal\, carboxi-terminal\ denumit\ coad\; molecula prezint\ 2 puncte de flexiune (b) digestia miozinei de proteaze; fragmentele S1 au activitate ATP-azic\ [i con]in situsul de legare la actin\; HMM-meromiozin\ grea; LMM-meromiozin\ u[oar\

Mecanismul actin\-miozin\ st\ la baza contrac]iei musculare. Microfilamentele intermediare au un diametru intermediar `ntre diametrul microtubulilor [i cel al microfilamentelor de actin\. Ele sunt formate din 5 tipuri de proteine: vinmentina, desmina, neurofilamentele (NF1, NFm [i NFn), proteina glial\, fibrilar\, acid\ (GFAP) [i citocheratinele (peste 30 de specii moleculare) (fig. 2.13). Filamentele intermediare au roluri diferite `n func]ie de tipul celular `n care se g\sesc.

- 24 -

Fig. 2.13 Nivelurile de asamblare ale filamentelor intermediare

2.2.1.2 Specializ\rile membranei celulare

Membrana celular\ poate suferi o diferen]iere structural\ sau o transformare morfologic\ complex\ ce confer\ celulei o anumit\ func]ie. Aceste specializ\ri (sau diferen]ieri) pot fi temporare [i permanente. Specializ\rile temporare sunt reprezentate de pseudopode [i v\luri. Specializ\rile permanente se g\sesc la nivelul plasmalemei polului apical [i bazal [i la nivelul de contact a dou\ celule vecine. ™ Specializ\rile plasmalemei polului apical sunt, dup\ criteriul morfologic: ¾ microvili; ¾ cili vibratili; ¾ cili imobili (stereocili); ™ Specializ\rile plasmalemei polului bazal sunt reprezentate de labirintul bazal. ™ Zonele de cuplaj celular sunt denumite [i jonc]iuni celulare. Dup\ criteriul morfo-func]ional se clasific\ `n: ¾ jonc]iuni de adezivitate (desmozomi sau maculae adherens): - desmozomi `n band\ (sau liniari) - desmozomi maculari (sau `n pat\) - hemidesmozomi (sau desmozomii monocelulari) ¾ jonc]iuni impermeabile (etan[e sau zonula ocludens) ¾ jonc]iuni de comunicare (sau maculae communicans) ¾ interdigita]iile

- 25 -

2.2.1.2.1 Specializ\rile temporare ale membranei celulare 2.2.1.2.1.1 Pseudopodele sunt prelungiri digitiforme [i `mpreun\ cu citoplasma [i con]inutul citoplasmatic (organitele intracitoplasmatice) ader\ [i se sprijin\ pe suporturi [i trag restul celulei `n direc]ia de mi[care (fig. 2.14). Aceste mi[c\ri denumite amiboidale (de la sp. de Amoebe-amibe) sunt frontale [i continue [i sunt caracteristice leucocitelor când traverseaz\ pere]ii vaselor sanguine prin fenomenul de diapedez\ [i se deplaseaz\ spre ]esuturi. V\lurile sunt emise de macrofage `n timpul fagocitozei. Ele nu au nevoie de suport.

Fig. 2.14 Celul\ cu pseudopode (neutrofilul)

2.2.1.2.2 Specializ\rile permanente ale membranei celulare

Sunt diferen]ieri structurale ce se g\sesc la nivelul plasmalemei polului bazal [i apical al celulei [i la nivelul de contact dintre 2 celule vecine. 2.2.1.2.2.1 Specializ\rile plasmalemei polului apical sunt reprezentate de

evagin\ri ale citoplasmei, acoperite de membran\, situate la nivelul suprafe]ei celulare ce vine `n contact cu mediul extern [i asigur\ celulei o func]ie bine stabilit\ (de ex. func]ia resorbtiv\ sau absorbtiv\). Din punct de vedere morfologic sunt: - microvili; - cili vibratili; - cilii imobili.

2.2.1.2.2.1.1 Microvilii sunt expansiuni digitiforme ale suprafe]ei celulare

libere. Se g\sesc sub 2 forme: ♦ izola]i la nivelul epiteliului mucoasei gastrice; ♦ grupa]i la nivelul: - nefrocitelor (margine `n perie) (fig. 2.15); - enterocitelor (`n platou striat) (fig. 2.16);

a

b

Fig. 2.15 Celul\ cu margine `n perie, la microscopul optic (tubul contort proximal)

Fig. 2.16 Celul\ cu margine `n perie (a) (nefrocitul) [i labirintul bazal (b) la microscopul electronic

La microscopul optic microvilii apar sub forma unor stria]ii perpendiculare pe suprafa]a plasmalemei apicale cu lungimi de 0.6-0.8 µ. - 26 -

La microscopul electronic microvilii platoului striat au dimensiuni egale iar a marginii `n perie, inegale. Sunt limita]i la periferie de plasmalema trilamelat\ la exteriorul c\reia se afl\ un strat gros de glicocalix. Citoplasma prezint\ 2 zone: periferic\-de 30-40 nm lipsit\ de structur\ [i central\-con]ine 10-40 microfilamente de actin\ cu dispozi]ie paralel\. Prin tehnicile de citoenzimologie se eviden]iaz\ o intens\ activitate a fosfatazei alcaline [i ATP-azic\. Marginea `n perie prezint\ microvili inegali la polul apical al nefrocitelor din tubul contort proximal al nefronului. 2.2.1.2.2.1.2 Cilii vibratili sunt expansiuni citoplasmatice mobile delimitate de plasmalem\ ce execut\ mi[c\ri de pendulare [i ondulatorii. Se g\sesc la polul apical al celulelor epiteliale din mucoasa c\ilor respiratorii superioare [i a celor din oviduct (fig. 2.17).

Fig. 2.17 Epiteliu pseudostratificat ciliat din mucoasa traheal\ (celule ciliate cu cili vibratili)

La microscopul optic cilii vibratili apar sub forma unor prelungiri fine [i perpendiculare pe suprafa]a apical\ a epiteliului mucoasei. La microscopul electronic cilii vibratili prezint\ 4 zone (fig. 2.18 a-c): ¾ tija cilului are o lungime de 7-10 µm [i un diametru de 0.5 µm. Ectoplasma evaginat\ este acoperit\ de plasmalem\ [i se diferen]iaz\ `n 2 zone: ♦ periferic\ este zona pu]in dens\ la fluxul de electroni [i este denumit\ hialoplasm\; ♦ central\ (complexul filamentos axial sau axonema) este format\ din citoplasma `n care se g\sesc 10 perechi dublate de microtubi dispu[i `n dou\ grupe: 9 dublete periferice [i 1 dublet central); ¾ zona de tranzi]ie prezint\ o linie dens\ denumit\ plac\ bazal\ ce este traversat\ de cele 9 dublete periferice; ¾ corpusculul bazal (sau kinetosomul) are o form\ cilindric\ iar peretele este format din 9 triplete de microtubi [i are rol `n mi[carea ciliar\; ¾ r\d\cina ciliar\ are un aspect striat fiind alc\tuit\ din pachete de microfilamente de actin\, paralele [i perpendiculare pe microtubi [i alterneaz\ cu zone clare la fluxul de electroni. Mecanismul mi[c\rii cililor. Un cil izolat de corpusculul s\u bazal posed\ mi[c\ri ondulatorii ceea ce implic\ faptul c\: - elementele responsabile de motilitate sunt situate `n axonem\; - sensul `n care se mi[c\ cilii sunt determinate de corpusculul bazal; - mi[c\rile propriu-zise nu sunt influen]ate de corpusculul bazal ci de transmiterea excita]iei prin intermediul r\d\cinii cililor care declan[eaz\ mi[c\rile ciliare. - 27 -

- 28 -

Fig. 2.18 Structura unui cil vibratil la microscopul electronic (dup\ M. Maillet, 1997) 1 – membran\ plasmatic\; 2 – dublet periferic; 3 – tubuli centrali `nconjura]i de `nveli[ul periferic; 4 – fibre radiare; 5 – granule intermembranare (zona proximal\ a membranei ciliare); 6 – inel; 7 – vezicul\ ciliar\; 8 – plac\ bazal\; 9 – corpuscul bazal; 10 – r\d\cina cilului

`nveli[ul comun al tubilor A [i B dublet central

`nveli[ul comun al tubilor A [i B

spi]\ teac\ central\

protofilamente

Dublet periferic bra] de dinein\

Microtubul A

Dublet

Microtubul B

Dineina are rol important `n glisare. Aceasta are ac]iune ATP-azic\. Bra]ul dineinei dirijeaz\ glisarea microtubulilor `n cil fiind un mecanism analog capului miozinei din fibra muscular\ striat\. Un ciclu de schimbare a conforma]iei fiec\rui cap (dependent de leg\tura [i de hidroliza ATP) deplaseaz\ capul de dinein\ `n lungul microtubului [i bra]ul c\tre vârf. Aceast\ mi[care antreneaz\ dubletul vecin c\tre vârful axonemei. Flexia microtubulilor este `mpiedicat\ de punctele de nexin\. ~n debutul ciclului de mi[care, jonc]iunile dintre microtubuli sunt situate la acela[i nivel. Apoi punctele de inser]ie a bra]elor pe tubulii B se deplaseaz\ `n direc]ia extremit\]ii tijei, provocând `nc\ o deplasare a dubletelor `n raport unele cu altele.regiunea de la baza tijei cilului este o regiune mai pu]in rezistent\ pentru c\ bra]ele de dinein\ sunt absente. De asemenea axonema, `n prezen]a unei concentra]ii mici de ATP, se alunge[te de 9 ori fa]\ de lungimea obi[nuit\ (fig. 2.19).

Fig. 2.19 Schema mi[c\rii cililor ~n mi[carea de retur, glisarea microtubulilor se face `n direc]ia invers\ dar numai `n regiunea recursat\. Regiunea glisat\ ajunge progresiv la extremitatea distal\ a tijei asigurând redresarea complet\. Mi[carea cililor este deci o mi[care de glisare dependent\ de ATP [i dinein\ `n prezen]a Ca +2 [i Mg +2. Viteza de deplasare a particulelor situate la suprafa]a epiteliului pseudostratificat ciliat este de 6-35 mm/min.

2.2.1.2.2.1.3 Cilii imobili (sau stereocilii) sunt elemente imobile a c\ror form\

[i structur\ este asem\n\toare cu cea a microvililor, dar de care se deosebe[te prin num\rul mic al microfilamentelor de actin\ cu dispunere regulat\ (fig. 2.20). Se aglomereaz\ mai mul]i la un loc formând conglomerate ce au rol `n dirijarea produ[ilor de secre]ie.

Fig. 2.20 Stereocilii celulelor din epididim

2.2.1.2.2.2 Specializ\rile plasmalemei polului bazal sunt reprezentate de labirintul bazal. La unele tipuri de celule epiteliale, plasmalema polului bazal care are un rol important `n transportul activ al substan]elor, se invagineaz\ mai mult sau mai pu]in profund `n citoplasm\ [i o fragmenteaz\ `n compartimente. Acest aspect este cunoscut sub numele de labirint bazal (de ex. nefrocitele tubului contort proximal prezint\ un labirint bazal bine reprezentat `n citoplasma lui g\sindu-se numeroase mitocondrii) (vezi fig. 2.16).

- 29 -

2.2.1.2.3 Jonc]iunile intercelulare ~ntre celulele care intr\ `n alc\tuirea organismelor pluricelulare se stabilesc leg\turi prin intermediul suprafe]elor lor. Aceste leg\turi `ndeplinesc anumite roluri `n cadrul rela]iilor intercelulare pentru c\ fiecare din ele are o serie de particularit\]i structurale [i func]ionale. Aceste zone sunt denumite [i jonc]iuni celulare. Dup\ structura morfo-func]ional\ se disting 3 tipuri: ¾ jonc]iuni de adezivitate; ¾ jonc]iuni impermeabile; ¾ jonc]iuni de comunicare (de tip GAP). Complexele jonc]ionale au `n structur\ trei tipuri de jonc]iuni intercelulare (de ex. `n epiteliul intestinal) (fig. 2.21): ¾ jonc]iuni impermeabile; ¾ desmozomi `n band\; ¾ desmozomi `n pat\ (`n partea inferioar\ a complexului jonc]ional); ¾ hemidesmozomi (la baz\).

microvilozitate

jonc]iune impermeabil\ microfilamente de actin\

jonc]iuni de adezivitate (`n band\)

spa]iu intercelular

desmozom macular (`n pat\)

microfilamente intermediare

Fig. 2.21 Complexe jonc]ionale `ntre enterocite (dup\ D. Darnell, 1976)

2.2.1.2.3.1 Jonc]iunile de adezivitate sunt denumite desmozomii sau maculae adherens (fig. 2.22). Au rolul de a men]ine `n contact celulele supuse la for]e mecanice mari. Se prezint\ sub 3 forme: - 30 -

¾ desmozomi `n band\; ¾ desmozomi maculari (sau `n pat\); ¾ hemidesmozomi. filamente intermediare (citokeratin\)

plac\ dens\

membran\ celular\

molecul\ de desmoglein\

spa]iu intercelular

Fig. 2.22 Structura unui desmozom `n pat\ la microscopul electronic (dup\ A. Alberts, 1976)

™ Desmozomii `n band\ sunt observa]i `n special la epiteliul prismatic sau cubic simplu. Se `ntâlnesc `n partea apical\ a celulei [i asigur\ adeziunea dintre celule. Structura acestora este reprezentat\ de: ¾ plasmalemele celor dou\ celule vecine la o distan]\ de 12-15 nm; ¾ densific\ri sub form\ de band\ pe frontul P al celulelor; ¾ materialul intercelular, mai dens central [i bogat `n ioni de Ca+2; ¾ linkeri (molecule de vinculine)-elemente de leg\tur\ `ntre dou\ densific\ri. ™ Desmozomii `n pat\ (sau maculae adherens) sunt localiza]i `ntre celulele epiteliale, au forme ovalare, dimensiuni de 400-500/190 nm [i cu axul mare paralel cu cel al celulei prismatic. Structura este reprezentat\ de: ¾ membranele celor dou\ celule vecine la distan]\ de 25-30-50 nm; ¾ placa desmozomal\-sub form\ de disc pe fa]a citoplasmatic\; aceasta este structura lamelar\, cu lamele paralele cu suprafa]a celulei; ¾ microfilamente intermediare de leg\tur\ (sau linkeri-`n func]ie de celul\ pot fi vimentine, desmine, cytoketarine) ce leag\ densific\rile discoidale; ¾ materialul intercelular, mai dens central, bogat `n ioni de Ca+2. Sunt localiza]i `ntre toate celulele epiteliale, endoteliale, mezoteliale dar cu un grad diferit de diferen]iere. ™ Hemidesmozomii asigur\ aderarea epiteliului la membrana bazal\ [i corion; au forme ovalare [i un diametru de 200 nm. Structura este reprezentat\ de: ¾ placa dens\ a desmozomului cu un aspect lamelar [i situat\ pe fa]a citoplasmatic\; - 31 -

¾ o zon\ clar\ `ntre plasmalema bazal\ a celulei [i membrana bazal\ (cu o zon\ dens\ `n planul central); ¾ filamente intermediare cu rol de linkeri ce leag\ densificarea de membrana bazal\ ( de fibre de colagen de tip IV [i proteoglicani); Ancorarea membranei bazale de corion se face prin intermediul fibrelor de colagen de tip III care sunt diseminate `n lungimea laminei densa, formând bucle `n jurul fibrelor de colagen subiacente din corion. 2.2.1.2.3.2 Jonc]iunile impermeabile (etan[e sau zonulae ocludens) sunt regiuni

specializate ale plasmalemelor `n care proteinele jonc]ionale din structura celor dou\ membrane traverseaz\ spa]iile intercelulare [i se unesc astfel `ncât obtureaz\ complet spa]iul intercelular (fig. 2.23). membrana plasmatic\ a celulei A microfilamentul citoscheletal

celula A

a

lan]ul de proteine formeaz\ jonc]iunea impermeabil\ spa]iu intercelular membrana plasmatic\ a celulei B

celula B

b

Fig. 2.23 Strucura unei jonc]iuni impermeabile (dup\ A. Alberts, 1976) a-schema tridimensional\ a unei jonc]iuni impermeabile; stratul intern al membranei interne este par]ial `ngro[at pentru a pune `n eviden]\ lan]ul de proteine ce formeaz\ jonc]iunea etan[\; b-organizare molecular\

Se g\sesc la toate epiteliile care delimiteaz\ o cavitate (intestinal, glandular, nefrocite, hepatocite etc) dar [i la endoteliile din anumite teritorii (celulele endoteliale din encefal particip\ la formarea barierei hemato-encefalice). La microscopul electronic apar cu un aspect pentalamelar. 2.2.1.2.3.3 Jonc]iunile de comunicare sunt denumite de tip GAP (sau maculae

communicans). Au rolul de a permite trecerea moleculelor mici dintr-o celul\ `n alt\ celul\ (fig. 2.24). La nivelul acestor jonc]iuni, plasmalemele celor dou\ celule se apropie astfel `ncât se mic[oreaz\ (2-3 nm) foarte mult spa]iul intercelular. ~ntre cele dou\ plasmaleme se g\sesc canale delimitate de structuri proteice complexe denumite conexoni prin intermediul c\rora se realizeaz\ comunicarea intercelular\. Canalele permit s\ treac\ dintr-o celul\ `n alta ioni [i - 32 -

molecule cu greutatea sub 1000-1500 d, glucide, aminoacizi, nucleotide, hormoni, vitamine etc. Nu pot trece macromoleculele, proteinele [i acizii nucleici-ADN [i ARN. Se `ntâlnesc `ntre celulele embrionare `n faza de morul\ [i dispar sau se restrâng la celulele diferen]iate. Sc\derea pH-ului sau cre[terea concentra]iei de Ca+2 citoplasmatic diminueaz\ permeabilitatea jonc]iunii. Aceast\ situa]ie este reversibil\. Glucagonul cre[te permeabilitatea acestor jonc]iuni. La microscopul electronic apar cu un aspect heptalamelar.

spa]iu intercelular

membran\ plasmatic\

conexon (hexamer de conexin\)

canalul central al unui conexon

Fig. 2.24 Structura unei jonc]iuni de comunicare de tip GAP (dup\ M. Maillet, 1995) jonc]iunile de tip GAP se caracterizeaz\ prin conexoni (hexamerii moleculelor protein\-conexin\) dispu[i `n grosimea fiec\rei membrane jonc]ionale

- 33 -

2.2.1.3 Transportul prin membran\

Celula este `n m\sur\ s\ preia din exterior gaze, ap\ [i substan]e dizolvate sub form\ de molecule sau ioni. Procesul de preluare a substan]elor `n celul\ se face cu ajutorul unor sisteme de transport de la nivelul membranelor. Astfel exist\: ¾ transport pasiv prin: ™ permeabilitate; ™ difuzie; ™ simpl\; ™ facilitat\; ¾ transport activ prin: ™ preluarea [i eliminarea activ\ de substan]e 2.2.1.3.1 Transportul pasiv

Transportul pasiv prin membrana plasmatic\ se realizeaz\ f\r\ consum de energie din partea celulei. Membrana celular\ este hidrofob\ [i constituie o barier\ pentru substan]ele hidrosolubile. Cu toate acestea, unele molecule pot p\trunde `n celul\ prin difuzie simpl\ sau prin modificarea hidrofobiei membranei plasmatice prin difuzie facilitat\. 2.2.1.3.1.1 Permeabilitatea reprezint\ difuzia moleculelor mici [i/sau a celor lipofile. Premiza procesului de permea]ie este semipermeabilitatea membranei celulare. Ea este direct legat\ de prezen]a porilor din membran\ [i este responsabil\ pentru toate procesele osmotice. For]a motrice a permeabilit\]ii este reprezentat\ de diferen]a de concentra]ie de o parte [i de cealalt\ a membranei plasmatice. 2.2.1.3.1.2 Difuzia const\ din `ntrep\trunderea reciproc\ a dou\ substan]e lichide sau gazoase ca urmare a energiei cinetice a particulelor din care sunt constituite. Difuzia apare ca urmare a unei diferen]e de concentra]ie ce determin\ stabilirea unui echilibru `ntre concentra]ii. Viteza depinde de diferen]a de concentra]ie, temperatur\ [i natura particulelor constituente. ¾ ¾ ¾ ¾

¾

Condi]ii ce trebuie respectate `n cazul schimburilor de substan]\ prin difuzia simpl\: m\rimea moleculei. Viteza de pasaj (sau de trecere) a unei molecule prin membrana plasmatic\ este invers propor]ional\ cu volumul s\u; aceast\ regul\ se aplic\ doar pentru moleculele de mici dimensiuni [i sub un anumit volum critic; polaritatea. O molecul\ polarizat\ nu traverseaz\ membrana plasmatic\; sarcina electric\. Un ion sau o molecul\ `nc\rcat\ cu o anumit\ sarcin\ electric\, cu un grad ridicat de hidratare [i o dimensiune mic\ nu penetreaz\ stratul dublu; [i invers, de ex. CO2 are o greutate molecular\ de 44 d traverseaz\ mai u[or stratul dublu lipidic; gradul de divizare este `n func]ie de valoarea coeficientului de divizare (Cd). Acesta reprezint\ raportul dintre solubilitatea unei particule `n lipide [i solubilitatea `n ap\. Astfel, cu cât valoarea acestui coeficient este mai ridicat\ cu atât este facilitat pasajul transmembranar al unei substan]ei. Moleculele solubile `n lipide (alcooli, aldehide, cetone, gliceroli [i anestezice) traverseaz\ rapid membrana plasmatic\; gradientul de concentra]ie. Moleculele se deplaseaz\ din regiunile unde concentra]ia este foarte mare `n zonele unde concentra]ia este foarte sc\zut\ (altfel spus, `n sensul gradientului de concentra]ie). Acest fenomen este specific transportului pasiv [i este dependent de proteinele purt\toare. - 34 -

Aplica]ii terapeutice ale procesului de difuzie-lipozomii. Sunt „microsfere“ cu un diametru de 50 nm ob]inute pe cale artificial\ prin ac]iunea ultrasunetelor asupra unui mediu lichid. Lipozomii au `n structur\ fosfolipide ce con]in acizi gra[i cu lan]uri polinesaturate (esteri ai colesterolului) limitate de un strat dublu lipidic. Aceste microsfere produse `ntr-un mediu ce con]ine principii activi (enzime, anticoagulan]i etc) intervin `n domeniul terapeutic, servesc la transportul medicamentelor traversând cu u[urin]\ faza lipidic\ a membranei plasmatice [i `[i elibereaz\ con]inutul `n celul\.

Difuzia facilitat\. Este o modalitate de transport pasiv transmembranar a substan]elor f\r\ consum de energie (de origine celular\) `n care intervin proteinele purt\toare denumite diferit `n func]ie de autor: proteine transportatoare, permeaze sau translocaze. Energia este furnizat\ de gradientul de concentra]ie al substan]ei transportate. Proteinele transportatoare sunt proteine membranare plasmatice ce ac]ioneaz\ ca transportatori pentru fixarea (prin complementaritate steric\) unui ligand determinat (de ex. o molecul\ extracelular\) pe care-l transfer\ specific din mediul extracelular spre mediul intracelular. Acest tip de reac]ie este asem\n\toare cu cea de tipul enzim\-substrat dar, `n acest caz, nu se modific\ structura substan]ei transportate. Blocajul specific fix\rii ligandului depinde de existen]a unor: ™ inhibitori (a[a-zi[i) competitivi ce se fixeaz\ pe molecula purt\toare; ™ inhibitori (a[a-zi[i) necompetitivi ce se fixeaz\ [i modific\ structura moleculei purt\toare.

Proteinele transportatoare sunt reprezentate de: ¾ permeaze membranare (sunt comparabile cu cele puse `n eviden]\ `n membrana hematiei); ¾ unipurt\tori care vehiculeaz\ o solu]ie unic\ dintr-o parte a membranei `n cealalt\ (de ex. celulele transport\ glucoz\ din mediul extracelular spre citoplasm\ dar, `n lichidul extracelular, concentra]ia de glucoz\ este mult mai mare decât `n mediul intracelular). Acest transport se efectueaz\ `n mod activ f\r\ consum de energie datorit\ purt\torilor de glucoz\ cu afinitate redus\; ¾ sistemele de co-transport sunt reprezentate de: ™ sympurt\tori-transferul unei solu]ii depinde de transferul simultan [i/sau consecutiv [i a celei de a 2-a solu]ii `n acela[i sens (de ex. celulele intestinale [i renale preleveaz\ glucoz\ din lumenul intestinal [i respectiv din lumenul tubilor uriniferi unde concentra]ia de glucoz\ este mai sc\zut\ decât `n citoplasm\. Aceste celule transport\ activ glucoz\ `mpotriva gradientului de concentra]ie, printr-un purt\tor de Na+ (pentru c\ aici concentra]ia extracelular\ este foarte ridicat\); ™ antipurt\tori-transport\ simultan dou\ substan]e `n sens diferit: una dinspre mediul intracelular [i alta `nspre mediul extracelular. Transportatorul anionilor hematiilor umane este denumit banda 3 [i func]ioneaz\ ca un antipurt\tor pentru a schimba Cl- `mpotriva HCO-2. ~n timpul transportului membranar, proteinele transportatoare `[i modific\ conforma]ia structural\. Este un proces reversibil pentru c\ sunt expuse alternativ locurile de leg\tur\ de pe o fa]\ a membranei pe cealalt\. 2.2.1.3.2 Transportul activ

Transportul activ prin membrana plasmatic\ se realizeaz\ `mpotriva gradientului de concentra]ie [i cu consum de energie (ATP) de origine celular\. Procesul este dependent de tipul de molecule proteice transportatoare denumite: transportatori, translocaze sau permeaze. Transportul activ este mai rapid decât difuzia liber\. - 35 -

2.2.1.3.2.1 Pompa de ioni Na+-K+ reprezint\ mecanismul de transport activ prin

membrana plasmatic\ a ionilor de Na+ [i K+. ~n mediul extracelular concentra]ia de Na+ este mai mare decât cea de K+ [i este invers\ `n mediul intracelular (fig. 2.25).

re`nc\lzire la 37°C

Fig. 2.25 Permeabilitatea membranei hematiei fa]\ de ionii de Na+ [i K+ `n func]ie de temperatur\ (dup\ M. Maillet, 1970)

La temperatura de 37°C hematiile con]in `n mediul intracelular o cantitate mare de ioni de K+ [i `n mediul extracelular o cantitate mare de ioni de Na+. ~n hematiile conservate la 0°C, ionii de K+ trec din mediul intracelular `n mediul extracelular iar ionii de Na+ trec din mediul extracelular `n mediul intracelular pân\ când concentra]ia ionilor de Na+ [i K+ intracelular este egal\ cu concentra]ia ionilor de Na+ [i K+ extracelular. Prin readucerea hematiilor la temperatura de 37°C ionii de K+ trec din mediul extracelular `n mediul intracelular iar ionii de Na+ trec din mediul intracelular `n mediul extracelular. Procesul stagneaz\ prin inhibi]ia fenomenului de glicoliz\ care asigur\ energia celulei. Transportul ionilor de K+ [i de Na+ prin membrana plasmatic\ se efectueaz\ `mpotriva gradientului de concentra]ie cu consum de energie (energia provine din degradarea glucozei). Este un transport activ [i termosensibil pentru c\ este condi]ionat de prezen]a factorului temperatur\ (sc\derea temperaturii sub 0ºC inhib\ procesul). Transferul activ al ionilor de Na+ [i de K+ se desf\[oar\ permanent `n toate celulele. Pompa ionic\ Na+-K+ este reprezentat\ de un oligomer tetrameric (α-2-β-2) proteic transmembranar denumit Na+-K+-adenozin-trifosfataza (Na+-K+-ATP-aza) [i are o greutate molecular\ de 270 000 d (fig. 2.26). Subunitatea α (mare) are o greutate de 95 kd, con]ine un loc de fixare [i de hidroliz\ a ATP-ului pe fa]a intracelular\ [i un loc de fixare pe fa]a extern\ a substan]elor steroide cardiotonice. Subunitatea β (mic\) are o greutate de 40 kd [i este legat\ la grupele hidrocarbonate. Aceste molecule extrag 3 ioni de Na+ din celul\ [i determin\ p\trunderea a 2 ioni de K+. - 36 -

mediul extracelular

locul de fixare a substan]elor cardiotonice membrana plasmatic\

locul de fixare [i hidroliz\ a ATP-ului

mediul intracelular

Fig. 2.26 Pompa ionic\ Na+-K+ (Na+-K+-ATP-aza)

Etapele succesive ale func]ion\rii pompei ionice Na+-K+: 1. fosforilarea enzimei prin hidroliza ATP-ului `n prezen]a ionilor de Mg+2 [i a 3 ioni de Na+ care se fixeaz\ la un receptor localizat pe fa]a intracelular\ a moleculei de Na+K+-ATP-az\; 2. modificarea configura]iei enzimei fosforilate [i transportul celor cei 3 ioni de Na+ pe fa]a extern\; 3. defosforilarea enzimei [i eliberarea celor 3 ioni de Na+ la exteriorul celulei [i abordarea a 2 ioni K+; 4. reluarea formei ini]iale a moleculei de Na+-K+-ATP-az\ prin eliberarea ionilor K+ `n interiorul celulei. Func]ionarea pompei ionice Na+-K+ este inhibat\ prin fixarea unor substan]e (de ex. digitalina) la locul receptorului steroizilor cardiotonici ce determin\ cre[terea concentra]iei ionilor de Na+ intracelular. Aceast\ majorare a concentra]iei determin\ m\rirea concentra]iei ionilor de Ca+2 intracelular ce este implicat `n intensificarea contrac]iei mu[chiului cardiac. ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

Importan]a pompei ionice Na+-K+ asigur\ homeostazia citosolului prin raportarea la plasma sanguin\; asigur\ men]inerea compozi]iei ionice celulare prin raportarea la sânge; contribuie la men]inerea ionilor osmotic activi `n mediul intracelular; creaz\ un poten]ial electric denumit poten]ial electric di-membranar `ntre suprafa]a extern\ [i intern\ a membranei; permite func]ionarea canalelor voltaj-dependente. ™ Pompa de ioni Ca+2-Mg+2 func]ioneaz\ dup\ acela[i principiu cu al pompei de ioni Na+K+. Acest sistem men]ine o concentra]ie sc\zut\ de ioni de Ca+2 `n mediul intracelular (citosolul citoplasmei) [i o concentra]ie ridicat\ de ioni de Ca+2 `n mediul extracelular (la nivelul glicocalixului). Pompa este `n acest caz o protein\-enzim\ cu ac]iune adenozintrifosfatazic\ (Ca+2-ATP-aza) ce transport\ `n mod activ (`mpotriva gradientului de concentra]ie) ionii de Ca+2 la exteriorul celulei. Aceast\ pomp\ ionic\ este specific\ plasmalemei celulei musculare sau sarcolemei. Din punct de vedere chimic este un polipeptid alc\tuit din 1 000 resturi de aminoacizi. Aceast\ pomp\ ionic\ este capabil\ - 37 -

s\ transporte activ câte 2 ioni de Ca+2 la fiecare molecul\ de ATP hidrolizat\ [i poate hidroliza 10 molecule de ATP `ntr-o secund\. 2.2.1.3.2.2 Transportul activ al glucozei este dependent de prezen]a ATP-ului,

ionilor de Na+ [i a unei permeaze specifice. glucoz\

mediul intracelular

Procesul de transport a glucidelor [i amino-acizilor se desf\[oar\ utilizând energia furnizat\ prin hidrolizarea ATP-ului dar f\r\ cuplarea direct\ cu acesta. Acest proces are loc cu un aflux de ioni ce succede un gradient electrochimic. Astfel, ionii de Na+ [i glucoza se leag\ la o protein\ specific\ de transport [i p\trund `mpreun\ `n celul\. Aceast\ mi[care simultan\ a 2 substan]e reprezint\ un co-transport [i se desf\[oar\ cu energia furnizat\ de ATP (fig. 2.27).

glucoz\

mediul extracelular

Fig. 2.27 Mecanismul de transport activ a dou\ substan]e-Na+ [i glucoz\

Un exemplu clasic de transport activ este procesul de resorb]ie a glucozei de la nivelul tubului contort al rinichiului (fig. 2.28). celulele tubului urinifer proximal glomerul renal Malpighi

tub urinifer proximal transport pasiv

capilar

A

arter\ aferent\ arter\ eferent\

pas de glucoz\

transport activ

capilar glomerular

Fig. 2.28 Transportul activ al glucozei `n tubul contort proximal (dup\ D. Darnell, 1976) A-moleculele de glucoz\ ce p\trund `n celul\ traversând peretele vascular al capilarelor glomerulare se reg\sesc `n filtratul urinar primar care trece `n tubul contort proximal; B-glucoza este absorbit\ integral de c\tre celulele tubului contort proximal care vor elibera ionii de Na+ `n capilare `mpotriva gradientului de concentra]ie cu consum de energie eliberat\ de ATP.

2.2.1.3.3 Transportul `n mas\

Transportul `n mas\ const\ `n p\trunderea substan]elor [i/sau a microorganismelor `n celul\ datorit\ mi[c\rilor de mic\ amplitudine ale membranei plasmatice [i au drept rezultat formarea de vacuole sau vezicule ce con]in materialul de transportat. Transportul `n mas\ se realizeaz\ prin: endocitoz\ [i exocitoz\. ™ Endocitoza reprezint\ o preluare activ\ a particulelor (fagocitoz\) sau a lichidelor - 38 -

(pinocitoz\) de c\tre celul\. Are un rol important `n preluarea de c\tre celulele heterotrofe ca [i la introducerea unor particule str\ine `n celul\. Endocitoza const\ `n formarea unor microvezicule cu un diametru de 0.1 µm prin invaginarea unei mici zone din membrana plasmatic\ (fig. 2.29 a-b).

Fig. 2.29 Endocitoza a-pinocitoz\ (formarea de vezicule cu perete neted); b-endocitoz\ indus\ de receptori (formarea de vezicule cu perete rugos (sau spinos) realizat de chlatrin\

Endocitoza se prezint\ sub 2 forme: ¾ pinocitoz\ cu vezicul\ neted\-corespunde unei invagin\ri a membranei plasmatice [i formarea de microvezicule (sau pinocite) cu perete neted. Pinocitoza reprezint\ procesul de capturare nespecific\ de pic\turi lichide extracelulare. Fenomenul se desf\[oar\ `n general `n celulele endoteliale [i/sau epiteliale. Veziculele de pinocitoz\ se formeaz\ pe fa]a lumenal\ a celulei [i se numesc pinozomi. Ace[tia transport\ substan]ele capturate (macromolecule, proteine plasmatice, anticorpi, micelii lipoproteice) mediul intracelular dup\ ce se unesc cu lizozomii formând pinolizozomii; ¾ endocitoz\ indus\ prin receptori-corespunde unei invagin\ri a membranei plasmatice [i formarea de vezicule (sau acanthozomi) cu perete rugos prin procesul de interiorizare a membranei plasmatice asociat\ cu o regrupare a receptorilor mediatori ai pinocitozei `n regiunile specializate. Aceste regiuni se invagineaz\ rapid [i apoi se izoleaz\. Procesul impune prezen]a receptorilor membranari ce recunosc un anumit tip de molecule extracelulare (denumite liganzi) [i formeaz\ complexul receptor-ligand. Endocitoza conduce la formarea endozomilor (fig. 2.30). receptor

fos\ acoperit\ ligand eliberarea moleculelor de chlatrin\ vezicul\ eliberat\ de molecula de chlathrin\ (endozomul)

Fig. 2.30 Endocitoza indus\ de receptori

(dup\ D. Darnell, 1976)

- 39 -

~nveli[ul ce acoper\ fa]a extern\ a acestor vezicule este alc\tuit din ,,spini“ cu lungimea de 15 nm. Acest aspect este dat de prezen]a unei re]ele formate prin asocierea dintre numeroasele molecule fibrilare [i clathrine (clathrina F1-o protein\ molecular\ cu greutate molecular\ de 180000 d ce deseneaz\ pentagoane [i hexagoane la suprafa]a veziculei); este un complex proteic cu 3 lan]uri polipeptidice lungi [i 3 lan]uri polipeptidice scurte ce constituie 3 picioare (triskélion) (fig. 2.31).

lan] polipeptidic lung lan] polipeptidic scurt

Fig. 2.31 Apectul moleculei de triskélion

Din asamblarea mai multor molecule de triskélion se formeaz\ un de ,,co[ cu muguri“ (hexagonali sau pentagonali). ™ Fagocitoza cuprinde ansamblul de procese [i transform\ri ce conduc la formarea fagozomilor (vacuole de talie mare ce con]in particule solide-de ex. bacterii sau resturi celulare de talie mic\ (fig. 2.32).

Fig. 2.32 Fagocitoza

se realizeaz\ printr-un mecanism ,,membrane-zipper“; A-distribuirea uniform\ a anticorpilor pe suprafa]a celulei-]int\ face posibil\ fagocitarea acesteia; B-procesul de ,,capping“ `mpiedic\ fagocitarea celulei-]int\

Fagocitoza a fost considerat\ mult\ vreme un mecanism de ap\rare specific celulelor `nalt specializate denumite granulocite [i macrofage. Este posibil ca [i alte celule, `n anumite momente ale existen]ei lor, `n st\ri de hiperactivitate apropiate de patologic, s\ dobândeasc\ posibilitatea de a absorbi particule solide. Dup\ ce bacteriile au reu[it s\ p\trund\ `n organism dep\[ind toate barierele de protec]ie (epiderm, mucoasa digestiv\ sau respiratorie), anticorpii umorali denumi]i opsonine `ncearc\ s\ modifice aceste substan]e. - 40 -

Etapele desf\[ur\rii procesului de fagocitoz\ (de ex. fagocitarea bacteriilor de c\tre macrofage): ¾ opsonizarea (sau fixarea anticorpilor pe bacterie)-precede `n mod obligatoriu procesul de capturare a bacteriilor. Opsoninele sau anticorpii acoper\ de ex. o bacterie (IgG-imunoglobulina G) fie C3b (componentul 3 al complementului). Fagocitoza este stimulat\ de activarea receptorilor specifici Fc (pentru IgG sau pentru C3b) de suprafa]\ ai macrofagului ce se leag\ la IgG sau C3b. Aceast\ activare a receptorilor cre[te eficacitatea macrofagului [i degradarea intracelular\. ~n concluzie, anticorpii acoper\ bacteria (sau particulele str\ine) `ntr-un mod nespecific [i stimuleaz\ ingestia de substan]e prin leg\tura cu receptorii complementului situa]i `n membrana macrofagului; ¾ chimiotactismul-const\ `n migrarea granulocitelor cu o vitez\ de 0.7-1.0 µm/minut spre locurile ocupate de bacteriile atrase, f\r\ `ndoial\, de o substan]\ chimic\; ¾ contactul se realizeaz\ datorit\ acoperirii receptorilor specifici (pentru IgG sau C3b) de suprafa]\ ai macrofagului care recunoa[te anticorpii ce acoper\ bacteria. Aceste celule, `n urma contactului, emit v\luri; ¾ adezivitatea particulelor str\ine la membrana celular\. Receptorii sunt cupla]i la un canal ionofor Na+. Formarea complexului receptor-ligand activeaz\ canalul ionofor, astfel c\, o important\ cantitate de ioni de Na+ p\trunde `n citoplasm\. Acest flux de Na+ determin\ sc\derea poten]ialului membranei celulare [i activeaz\ fagocitoza, mi[c\rile celulare, formarea H2O2 [i a substan]elor antibacteriene `n lizozomi. Din combinarea receptorilor cu anticorpii rezult\ o faz\ reologic\; ¾ faza reologic\ se caracterizeaz\ prin emiterea, de c\tre ectoplasm\, de v\luri pe toate fe]ele bacteriei; acestea se anastomeaz\ unele cu altele [i delimiteaz\ o vacuol\ denumit\ fagozom. Cele 2 fe]e ale v\lurilor intr\ `n contact [i apoi fuzioneaz\ `n maniera unei `nchiz\tori de tip „fermoar“ denumit\ interac]iune Zipper. Astfel, membrana fagozomului se formeaz\ pornind de la membrana celular. Ulterior fagozomul se va transforma `n fagolizozom. Fagocitoza este un proces activ ce se desf\[oar\ cu consum de energie produs\ de 109 molecule de ATP. ™ Transcitoza cuprinde totalitatea fenomenelor ce dau posibilitatea unei substan]e sau particule (bacteriene [i/sau nebacteriene) s\ traverseze citoplasma [i membrana unei celule f\r\ a se uni cu lizozomii, f\r\ a suferi modific\ri. Fenomenul este dependent de existen]a microfilamentelor de actin\ ce au rolul „de motor“ [i a microtubulilor ce indic\ direc]ia pe care endozomul trebuie s\ o urmeze. Se desf\[oar\ cu consum de energie-ATP [i este frecvent\ la nivelul celulelor endoteliale. Transcitoza poate fi: conectiv\ [i distributiv\. ¾ `n transcitoza conectiv\ transportul endozomilor se face prin canale ce rezult\, fie din unirea veziculelor, fie din invaginarea plasmalemelor; ¾ transcitoza distributiv\ const\ `n trecerea veziculelor sub form\ de [iraguri de pe o fa]\ pe cealalt\ a membranei f\r\ ca acestea s\ ia contact cu lizozomii. ™ Exocitoza este procesul invers endocitozei [i const\ din fuzionarea membranelor veziculelor cu membrana plasmatic\ [i eliberarea con]inutului `n mediul extracelular. Exist\ `ns\ [i un tip rar de exocitoz\ denumit exocitoz\ prin `nmugurire caracterizat prin faptul c\ produ[ii excreta]i sunt `nconjura]i de o parte a membranei plasmatice (de ex. viru[ii ne`ncapsula]i p\r\sesc celula printr-un gr\unte de secre]ie) (fig. 2.33). - 41 -

Veziculele de transport. Toate celulele eucariotelor (cu excep]ia hematiilor) con]in vezicule ce concentreaz\ produ[ii elabora]i de reticulul endoplasmatic. Veziculele de transfer (sau microveziculele) sunt conduse la complexul Golgi unde sufer\ modific\ri structurale [i de la complexul Golgi la membrana celular\. Sub aspectul cantitativ al membranei celulare, exocitoza compenseaz\ endocitoza. Moleculele `nglobate `n veziculele de exocitoz\-veziculele de transport (sau macroveziculele), `n func]ie de natura lor, sunt integrate `n membrana plasmatic\ sau sunt exocitate `n mediul extracelular [i/sau sânge. Acestea pot fi hormoni, nutrien]i pentru alte celule, lichidul intersti]ial ce scald\ celulele excretoare (sub form\ de nutrien]i pentru alte celule). Exocitoza poate fi un fenomen continuu [i este denumit exocitoz\ constitutiv\ fie un fenomen discontinuu [i este denumit exocitoz\ provocat\ [i controlat\: ¾ exocitoza constitutiv\ const\ `n faptul c\, veziculele de transport dirijeaz\ `n mod continuu produ[ii elabora]i spre membrana plasmatic\ de unde sunt exocita]i; astfel, moleculele urmeaz\ calea constitutiv\ de secre]ie. Acest mecanism func]ioneaz\ `n toate celulele; ¾ exocitoza provocat\ [i controlat\ const\ `n faptul c\ veziculele de transport sunt dirijate, sub ac]iunea unui stimul, spre membrana plasmatic\ de unde sunt exocita]i. Veziculele de secre]ie stocheaz\ produ[ii de secre]ie celular\. Un semnal extracelular provoac\ fuziunea membranei veziculare cu membrana plasmatic\ (de ex. celulele β ale insulelor Langherhans elibereaz\ insulin\-un hormon hipoglicemiant din veziculele de secre]ie `n sânge atunci când cre[te concentra]ia de glucoz\ din sânge); `n aceast\ situa]ie, numeroase celule cu secre]ie intern\ [i/sau extern\ excret\ produsul lor (glandele salivare, acinii pancreatici [i medulosuprarenala).

Fig. 2.33 Exocitoza-morfologia [i modificarea organiz\rii moleculare (dup\ M. Maillet, 1976) A-granule de secre]ie `n apropierea membranei plasmatice: 1-membrana plasmatic\; 2-granule de secre]ie); B-apozi]ia membranei granulei de secre]ie [i a membranei plasmatice [i formarea unei membrane cu 5 straturi; molecular\ a B1-organizarea membranei cu 5 straturi; proteinele intramembranare migreaz\ pentru a forma un colier ce limiteaz\ membrana cu 5 straturi atunci când este constituit\ exclusiv din lipide (fosfo-lipide); C-deschiderea granulei `n mediul extracelular prin dislocarea de fosfolipide sub form\ de micelii (3); C1-organizarea molecular\ a zonei de ruptur\ a membranei cu 5 straturi [i a bordurii vacuolei exocitate

- 42 -

2.2.2 Citoplasma celular\ 2.2.2.1 Defini]ia, structura [i organizarea citoplasmei celulare

Citoplasma celular\ este o forma]iune omogen\ ce `nconjur\ nucleul [i delimitat\ la exterior de membrana celular\. La microscopul optic citoplasma celular\ apare ca o substan]\ gelatinoas\ f\r\ form\ `n care se diferen]iaz\ dou\ zone: perinuclear\ (la periferia nucleului) cu un aspect mai pu]in vâscos [i denumit\ endoplasm\ [i periferic\ cu aspect mai vâscos denumit\ ectoplasm\. Prin colora]ii specifice [i metode microscopice perfec]ionate s-au pus `n eviden]\ `n citoplasm\ o serie de forma]iuni structurale deosebite denumite organite celulare. Acestea sunt sistematizate `n dou\ categorii: ™ organite celulare comune tuturor tipurilor de celule [i `ndeplinesc func]ii generale; ™ organite celulare specifice pentru anumite tipuri de celule [i sunt adaptate unor func]ii specifice. Organitele celulare comune sunt reprezentate de: ¾ complexul Golgi; ¾ reticulul endoplasmatic (granular-RER [i agranular-REN); ¾ ribozomii (granulele lui Palade); ¾ mitocondriile (condriomul); ¾ lizozomii; ¾ peroxizomii; ¾ microzomii; ¾ microtubulii; ¾ centrul celular (centrozomul); Organitele celulare specifice sunt reprezentate de organitele: ¾ fibrilare (sau miofibrilele): ™ omogene (leiofibrile); ™ heterogene (rabdofibrile); ™ neurofibrile ™ gliofibrile ™ tonofibrile ™ corpusculi Nissl Dup\ rolul pe care `l `ndeplinesc `n celul\ organitele intracitoplasmatice se clasific\ `n: ™ organite de sintez\ [i secre]ie celular\: - ribozomii - reticulul endoplasmatic - complexul Golgi ™ organite generatoare de energie - mitocondriile ™ organite de digestie celular\ : - lizozomi - peroxizomi ™ organitele mi[c\rii celulare: - microfilamentele de actin\ - microtubii - centrul celular - 43 -

™ incluziuni celulare: - substan]ele proteice - lipidele - glicogenul - substan]ele minerale 2.2.2.2 Organite de sintez\ [i secre]ie celular\

Sinteza celular\ se realizeaz\ la nivelul citoplasmei sub controlul ADN-ului nuclear. Nucleolul con]ine codul de baz\ al vie]ii reprezentat de gene. Procesele de sintez\ [i secre]ie celular\ se desf\[oar\ la nivelul unor organite intracelulare denumite: - ribozomi; - reticul endoplasmatic; - complex Golgi. 2.2.2.2.1 Ribozomii

Ribozomii sunt cunoscu]i sub denumirea de corpusculi (sau granule) Palade.

Fig. 2.34

Forma [i localizarea ribozomilor la microscopul electronic

A-forme de ribozomi (romboidali, ovalari, triunghiulari); B-modalitatea de localizare a cromozomilor (1-ribozomi liberi; 2-ribozomi ata[a]i: 2a-pe fa]a extern\ a membranei nucleare; 2b-pe pere]ii reticulului endoplasmatic `n monom; 2c-pe pere]ii reticulului endoplasmatic `n rozet\; 3- poliribozomi)

Sunt organite intracito-plasmatice nedelimitate de endomembrane [i au rol `n procesul de proteogenez\ (proteinele sunt alc\tuite din 20 aminoacizi). Ribozomii preiau din citoplasm\ rezervele de aminoacizi [i `i unesc `ntr-o anumit\ ordine pentru a forma diferite proteine. Energia necesar\ acestui proces este furnizat\ de molecula de adenozin-trifosfat (ATP). Ribozomii sunt prezen]i `n citoplasma tuturor tipurilor de celule sub form\ liber\ (izola]i sau grupa]i `n structuri poliribozomice), fie ata[a]i la membranele reticulului endoplasmatic (RE) fie ata[a]i pe fa]a citoplasmatic\ a membranei nucleare (fig. 2.34). La microscopul optic ribozomii nu pot fi observa]i datorit\ dimensiunilor mici aflate sub limita puterii de rezolu]ie. ~n celulele `n care au loc intense procese de proteogenez\ (de ex. fibroblastele, plasmocitele, celulele seroase), ribozomii formeaz\ zone intens bazofile `n citoplasm\ (se coloreaz\ `n albastru). La microscopul electronic ribozomii apar sub forma unor granule ovalare sau elipsoidale (cu diametrul mare de 20-30 nm [i diametrul mic de 16-17 nm) [i cu un coeficient de sedimentare la procariote de 70 S (unit\]i Svedberg) [i la eucariote de 80 S (fig. 2.35).

- 44 -

locusul de fixare a ARNm

locusul A locusul P

locusul PT

Fig. 2.35 Structura ribozomilor la microscopul electronic

(dup\ M. Maillet, 1995)

un ribozom are `n structur\ 2 subunit\]i: mic\-con]ine locus-ul pentru fixarea moleculei de ARNm [i mare-con]ine locus-urile: A pentru un aminoacid, P pentru un peptid [i PT pentru peptidiltransferaza; P-peptidil ARNt fixeaz\ molecula de ARNt [i o leag\ de extremitatea, `n cre[tere, a lan]ului polipeptidic; A-amino-acil-ARNt-fixeaz\ molecula de ARNt la intrarea purt\toare a unui amino-acid

Prezint\ 3 tipuri de leg\tur\ pentru ARN: ¾ un situs A (sau situs-ul de intrare) de care se leag\ aminoacil ARNt care corespunde codonului ARNm ata[at de ribozom `nainte ca aminoacil-ARNtamac s\ intre; situs-ul expune codonul care reprezint\, de fapt, urm\torul aminoacid care trebuie s\ fie ad\ugat la lan]ul polipeptidic; ¾ situs-ul P (sau situs-ul donor) care leag\ primul aminoacil-ARNtamac, `n momentul ini]ierii sintezei proteinei, apoi va con]ine lan]ul polipeptidic `n cre[tere (`n formare). Deci, dup\ ce primul aminoacid a fost ad\ugat acest situs P va fi ocupat continuu de peptidil ARNt, un ARNt care poart\ `ntreg lan]ul polipeptidic ce s-a sintetizat pân\ `n acel moment. ¾ un situs pentru ARNm care se leag\ de subunitatea mic\ (sau situs de legare) la ribozom. La acest situs se formeaz\ un complex de ini]iere la care se ata[eaz\ subunitatea mare. Compozi]ia chimic\. Ribozomii sunt forma]i din proteine [i ARN `n propor]ii egale. Subunitatea mare con]ine trei tipuri de ARN-ARNr-28 S; ARNr-5,8 S [i ARNr-5 S. Subunitatea mic\ con]ine ARNr-18 S. Subunitatea mic\ con]ine 21 de proteine numerotate de la 1 la 21. Sunt a[ezate la suprafa]a ribozomilor [i `nconjur\ ARNr. Anumite proteine recunosc [i fixeaz\ ARNm. Proteinele au func]ii diferite: au rol de receptori, `n fixarea factorilor de elongare, `n controlul transduc]iei sau `n structurarea [an]ului longitudinal. ~n subunitatea mare se `ntâlnesc 33 de proteine de asemenea cu roluri diferite `n transloca]ie `n prezen]a GTP care elibereaz\ energia necesar\ deplas\rii ARNm [i la eliberarea ARNt. Func]ionarea ribozomilor. Sinteza proteic\ se deruleaz\ `n citoplasm\ datorit\ ribozomilor care asociaz\ acizi amina]i conform informa]iei genetice transcrise de pe ADN pe ARNm. Traducerea informa]iei se face datorit\ unui mecanism capabil de a citi - 45 -

moleculele de ARNm [i de asociere a acizilor amina]i transporta]i de ARNt. Fiecare ARNt are o anumit\ specificitate, transport\ un anumit tip de aminoacid care este recunoscut de aminoacyltransferaza. ™ Modul de func]ionare a ribozomilor: ¾ formarea complexului de ini]iere. Exist\ acizi amina]i ini]iatori care se asociaz\ la subunitatea mic\. Energia necesar\ este eliberat\ prin hidroliza GPT sub influen]a factorului de ini]iere; ¾ semnalul de debut al citirii este codorul AUG care se afl\ pe extremitatea 5’ a ARNm; ¾ faza de elongare. ARNt `mpreun\ cu aminoacidul transportat se fixeaz\ pe codonul ARNm ocupând situsul A; ulterior are loc o fixare a aminoacidului de pe ARNt cu transferarea acestuia pe peptidyl-ARNt; `n acela[i timp are loc mi[carea ARNm [i a ribozomilor dintr-o parte `n alta, iar ARNt este eliberat. Acest transfer se face cu energie furnizat\ de GTP. O succesiune de transpeptida]ii [i de transloca]ii duce la sinteza unei proteine. Dou\ molecule de GTP se consum\: una necesar\ fix\rii ARNt la ARNm [i alta `n translocarea lan]ului la fiecare inser]ie a acizilor amina]i. Transloca]ia se efectueaz\ `n prezen]a factorului de elongare. Faza de terminare este declan[at\ de un codon care sfâr[e[te citirea situat la extremitatea 3’ a ARNm; ribozomii elibereaz\ proteinele. Coeficientul de sedimentare exprimat `n unit\]i Svedberg este pentru: ¾ subunitatea mic\ de 40 S; ¾ subunitatea mare de 60 S (aceasta este prev\zut\ [i cu un canal prin care trece lan]ul peptidic sintetizat). Poliribozomii sunt forma]iuni constituite dintr-o molecul\ de ARNm pe care se fixeaz\ mai mul]i ribozomi (num\rul ribozomilor este cu atât mai mare cu cât proteina ce trebuie sintetizat\ este mai mare). Poliribozomii liberi sintetizeaz\ proteinele de structur\, iar poliribozomii ata[a]i membranei reticulului endoplasmatic (RE) sintetizeaz\ proteine de export. 2.2.2.2.2 Reticulul endoplasmatic

Reticulul endoplasmatic este un organit membranar intracitoplasmatic comun tuturor celulelor ce se prezint\ sub forma unor canalicule [i cisterne limitate de endomembranare. Reticulul endoplasmatic se prezint\ sub dou\ forme diferite ca structur\ [i func]ie (fig. 2.36): ¾ reticul endoplasmatic granular (sau rugos-RER); ¾ reticul endoplasmatic agranular (sau neted-REN). ♦ Reticulul endoplasmatic granular (sau rugos-RER) La microscopul optic RER este vizibil datorit\ prezen]ei ribozomilor sub forma unor zone bazofile dispuse diferit `n func]ie de celul\: `n toat\ citoplasma-la fibroblaste [i plasmocite, `n zona bazal\ a celulei seroase (acinii sero[i din pancreas), corpi tigroizi sau Nissl `n neuron. La microscopul electronic RER este format din tubi, saci sau cisterne, delimitat de endomembrane. Aceste forma]iuni, `n func]ie de activitatea celulei, ocup\ 10-35 % din volumul total al celulei. RE reprezint\ centrul sintezei celulare proteice sau lipidice intervenind `n sinteza sau stocarea proteinelor, `n activitatea enzimatic\ specific\, `n sinteza fosfolipidelor. - 46 -

RER

ribozomi

REN

Fig. 2.36 Structura reticulului endoplasmatic la microscopul electronic

(dup\ M. Maillet, 1995)

Legarea poliribozomilor la membrana reticulului endoplasmatic. ~n citoplasm\ se sintetizeaz\ un complex de ini]iere care sintetizeaz\ proteina semnal. Aceasta este recunoscut\ de o particul\ de recunoa[tere (SRP: signal recognition particle). Aceste particule se fixeaz\ pe un situs receptor specific din membrana RE, moment `n care ribozomii se ata[eaz\ la proteinele intramembranare denumite riboforine. Riboforina este o protein\ care posed\ un canal care las\ s\ treac\ proteinele sintetizate de ribozomi `n cisternele RER. O peptidaz\ izoleaz\ proteina semnal la sfâr[itul sintezei proteice. De asemenea [i ribozomii elibereaz\ ARNm. Poliribozomii asocia]i de RER sintetizeaz\ proteine care vor fi exocitate. ~n glanda mamar\ `n repaus poliribozomii sunt liberi `n timp ce `n perioada lacta]iei ei sunt lega]i de membrana reticulului endoplasmatic. ♦ Reticulul endoplasmatic agranular (sau neted-REN) este diferit de reticulul endoplasmatic granular prin absen]a ribozomilor de la suprafa]a extern\ a membranei celulare [i nu este vizibil la microscopul optic. La microscopul electronic REN sub forma unui labirint de canalicule interconectate. Membrana REN are aceea[i structur\ cu a membranelor RER. Reticulul endoplasmatic agranular este bine reprezentat `n celulele care sintetizeaz\ hormoni steroizi (de ex. celulele intersti]iale din testicul [i ovar [i celulele din glanda suprarenal\) [i o cantitate mare de glicogen (de ex. hepatocite, miocite) precum [i `n celulele care produc pigmen]i (melanocite). Reticulul endoplasmatic neted este denumit `n celula muscular\ striat\-reticul sarcoplasmatic unde `ndepline[te rolul de rezervor pentru calciu [i fosfor [i particip\ la procesul de cuplare a excita]iei cu contrac]ia. Membrana RE con]ine urm\toarele tipuri de enzime: ¾ enzime (glicozil-transferaze) ce intervin `n transferul glucidelor asupra proteinelor; ¾ enzime ce intervin `n sinteza steroizilor [i biosinteza fosfolipidelor (sintetizate `n REN); ¾ enzime de detoxifiere care hidrolizeaz\ substan]ele insolubile `n ap\. - 47 -

Rolul reticulului endoplasmatic: ¾ `n sinteza proteinelor cu depozitarea acestora `n cisternele reticulului endoplasmatic; ¾ glicozilarea proteinelor `n cooperare cu complexul Golgi; procesul se desf\[oar\ `n trei etape: 1. ini]ierea glicozil\rii `n RER; 2. elongarea `n RER [i Aparatul Golgi; 3. terminarea `n Aparatul Golgi. Glicozilarea este ansamblul de mecanisme care asigur\ transferarea unei proteine `n glicoprotein\. ¾ biosinteza de lipide se produce sub controlul enzimelor membranare. De fapt REN fabric\ cvasitotalitatea lipidelor indispensabile structurii membranei nucleare [i celulare sub form\ de glicerolfosfatide [i colesterol; ¾ detoxificare [i eliminarea substan]elor toxice din organism. Substan]ele toxice provin din: degradarea biochimic\ a celulelor str\ine;

- produ[i exogeni toxici; - medicamente barbiturice. Detoxifierea se face mai ales `n ficat, rinichi, intestin, pulmon, piele. Procesul de detoxifiere se face printr-o serie de reac]ii de oxidare, catalizare printr-o clas\ particular\ de proteine citocrom P-450 `n cooperare cu mitocondriile. ¾ `n transport. Reticulul endoplasmatic asigur\ transportul de: - electroli]i; - electroni datorit\ unui sistem de transfer extra-mitocondrial (citocrom P-450); - substan]e elaborate de celule dispuse `n spa]iul perinuclear [i transportate `n mediul extracelular. ¾ stocare. Procesul de activare a proteinelor este variabil `n func]ie de tipul celular (de ex. proinsulina, procolagenul). 2.2.2.2.3 Complexul Golgi

A fost descoperit de Camilo Golgi `n 1898 `n neuronii Purkinje din cerebelul de cucuvea, prin impregnare cu s\ruri de argint. Apare ca o re]ea perinuclear\. Pozi]ia complexului Golgi este diferit\ `n func]ie de celul\: ¾ `n celulele cu secre]ie exocrin\ este situat `ntre nucleu [i polul apical al celulei (de ex. celula seroas\) sub form\ de re]ea dens\ de trabecule anastomozate (fig. 2.37); ¾ `n celulele endocrine (de ex. tiroid\) complexul Golgi se deplaseaz\ `n timpul func]ion\rii celulei; deplasarea este indus\ de factori mecanici. Fig. 2.37 Complexul Golgi la microscopul optic

Talia complexului Golgi este variabil\. Este voluminos `n celulele glandulare sau nervoase [i mic `n celule musculare. Talia este variabil\ `n func]ie de ciclul func]ional: este foarte dezvoltat `n celule-`n hiperactivitate, pu]in dezvoltat `n celule-`n repaus sau `n hipoactivitate. ~n cursul `mb\trânirii celulare, Aparatul Golgi se diminueaz\ progresiv pân\ la dispari]ie. - 48 -

La microscopul electronic aparatul Golgi apare sub forma unor unit\]i structurale denumite dichtiozomi (fig. 2.38). Aceste forma]iuni sunt constituite din saculi sau cisterne aglomerate ce asigur\: ¾ modific\ri de glicozilare a proteinelor sintetizate de RE; ¾ asamblarea produ[ilor de elaborare; ¾ maturarea proteinelor; ¾ sinteza glicolipidelor [i proteoglicanilor. fa]\ de formare

fa]\ de maturare

reticul endoplasmatic cu ribozomi

vezicule Golgi

vezicule secretoare

Fig. 2.38 Structura complexului Golgi la microscopul electronic

(dup\ C. Cotru] [i colab., 1994)

Structur\. Aparatul Golgi este format din saci aplatiza]i cu borduri dublate [i fenestrate-delimitate de endomembrane (fig. 2.39). formarea veziculelor de tranzi]ie prin `nmugurirea REN RER

fa]a reticulului endoplasmatic `n raport cu complexul Golgi

saci mediani

fa]a trans fa]a cis vezicule de tranzi]ie

Fig. 2.39 Polaritatea unui dictiozom - 49 -

granule de secre]ie

(dup\ M. Maillet, 1995)

Un dichtiozom reune[te 5 (8)-30 saci aplatiza]i [i prezint\: ¾ o fa]\ cis (convex\) `n raport cu reticulul endoplasmatic (imatur\); ¾ o fa]\ trans (concav\)-matur\; ¾ microvezicule (sau vezicule de transfer) provenite prin pensarea cisternelor RER (cu un diametru de 20-60 nm); ¾ macrovezicule (cu un diametru de 20-600 nm). Func]iile Aparatului Golgi: ¾ intervine `n transferul [i concentrarea proteinelor. Proteinele sunt sintetizate de ribozomii asocia]i RER ce ajung la complexul Golgi. Acesta triaz\ [i dirijeaz\ tranzitul produ[ilor de secre]ie care câ[tig\ anumite trepte de maturitate `nainte de asamblare [i cresc progresiv `n volum. Transportul veziculelor se efectueaz\ `ntre bordurile dilatate ale cisternelor golgiene. Fa]a trans, prin burjeonarea membranei, d\ na[tere granulelor de secre]ie. Con]inutul veziculelor devine foarte condensat. Membranele veziculelor condensate fuzioneaz\ [i se reune[te cu membrana celulei. Membrana celulei [i-ar m\ri suprafa]a de 10 ori dac\ n-ar exista un proces de interiorizare al acesteia (endozomi), astfel c\ celula recupereaz\ fosfolipidele [i proteinele membranare folosite `n momentul exocitozei. Endozomii fuzioneaz\ fie cu bordurile Aparatului Golgi pe fa]a trans fie cu lizozomii; ¾ glicozilarea proteinelor corespunde fix\rii lan]urilor glucidice pe proteine cu formarea glicoproteinelor; procesul debuteaz\ `n RER. Enzimele responsabile de glicozilare sunt reprezentate de: glucozo-6-fosfataza [i manozo-6-fosfataza. Glicoproteinele au func]ii diferite: - glicoproteine de suprafa]\ ce posed\ caractere antigenice; - glicoproteine ce intr\ `n structura matricei extracelulare; - glicoproteine ce intr\ `n structura membranelor [i a endomembranelor; - glicoproteine lizozomale-viitoare hidrolaze ale lizozomilor. ¾ sulfatarea const\ `n fixarea unuia sau a mai multor radicali sulfat la glicoproteine sau proteoglicani. Sulfotransferazele sunt localizate `n membranele golgiene [i sunt responsabile de fixarea radicalilor sulfat. ¾ proteoliza proteinelor. O mare parte din proteine ajung la Aparatul Golgi sub form\ inactiv\ de preproteine. Acestea sunt convertite `n proteine secretorii active `n Aparatul Golgi sub influen]a proteazelor golgiene din saculii trans `n care are loc eliminarea frac]iunii inactivate a proteinei. Mecanismul func]ion\rii Aparatului Golgi. ¾ Migrarea veziculelor de tranzi]ie. Acest mecanism permite trecerea proteinelor din cisternele RE sub forma veziculelor de transfer pe fa]a cis a complexului Golgi. Proteinele secretate se deplaseaz\ de la un sacul la altul sub form\ de vacuole condensate care iau na[tere prin `nmugurirea bordurilor dilatate a Aparatului Golgi. Concentrarea proteinelor secretorii cre[te pân\ la fa]a trans. Transferul dintr-un sacul `n urm\torul se efectueaz\ `n cascad\ [i nici un sacul nu este omis. Acest transfer dintr-un compartiment `n altul permite transformarea progresiv\ a substan]elor care transciteaz\, având `n vedere diferen]ele func]ionale ale compartimentelor cis mediantrans. Transportul se face activ, cu consum de energie furnizat\ de GTP.

- 50 -

2.2.2.3 Organitele generatoare de energie 2.2.2.3.1 Mitocondriile

Sunt prezente `n toate celulele aerobe, au rol `n `nmagazinarea energiei sub form\ de adenozin-trifosfat (ATP), energie rezultat\ prin oxidarea enzimatic\ a substratului substan]elor nutritive. Excep]ie face hematia. Structura [i morfologia mitocondriei la microscopul optic. Mitocondriile se prezint\ sub dou\ forme: ¾ filamentoas\-`n enterocit, filament spiral-`n spermatozoid, la baz\-`n nefrocite [i `n celula seroas\ (fig. 2.40); ¾ granular\-`n hepatocite, `n componenta presinaptic\ (fig. 2.41).

Fig. 2.40 Mitocondrii filamentoase

Fig. 2.41 Mitocondrii granulare

Forma variaz\ `n func]ie de pozi]ia pe care o ocup\ `n celul\. Astfel, `n enterocite, mitocondriile sunt dispuse bipolar: la polul apical au aspect filamentos, iar la polul bazal granular. Presiunea osmotic\ [i pH-ul favorizeaz\ forma mitocondriei; pH-ul acid favorizeaz\ forma vezicular\. Ultrastructur\. Peretele mitocondrial este format din dou\ endomembrane separate de un spa]iu denumit camer\ extern\ (fig. 2.42).

Fig. 2.42 Structura mitocondriei la microscopul electronic (dup\ C.V. Cotea, 1984) 1-mitocondrie; 2-structura mitocondriei; 3-criste mitocondriale; 4-sferele membranei interne; 5sec]iune transversal\ printr-o crist\ mitocondrial\ [i orientarea sferelor - 51 -

¾ Membrana extern\ are structura endomembranelor [i prezint\ proteine globulare. ¾ Membrana intern\ are structur\ diferit\ de cea extern\. Aceasta con]ine proteine intrinseci [i particule elementare extramembranare, legate de proteinele intrinseci printr-o tij\. Particula elementar\ este format\ din cap (o protein\ adenozintrifosfataza; ATP-aza) o tij\ care con]ine factorul de cuplare [i o baz\ legat\ de proteinele din membrana intern\. ¾ Camera intern\ (matricea sau spa]iul matriceal) este cea de-a 4-a component\ a mitocondriei. Membrana intern\ se invagineaz\ `n saculi care p\trund profund `n matricea mitocondrial\ formând criste; aceste criste lamelare se `ntâlnesc la celule cu activitate celular\ intens\. Compozi]ia chimic\ a membranelor mitocondriale ¾ Membrana extern\. Proteinele sunt dispuse astfel `ncât s\ delimiteze pori prin care trec metaboli]ii cu greutate molecular\ mic\. Con]ine numeroase enzime: - transferaze (transportoare)-sunt enzime ce transfer\ molecule de la un donator la un acceptor (glicerol fosfat acyltransferaza, lisolecitin-acyltransferaza); - kinaze-sunt enzime ce catalizeaz\ transferul unui radical fosfat al adenozintrifosfatului la acceptori-nucleozide difosfokinaze; - ATP-acylCoA-synthetaze; - citocrom b5 care exist\ [i `n membrana reticulului endoplasmatic; - fosfatidaze; - fosfataze; - fosfolipaze. ¾ Membrana intern\ con]ine 80 % proteine (cca 60 % sunt hidrofobe) [i 20 % lipide. Enzimele prezente `n membran\ permit tranzitul metaboli]ilor. Se cunosc enzime: ¾ responsabile de reac]ii de oxidare ce elibereaz\ energia necesar\ fosforil\rii oxidative sub form\ de adenozin-trifosfat; ¾ transferaze: carnitin-acyltransferaze; ¾ ale β oxid\rii acizilor gra[i; ¾ specifice lan]ului respirator (coenzima Q, citocrom-C [i C1, cytochromoxidaze); ¾ adenozin-trifosfataza-unitatea tripartit\ sau particula elementar\ denumit\ [i complexul F0-F1; ¾ transportori specifici: membrana intern\ este impermeabil\ la toate solu]iile; toate trecerile se fac prin intermediul transportorilor (ADP [i ATP). Acizii amina]i carboxilici sunt cupla]i la o protein\ de trecere carnitin-acyltransferaza. Camera intern\ (sau matricea) prezint\ urm\toarele elemente: ¾ molecule de ADN [i ARN; ¾ ribozomi mitocondriali (ARNt); ¾ toate enzimele implicate `n replicare, transcrip]ie [i traducerea ARNm; ¾ toate enzimele implicate `n ciclul Krebs [i `n β-oxidare; ¾ protein-lipide; ¾ metale (Ag, Ca, Fe etc); ¾ coloran]i; ¾ fermen]i. - 52 -

Lipidele oxidate [i degradate formeaz\ radicali -acetil utilizate `n ciclul Krebs. ADN mitocondrial are aspect circular, nu con]ine histone, nu se observ\ la microscopul electronic [i are o lungime de 5 µm. Informa]ia purtat\ de ADNm este de 100 000 de ori inferioar\ decât informa]ia ADN-ului nuclear. Replicarea ADN-ului se face sub influen]a ADN-polimerazei. ARN mitocondrial poate fi de tipul: ARNr, ARNt [i ARNm. Ribozomii mitocondriali sintetizeaz\ unele proteine enzimatice care se sintetizeaz\ [i `n citoplasm\. Func]iile mitocondriilor: ¾ β-oxidarea acizilor gra[i se desf\[oar\ `n 2 etape: - `n I prima etap\, ATP-ul reac]ioneaz\ cu acizii gra[i [i formeaz\ o anhidrid\ acyladenozin-monofosfat (acyl-AMP) cu eliberarea de pirofosfat; - `n a II-a etap\, acyl-AMP reac]ioneaz\ cu acyl-Coenzima A [i elibereaz\ AMP; aceast\ reac]ie este catalizat\ de o enzim\-acyl-CoA-sintetaza. Acidul gras, pentru a traversa membrana, trebuie s\ se cupleze cu carnitina care joac\ rolul de transportor c\tre matrice. Acyl-carnitinele penetreaz\ prin matrice sau disociaz\ `n Acyl-CoA [i `n carnitin\. Acyl-CoA r\mâne `n matrice [i sufer\ β-oxid\ri `n etape succesive; la fiecare etap\ Acyl-CoA pierde 2 atomi de carbon pân\ la acid acetic. Fiecare tur de spir\ din β-oxidare permite formarea a 5 ATP. Oxidarea complet\ pân\ la 2 atomi de C furnizeaz\ 17 ATP; oxidarea complet\ a acidului stearic elibereaz\ 147 ATP; - ciclul Krebs (sau ciclul dicarboxilic). Lipidele oxidate (activate [i degradate) cu formarea de radicali acetil sunt utiliza]i `n ciclul Krebs. Acetil CoA cedeaz\ radicalul acetil-CH3CO acidului oxalacetic; urmeaz\ o succesiune de reac]ii de oxidare care transform\ fiecare radical acetil `n 2 molecule de CO2, 8 atomi de H+ [i 8 electroni. Cei 8 electroni elibera]i la fiecare ciclu sunt accepta]i de nicotinamid-adenin-dinucleotid (NAD) [i flavin-adenin-dinucleotid (FAD) situate `n matricea mitocondrial\ [i transmi[i c\tre acceptorul final; ¾ fosforilarea oxidativ\ se deruleaz\ `n particula elementar\. Trecerea electronilor de la un transportor la altul (NADH, dehidrogenaza, coenzima Q, citocrom B [i C1, citocrom C, citocrom-oxidaza) elibereaz\ energie la fiecare etap\. Aceast\ energie asigur\ transportul protonilor de H+ de pe fa]a extern\ pe fa]a intern\ a membranei. Membrana intern\ devine electronegativ\ pe fa]a matriceal\ [i eletropozitiv\ pe fa]a ce vine `n raport cu camera extern\. Aceast\ diferen]\ de poten]ial provoac\ o p\trundere a protonilor `n matrice; ace[tia traverseaz\ complexul F0-F1, activeaz\ particulele elementare respectiv ATP-aza care catalizeaz\ reac]ia-desf\[urat\ sub ac]iunea enzimei ATP-az\- ADP+P→ATP. Fluxul de protoni care traverseaz\ camera extern\ [i ajung `n camera intern\ provoac\ fosforilarea ADP. Mitocondriile pot sintetiza lipide [i amine, fosfatidil-glicerol [i cardiolipidele care se reg\sesc `n membrana mitocondrial\ intern\. 2.2.2.4 Organitele de digestie celular\ Digestia celular\ cuprinde ansamblul reac]iilor de digerare a moleculelor p\trunse `n celul\ prin endocitoz\ Organitele membranare care au ca principal\ func]ie digestia intra- [i extracelular\ sunt reprezentate prin lizozomi [i peroxizomi. - 53 -

2.2.2.4.1 Lizozomii

Termenul de lysosom (corpuscul litic pus `n eviden]\ `n 1955) a fost utilizat pentru denumirea acestor corpusculi boga]i `n hidrolaze. Au diametrul de 0.25-0.50 µm, sunt limita]i de o membran\ [i au un pH de 5. Ei reunesc o mare varietate de enzime hidrolitice: nucleaze, proteaze, gliconidaze, lipaze, fosfataze, sulfataze. Sunt vizibili numai la microscopul electronic (fig. 2.49).

lizozom

Fig. 2.49 Structura lizozomilor la microscopul electronic

(dup\ M. Maillet, 1995)

Clasificarea clasic\. Lizozomii se clasific\ dup\ starea func]ional\ `n: ¾ lizozomi primari (sau lizozomi I) sunt organite nou formate alc\tuite din hidrolazele care nu au intervenit `n fenomene de degradare; ¾ lizozomi secundari (sau lizozomi II) sunt diviza]i `n: - heterolizozomi-rezult\ din fuzionarea lizozomilor primari cu fagozomii care provin prin endocitoz\, fagocitoz\ sau pinocitoz\; - autofagolizozomi-se formeaz\ prin fuziunea lizozomului primar cu organite `mb\trânite (o mitocondrie este `nlocuit\ `n ficat `n 15 min.); - crinolizozomi-se ob]in prin unirea unui lizozom primar cu o vezicul\ de secre]ie prin procesul digestiv de crinofagie; - corpi reziduali care provin fie din heterolizozomi fie din autolizozomi care con]in substan]e nedigerate [i hidrolaze; corpii reziduali con]in figuri mielinice, pigmen]i biliari, feritine, lipofuscine, substan]e str\ine infectate. Clasificarea actual\. Cercet\rile actuale sus]in c\ no]iunea de lizozom primar trebuie considerat\ ca fiind perimat\. De fapt, diversitatea hidrolazelor sub form\ de proteine ale membranelor lizozomale, sunt identificate prin receptori diferen]ia]i. Proteinele enzimatice p\r\sesc re]eaua trans a complexului Golgi dup\ ce au fost triate. Ele intr\ `n structura veziculelor de transport individual. Diferitele enzime se regrupeaz\ sub form\ de endozomi [i formeaz\ endolizozomii. Biochimia lizozomilor. Nu se poate face un bilan] complet asupra enzimelor con]inute `n lizozomi sunt aproximativ 40 `n hepatocite. Natura lor variaz\ de la o celul\ la alta. Enzimele lizozomale hidrolizeaz\ substratul a 4 categorii de macromolecule: acizi nucleici, proteine, glucide [i lipide. Activitatea optim\ se desf\[oar\ la un pH de 5. Organizarea molecular\ a membranei. Membranele lizozomale con]in proteine intens glicozilate. Aceste glucide realizeaz\ o manta de protec]ie `mpotriva enzimelor, pH-ului acid [i a proteazelor. Membrana lizozomilor con]ine o pomp\ de protoni cuplat\ cu ATP prin care este men]inut pH-ul. Sunt prezente proteine de - 54 -

transport `n membrana lizozomal\ care la sfâr[itul digestiei transport\ produ[ii rezulta]i `n celul\ pentru a fi reutiliza]i. Mecanismul heterofagiei. ¾ Heterofagia reprezint\ degradarea produ[ilor externi care p\trund `n celul\ prin fagocitoz\, endocitoz\ sau pinocitoz\. Endozomii fuzioneaz\ cu receptorii specifici iar ligandul (materialul endocitat) se decupleaz\ de receptori. Materialul endocitat p\trunde `n prelizozom unde pH-ul este moderat acid [i se formeaz\ un endolizozom. Acesta se transform\ `n lizozom prin pierderea componentei membranare [i prin modificarea pH-ului care devine mult mai acid. Mecanismul acestei transform\ri nu este `nc\ cunoscut. Fagozomul (produs din mediul extern `nconjurat de membrana celulei `n urma fagocitozei) p\r\se[te repede periferia celulei [i este dirijat spre centrul celulei, prin intermediul citoscheletului (microtubuli, microfilamente de actin\). ~n timpul acestei migra]ii, fagozomii se pot fragmenta `in muguri sau pot fuziona cu al]i fagozomi. Membrana fagozomului sufer\ modific\ri de permeabilitate. Liza enzimatic\ a mucozaharidelor acestei membrane [i dispari]ia glicocalixului m\re[te mult permeabilitatea; aceasta reprezint\ limita dintre stadiul de fagozom [i cel de fagolizozom. Ulterior are loc deshidratarea fagozomilor cu pierderea formei sferice [i fragmentarea acestora. ~n fagolizozomi are loc degradarea materialelor solide sau lichide capturate iar constituen]ii lor traverseaz\ membrana lizozomului pentru a fi utiliza]i ca material de sintez\. Lizozomii protejeaz\ celulele de agresiunile patologice. Bacteriile [i virusurile sunt fagocitate [i distruse de enzimele litice de macrofage [i neutrofile. De asemenea substan]ele toxice sau medicamentoase sunt degradate de lizozomi. ¾ Autofagozomii (sau vacuolele autofagice) sunt vacuole `n care propriile structuri ale celulelor sunt distruse (Fig. 2.50).

Fig. 2.50 Mecanismul autofagiei-formarea autofagozomului prin izolarea organitelor uzate de REN (dup\ M. Maillet, 1995) 1-REN, 2- constituien]ii REN dispu[i `n jurul organitelor uzate, 3- fuziunea membranelor REN pentru a forma un autofagozom limitat de 2 membrane, 4- lizozomii deverseaz\ hidrolazele `n spa]iul situat `ntre cele 2 membrane, 5-`ngro[area membranei interne, 6- liza membranei interne, 7- autolizozomi, 8- exocitoza

- 55 -

Autofagia se deruleaz\ `n mai multe faze: ¾ formarea autofagozomului [i unirea acestuia cu lizozomi sau dup\ al]i autori cu endolizozomi; ¾ membranele care acoper\ autofagozomul provin din REN; autofagozomii sunt limita]i de 2 membrane. Lizozomii deverseaz\ enzimele `n spa]iul dintre cele dou\ membrane: membrana intern\ dispare prin liz\ enzimatic\; membrana extern\ persist\. Autofagozomul reune[te diverse organite `mb\trânite sau uzate. Prin autofagie celulele se debaraseaz\ de organitele uzate, dar f\r\ pierderea constituen]ilor lor chimici care sunt reutiliza]i de celul\. 2.2.2.4.2 Peroxizomii

Peroxizomii sunt organite intracitoplasmatice comune tuturor celulelor, cu dimensiuni ultramicroscopice (vizibile numai la microscopul electronic), un bogat con]inut `n peroxidaze [i au rolul de a cataliza reac]iile de formare (oxidare) [i de descompunere (catalizare) a peroxidului de hidrogen (H2O2) (un compus toxic pentru celul\). La microscopul electronic peroxizomii apar sub o form\ sferic\ [i cu dimensiuni diferite: 0.5-1.5 nm (la peroxizomii propriu-zi[i) sau 0.2-0.4 nm (la microperoxizomi) (fig. 2.51 a-b).

a

b

Fig. 2.51 Structura peroxizomilor la microscopul electronic (dup\ M.Maillet, 1995) a-peroxizomi (mb) lâng\ dou\ mitocondrii (m); b-peroxizomi (mb) lâng\ o mitocondrie [i o vacuol\ lipidic\ (li)

Structura peroxizomilor este reprezentat\ de: ¾ endomembrana cu o grosime de 6-8 nm ce con]ine numeroase proteine enzimatice ce intervin `n metabolismul lipidelor. Acizii gra[i sufer\ β oxid\ri `n matricea peroxizomal\. Dar activarea acestora urmat\ de formarea de esteri de CoA se deruleaz\ `n membrana acestor organite. Principalele enzime sunt: acyl-CoAsintetaza, acyl-CoA reductaza, dehidroxy-aceton-fosfataze; acyl-transferaze (DHAP-AT). A fost pus\ `n eviden]\ capacitatea de a cataliza scurtarea lan]urilor lipidice lungi prin β oxidare (pân\ la C12). Astfel, peroxizomii rprezint\ etapa indispensabil\ pentru oxidarea lan]urilor foarte lungi de acizi gra[i, a acizilor dicarboxilixi [i a prostaglandinelor; ¾ matricea fin granulat\, omogen\ dar mai dens\ la fluxul de electroni decât cea a lizozomilor; ¾ nucleoidul cu o structur\ dens\ format\ din microtubi, un diametru de 4.5 nm [i dispunerea asem\n\toare unui fagure de miere; - 56 -

¾ placa marginal\ dispus\ `n peroxizomii celulelor tuturor mamiferelor sub form\ de lamele dense la fluxul de eletroni [i groase de 8.5 nm. Structura molecular\ a peroxizomilor este reprezentat\ de enzime denumite catalaze. Acestea asigur\ distrugerea peroxidului de hidrogen transformându-l `n ap\ prin dou\ mecanisme diferite: ¾ un mecanism peroxidazic care se realizeaz\ prin interven]ia unui donator de hidrogen (BH2): BH2 + H2O2 → 2 H2O + B (B-substrat oxidat) ¾ un mecanism de natur\ catalazic\ `n care donatorul de electroni este o alt\ molecul\ de peroxid de hidrogen: H2O2 + H2O2 → O2 + 2 H2O2 Func]ionarea peroxizomilor se bazeaz\ pe: ¾ catabolismul purinelor. Nucleazele specifice degradeaz\ nucleotidele rezultate din hidroliza acizilor nucleici `n nucleoside [i apoi `n baza purinice [i pirimidinice. Aceste baze pot fi reutilizate (`n biosinteza acizilor nucleici) sau pot fi degradate (`n peroxizomi) pân\ la acidul uric (la om) sau uree (la p\s\ri [i amfibieni); ¾ reglarea catabolismului glucozei. Aceast\ form\ de oxidare este foarte diferit\ de cea observat\ la mitocondrii. Mitocondria recupereaz\ o parte important\ din energia liber\ sub form\ de ATP utilizabil. Din contr\, `n peroxizomi, oxidarea este disipat\ sub form\ de c\ldur\; ¾ metabolismul lipidelor. Peroxizomii convertesc gr\simile `n hidra]i de carbon (o variant\ a ciclului Krebs la regnul vegetal). La mamifere intervin `n β oxidarea acizilor gra[i satura]i polinesatura]i din care prostaglandinele [i produ[ii de radical acetil (CH3CO) se combin\ cu CoA. AcetylCoA ob]inut\ este transferat\ la mitocondrii. Aceast\ β oxidare se deruleaz\ ca `n mitocondrie cu deosebirea c\ prima enzim\ este diferit\ [i `n final se formeaz\ H2O2. Sunt responsabili de catabolismul oxidativ al deriva]ilor de colesterol (acid trihidroxicoprostenoic) [i transformarea lui `n s\ruri biliare. ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

Importan]a peroxizomilor pentru celul\: intervin `n catabolismul glucozei; regleaz\ nivelul de acid uric; produc o mic\ cantitate de energie; intervin metabolismul lipidelor; particip\ la procesul respirator. 2.2.2.5 Organitele intracitoplasmatice de mi[care

Mi[c\rile celulare se realizeaz\ prin interven]ia elementelor citoscheletale. Exist\ diferite tipuri de mi[care: - mi[c\ri provocate de contrac]ia muscular\: actin\-miozin\; - mi[c\ri care modific\ raportul dintre celul\ [i mediul extern: - de tip amiboedal - actin\-miozin\; - de tip flagelat - microtubul-dinein\; - de tip ciliat - microtubul-dinein\. - mi[c\ri care nu modific\ raportul dintre celul\ [i mediul extern: - prin endo - [i exocitoz\: - actin\-miozin\; - din timpul diviziunii celulare:-actin\-miozin\ [i microtubul-dinein\ - 57 -

Cele dou\ sisteme moleculare motile (actin\-miozin\ [i dinein\-tubulin\) stau la baza mobilit\]ii celulare [i includ trei structuri: ¾ microfilamente de actin\-miozin\; ¾ microtubuli; ¾ centrul celular. 2.2.2.5.1 Microfilamentele de actin\-miozin\

Microfilamentele de actin\-miozin\ sunt structuri fibrilare de lungimi variabile [i un diametru de 7 nm. Sunt alc\tuite din proteine contractile vizibile numai `n microscopia electronic\. Microfilamentele de actin\-miozin\ s-au descoperit `n fibrele musculare striate [i con]in elemente specializate `n contrac]ia muscular\ denumite miofibrile. Acestea sunt constituite din lan]uri condensate de proteine fibrilare omogene (`n fibra muscular\ neted\) denumite leiofibrile [i proteine fibrilare heterogene (`n fibra muscular\ striat\) denumite rabdofibrile (fig. 2.52).

Fig. 2.52 Structura miofibrilelor de actin\-miozin\ la microscopul optic [i electronic (dup\ C. V. Cotea, 1984) 1-miofibrile omogene (leiofibrile) `n fibra muscular\ neted\ (leiocit); 2-miofibrile heterogene (rabdofibrile) `n fibra muscular\ striat\ (rabdocit); c-coloane Leydig; b-miofibril\ discoidal\; ccâmpuri Conheim; DC-disc clar; DI-disc `ntunecat

Miofibrilele sunt structuri diferen]iate alc\tuite din asocierea filamentelor de actin\ [i de miozin\. Au un diametru de 1-2 µm, intr\ `n strucura rabdocitelor sau a fibrelor musculare striate de tip scheletic. Rabdocitele sunt celule cilindrice cu diametrul de 100 µm [i lungimea de 1-10-12-35 cm. Prezint\ stria]iuni transversale [i nuclei sub sarcolem\ aplatiza]i `n num\r de 20-40 pe mm lungime. Miofibrilele sunt `n num\r de 1 000-2 000 `ntr-un rabdocit, organizate sub forma unor pachete `n num\r de 20-30 cu 30-50 miofibrile fiecare, formeaz\ pe sec]iune transversal\ câmpuri Conheim [i pe sec]iune longitudinal\ colonete Leydig. Fiecare miofibril\ se caracterizeaz\ printr-o alternan]\ de zone clare [i `ntunecate (sau discuri) care au un indice de refrac]ie ridicat sau sc\zut (fig. 2.53). ¾ discurile A (anizotrope sau `ntunecate)-au o lungime de 1.5 µm, sunt divizate `n 2 semi-discuri de o zon\ clar\ [i striat\ H (Hensen) ocupat\ la mijloc de o linie `ntunecat\ M (Mittelmembran); ¾ discurile I (izotrope sau clare)-au o grosime de 0.8 µm [i prezint\ `n partea mijlocie stria Z (Zwichenscheibe)

- 58 -

nucleu

miofibrile

stria A

stria A

Fig. 2.53 Structura fibrelor musculare striate la microscopul optic

Fiecare segment de miofibrile cuprins `ntre 2 striuri Z este denumit sarcomer. Acesta este alc\tuit din 2 semi-discuri I [i un disc A. O miofibril\ este alc\tuit\ din repeti]ia acestor unit\]i dispuse cap la cap. Sarcomerele tuturor miofibrilelor unei fibre sunt situate la acela[i nivel; aceast\ dispozi]ie confer\ miofibrilei stria]ia caracteristic\ (fig. 2.54). discul I

discul A (`ntunecat)

1.5 µm

(clar) stria H

0.8 µm

miofibril\ linia M

stria Z

Fig. 2.54 Structura miofibrilelor la microscopul optic

™ Structura biochimic\. Discurile A sunt alc\tuite din molecule de miozin\. Polimerizarea a 200-500 molecule formeaz\ un microfilament; 10-100 microfilamente de actin\-miozin\ intr\ `n structura unei miofibrile. Miozina este o molecul\ lung\ asimetric\ cu o greutate molecular\ de 450 000 d. Fiecare molecul\ este alc\tuit\ din 6 lan]uri polipeptidice din care 2 sunt grele, identice [i 4 sunt u[oare. Papaina este o enzim\ proteolitic\ ce taie molecula de miozin\ `ntr-un segment lung `n helix denumit bastona[ de miozin\ (sau coad\ de miozin\) [i capul miozinei globulare separat `n subfragmentul 1 (are activitate ATP-azic\; este implicat `n interac]iunea cu actin\ [i are rol `n deplasarea microfilamentelor adiacente de actin\) [i subfragmentul 2. Coada este responsabil\ de asamblarea spontan\ a moleculelor de miozin\ `n filamente groase. ™ Organizarea molecular\ a actinei. Discurile I sunt alc\tuite din molecule de actin\. Acestea polimerizeaz\ `n num\r de 600 [i formeaz\ un microfilament; 10100 microfilamente intr\ `n structura unei miofibrile (fig. 2.55).

- 59 -

actina G

actina F

tropomiozina

troponin\

Fig. 2.55 Structura unui microfilament de actin\

(dup\ M. Maillet, 1995)

¾ Actina F (sau microfilamentele de actin\) sunt polimeri ai actinei G (globulare). Aceasta fixeaz\ ionul de Ca+2 [i are o mare afinitate pentru molecula de ATP sau ADP. Polimerizarea depinde de prezen]a ionilor de Ca+2 sau Mg+2 [i a ATP-ului (hidroliza unei molecule de ATP este necesar\ pentru a uni o molecul\ de actin\ G la actina F. ATP-ul r\mâne fixat la monomerul actinei F. Microfilamentele de actin\ au un diametru de 6 nm, sunt alc\tuite din monomeri globulari asocia]i [i descriu un dublu helix la dreapta, iar semipasul de 360-380°A. Sunt 6.5 molecule de actin\ G pentru un semi-pas. ¾ Tropomiozina este o protein\ fibrilar\ cu o lungime de 400°A, diametrul de 20°A, greutatea molecular\ de 130000 d [i alc\tuit\ din 2 lan]uri polipeptidice `n helix. La fiecare strangulare a dublului helix al actinei F sunt plasate cap la cap, moleculele de tropomiozin\. Acestea se leag\ la actina F prin perechi plasate la intervale egale de 385 °A. ™ Troponina este o protein\ globular\ cu mare afinitate pentru Ca+2 [i o greutate molecular\ de 86000 d. Fiecare filament de actin\ este purt\tor a 48 de perechi de molecule de troponin\. ™ Actina [i miozina exist\ `n majoritatea celulelor nemusculare, dar dispunerea lor nu este organizat\ `n miofibrile, ci este variabil\. Astfel, 50 % din actina unei celule nu este polimerizat\ ci exist\ `n celul\ sub form\ de actin\ G (vezi fig. 2.10). ™ Actina se prezint\ sub 2 forme: globular\ (sau actina G) [i fibrilar\ (sau actina F) (fig. 2.56).

complexul profilin\-actin\ G (sau profilactin\)

actina G

profilin\

actina F

Fig. 2.56 Schema de inhibare a procesului de polimerizare a actinei de profilin\ (dup\ M. Maillet, 1995)

- 60 -

™ forma G este o protein\ cu o greutate molecular\ de 42 000 d [i con]ine un aminoacid rar (3-metil-histidina); ™ forma F se ob]ine prin polimerizarea formei G când cre[te concentra]ia de Mg+2 [i ATP, se formeaz\ un dublu helix de 7 nm diametru [i un pas de 72 nm. Procesul de polimerizare const\ `n: fixarea moleculei de ATP pe actina G; aceasta este activat\ [i r\mâne recombinat\ la o molecul\ de ADP; moleculele de actin\ G activate se organizeaz\ `n dublu heix torsionat; ADP-ul fixat pe fiecare monomer are rol de reglator alosteric. ~ntr-o celul\ actina trece, `n func]ie de activitatea sa, prin fazele: ¾ polimerizare-depolimerizare; ¾ reticulare-dereticulare; ¾ fasciculare-defasciculare. Polimerizarea-depolimerizarea actinei sunt esen]iale pentru activitatea celulelor nemusculare; „in vitro“ moleculele de actin\ se asambleaz\ spontan `n filamente de actin\ `n prezen]a ATP-ului. Dup\ o perioad\ de laten]\, debuteaz\ polimerizarea. Este faza de nucleere, urmat\ de o faz\ `n cursul c\reia moleculele de actin\-G se asociaz\ rapid unele cu altele. Aceast\ faz\ este reversibil\. Se deruleaz\ pân\ la o faz\ critic\ ce corespunde cu o diminuare a concentra]iei de actin\-G. Monomerul se leag\ la filamentele cu aceea[i vitez\ cu care se disociaz\. Diverse proteine de leg\tur\ ale actinei determin\ nucleerea, polimerizarea [i, `n consecin]\, pozi]ia [i lungimea microfilamentelor. „In vivo“ asamblarea filamentelor de actin\ este reglat\ la 2 nivele: ¾ polimerizarea `n microfilamente; ¾ formarea re]elelor tridimensionale (reticularea). Polimerizarea actinei provoac\ mi[c\rile celulare. Locurile de nucleere sunt legate de membrana celular\ a punctelor de contact unde se fixeaz\ extremitatea pozitiv\ a microfilamentelor de actin\. Mecanismul contrac]iei musculare `n fibra muscular\ striat\ de tip scheletic. Mi[c\rile de contrac]ie sau de relaxare se produc f\r\ modificarea lungimii filamentelor; ele rezult\ prin glisarea filamentelor de actin\, prin expunerea acestora filamentelor de miozin\. Segmentul S1 al meromiozinei se fixeaz\ pe situsul receptor al actinei pentru a forma un complex de actomiozin\. Aceast\ combina]ie necesit\: ¾ prezen]a ATP-ului care se fixeaz\ pe meromiozin\, pe S1; ¾ descoperirea situsului de ata[are a actinei prin Ca+2 care se fixeaz\ pe troponin\ [i deplaseaz\ tropomiozina care, `n mod obi[nuit protejeaz\ situsul receptor al actinei; ¾ pivotarea capului miozinei pe actin\ care antreneaz\ glisarea actinei; ea este produs\ prin hidroliza ATP fixat pe situsul catalitic al miozinei; ¾ segmentul S1 al miozinei se deta[eaz\ de actin\ când o nou\ molecul\ de ATP se fixeaz\ pe acesta. Relaxarea se produce când Ca+2 se desprinde de troponin\, tropomiozina se deplaseaz\ [i mascheaz\ din nou situsul de ata[are al actinei pentru miozin\. Mecanismul contrac]iei musculare `n fibra muscular\ neted\. ~n fibra muscular\ neted\, activitatea ATP-azic\ a miozinei este mai mic\ de circa 10 ori fa]\ de cea a miozinei din fibra muscular\ striat\ de tip scheletic, fiind dependent\ de prezen]a ionilor de Ca+2. Miozina din fibra muscular\ neted\ poate interac]iona cu actina numai dac\ lan]urile sale u[oare sunt fosforilate. Acest proces se desf\[oar\ `n prezen]a kinazei care este activat\ de complexul Ca+2-calmodulin\. Kinaza activat\ fosforileaz\ miozina [i aceasta interac]ioneaz\ cu actina (Schema 2.1). - 61 -

calmodulin\ + Ca +2 → Ca +2 – calmodulin\

kinaz\ - Ca +2 – calmodulin\

kinaz\

(inactiv\)

(activ\)

miozin\

miozin\ (P)

(inactiv\)

(activ\)

ATP

ADP

Schema 2.1 Mecanismul contrac]iei musculare `n fibra muscular\ neted\

Dac\ lan]urile u[oare sunt defosforilate, miozina interac]ioneaz\ cu actina [i mu[chiul se relaxeaz\. Activarea miozinei prin sistemul calmodulinei este lent\; la fel de lent\ este [i contrac]ia mu[chiului neted. ¾ ¾ ¾

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

Importan]a actinei pentru celule: `n vâscozitatea citoplasmei; `n motilitatea celulelor nemusculare (actina [i miozina celulelor nemusculare pot provoca mi[c\ri cu condi]ia ca moleculele mini-miozinice s\ fie bine orientate prin raportarea la polaritatea moleculelor de actin\); `n mi[carea organitelor intracelulare (de ex. stafilococii distru[i [i acoperi]i de anticorpii-antimiozin\ migreaz\ pe toat\ lungimea microfilamentelor de actin\ datorit\ moleculelor de miozin\; anticorpii se fixeaz\ odat\ cu proteinele peretelui bacterian pe filamentul de actin\; migrarea se efectueaz\ de la exrtemitatea negativ\ spre cea pozitiv\ a microfilamentelor de actin\); `n citodierez\ se formeaz\ un inel submembranar alc\tuit din fascicule de actin\ [i miozin\; acest inel a fost pus `n eviden]\ datorit\ utiliz\rii anticorpilor antimiozin\ [i antiactin\ fluorescen]i; `n formarea pseudopodelor; `n procesele de endocitoz\ [i exocitoz\; `n deplasarea proteinelor membranare; având un rol mecanic, men]in structura microvilozit\]ilor; `n adezivitate (fasciculele intervin `n alc\tuirea punctelor de contact focal de ancorare `n colaborare cu talina [i vinculina).

~n celulele nemusculare, microfilamentele se g\sesc fie `n toat\ matricea fie numai `n ectoplasm\-izolate sau grupate-`n microvili, desmozomi `n band\ sau r\d\cini ciliare. Microfilamentele din ectoplasm\ se ancoreaz\ la fa]a profund\ a plasmalemei prin α-actin\. 2.2.2.5.2 Microtubulii

Microtubulii sunt structuri tubulare cu lungimi de câ]iva µm, diametru de 24 nm [i un ax clar de aproximativ 15 nm diametru. Peretele acestor forma]iuni este alc\tuit din 13 protofilamente paralele rezultate din polimerizarea unor heterodimere de tubulin\ (α [i β) dispuse helicoidal sub o `nclina]ie de 10-25° (fig. 2.57). - 62 -

Fig. 2.57 Structura tridimensional\ a unui microtubúl (dup\ M. Maillet, 1995)

Stabilitatea microtubilor este variat\ `n func]ie de structurile pe care le realizeaz\ [i de natura proteinelor asociate. Astfel: ¾ microtubii liberi din citosol [i fusul de diviziune sunt forma]iuni labile; ¾ complexele de microtubi din axoneme, centrioli [i corpusculii bazali sunt forma]iuni stabile. Func]iile microtubulilor `n celul\: ¾ men]in forma celular\; ¾ dirijeaz\ mi[carea diferitelor componente celulare; ¾ men]inerea structurii membranei celulare; ¾ construiesc fusul mitotic de diviziune; ¾ se asociaz\ [i formeaz\ centriolii, axul ciliar [i flagelii; ¾ eliberarea granulelor de secre]ie; ¾ migrarea vacuolelor de endocitoz\. Fusul de diviziune. Polimerizarea tubulinei α [i β se face datorit\ centrului organizator al microtubulilor (MTOC).Ace[tia sunt activa]i `n timpul interfazei [i induc polimerizarea cu formarea de microtubuli `n 10 min. Se cunosc urm\toarele tipuri de fusuri de diviziune: ¾ microtubuli polari-sunt continui de la un pol la altul sau pot fi `ntrerup]i la nivelul regiunii ecuatoriale a celulei; ¾ microtubuli kinetocorici-se ata[eaz\ de kinetocorii cromozomilor; ¾ microtubuli astrali-sunt situa]i `n zona periferic\ a celulei c\tre MTOC. 2.2.2.5.3 Centrul celular

Centrul celular (sau centrozomul) este un organit intracitoplasmatic lipsit de membran\ prezent `n toate celulele care se divid. La microscopul optic centrul celular se prezint\ sub diferite aspecte `n func]ie de faza ciclului celular. Astfel, `n interfaz\ are aspectul unei structuri granulare-denumit\ centrozom-`n interiorul c\reia se afl\ 1-2 corpusculi centrali denumi]i centrioli. Ace[tia sunt `nconjura]i de o mas\ citoplasmatic\ dens\ cu aspect omogen denumit\ sfer\ atractiv\. Aceasta `mpreun\ cu centrozomul formeaz\ centrosfera. Din centrosfer\ se - 63 -

deta[eaz\ elemente fibrilare cu dispozi]ie radiar\ [i str\bat citoplasma `n mod asem\n\tor razelor solare formând asterul. Ansamblul centrosfer\-aster se nume[te asterosfer\ [i reprezint\ aparatul mitotic (sau acromatic) al celulei (fig. 2.58). sfera atractiv\

centrosfer\

centrozom asterosfer\

centrioli

Fig. 2.58 Centrul celular

La microscopul electronic se observ\ elementul distinct al centrozomului denumit centriol. Acesta apare sub forma unui cilindru cu o lungime de 0.35 µm, un diametru de 0.15 µm [i cu peretele alc\tuit din 9 grupe a câte 3 microtubi sau triplete (fig. 2.59). Fiecare microtub este alc\tuit din 13 protofilamente (cu un diametru de 25 nm) dispuse `n jurul unei cavit\]i centrale. Microtubii fiec\rui triplet sunt nota]i cu A (tubul intern), B (tubul mijlociu) [i C (tubul extern). Microtubii A [i C de la dou\ triplete vecine sunt uni]i printr-o band\ dens\ la fluxul de electroni. Fiecare centriol prezint\ 2 extremit\]i: proximal\-orietat\ spre centrul celulei [i distal\-orientat\ spre periferia celulei. Centrul extremit\]ii distale este ocupat de un cilindru dens la fluxul de electroni unit pe fa]a intern\ a microtubilor A prin 9 linii dense. Din asocierea a 2 centrioli-dispu[i perpendicular unul pe cel\lalt-se formeaz\ un diplozom. Structurile asociate centriolilor sunt reprezentate de microtubi [i sateli]ii pericentriolari sferici. Centrul celular este implicat `n coordonarea mi[c\rilor celulare interne [i externe. planul de sec]iune

A

picioru[

B

lan] dens de nexin\ triplet

Fig. 2.58 Schema tridimensional\ a centriolului la microscopul electronic (dup\ M. Maillet, 1995) 1-centriol; 2-sec]iunea transversal\ dup\ planul A indic\ dispunerea tripletelor (lipsesc din aceast\ zon\, picioru[ele dense liniare [i por]iunea mijlocie; ele sunt vizibile numai dac\ se taie dup\ planul B); 3-sec]iune transversal\ dup\ planul B; planul A intereseaz\ pentru extremitatea proximal\; planul B intereseaz\ pentru extremitatea distal\

- 64 -

2.2.2.6 Incluziunile citoplasmatice

Incluziunile citoplasmatice sunt produse ale activit\]ii celulare sub form\ de substan]e de rezerv\ [i/sau de[euri de metabolism dispuse `n hialoplasm\, au un caracter temporar [i sunt reprezentate de structuri chimice variate (tab. 2.1). Tabelul 2.1 Tipuri de incluziuni intracitoplasmatice glucide lipide protide

principii nutritivi substan]e minerale cristaloizi endogeni pigmen]i exogeni

hemoglobin\ melanin\ lipofuscin\ lutein\ particule de praf particule de c\rbune pulberi de fier

vitamine hormoni

™ Principii nutritivi sunt reprezenta]i de cele trei categorii de substan]e organice (lipide, protide [i glucide) ce sunt depozitate `n celul\ pân\ la un anumit nivel [i utilizate de aceasta `n caz de nevoie. Glucidele sunt depozitate `n cantitate mare sub form\ de glicogen (`n celulele hepatice [i musculare) [i `n cantitate mai mic\ `n toate celelalte celule din organism. Lipidele sunt depozitate `n celulele adipoase `n cantitate mare [i `n cantitate mai mic\ `n toate celelalte celulele din organism. Protidele nu sunt depozitate sub form\ de incluzii specifice, de[i citoplasma `ns\[i este format\ din protide. ™ Substan]ele minerale sunt reprezentate de substan]ele anorganice (Fe, K, Na, Zn etc) prezente `n citoplasma celular\ sub form\ de granule. ™ Incluziunile cristaloide s-au pus `n eviden]\ `n citoplasma celulelor intersti]iale Leydig din testicul sub forma unor cristale fine, cu forme [i m\rimi diferite denumite cristale Reinke. Exist\ `ns\ [i alte incluziuni intracitoplasmatice (de ex. granule de zimogen, bule de mucigen, pigmen]i melanici, vitamine [i hormoni) care sunt elaborate de celule. ™ Granulele de secre]ie se ob]in dup\ sintetizarea [i precipitarea produ[ilor de elaborare din materialul brut preluat de ]esuturi din sânge [i dispersarea acestora sub form\ de globule mici `n citoplasma celular\. ™ Pigmen]ii sunt substan]e colorante prezente sub 2 forme-endogen\ [i exogen\. ¾ Pigmen]ii endogeni sunt elabora]i `n interiorul organismului animal din substan]ele nepigmentare [i reprezenta]i de: ♦ hemoglobin\-este cel mai important pigment endogen ce con]ine fier [i coloreaz\ hematiile din sânge; are rolul de a transporta oxigenul (sub form\ de oxihemoglobin\) [i bioxidul de carbon (sub form\ de carboxihemoglobin\); prin descompunere d\ o serie de pigmen]i (bilirubina, biliverdina etc); ♦ melanin\-este produs\ de celulele specializate denumite melanoblaste, are culoare brun\ sau neagr\ [i este specific\ celulelor din piele, anexelor pielii [i unor componente ale globului ocular. ¾ Pigmen]ii exogeni provin din mediul extern prin hrana ingerat\ [i sunt reprezenta]i de: - 65 -

♦ carotenoizi-sunt pigmen]i vegetali cu structur\ poliizoprenic\ introdu[i `n organism odat\ cu furajele; din metabolizarea lor se ob]in vitaminele din grupa A; ♦ lipocromi-sunt pigmen]i de culoare galben\, origine vegetal\ [i/sau animal\, introdu[i `n organism odat\ cu furajele [i coloreaz\ citoplasma unor celule [i/sau produ[ii depozita]i `n aceste celule. ™ Particulele de praf de diferite aspecte [i compozi]ii, p\trund `n organismul animal pe cale respiratorie odat\ cu aerul inspirat [i produc pigment\ri ale celulelor `n care se depun. ™ Particulele de c\rbune [i/sau de siliciu ajung `n organism prin inpira]ie [i se depoziteaz\ `n celulele alveolare pulmonare. ™ Incluziunile de vitamine apar `n celul\ sub forma unor granule negre [i str\lucitoare de diferite dimensiuni. ™ Incluziunile de colesterol s-au pus `n eviden]\ `n citoplasma celulelor intersti]iale din ovarul de oaie printr-o tehnic\ special\ de colorare (Schultz), au form\ de cristale aciculare, nuan]\ verzuie [i reprezint\ substratul pentru elaborarea hormonilor steroizi sexuali. ™ Hormonii sunt substan]e specifice produse de glandele cu secre]ie intern\ ce ac]ioneaz\ de la distan]\ asupra proceselor metabolice [i/sau asupra activit\]ii unor ]esuturi, intensificând sau inhibând func]iile acestora.

¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

De re]inut Organitele intracelulare comune sunt: reticulul endoplasmatic-apare ca un sistem circulator (intracitoplasmatic); ribozomii-sunt forma]iuni sferice cu rol `n sinteza proteinelor specifice ce se g\sesc fie liberi `n citoplasm\ fie ata[a]i canaliculelor reticulului endoplasmatic; lizozomii-se prezint\ sub form\ de vezicule (con]in enzime hidrolitice) `n special `n leucocite dar [i `n alte celule având rol `n digestia intracelular\; complexul Golgi-se dispune `n apropierea nucleului [i are rol `n elaborarea produ[ilor de secre]ie ai celulei; mitocondriile au membran\ dubl\: intern\ (pliat\ sub forma unor creste ce con]ine enzimele oxido-reduc\toare cu rol `n producerea energiei celulare) [i extern\; centrul celular este situat `n apropierea nucleului [i formeaz\ fusul de diviziune; lipse[te `ns\ din celula nervoas\. Organitele intracelulare specifice sunt: miofibrilele-caracteristice fibrei musculare; neurofibrilele [i corpusculii Nissl-specifice celulei nervoase.

- 66 -

2.2.3 Nucleul 2.2.3.1 Defini]ia nucleului

Nucleul este o structur\ intracitoplasmatic\ limitat\ periferic de membrana nuclear\. Prezen]a nucleului este o caracteristic\ a celulelor eucariote, cu excep]ia hematiilor adulte. Nucleul reprezint\ locul unde este concentrat materialul genetic necesar vie]ii [i proceselor de diferen]iere [i multiplicare celular\. 2.2.3.2 No]iuni generale despre nucleu

Forma, aspectul [i valoarea func]ional\ a nucleului sunt strict corelate cu cele dou\ faze principale ale evolu]iei celulei, respectiv interfaza (sau intercineza cu nucleu intercinetic-este faza `n care se desf\[oar\ procesele de sintez\ ce preg\tesc diviziunea celular\) [i mitoza (sau diviziunea celular\ cu nucleu mitotic sau cinetic). Talia [i volumul nuclear variaz\ de la un tip celular la altul `n func]ie de fazele ciclului celular. Num\rul nucleilor. Majoritatea celulelor organismelor animale au un singur nucleu (celulele sunt mononucleate). Excep]ia o reprezint\ hematia adult\ care [i-a pierdut nucleul ca urmare a adapt\rii la func]ia de transport a oxigenului (celula este anucleat\). La tipurile celulare cu activitate mai intens\ exist\ doi nuclei (celulele sunt binucleate-de ex. hepatocitele). Alte celule con]in `n citoplasm\ mai mul]i nuclei-celulele sunt multinucleate-de ex. osteoclastul: 20-40 nuclei). Dup\ modul de formare, celulele multinucleate se clasific\ `n plasmodii [i sinci]ii. ™ plasmodiul provine dintr-o celul\ ini]ial\ mononucleat\ `n care au avut loc mai multe diviziuni celulare ne`nso]ite `ns\ [i de citodierez\ (de ex. celula muscular\ striat\ de tip scheletic-20-40 nuclei/mm lungime; osteoclastul); ™ sinci]iul se ob]ine prin contopirea mai multor celule mononucleate `ntr-o form\ comun\ (de ex. sinci]iul trofoblastic de pe suprafa]a vilozit\]ilor coriale). Cre[terea num\rului de nuclei `n celul\ este corelat\ cu cre[terea activit\]ii metabolice (de ex. `n hepatocite) sau cu necesitatea cre[terii cantit\]ii de informa]ie genetic\ `n vederea sintezei proteinelor (de ex. `n celula muscular\ striat\ de tip scheletic-rabdocitul). 2.2.3.3 Dimensiuni nucleare

Dimensiunile nucleului variaz\ `n limite foarte largi (3-60 µm). Astfel, `n neuronii din stratul molecular al scoar]ei cerebeloase, diametrul nuclear nu dep\[e[te 2-3 µm. ~n spermatozoid nucleul are 4-5 µm. ~n ovocit nucleul are 40-60 µm. ~ntre dimensiunile nucleului [i cele ale celulei exist\ un echilibru denumit raport nucleo-citoplasmatic (RN/P) exprimat de R. Hertwig prin formula:

R N/P =

Vn Vc − Vn `n care

Vn reprezint\ volumul nuclear Vc reprezint\ volumul celular

Valoarea acestui raport este fix\ pentru fiecare tip celular. Valoarea normal\ a acestui raport este `ntre 1/7-1/10 dar poate varia `ntre 1/2-1/20. ~ns\ acest raport este cu atât mai mare cu cât celula este mai tân\r\ [i mai activ\ (de ex. celulele embrionare) [i - 67 -

mai mic\ `n celulele adulte [i `mb\trânite. Când volumul celulei cre[te mai mult decât volumul nucleului, raportul nucleo-plasmatic (R N/P) se reface prin diviziune celular\ sau cre[terea volumului nuclear. 2.2.3.4 Forme nucleare

~n mod obi[nuit forma nucleului este asem\n\toare cu cea a celulei (fig. 2.60). c

a

Fig. 2.60 Forme de nuclei a-nucleu sferic `n celula cubic\; b-nucleu ovalar `n celula prismatic\; c-nucleu discoidal `n celula mucoas\; d-nucleu polilobat `n neutrofil; e-nucleu neregulat (`nmugurit) `n megacariocit

b

d e

Nucleul poate avea o form\: ™ sferic\-`n celulele sferice (ovocit) sau cubice; ™ ovalar\-`n celulele prismatice cu platou striat din intestin; ™ de bastona[ (`n celulele musculare striate); ™ polilobat\ `n neutrofilele mature care au nucleii forma]i din 2-5 lobi uni]i prin pun]i sub]iri de cromatin\). Conturul nucleului este dependent de starea func]ional\ a celulei. ~n mod obi[nuit este regulat dar poate fi neregulat-`n celulele secretorii aflate `n plin proces de sintez\ [i/sau `n fibrele musculare aflate `n contrac]ie (forma de tirbu[on `n fibra muscular\ neted\ aflat\ `n contrac]ie). Pozi]ia nucleului `n celul\ este, `n general, central\. Aceasta poate fi `ns\ modificat\ de anumi]i factori (acumularea de granule de secre]ie `n celulele glandulare cu secre]ie exocrin\ când nucleul este dispus bazal) sau de acumularea de substan]e de rezerv\ (`n adipocite nucleul este `mpins spre periferia celulei [i adopt\ o form\ de disc). 2.2.3.5 Structura morfologic\ a nucleului

Nucleul este vizibil atât la microscopul optic cât [i la microscopul electronic [i este alc\tuit din: ¾ membrana nuclear\; ¾ cromatin\ nuclear\; ¾ nucleol; ¾ nucleoplasm\. 2.2.3.5.1 Structura morfologic\ a nucleului la microscopul optic

La microscopul optic structura morfologic\ a nucleului este reprezentat\ de: membrana nuclear\, cromatina nuclear\, nucleol [i nucleoplasm\(fig. 2.61). - 68 -

membran\ nuclear\ citoplasma nucleolul heterocromatina membrana celular\

Fig. 2.61 Structura nucleului la microscopul optic

™ Membrana nuclear\ mai poart\ numele de nucleolem\. Aceasta apare sub forma unei pelicule foarte fine cu o grosime de 350 ºA ce separ\ con]inutul nuclear de con]inutul citoplasmatic. ™ Cromatina apare ca o re]ea filamentoas\ [i/sau granular\ ce se dispune sub form\ de eucromatin\ (care corespunde regiunilor slab colorate cu hematoxilin\) [i heterocromatin\. ™ Nucleolul este un corpuscul sferic [i intens bazofil. ™ Nucleoplasma este un sol clar [i omogen dispus `n spa]iul perinuclear printre granulele de cromatin\ [i nucleoli. 2.2.3.5.2 Structura morfologic\ a nucleului la microscopul electronic

La microscopul electronic, structura morfologic\ a nucleului este reprezentat\ de:membrana nuclear\, cromatina nuclear\, cromozomi, nucleol [i nucleoplasm\ (fig. 2.62 a-c):

a

b c

Fig. 2.62 Forma, pozi]ia [i structura nucleolului la microscopul electronic a-forma nucleolului: 1-ovalar\; 2-discoidal\; 3-triunghiular\; 4-neregulat\; b-pozi]ia nucleolului: 1-lipit\ de membrana nuclear\; 2-central\; 3-excentric\; c-componentele nucleolului: 1-fibroas\; 2-granular\; 3-amorf\; 4-cromozomial\

2.2.3.5.2.1 Membrana nuclear\

Membrana nuclear\ este alc\tuit\ din 2 endomembrane trilamelare (intern\ [i extern\), fiecare cu o grosime de 7.5-10 nm, separate de un spa]iu clar denumit cistern\ perinuclear\ cu o grosime de 10-15 nm (fig. 2.63).

- 69 -

comunicarea dintre cisternele reticulului endoplasmatic rugos

reticulul endoplasmatic rugos

por

nucleoplasm\ nucleol

membrana extern\ membrana intern\

comunicarea dintre spa]iul perinuclear [i reticulul endoplasmatic rugos

Fig. 2.63 Structura nucleului la microscopul elecronic

Membrana nuclear\ extern\ se continu\ cu membranele RER. Membrana nuclear\ este str\b\tut\ `n numeroase puncte de canale denumite pori nucleari prin care se realizeaz\ trecerea macromoleculelor. ~n aceste zone, membrana extern\ comunic\ cu membrana intern\ (fig. 2.64). diafragm\ membrana nuclear\

inel

granul\ central\

molecule din structura diafragmei

a

inel

b

Fig. 2.64 Structura unui por la microscopul electronic (dup\ D. Darnell, 1985) a-sec]iune transversal\; b-por v\zut din fa]\

• • • •

Porii nucleari au o structur\ complex\ ce este reprezentat\ de: materialul inelar-este alc\tuit din 16 particule sferice (dispuse câte 8 pe conturul fiec\rei deschideri a porului) ce imprim\ acestuia o form\ octogonal\; diafragm\ se prezint\ sub forma unor conuri de material dens [i amorf inserate pe conturul porului [i se orienteaz\ spre centru; granula central\-dispus\ `n centrul porului; materialul fibrilar este format din 8 pachete de microfilamente inserate pe granulele inelare interne [i orientate\ spre interiorul nucleului. - 70 -

Prin intermediul porilor se realizeaz\ schimburile nucleo-plasmatice de macromolecule. Structurile asociate membranei nucleare sunt reprezentate de: ™ lamina intern\-este dens\, are o grosime de 20-60 nm [i prezint\ zona fin granular\ sau fibrilar\ dispus\ pe fa]a endonuclear\ a membranei interne (este `ntrerupt\ doar la nivelul porilor) `ndeplinind rolul de suport mecanic; ™ lamelele inelare-sunt formate din membrane pereche dispuse concentric `n citoplasm\ [i `n fa]a porilor [i prezente, `n special, `n celulele care cresc [i se diferen]iaz\ rapid (de ex. celulele embrionare). ~n structura nucleului se `ntâlnesc urm\toarele componente: ¾ matricea nuclear\ propriu-zis\ format\ din componentele membranare ale `nveli[ului nuclear reprezentate de lamina densa [i complexul por; ¾ lamina densa se prezint\ sub forma unei re]ele fibrilare ata[ate de re]eaua matricei nucleare existente pe fa]a intern\ a membranei nucleare; ¾ matricea fibrilar\ nuclear\ (sau re]eaua fibrilar\ intranuclear\); fibrele matriceale se numesc matrixin; ¾ componenta fibrilar\ nucleolar\ reprezint\ o re]ea de filamente ce se `ntind pe toat\ aria [i corespunde pentru pars fibrosa [i pars granulosa din nucleol. ~n compozi]ia chimic\ a nucleului intr\: - proteine histonice; - proteine nonhistonice; - proteine enzimatice; - ADN; - ARN. ™ Proteinele histonice sunt bogate `n lizin\ [i arginin\, exist\ `n to]i nucleii celulelor eucariote [i sunt absente la procariote. Principalele proteine histonice sunt: H2A, H2B, H3 [i H4 dispuse sub form\ de sfere pereche ata[ate moleculelor de ADN [i structureaz\ nucleozomul [i o histon\ extranucleozomic\-H1 responsabil\ de superspiralizarea moleculelor de ADN; ™ Proteinele nonhistonice intervin ca reglatoare specifice ale transcrip]iei. Astfel, proteinele HMG1, HMG2, HMG14 [i HMG17 (grupul de proteine cu motilitate electroforetic\ mare) ac]ioneaz\ asupra histonelor H1 `n momentul transcrip]iei. Aceste proteine au rol `n derularea fibrelor cromatiniene nucleozomice pentru ca genele s\ r\mân\ accesibile transcrip]iei; ™ ARN-polimeraza este capabil\ de a citi 2 lan]uri ale ADN-ului [i de a le transcrie sub diverse tipuri de ARN (ARNm, ARNr, ARNt); ™ Proteinele enzimatice grupeaz\ ARN-polimerazele. Acestea sunt reprezentate de ARN-polimeraza I (intervine `n transcrip]ia ARNt); ARN-polimeraza II (intervine `n transcrip]ia ARNm); ARN-polimeraza III (intervine `n transcrip]ia ARNr). Transcrip]ia ADN este `ntrerupt\ `n timpul mitozei. ARNm este o copie a regiunii func]ionale de gene din ADN ce urmeaz\ a fi transcris\. ARNm `ncepe la o extremitate 5’ printr-un codon de debut, iar extremitatea 3’ este purt\toare de codon de sfâr[it a transcrip]iei. ARN este `ntotdeauna monocatenar. 2.2.3.5.2.2 Cromatina nuclear\ se prezint\ sub forma unui agregat heterogen de granule [i filamente fine, condensate uneori sub forma unor granule mai mari denumite cromocentre. La microscopul optic, cromatina se prezint\ sub urm\toarele forme: - 71 -

¾ insular\-gr\mezi mari, neregulate; ¾ periferic\-aglomer\ri de dimensiuni mici; ¾ granula]ii foarte fine-asociate nucleolului. Cromatina reprezint\ forma de prezentare a materialului genetic `n interfaz\ [i de cromozomi `n timpul diviziunii. Ultrastructura zonelor de cromatin\. Cromatina apare sub forma fibrelor cromatiniene care au traiectorie spiralat\. Organizarea molecular\. Fibrele cromatiniene con]in ADN, proteine histonice [i nonhistonice. ~n nucleul interfazic ele seam\n\ cu un „colier de perle“, fiecare perl\ corespunzând unui nucleozom. Nucleozomul este alc\tuit din proteine histonice pereche: 2 (H2A), 2 (H2B), 2 (H3) [i 2 (H4) ce formeaz\ un octomer histonic. Rolul histonelor (sarcini pozitive) este de `mpachetare a ADN-ului (sarcini negative). Histona H1 controleaz\ condensarea filamentului de cromatin\. Diametrul fibrelor cromatiniene este de 10-11 nm. Fiecare tur de spir\ a fibrelor de cromatin\ corespunde la 6 nucleozomi. Fibrele cromatiniene se pot spiraliza dând na[tere unui solenoid cu diametrul de 100 nm. O superspiralizare de ordinul II d\ na[tere la nucleofilamente cu diametrul de 300 nm [i o alta la nucleofilamente cu diametrul de 600 nm. Fibrele de cromatin\ `n mitoz\. ~n cadrul mitozei, fibrele de cromatin\ se condenseaz\ treptat [i se organizeaz\ `n cromozomi. Exist\ regiuni de ADN lipsite de nucleozomi. Aceste regiuni sunt foarte sensibile la ac]iunea dezoxiribonucleazelor care hidrolizeaz\ [i decupeaz\ fibrele de ADN `n numeroase fragmente `n vederea transcrip]iei. ~nainte de transcrip]ie, structura fibrelor cromatiniene se modific\. Genele care trebuie s\ fie transcrise se deruleaz\, histonele H1 se deta[eaz\ temporar `n timpul transcrip]iei. Fibrele cromatiniene sunt local decondensate. Aceste decondens\ri se fac datorit\ proteinelor HMG (proteine cu mobilitate mare). Cromatina se `mparte dup\ gradul de spiralizare a fibrelor `n eucromatin\ [i heterocromatin\ (fig. 2.65).

a

b Fig. 2.65 Aspectul cromatinei nucleare a-heterocromatin\ dispus\ `n bulg\ri; b-heterocromatin\ fin-granular\

™ Eucromatina nu este vizibil\ la microscopul optic. Este constituit\ din fibre cromatiniene nespiralizate activate genetic. Ele corespund la o molecul\ de ADN `n curs de replicare sau de transcrip]ie. Regiunile formate din ADN sunt legate de transcrip]ia ARNm, ARNt [i ARNr. Sinteza ARNm [i ARNt se face sub ac]iunea ARN- 72 -

polimerazei II prin trecerea pe ADN. ADN-ul se deruleaz\ par]ial de octomerul histonic. ™ Heterocromatina este vizibil\ la microscopul optic, intens colorat\, corespunde la 80-90 % din ADN-ul nuclear; este condensat\, netranscriptibil\, inactiv\ metabolic [i bogat\ `n histone H1. Se prezint\ sub dou\ forme: ¾ constitutiv\-format\ din ADN repetitiv; pe aceast\ form\ nu se face niciodat\ transcrip]ia informa]iei, se afl\ `n jurul centromerelor [i este constant condensat\; ¾ facultativ\-con]ine gene structurale represate pe care nu se face transcrip]ia. ~n func]ie de tipul de cromozomi c\ruia `i corespunde poate fi: - autozomal\-corespunde perechilor de autozomi; - gonozomic\-corespunde cromatinei X la sexul femel [i cromatinei Y la sexul mascul; cromatina X este prezent\ numai `n nucleii celulelor somatice ale femelelor [i este reprezentat\ de condensarea interfazic\ a unuia din cei 2 gonozomi X (are dimensiunea de 1 µm); Forma cromatinei gonozomice X este triunghiular\ iar pozi]ia este pe fa]a intern\ a membranei nucleare (corpusculul cromocentric `n celulele corpulul luteal), satelit nucleolar (`n neuron) [i drumstik (`n neutrofil). 2.2.3.5.2.3 Cromozomii sunt forma]iuni nucleare, alc\tuite din acizi nucleici-

ADN [i proteine, manifest\ capacitatea de autoreproducere `n timpul diviziunii celulare, conservarea informa]iei ereditare [i transmiterea acesteia de la o genera]ie la alta. Sunt identifica]i [i analiza]i foarte bine `n metafaza mitozei. Structura cromozomilor este reprezentat\ de 2 cromatide ,,surori“ [i un centromer (fig. 2.66 [i fig. 2.67). ™ cromatidele ,,surori“ sunt 2 subunit\]i longitudinale unite printr-un centromer; separarea complet\ a cromatidelor se face la sf`r[itul metafazei [i `nceputul anafazei; apoi fiecare cromatid\ se `ndreapt\ spre unul din cei 2 poli ai celulei; ™ centromerul reprezint\ punctul de leg\tur\ dintre cele 2 „cromatide surori“ dup\ replicarea semiconservativ\; acesta permite ata[area cromozomilor la fibrele fusului de diviziune, formarea pl\cii metafazice [i deplasarea cromozomilor nou forma]i (dup\ clivajul longitudinal) spre polii celulei; ™ satelitul este o por]iune din cromozom, individualizat\ printr-o constric]ie secundar\ legat\ de cromozom printr-un „peduncul“; `n acest element se g\sesc genele ce codific\ sinteza ARNr; ™ cromonema este o structur\ dispus\ `n zona terminal\ liber\ a cromozomului ce asigur\ individualitatea [i nefuziunea dintre cromozomi; ™ cromomera reprezint\ o zon\ puternic spiralizat\ din cromonem\ ce apare la `nceputul profazei mitozei [i/sau meiozei.

- 73 -

satelit

eucromatin\

centromer (constric]ie primar\)

heterocromatin\ constric]ie secundar\ cromatide surori

Fig.2.66 Morfologia unui cromozom

Compozi]ia chimic\ a cromozomilor din celulele eucariote este reprezentat\ de: ¾ acizi nucleici (ADN-30 % [i ARN-5 %); ¾ proteine histonice (30-40 %) [i nonhistonice (10-25 %); ¾ fosfolipide; ¾ ioni de Ca+2, Mg+2 etc.

centromer

zon\ heterocromatidic\ constric]ie primar\

zon\ eucromatidic\

constric]ie secundar\

cromatid\ cromonem\ cromomer\ matrice

nucleol zon\ heterocromatidic\ satelit

Fig. 2.67 Structura unui cromozom

- 74 -

~nsu[irile fundamentale ale cromozomilor sunt: ¾ constan]a numeric\; ¾ m\rimea; ¾ forma; ¾ dispunerea `n perechi; ¾ individualitatea. ™ Constan]a numeric\ este o caracteristic\ de specie [i, `n condi]ii normale, pentru toate celulele organismului (tab. 2.2). Tabelul 2.2 Num\rul perechilor de cromozomi (2n) la diferite specii Specia c`ine (Canis familiaris) pisic\ (Felis catus) iepure (Oryctolagus cuniculus) g\in\ (Gallus domesticus) curc\ (Meleagris gallopavo) prepeli]\ japonez\ (Coturnix coturnix) porumbel (Columba livia) albin\ (Apis melifera) viermele de m\tase (Bombyx mori)

2n 78 38 44 78 82 80 68 32 28

™ M\rimea cromozomilor este variabil\ `n func]ie de specie [i perechea de cromozomi, dar, `n general, cromozomii au 0.1-25 µ lungime [i 0.1-0.2 µ diametru. ™ Forma cromozomilor se apreciaz\ dup\ aspectul pe care ace[tia o au `n metafaz\. Astfel, forma poate fi sferic\, de bastona[ sau a unor litere din alfabetul latin „V“; „L“; „I“ sau „U“. Dup\ dimensiunile celor dou\ bra]e cromozomiale (egale sau inegale) [i `n func]ie de pozi]ia centromerului se disting urm\toarele tipuri de cromozomi (fig. 2.68 a-d):

a

b

c d

Fig. 2.68 Aspectul cromozomilor metafazici a-tipul acrocentric; b-tipul telocentric; c-tipul submetacentric; d-tipul metacentric

-

acrocentrici (a)-au centromerul plasat `n regiunea subterminal\ a cromozomului [i un bra] foarte lung; telocentrici (b)-au centromerul plasat terminal pe cromozom [i bra]ele terminale minuscule; - 75 -

submetacentrici (c)-au centromerul plasat `n apropierea zonei mediane [i 2 bra]e inegale-unul mai lung [i altul mai scurt; - metacentrici (d)-au centromerul plasat `n mijlocul cromozomului pe care `l `mparte `n 2 bra]e egale, cromozomul având forma literei „V“. ™ Dispunerea `n perechi a cromozomilor este determinat\ de faptul c\, fiecare organism nou format, este rezultatul contopirii celor 2 game]i, fiecare participând cu un num\r egal de cromozomi. ¾ `n celulele somatice cromozomii se dispun `n perechi (unul este de origine matern\ [i cel\lalt de origine patern\), au aceea[i form\, m\rime [i valoare genetic\ [i sunt denumi]i cromozomi omologi; aceast\ stare se nume[te diploid\ [i se noteaz\ cu 2n; ¾ `n celulele sexuale (denumite game]i) se g\se[te câte un singur cromozom din fiecare pereche de omologi, astfel c\, num\rul lor este redus la jum\tate fa]\ de celulele somatice. Aceast\ stare este haploid\ [i se noteaz\ cu n, iar setul haploid de cromozomi alc\tuie[te genomul. Refacerea num\rului de cromozomi caracteristic speciei are loc prin procesul de fecundare. ~n urma acestui proces, prin unirea celor dou\ genomuri din game]i se ob]ine celula-ou (sau zigotul) care este diploid\ (2n). ™ Individualitatea cromozomilor permite identificarea cu precizie a cromozomilor din celulele indivizilor aceleia[i specii. Pe lâng\ tipurile obi[nuite de cromozomi s-au pus `n eviden]\ [i tipuri speciale de cromozomi deosebite prin m\rime, form\, comportare [i valoarea genetic\: ¾ cromozomi uria[i (sau politeni)-s-au identificat `n glandele salivare ale larvelor de diptere, sunt mai mari decât cei din celulele somatice [i con]in o cantitate mai mare de ADN decât cromozomii normali; ¾ cromozomi de tip „perie de lamp\“ (sau „lampbrush“) s-au identificat `n nucleii ovocitelor de pe[te, reptile [i p\s\ri; ¾ cromozomi suplimentari (sau microzomi)-au dimensiuni foarte mici [i s-au pus `n eviden]\ la p\s\ri. -

2.2.3.6 Nucleolul-structur\ [i func]ii

Nucleolul reprezint\ componentul nucleului interfazic cu rol `n sinteza ARNr dar care dispare `n timpul mitozei. Raportul dintre volumul nucleului [i cel al nucleolului (RN/n) se modific\ `n favoarea nucleilor atunci când celula devine hiperactiv\ `n perioada de sintez\ a proteinelor structurale [i/sau metabolice. La microscopul electronic structura nucleolului este reprezentat\ de 4 componente: fibrilar\, granular\, cromozomial\ [i amorf\ (fig. 2.69). ™ componenta fibrilar\ (pars fibrosa) este alc\tuit\ din filamente de cromatin\ grupate `n pachete; ™ componenta granular\ (pars granulosa) este alc\tuit\ din granule de cromatin\ cu diametrul de 15 nm; ™ componenta cromozomial\ (pars cromosoma) este format\ din fibre cromatiniene dispuse la periferia nucleolului; mai poart\ denumirea de cromatin\ asociat\ nucleolului; ™ componenta astructurat\ (pars amorpha) este dispus\ `n spa]iile dintre primele trei structuri nucleolare. - 76 -

componenta amorf\

`nveli[ul nuclear

componenta cromozomial\ por

spa]iu perinuclear componenta fibrilar\

granule perinucleare

componenta granular\

Fig. 2.69 Structura substan]ei intercromatice la microscopul electronic

(dup\ M. Maillet, 1970)

2.2.3.7 Spa]iile intercromatiniene

Spa]iile intercromatiniene sunt delimitate de cele 3 componente ale nucleului (membrana nuclear\, cromatina nuclear\ [i nucleolul) [i con]in urm\toarele ultrastructuri pericromatice: ™ fibrile-au un diametru de 3-5 nm, se dispun la periferia cromatinei nucleare [i reprezint\ precursorul ARNm; ™ granule-au un diametru de 25-40 nm (ARNm+ARNr-40 S); ™ granule intercromatice-au un diametru de 20 nm (ARNm este mascat de proteine); ™ corpii spirala]i-sunt agregate sferice de 0.3-0.5 µm alc\tuite din fibre spiralate de ribonucleoproteine. Func]iile nucleolului sunt legate de: ¾ biosinteza ARN-ului; ¾ biogeneza ribozomilor; ¾ preg\tirea celulei pentru mitoz\. De re]inut

•Membrana celular\ se formeaz\ prin diferen]ierea citoplasmei la periferia celulei. Are o structur\ trilamelar\: straturile intern [i extern sunt protidice, iar stratul mijlociu este fosfolipidic. Intervine `n schimbul dintre celul\ [i mediul extern. Are permeabilitate selectiv\ [i este polarizat\ electric. •Citoplasma este masa celular\ ce `nconjur\ nucleul. Se prezint\ ca un sistem coloidal `n care mediul de dispersie este apa, iar faza dispersat\ este ansamblul de micele organice ce se g\sesc `n stare de mi[care brownian\. Din punct de vedere structural [i func]ional, citoplasma este format\ din dou\ componente: ¾ citoplasma fundamental\ denumit\ hialoplasm\ [i reprezint\ partea nestructurat\; ¾ forma]iunile diferen]iate [i structurate ale citoplasmei reprezentate de organitele intracitoplasmatice comune [i specifice anumitor celule precum [i incluziunile citoplasmatice. •Nucleul este cel mai mare corpuscul din citoplasm\. Forma lui corespunde, `n general, formei celulei `n care se g\se[te. Majoritatea celulelor sunt uninucleate, dar exist\ [i celule binucleate (hepatocitele), polinucleate (rabdocitele) sau anucleate (hematiile adulte). Din punct de vedere structural, nucleul este alc\tuit dintr-un `nveli[ extern denumit membran\ nuclear\ dubl\ [i citoplasm\ (sau carioplasm\). Aceasta apare electrono-microscopic ca o re]ea de filamente sub]iri formate din granula]ii fine de cromatin\ ce con]in ADN [i din care, la `nceputul diviziunii, se formeaz\ cromozomii. Nucleul con]ine unul sau mai mul]i nucleoli. - 77 -

Capitolul 3

Diviziunea celular\

Diviziunea celular\ constituie premisa proceselor de reproducere, dezvoltare [i cre[tere. Dintr-o celul\ rezult\ dou\ celule sau mai multe celule identice. Diviziunile celulare `ncep cu diviziunea nuclear\. Ele pot lua forma unor mitoze sau meioze. Mitoza este forma de diviziune nuclear\ [i celular\ prin care rezult\ celule genetic identice al c\ror num\r de cromozomi coincide cu cel al celulei-mam\. Diviziunile mitotice se `nregistreaz\ la formarea tuturor celulelor corpului precum [i `n cazul reproducerii asexuate. Mitoza asigur\ transferul informa]iei genetice c\tre celulele nou-formate, independent de diferen]ierea ulterioar\ a acestora. Reproducerea asexuat\ la pluricelulare se realizeaz\ prin diviziuni mitotice repetate, astfel `ncât to]i descenden]ii vor con]ine acela[i set de gene; totalitatea acestor descenden]i formeaz\ o clon\. Meioza este forma de diviziune nuclear\ prin care rezult\ celule-fiice cu un num\r redus (haploid) de cromozomi. Diviziunile meiotice apar de regul\ la formarea game]ilor. Meioza se desf\[oar\ pe parcursul a dou\ procese de diviziune, fiecare cu urm\toarele faze: profaz\, metafaz\, anafaz\, [i telofaz\. Prin reducerea num\rului de cromozomi la jum\tate, `n urma fecunda]iei [i a form\rii celulei-ou, se asigur\ men]inerea unui num\r constant de cromozomi, caracteristic speciei. Datorit\ noilor combina]ii de gene provenite de la mam\ [i de la tat\ realizate la contopirea nucleului gametului feminin cu cel masculin, apar varia]ii individuale `ntre membrii aceleia[i specii. Diviziunea celular\ este proprietatea fundamental\ a materiei vii pe baza c\reia se asigur\ continuitatea [i `nmul]irea speciilor. Diviziunea celular\ este cunoscut\ [i sub numele de citodierez\. Citodiereza reprezint\ procesul `n care are loc diviziunea nucleului (cariodierez\) [i a citoplasmei (plasmodierez\). Diviziunea celular\ este (tab. 3.1): ™ direct\ (amitoza sau acineza); ™ indirect\ (mitoza sau cariocineza). Tabelul 3.1

Diviziunea celular\

Tipurile de diviziune celular\ direct\ (amitoza) indirect\ (mitoza)

sciziparitatea `nmugurirea clivajul (fisura) endocitogeneza homeotipic\ (ecua]ional\) celula-fiic\ are 2n cromozomi heterotipic\ (reduc]ional\) celula-fiic\ are n cromozomi

O celul\ se divide prin procesul de mitoz\: nucleul trece de la faza de „relativ\ lini[te“ din nucleu intercinetic, la faza de cinez\, `n nucleu cinetic. Procesul se nume[te cinez\ pentru c\, pe de o parte, `n masa protoplasmatic\ se produc o serie de modific\ri [i de deplas\ri, vizibile mai ales la nivelul nucleului (sau de kariocinez\), iar pe de alt\ parte, `n masa nucleului, apar forma]iuni cu aspect filamentos. - 78 -

3.1 Diviziunea celular\ direct\ Diviziunea celular\ direct\ este denumit\ amitoz\ sau acinez\. Amitoza reprezint\ forma cea mai simpl\ de diziviune `n care, prin despicarea [i strangularea celulei, rezult\ dou\ celule asem\n\toare `ns\ f\r\ s\ se constate apari]ia, `n masa nucleului [i a citoplasmei, a unor forma]iuni [i fenomene complexe. Acest tip de diziviune celular\ se caracterizeaz\ prin: ¾ absen]a cromozomilor; ¾ p\strarea membranei nucleare `n timpul diviziunii; ¾ neparticiparea la diviziune a centrozomului. Diviziunea celular\ direct\ este reprezentat\ de: ¾ sciziparitate; ¾ `nmugurire; ¾ clivaj; ¾ endocitogenez\. ™ Sciziparitatea const\ `n alungirea [i strangularea nucleului la mijloc rezultând, `n final, un nucleu cu 2 lobi (egali sau inegali) care, ulterior, se vor separa complet. Concomitent se stranguleaz\ citoplasma, se rupe [i se `mparte `n 2 mase distincte, astfel `ncât, la final, rezult\ 2 celule mai mici decât celula originar\, fiecare celul\ având câte un nucleu (fig. 3.1).

Fig. 3.1 Aspecte de sciziparitate

Sciziparitatea este modalitatea specific\ de diviziune pentru infuzori [i elementele sanguine ale amfibienilor. ™ ~nmugurirea const\ `n separarea par]ial\ a nucleului, formarea unor muguri `nconjura]i de citoplasm\ [i separarea de celula-mam\ prin desprinderea citoplasmei [i, `n final, formarea a dou\ celule (fig. 3.2).

Fig. 3.2 Aspecte de `nmugurire - 79 -

™ Clivajul (sau fisura) const\ `n apari]ia unei fisuri la suprafa]a nucleului ce `mparte masa nuclear\ `n 2 jum\t\]i, separarea citoplasmei [i, `n final, formarea a 2 celule (fig. 3.3).

Fig. 3.3 Aspecte de clivaj

™ Endocitogeneza este diviziunea celular\ prin care se formeaz\ o celul\ nou\ denumit\ endocit `n interiorul altei celule denumit\ exocit. ~n jurul acestei celule se depune o parte din citoplasma transparent\, prin apari]ia mai `ntâi a unui mugure nuclear; ulterior, acesta se va separa, va cre[te [i `n jurul lui se va depune o parte din citoplasma transparent\ care este limitat\ la exterior de o membran\ (fig. 3.4). 2

1

3

Fig. 3.4 Aspecte de endocitogenez\ 1-mugure nuclear; 2-exocit; 3-endocit

3.2 Diviziunea celular\ indirect\ Diviziunea celular\ indirect\ este cunoscut\ sub denumirea de mitoz\ sau kariocinez\. Mitoza reprezint\ modalitatea de multiplicare [i re`nnoire a celulelor din organimele animale. Mitoza este denumit\: - diviziune indirect\-pentru c\, are loc mai `ntâi diviziunea nucleului [i apoi a citoplasmei; - mitoz\-pentru c\ apar `n masa nucleului forma]iuni cu aspect filamentos denumite cromozomi; - kariocinez\-pentru c\ au loc o serie de modific\ri [i deplas\ri `n masa nucleului („cinez\“-mi[care). Mitoza este de 2 tipuri: ¾ ecua]ional\-homeotipic\; ¾ reduc]ional\-heterotipic\ (sau meioza). - 80 -

3.2.1. Mitoza ecua]ional\ Diviziunea ecua]ional\ (sau homeotipic\) are o durat\ medie de 40-60 minute, este caracteristic\ celulelor somatice din organismul animalelor [i p\s\rilor. Celulele-fiice rezultate `n urma acestei diviziuni sunt diploide (2n cromozomi) având `n nucleu acela[i num\r de cromozomi ca [i celula-mam\ din care au provenit, de aici [i denumirea de diviziune ecua]ional\ (fig. 3.5). Fiecare celul\ participant\ la diviziune are, morfologic, 2 componente: ¾ cromatic\-reprezentat\ de cromozomi [i nucleoli (`n unele etape ale diviziunii); ¾ acromatic\-reprezentat\ de centrii [i fusul de diviziune. ~n perioada premerg\toare diviziunii ecua]ionale celula se modific\ sub aspect morfologic, devine mai globuloas\ [i cu un volum mai mare, astfel `ncât se distinge vizibil de celulele `nvecinate. Finalul prometafazei

Fig. 3.5 Mitoza - 81 -

Fazele diviziunii ecua]ionale sunt: ¾ profaza; ¾ prometafaza; ¾ metafaza; ¾ anafaza; ¾ telofaza; ¾ reconstruc]ia func]ional\ a celulei. ™ Profaza se caracterizeaz\ prin: - apari]ia cromozomilor sub forma unor filamente sub]iri, delicate; - eviden]ierea centrului celular; - `ndep\rtarea celor 2 centrioli ai centrozomului [i formarea ulterioar\ prin refacerea centriolului absent a 2 centrozomi cu câte un aster citoplasmatic; - fragmentarea membranei nucleare la sfâr[itul profazei prin fosforilarea proteinelor sub ac]iunea protein-kinazei [i dispersia acesteia sub forma unor vezicule `n citoplasm\ care ader\ la RE; - dispari]ia nucleolului la sfâr[itul profazei `n urma fosforil\rii proteinelor. ™ Prometafaza face trecerea de la profaz\ la metafaz\ [i se caracterizeaz\ prin: - dispari]ia complet\ a membranei nucleare; - eviden]ierea kinetocorilor (sau a centrilor organizatori) ce au un rol important `n diferen]ierea microtubilor; - diferen]ierea kinetocorilor sub forma unei condens\ri lineare dispuse de o parte [i de alta a centromerului; - migrarea cromozomilor spre planul ecuatorial-central al celulei; - dispunerea mitocondriilor granulare `n partea mijlocie a celulei. ™ Metafaza este stadiul `n care: - cromozomii ating stadiul de maxim\ condensare [i se orienteaz\ spre planul ecuatorial al celulei, astfel `ncât, fiecare cromozom se ata[eaz\, prin intermediul kinetocorului situat la nivelul centromerului, de câte o fibr\ a fusului de diviziune [i formeaz\ placa ecuatorial\; - dispunerea cromozomilor `n placa ecuatorial\ se realizeaz\ dup\ un model spa]ial, respectiv: cromozomii de talie mare tind s\ ocupe pozi]iile de la periferia pl\cii metafazice, iar cromozomii de talie mic\ s\ ocupe spa]iul central al pl\cii metafazice; - la final are loc clivarea longitudinal\ a celor 2 cromatide-surori [i a centromerilor, fiecare cromatid\ devenind un cromozom independent care este atras spre polii celulei prin depolimerizarea microtubulilor fusului de diviziune. ™ Anafaza are o durat\ medie de 5-8 minute [i se caracterizeaz\ prin: - separarea complet\ a celor 2 cromatide-surori [i deplasarea cromozomilor, prin intermediul fusului de diviziune spre polii celulei, astfel `ncât, fiecare cromatid\ devine un cromozom mono-cromatidic independent; - finalizarea anafazei este atunci când fiecare set de cromozomi a ajuns la polii celulei [i se ob]ine `n jurul fiec\rui pol al celulei a aceluia[i num\r diploid (2n) de cromozomi, identic cu cel existent `n celula-mam\ (2n); - la sfâr[itul anafazei, celula prezint\ o u[oar\ strangulare `n zona median\, iar la nivelul membranei celulare se poate observa [an]ul de diviziune; este inelul contractil format din microfilamente de actin\. - 82 -

™ Telofaza are o durat\ medie de 20 minute [i se caracterizeaz\ prin: - `ncetarea migra]iei cromozomilor [i regruparea acestora `n „évantai“ la polii celulei `ntr-o mas\ compact\ hipercromatic\; - debutul fazei de refacere a nucleului; - despiralizarea [i decondensarea cromozomilor sub ac]iunea proteinkinazei; - reconstituirea membranei nucleare pornindu-se de la fragmentele ce ader\ la cromozomi [i reticulul endoplasmatic (`n timpul mitozei se prezint\ sub forma unor vezicule dispuse `n afara fusului de diviziune); - reapari]ia nucleolilor de la organizatorii nucleolari ai anumitor cromozomi prin defosforilarea proteinelor; - formarea simultan\ a membranei nucleare care va delimita câte un nucleu la fiecare pol al celulei sub ac]iunea proteinkinazei care defosforileaz\ proteinele; - continuarea separ\rii complete a citoplasmei [i reorganizarea membranelor celulare, astfel c\, la final, se ob]in 2 celule-fiice cu acela[i num\r de cromozomi cu celula mam\ (2n). 3.2.2. Mitoza reduc]ional\ (meioza)

Divizunea reduc]ional\ (heterotipic\ sau meiotic\) reprezint\ tipul de diviziune caracteristic organismelor cu reproducere sexuat\. Celulele rezultate `n urma diviziunii meiotice se numesc game]i: ¾ masculi-spermatozoizi (sau celule sexuale mascule); ¾ femeli-ovule (sau celule sexuale femele); iar, fiecare dintre ace[tia con]ine câte un nucleu haploid (n) cu jum\tate din cromatina nuclear\ a celulei germinative ini]iale. Prin unirea celor 2 celule sexuale cu set haploid (n) de cromozomi `n actul fecunda]iei se ob]ine celula-ou (sau zigotul) cu set diploid (2n) de cromozomi. Meioza asigur\ constan]a num\rului de cromozomi caracteristic\ speciei de-a lungul genera]iilor. Meioza const\ din dou\ diviziuni succesive: ¾ meioza I ¾ meioza II ™ prima diviziune meiotic\ este reduc]ional\ [i se caracterizeaz\ prin: - conjugarea cromozomilor omologi; - duplicarea fiec\rui omolog `n cromatidele-surori; - separarea cromozomilor omologi `n 2 celule cu set haploid de cromozomi-n; ™ a doua diviziune meiotic\ este o diviziune homeotipic\ (sau de matura]ie), decurge dup\ o mitoz\ obi[nuit\ [i const\ din separarea fiec\rui cromozom `n cele 2 cromatide-surori. ~n urma celor 2 diviziuni succesive se formeaz\ din celula primar\ 4 celule haploide (n) (fig. 3.6). Prima diviziune meiotic\ (meioza I) este un proces foarte complex ce se desf\[oar\ `n 4 etape: ¾ profaza I; ¾ metafaza I; ¾ anafaza I; ¾ telofaza I. ™ Profaza I reprezint\ 90 % din durata total\ a meiozei [i se caracterizeaz\ prin: - m\rirea volumului nuclear de 3-4 ori fa]\ de cel din profaza mitozei); - `mperecherea cromozomilor omologi [i desf\[urarea fenomenului de crossingover (schimbul reciproc de fragmente cromatidice `ntre cromozomii omologi). - 83 -

Fig. 3.6 Meioza a-leptonem; b-zigonem; c-pachinem; d-diplonem; e-diachineza; f-metafaza; g-anafaza I; h-interchineza; i-metafaza II; j-celule fiice jonc]ionale

Se desf\[oar\ `n 5 faze succesive: ¾ leptonem; ¾ zigomen; ¾ pachinem; ¾ diplonem; ¾ diachinez\. ™ leptonem (orig. gr. „lepton“-sub]ire [i „nema“-filament) este prima faz\ a profazei I a meiozei [i se caracterizeaz\ prin faptul c\, cromozomii, afla]i `n num\r diploid (2n) au form\ de filamente lungi [i sub]iri [i sunt bicromatidici având cromatidele strâns asociate; ™ zigomen (orig. gr. „zygos“-unire) este faza `n care cromozomii `ncep procesul de spiralizare [i devin mai scur]i [i mai gro[i; cromozomii omologi se alipesc unul de altul, se unesc `ntre ei pe direc]ie longitudinal\ [i formeaz\ perechi de bivalen]i (fenomenul de „synapsis“); ™ pachinem (orig. gr. „pachys“-gros) este faza `n care se accentueaz\ procesul de scurtare [i `ngro[are a cromozomilor omologi [i se formeaz\ perechi de cromozomi - 84 -

bivalen]i; la sfâr[itul acestei faze `ncepe fenomenul de respingere dintre cromozomii omologi; ™ diplonem (orig. gr. „diplos“-dublu) este faza `n care se restabile[te structura dubl\ dintre cromozomii omologi iar fiecare cromozom se divide longitudinal `n cele 2 cromatide; `n consecin]\, o pereche de cromozomi este alc\tuit\ din 4 cromatide (unite 2 câte 2 prin centromerul comun) iar forma]iunea `n ansamblu este denumit\ tetrad\ cromozomial\. Separarea celor 2 cromozomi omologi nu este `nc\ complet\, cromozomii sunt conjuga]i prin unul sau mai multe puncte de contact de-a lungul cromatidelor denumite chiasme (punctele `n care se pot desf\[ura schimburi de fragmente cromatidice `ntre cromatidele nesurori sau fenomenul de crossing-over); ™ diachineza (orig. gr. „dia“-divergent [i „kynesis“-mi[care) este faza `n care continu\ procesul de contractare, `ndep\rtare [i l\rgire a spa]iilor dintre cromozomii omologi. Punctele de contact se deplaseaz\ spre extremit\]ile cromozomilor. Cromatidele-surori se unesc. ~n finalul acestei faze, membrana nuclear\ se dizolv\, nucleolii dispar din masa celulei [i se formeaz\ fusul de diviziune (num\rul fibrelor fusului de diviziune este egal cu num\rul perechilor de cromozomi); ¾ metafaza I se caracterizeaz\ prin ata[area cromozomilor bivalen]i la fibrele fusului nuclear de diviziune [i formarea pl\cii metafazice (sau ecuatoriale) `n care cromozomii bivalen]i se orienteaz\ cu centromerii spre poli [i chiasmele spre planul ecuatorial al celulei. ~n continuare are loc respingerea activ\ dintre cei 2 cromozomi omologi pân\ la desfacerea total\ a chiasmelor; ¾ anafaza I `ncepe odat\ cu dispari]ia ultimelor puncte de contact dintre perechile de cromozomi omologi, astfel c\, spre fiecare pol al celulei, se `ndreapt\ câte unul dintre cromozomii fiec\rei perechi de bivalen]i. Cromatidele-surori nu se despart `nc\ `n aceast\ faz\ ci ele r\mân legate la nivelul centromerului [i ale punctelor de contact. ~n aceast\ faz\ are loc fenomenul de segregare independent\ a perechilor de cromozomi (sau „dansul cromozomilor“); ¾ telofaza I const\ din reorganizarea membranei nucleare, a componentelor intracelulare [i a membranei celulare [i izolarea celor 2 celule haploide nou formate. Dup\ o scurt\ interfaz\ urmeaz\ meioza II la care particip\ cele 2 celule haploide rezultate la finalul meiozei I. ~n meioza II are loc separarea cromatidelor-surori, transformarea `n cromozomi independen]i [i deplasarea acestora spre polii celulei, astfel c\, `n final, rezult\ 4 celule haploide cu n de cromozomi. Meioza II const\ din succesiunea celor 4 faze ale unei mitoze obi[nuite. Fazele meiozei II sunt: ¾ profaza II; ¾ metafaza II; ¾ anafaza II; ¾ telofaza II. Meioza I este o diviziune heterotipic\ deoarece din celule diploide (2n) se ajunge la celule haploide (n). Meioza II este o diviziune homeotipic\ deoarece din celule haploide (n) se ajunge tot la celule haploide (n).

- 85 -

Capitolul 4

Diferen]ierea celular\

Dezvoltarea individual\ a animalelor pluricelulare cuprinde transform\ri complexe, diviziuni celulare, procese de cre[tere, grup\ri [i diferen]ieri celulare, formarea de organe, iar `n cadrul procesului de `mb\trânire, procese de degradare. Factorii externi afecteaz\ direct aceste procese. Dezvoltarea embrionar\ `ncepe cu fecunda]ia ovulului [i continu\ cu segmentarea zigotului, gastrula]ia [i formarea foi]elor embrionare, formarea organelor [i ie[irea din ou, f\tarea sau na[terea. Segmentarea zigotului are loc prin diviziuni celulare succesive [i rapide. Modul `n care are loc segmentarea depinde de cantitatea de vitelus pe care o con]ine oul. Segmentarea poate cuprinde `ntregul ou (segmentare total\ `n cazul mamiferelor [i a omului) sau numai por]iuni ale acestuia (segmentare par]ial\ `n cazul reptilelor, p\s\rilor [i insectelor). Segmentarea se `ncheie odat\ cu formarea blastulei. Gastrula]ia [i formarea foi]elor embrionare. ~n gastrula]ie din vezicula embrionar\ unistratificat\ se formeaz\ gastrula. Ca rezultat al gastrula]iei apar ectodermul (stratul celular extern, respectiv foi]a embrionar\ extern\), mezodermul la grupele de animale superioare (foi]a embrionar\ mijlocie) [i endodermul (stratul celular intern, respectiv foi]a embrionar\ intern\). Din foi]ele embrionare se dezvolt\ organele. Apari]ia tubului neural [i a organelor. Tubul neural ia na[tere din ectoderm. Tubul neural reprezint\ sediul sistemului nervos de mai târziu [i este conservat `n interiorul embrionului. Foi]ele embrionare constituie punctele de plecare `n formarea organelor. Din partea mezodermului pozi]ionat deasupra intestinului primitiv se va forma coarda dorsal\ care, `mpreun\ cu tubul neural, reprezint\ elementul esen]ial al chordatelor. La vertebrate, coarda dorsal\ este dispus\ `n interiorul vetebrelor. Ontogeneza reprezint\ dezvoltarea individual\ a unui organism `ncepând din stadiul de ovul fecundat [i pân\ la maturitate [i se parcurg mai multe etape: ¾ fecunda]ia; ¾ segmentarea; ¾ gastrularea; ¾ organogeneza; ¾ cre[terea [i dezvoltarea postnatal\. La mamifere unele dintre aceste faze (fecunda]ia, segmentarea, gastrularea, histogeneza [i organogeneza) se desf\[oar\ `n organismul matern [i reprezint\ dezvoltarea intrauterin\. Dezvoltarea continu\ [i `n afara organismului matern dup\ actul parturi]iei cu perioada post-natal\. Dezvoltarea intrauterin\ se desf\[oar\ `n 3 etape: ¾ embriogenez\ (de la fecundarea ovulului [i pân\ la apari]ia celor trei foi]e embrionare-ectoderm, mezoderm [i endoderm- [i a anexelor embrionare); ¾ histogenez\ [i organogenez\ (formarea ]esuturilor [i a organelor); ¾ fetal\ (continu\ dezvoltarea organelor pân\ la f\tare). - 86 -

4.1 Gametogeneza Gametogeneza cuprinde ansamblul transform\rilor prin care trec celulele germinale ini]iale denumite gonocite primordiale pân\ ating stadiul de celul\ sexual\ matur\ (fig. 4.1).

Fig. 4.1 Gametogeneza

Procesul de gametogenez\ se desf\[oar\ `n 3 faze: ™ germinativ\ (de multiplicare); ™ cre[tere; ™ maturare. 4.1.1 Spermatogeneza

Cuprinde totalitatea transform\rilor prin care trec spermatogoniile (gonocitele primordiale masculine) pân\ devin celule sexuale mature (spermatozoizi). Procesul se desf\[oar\ la nivelul epiteliului germinativ din tubii seminiferi de la nivelul testiculului (fig. 4.2). Perioada germinativ\ (sau de multiplicare) este parcurs\ `n timpul prepubert\]ii când gonocitele primordiale se divid mitotic [i produc 2 categorii de celule: mici identice - 87 -

cu gonocitele primordiale [i altele mari denumite spermatogonii „pr\foase“ de tipul A care ulterior se vor divide mitotic (`n mod repetat) generând spermatogoniile „crustoase“ de tipul B; acestea ulterior vor continua linia seminal\.

Fig. 4.2 Spermatogeneza 1-spermatozoid; 2-spermatid\; 3-spermatocit de ordinul II; 4-spermatocit de ordinul II; 5-spermatogonie; 6-celul\ Sertoli; 7-membran\ bazal\

Perioada de cre[tere debuteaz\ odat\ cu pubertatea [i const\ din cre[terea [i dublarea volumului spermatogoniilor [i transformarea `n spermatocite de ordinul I. Perioada de maturare se caracterizeaz\ prin faptul c\, spermatocitele de ordinul I se divid reduc]ional [i produc 2 spermatide de ordinul II cu set haploid (n) de cromozomi; acestea se divid imediat [i rezult\ `n final 4 spermatide [i 2 spermatocite de ordinul II. Acestea se divid [i dau na[tere la 4 spermatide. Spermatocitele parcurg un proces de metamorfoz\ celular\ denumit spermiogenez\ `n care fiecare spermatid\ se transform\ `ntr-un spermatozoid (fig. 4.3).

a

Fig. 4.3 Spermiogeneza a-zona Golgi; b-granul\ acrozomic\; c-acrozom; d-acrozom cu capi[on, inel [i mitocondrii `n jurul flagelului; e-formarea spermatozoidului

c

~n spermiogenez\ se parcurg 4 faze succesive: ™ ™ ™ ™ - 88 -

b

d

Golgi; cap; acrozom; de maturare.

¾ `n faza Golgi nucleul se deplaseaz\ spre unul din polii celulei. O parte din granulele idiozomului se grupeaz\ `n zona medular\ a aparatului Golgi, fuzioneaz\ [i formeaz\ o singur\ granul\ denumit\ proacrozom. Aparatul Golgi se deplaseaz\ spre polul anterior al nucleului [i-i imprim\ acestuia o form\ `ngro[at\. Cei 2 centrioli migreaz\ `n partea opus\ a nucleului [i se orienteaz\ radiar: unul spre nucleu (formând centriolul proximal), iar cel\lalt spre membrana celular\ (formând centriolul distal). ~n timpul migr\rii centriolilor se formeaz\ un filament axial foarte fin ce porne[te de la centriolul distal [i se orienteaz\ perpendicular pe citoplasm\ [i va reprezenta viitoarea coad\ a spermatozoidului. Treptat, filamentul axial se va extinde [i `n afara corpului spermatidei; ¾ `n faza cap proacrozomul se dezvolt\ treptat, se deta[eaz\ de aparatul Golgi [i se turte[te luând forma unui capi[on situat deasupra p\r]ii anterioare a nucleului. Aparatul Golgi migreaz\ spre partea posterioar\ a celulei. Cei 2 centrioli se apropie de nucleu, astfel c\, centriolul proximal ader\ la membrana nuclear\. La sfâr[itul acestei faze, ADN-ul nuclear apare disparat `n granule fine ce se acumuleaz\ la cei 2 poli, ap\rând o zon\ central\ mai luminoas\; ¾ `n faza acrozom are loc schimbarea formei [i orientarea nucleului. Acesta se alunge[te, ia form\ de spatul\ [i se orienteaz\ cu polul anterior spre partea anterioar\ a nucleului. Man[eta spermatidei cu form\ de „guler“se alunge[te [i devine tubular\ `n jurul p\r]ii anterioare a cozii [i fuzioneaz\ cu membrana celular\. Filamentul axial se dezvolt\ `n grosime [i lungime. Centriolul distal se divide `n dou\ jum\t\]i- proximal\ [i distal\. Spre sfâr[itul fazei acrozomice, spermatidele `ncep s\ se deplaseze `n prelungirile celulelor Sertoli. Acesta este momentul de debut al procesului de fascicula]ie al spermatozoizilor; ¾ `n faza de maturare au loc ultimele transform\ri ale spermatidei [i `n consecin]\ formarea spermatozoidului. Jum\tatea distal\ a centriolului distal se `ndep\rteaz\ de jum\tatea proximal\, ocup\ o pozi]ie ce delimiteaz\ limita posterioar\ a piesei intermediare [i prime[te denumirea de inelul lui Jensen. Mitocondriile intracitoplasmatice se dispun sub forma unei spirale duble `n jurul filamentului axial al cozii, `ntre piesa de conjugare [i inelul lui Jensen. Man[eta spermatidelor se alunge[te [i „`mbrac\“ nucleul `ncepând cu marginea posterioar\ a acrozomului [i piesa intermediar\ a cozii. Citoplasma se condenseaz\ de-a lungul piesei intermediare. La nivelul piesei de conjugare [i a celei intermediare r\mâne o cantitate redus\ de citoplasm\ care constituie pic\tura protoplasmatic\. Spermatozoizii se reunesc `n fascicule având capetele implantate `n protoplasma celulelor Sertoli [i cozile libere `n lumenul canalicular. Pe m\sur\ ce se maturizeaz\, spermatozoizii se desprind, cad `n canaliculul seminifer [i plutesc `n fluidul seminal care `i antreneaz\ `n canalele seminale. Spermatozoizii maturi din punct de vedere morfologic dobândesc maturitatea func]ional\ dup\ trecerea prin epididim. 4.1.1.1 Morfologia spermatozoidului la mamifere [i p\s\ri

Spermatozoidul a fost pus `n eviden]\ pentru prima dat\ `n 1667 de Ham din Leyda (la om) [i apoi `n 1679 de Von Leeuwenhöek (la animale). Spermatozoidul (sau gametul mascul) se dezvolt\ din spermatocitul de ordinul II. Fiecare spermatozoid este alc\tuit din 3 por]iuni principale: cap, pies\ de conjugare [i flagel (sau coad\) cu 3 piese: intermediar\, principal\ [i terminal\ (fig. 4.4). - 89 -

Capul spermatozoidului are o lungime de circa 10 µm, form\ variabil\ cu specia [i con]ine acrozomul (are rol esen]ial `n procesul de fecunda]ie deoarece str\bate membrana extern\ denumit\ membrana pellucida din jurul membranei viteline a ovulului), elibereaz\ o enzim\ (denumit\ hialuronidaz\) ce are rolul de a depolimeriza acidul hialuronic („cementul“ ce une[te celulele coroanei radiata [i de a favoriza p\trunderea spermatozoidului printre celule [i fecundarea ovulului). Dup\ maturare, forma capului spermatozoidului este variabil\ cu specia: sferic\ (om), secer\ sau cârlig ([oarece [i [obolan), ovalar\ (berbec, arm\sar, vier, ]ap, cotoi [i câine) sau spiralat\ (coco[).

A

B

D

E F

Fig. 4.4 Structura spermatozoidului la microscopul electronic A-cap; B-pies\ de conjugare; C, F-pies\ intermediar\; D-pies\ principal\; E-pies\ terminal\ 1-vacuol\; 2-acrozom; 3-membrana extern\; 4-membrana intern\; 5-citoplasm\; 6-nucleu; 7-centriol; 8-inele suprapuse; 9-microfilamente periferice; 10-filament axial; 11-filamente mitocondriale; 12-centriol distal; 13-filament spiral; 14-citoplasm\; 15-microfilamente centrale; 16-microfilamente periferice mari; 17-microfilamente periferice mici; 18-filament mitocondrial

Piesa de conjugare este scurt\ de circa 1 µm, se dispune `n partea posterioar\ a capului spermatozoidului [i leag\ capul de coad\. Este foarte fragil\, se deta[eaz\ cu u[urin]\ de coad\ [i este acoperit\, la exterior, de o membran\ foarte delicat\. Coada spermatozoidului (sau flagelul) este lung\, are un aspect filamentos [i este format\ dintr-o fibril\ central\ (sau filament axial)[i o teac\ protoplasmatic\. Este alc\tuit\ din 3 piese: intermediar\, principal\ [i terminal\: - 90 -

™ piesa intermediar\ are o lungime de circa 10 µm, se dispune `ntre jum\tatea anterioar\ [i posterioar\ a centriolului distal. ~n planul central se afl\ filamentul axial alc\tuit din 2 fibrile centrale peste care se dispun concentric 9 fibrile periferice duble (2+9+9), un filament spiral ce con]ine 25 spirale [i este format din granule mitocondriale ce se dispun `n jurul filamentului axial; la exterior se afl\ o capsul\ extern\ foarte sub]ire denumit\ teac\ protoplasmatic\; ™ piesa principal\ este componenta cea mai lung\ (de circa 50 µm) a cozii, este alc\tuit\ din filamentul axial `nconjurat la exterior de 2 membrane (intern\ [i extern\) extrem de fine `ntre care se interpune un strat de citoplasm\ [i un triplu filament spiral (cu rol `n mi[carea de `naintare a spermatozoidului); ™ piesa terminal\ este componenta scurt\ [i lipsit\ de `nveli[ul spiral al cozii. Este alc\tuit\ dintr-un filament axial ce se reduce progresiv [i este acoperit la exterior de o membran\ extern\. Principalele caracteristici ale spermatozoizilor sunt: ™ mobilitatea-se datoreaz\ prezen]ei tubulilor din structura cozii spermatozoidului; ™ puterea fecundant\ (capacitatea vital\ sau capacita]ia) este caracteristica pe care spermatozoizii o dobândesc când ajung `n c\ile genitale femele dup\ o perioad\ de aclimatizare; ™ vitalitatea este proprietatea spermatozoizilor de a-[i p\stra mobilitatea [i puterea fecundant\ `n condi]ii specifice de conservare.

4.1.2 Ovogeneza

Ovogeneza cuprinde complexul de transform\ri prin care trece ovogonia din stadiul de celul\ germinal\ ini]ial\ pân\ devine ovul matur (sau ovocit) apt pentru fecundare (fig. 4.5).

Fig. 4.5 Ovogeneza 1-ovogonie; 2-ovocit I; 3-ovocit II; 4-globul polar; 5-ovul matur

5

Procesul de ovogenez\ se desf\[oar\ `n zona cortical\ a ovarului `n interiorul unei forma]iuni histologice denumit\ folicul ovarian (fig. 4.6).

- 91 -

Fig. 4.6 Stadiile evolutive ale foliculilor ovarieni [i a corpului galben 1-folicul primordial; 2-folicul primar; 3-folicul secundar; 4-folicul cavitar incipient; 5-foliculi maturi; 6-foliculi dehiscen]i; 7-dehiscen]a folicular\; 8-corp galben activ (luteal); 9-corp galben regresat (luteal)

Procesul de ovogenez\ se desf\[oar\ `n 3 faze: ™ germinativ\ (de `nmul]ire); ™ de cre[tere; ™ de maturare. ™ faza germinativ\ (de `nmul]ire) se desf\[oar\ `n timpul vie]ii embrionare pornind de la ovogoniile din ovarul embrionar. ~n perioada embrio-fetal\, `n ovar, se formeaz\ rezerva de celule sexuale femele pentru toat\ via]a (circa 60.000-100.000 ovocite de ordinul I) care `ns\ r\mân `n stare latent-biologic\ blocate `n profaza diviziunii meiotice (reduc]ionale) pân\ la pubertate; ™ faza de cre[tere debuteaz\ imediat dup\ na[tere [i dureaz\ ani de zile (de ex.: la hominidae 20-30 ani) [i reprezint\ perioada `n care se produce [i se acumuleaz\ vitelus prin procesul de vitelogenez\ (formarea de pl\cu]e de vitelus exogen). Vitelusul este format din substan]ele nutritive (glicogen, lipide, fosfolipide etc) produse `n ficat, vehiculate de sânge [i pinocitate (`n ovocite) prin microvilozit\]ile de la suprafa]a membranei ovocitelor primare; ™ faza de maturare a oocitului `ncepe la pubertatea animalului [i se parcurg 2 diviziuni de maturare: ¾ meiotic\ (sau reduc]ional\)-din ovocitul de ordinul I (sau primar) se ob]in 2 celule inegale: una de talie mare, haploid\ [i cu n cromozomi denumit\ ovocit de ordinul II [i cealalt\ de talie mic\ denumit\ primul globul polar care se va divide; - 92 -

¾ mitotic\ (sau ecua]ional\)-din ovocitul de ordinul II (sau secundar) se ob]ine un ovul matur [i al 2-lea globul polar, astfel c\, la sfâr[itul perioadei de maturare, dintr-un ovocit primar (I) rezult\ un ovul ce con]ine un set haploid-n de cromozomi [i 3 globuli polari. Dehiscen]a folicular\ (sau „ruperea [i eliberarea ovocitelor“) reprezint\ procesul desf\[urat `n momentul `n care ovocitul primar (I) formeaz\ fusul de diviziune [i intr\ `n prima diviziune de maturare (meiotic\) astfel c\, pavilionul oviductului capteaz\ deja ovocitul secundar (II). Ovocitul secundar (II) supravie]uie[te 24-48 ore. A doua diviziune de maturare se finalizeaz\ numai dac\ a avut loc „penetra]ia“ zonei pellucida de c\tre spermatozoizi. ~n caz contrar, ovocitul secundar (II) r\mâne blocat `n metafaza celei de-a 2-a diviziuni de maturare. ~n momentul dehiscen]ei, ovocitul secundar (de ordinul II) este alc\tuit din: oolem\, zon\ pellucida [i coroan\ radiata (fig. 4.7).

coroana radiata

zona pellucida stratul periferic al ooplasmei nucleu nucleol

Fig. 4.7 Structura ovocitului

™ oolema (ovolema sau membrana vitelin\) este membrana celular\ extern\ prev\zut\ cu microvilozit\]i ce delimiteaz\ citoplasma ovulului la exterior; ™ zona (sau membrana) pellucida este o zon\ „supraad\ugat\“ la membrana vitelin\ traversat\ de microvilii celulelor foliculare pân\ la microvilii oolemei; ™ coroana radiata este format\ din 1-2 rânduri de celule perifoliculare dispuse sub form\ de coroan\ `n jurul ovulului, emit expansiuni dispuse printre microvilizit\]i [i stabilesc puncte de contact cu acestea prin desmozomi [i se realizeaz\ schimburile de substan]e dintre celulele perifoliculare [i ovulul matur. 4.1.2.1 Morfologia ovulului la mamifere

Ovulul (sau gametul femel) reprezint\ celula sexual\ femel\ matur\, haploid\ [i cu n cromozomi. Are o form\ sferic\, un diametru de circa 200 µm, este voluminoas\ [i lipsit\ de mobilitate proprie. Nucleul (sau vezicula germinativ\) este veziculos, u[or excentric [i con]ine un nucleol mic denumit pata germinativ\ a lui Wagner. Lâng\ nucleu se dispune corpul vitelin Barbiani (sau ovoplasma) delimitat de o membran\ dubl\ cu pori prin care trec, spre citoplasm\, granule cu o densitate elecronic\ de 350 Å. Citoplasma din jurul nucleului cuprinde vitelus nutritiv. La periferia acestuia se afl\ vitelus formativ ce este `nvelit de o membran\ vitelin\, peste care se dispune o - 93 -

membran\ accesorie denumit\ zona pellucida. Aceasta este `nconjurat\ la exterior de coroana radiata. ~n citoplasm\ se afl\ organite celulare comune (mitocondrii, complexul Golgi, reticulul endoplasmatic neted, lizozomi primari, corpi multiveziculari-datora]i pinocitozei intense) dar [i numeroase granule dispuse sub form\ de pl\cu]e de vitelus aglomerate `n zona perinuclear\. La acestea se adaug\ corpul vitelin Barbiani-forma]iunea ovoid\ alc\tuit\ din mitocondrii, dichtiozomi [i lamele inelare. Membrana vitelin\ a ovocitului (sau oolema) este de natur\ trilamelar\, cu numeroase prelungiri sub form\ de microvilozit\]i fine ce se angreneaz\ cu prelungirile groase [i rare ale celulelor foliculare. Se observ\ [i numeroase vezicule pinocitate datorate schimbului intens de substan]e dintre celulele foliculare ale coroanei radiata [i ovul. Zona pellucida are un aspect striat datorit\ microvilozit\]ilor membranei viteline [i celulelor foliculare `ntre care se realizeaz\ jonc]iuni celulare de tipul „zonulae adherens“. Capacitatea vital\ a gametului femel este exprimat\ `n ore [i este diferit\ `n raport cu specia (de ex.: oaie 5 h, iepuroaic\ 6 h, iap\ 10 h, scroaf\ 12 h, vac\ 20 h). Morfologia ovulului matur, forma [i structura intern\ sunt variate `n func]ie de specie datorit\ acumul\rii substan]elor nutritive `n ovoplasm\ precum [i a modului de repartizare a celor 2 tipuri de vitelus: nutritiv [i formativ. Se disting, din punct de vedere morfologic, 4 tipuri de ovule (fig. 4.8). ™ oligolecite-se `ntâlnesc la mamifere [i cefalochordate (amfioxus-tipuri primitive de vertebrate ce tr\iesc `n nisipurile zonelor litorale ce au corpul alc\tuit din trunchi [i coad\ dorsal\ men]inut\ pe toat\ durata vie]ii, cu un corp pisciform [i ascu]it la cele 2 extremit\]i); citoplasma con]ine o cantitate mic\ de vitelus nutritiv r\spândit `n interiorul celulei dar f\r\ o organizare spa]ial\; vitelusul formativ este abundent [i fin-granular, dispus spre periferia celulei; ™ lecite (sau mezolecite) se `ntâlnesc la batracieni; citoplasma con]ine vitelus nutritiv la polul vitelin [i vitelus formativ la polul formativ; ™ telolecite se `ntâlnesc la pe[ti, reptile [i p\s\ri; citoplasma con]ine o cantitate mare de vitelus nutritiv; vitelusul formativ este dispus sub forma unui disc mic germinativ ce plute[te la suprafa]a vitelusului nutritiv; ™ centrolecite se `ntâlnesc la insecte [i crustacee; citoplasma con]ine vitelus nutritiv localizat `n planul central al celulei, inclusiv nucleii celulei; vitelusul formativ este dispus periferic [i `ntr-un strat sub]ire.

Fig. 4.8 Tipuri de ovule 1-oligolecit; 2-lecit; 3-telolecit; 4-centrolecit

- 94 -

4.1.2.2 Morfologia ovulului de p\s\ri

La p\s\ri ovulul matur este reprezentat de „g\lbenu[ul oului“ (fig. 4.9). Ovulul (sau g\lbenu[ul) are nucleul de form\ sferic\ [i plasat central. Dup\ eliberarea ovulului din foliculul dehiscent, nucleul migreaz\ la suprafa]a g\lbenu[ului, se localizeaz\ `n citoplasma periferic\, ia un aspect lenticular [i formeaz\, `mpreun\ cu citoplasma din jur, discul germinativ. Citoplasma este bogat\ `n substan]e nutritive [i alc\tuie[te vitelusul nutritiv `n care se disting 2 componente: „vitelus alb“ [i „vitelus galben“.

Fig. 4.9 Structura oului de pas\re

Vitelusul alb formeaz\ un strat sub]ire la periferia g\lbenu[ului, se leag\ de centrul g\lbenu[ului printr-o prelungire denumit\ latebr\ Purkinje [i se dispune ca o „limb\ de clopot“ sub discul germinativ. ~ntre stratul periferic [i latebr\ se dispun straturi concentrice: albe (sub]iri) [i galbene (groase) ce formeaz\ restul vitelusului nutritiv. ~n acest stadiu, ovulul este delimitat de o membran\ vitelin\ care, `n timpul trecerii prin oviduct, se acoper\ de proteinele secretate de segmentele oviductului. Segmentele oviductului sunt (fig. 4.10): ¾ infundibulum-ul (sau trompa) are rolul de a capta ovulul `n momentul dehiscen]ei; ovulele care nu sunt preluate de tromp\ „cad“ `n cavitatea abdominal\ [i sunt resorbite `n 24 h; ¾ magnum-ul (sau camera albuminogen\) con]ine celulele specializate `n secre]ia unei p\r]i din albu[ul oului din care se vor forma ulterior [alazele; ¾ istmum-ul con]ine celule specializate `n secre]ia celor 2 membrane cochiliereintern\ (aderent\ de albu[) [i extern\ (aderent\ de coaj\); - 95 -

¾ uterus-ul (sau camera cochilier\) reprezint\ segmentul unde se formeaz\ coaja mineral\; ¾ vagin-ul este por]iunea c\ptu[it\ de o mucoas\ cutat\ longitudinal unde oul complet format stagneaz\ pân\ `n momentul expulz\rii; este zona `n care se formeaz\ cuticula cu aspect de pulbere; ¾ cloaca reprezint\ locul de deschidere a oviductului prin orificiul extern.

Fig. 4.10 Segmentele oviductului O-ovar; In-infundibulum; M-magnum; Is-istmum; Ut-uterus; V-vagin; P-proctodeum; U-urodeum; C-coprodeum

4.2 Fecunda]ia Este un proces biologic complex ce are o durat\ total\ de 12-16 h la animalele domestice [i const\ dintr-o succesiune de fenomene interdependente `n care cei 2 game]i de sex opus (spermatozoidul [i ovulul) se contopesc, se asimileaz\ reciproc [i genereaz\ celula-ou (sau zigotul) (fig. 4.11). Fecunda]ia se realizeaz\ `n 3 faze succesive: ¾ apropiere; ¾ penetra]ie; ¾ amfimixie. ¾ faza de apropiere are loc datorit\ atrac]iei reciproce dintre cei 2 game]i `n treimea superioar\ a oviductului pentru c\, membrana pellucida a ovocitului con]ine o glicoprotein\ denumit\ fertilizin\ (sau ginogamon) care reac]ioneaz\ ca o protein\ acid\ denumit\ antifertilizin\ (sau androgamon) la suprafa]a spermatozoizilor; ¾ faza de penetra]ie const\ `n p\trunderea unor spermatozoizi printre celulele coroanei radiata de la periferia membranei pellucida. ~n urma contactului dintre acrozom [i membrana pellucida se rupe membrana acrozomului [i se elibereaz\ acrozina (sau hialuronidaza) enzima care depolimerizeaz\ acidul hialuronic [i are rolul de „cement“ - 96 -

dintre celulele coroanei radiata [i favorizeaz\ p\trunderea spermatozoidului printre celule. Ovocitul reac]ioneaz\ la p\trunderea unui num\r redus de spermatozoizi `n zona pellucida realizând a 2-a diviziune de maturare, ob]inerea celui de-al 2-lea globul polar [i eliminarea ovulului apt pentru fecundare. Dup\ ce primii spermatozoizi au p\truns `n zona pellucida, ovulul reac]ioneaz\ astfel `ncât granulele corticalei din ovocit `[i „vars\“ con]inutul `n spa]iul perivitelin, iar zona pellucida devine rezistent\ fa]\ de acrozina altor spermatozoizi [i se realizeaz\ fecunda]ia monospermic\; ¾ faza de amfimixie const\ `n reproducerea sexuat\ adev\rat\, respectiv fuzionarea gametului mascul cu cel femel, rezultând celula-ou (sau zigotul).

f

Fig. 4.11 Fazele procesului de fecunda]ie a-penetrarea zonei pellucida; b-ata[area; c-intrarea `n spa]iul perivitelin; d-dispari]ia granulelor corticale; e-rota]ia fusului; f-eliminarea globulului polar secundar [i formarea pronucleilor; g-cariogamia; h-singamia

4.3 Diferen]ierea `n embriogenez\ ~n momentul fecunda]iei se produc o serie de fenomene fizico-chimice atât `n ovul cât [i `n spermatozoid care restructureaz\ complet aspectul general. ~n noua celul\ se desf\[oar\ fenomene metabolice intense care determin\ diviziuni de segmenta]ie complexe [i succesive ale zigotului `n celule din ce `n ce mai mici [i mai numeroase, egale [i dispuse diferit. Segmenta]ia reprezint\ ansamblul diviziunilor pe care le parcurge celula-ou [i `n urma c\rora se realizeaz\ „edificii pluricelulare“ simple denumite morul\ [i blastul\. Procesul se declan[eaz\ la un interval variabil de timp de la fecundare, iar la sfâr[itul ei, embrionul este schi]at [i sunt constituite primele 2 foi]e embrionare. Acesta este momentul ce constitue debutul etapei de gastrula]ie. - 97 -

Procesul de segmenta]ie se desf\[oar\ `n timp ce zigotul se deplaseaz\ prin oviduct spre uter [i parcurge stadiile de dezvoltare de morul\ [i blastul\. ™ Faza de morul\ `ncepe la câteva ore de la fecunda]ie, timp `n care zigotul parcurge câteva diviziuni succesive [i inegale: ¾ prima este vertical\ [i longitudinal\ [i se ob]in 2 celule denumite blastomere [i care au un volum total ce nu dep\[e[te volumul zigotului; ¾ a doua este vertical\ [i longitudinal\, dar perpendicular\ pe planul primei diviziuni rezultând `n final 4 celule inegale denumite blastomere; ¾ a treia este transversal\, astfel `ncât planul de diviziune este paralel [i supraecuatorial, rezultând `n final 8 blastomere inegale, din care 4 mai mici, denumite micromere, orientate spre polul animal (sau superior) [i 4 mai mari denumite macromere, orientate spre polul vegetativ (sau inferior). Prin diviziuni ulterioare, num\rul blastomerelor cre[te `ntr-o propor]ie geometric\ (16, 32, 64, 128) atât pentru macromere cât [i pentru micromere. Celulele rezultate `n urma acestor diviziuni formeaz\ o forma]iune sferic\ „plin\“ de celule [i cu aspect muriform denumit\ morul\ (fig. 4.12). Morula are un volum mai mare decât celula-ou din care s-a format, iar celulele sunt nedeterminate [i indiferent de pozi]ia lor, dac\ sunt deta[ate, pot s\ evolueze pân\ la sfâr[itul dezvolt\rii embrionare, regenerând organismul. ™ Faza de blastul\ (sau blastocist) se instaleaz\ când blastomerele din interiorul morulei `ncep s\ „secrete“ un lichid blastocelic care `mpinge celulele la periferia unde se dispun sub forma unui singur strat de celule [i delimiteaz\ o cavitate blastocelic\. Micromerele con]in o cantitate redus\ de vitelus nutritiv [i se dispun spre polul animal (superior), iar macromerele sunt mai bogate `n vitelus nutritiv, alc\tuiesc peretele polului vegetativ (inferior). Aceast\ faz\ este denumit\ „preludiul diferen]ierii“ pentru c\ blastomerele ocup\ anumite pozi]ii prin segmen\ri repetate [i din fiecare celul\ sau grup de celule, `ncep s\ se diferen]ieze foi]ele embrionare (fig. 4.12).

•

• •

™ Cuprinde 3 stadii de dezvoltare: ™ monodermic (sau blastocist); ™ didermic primitiv; ™ tridermic primitiv. Stadiul monodermic (sau blastocistul) este reprezentat de 128 de celule embrionare (blastomere) care alc\tuiesc trofoblastul (sau ectoblastul trofoblastic) ce are 2 zone: polul animal unde se afl\ un „buton embrionar“ (sau embrioblastul) cu o form\ discoidal\ [i cu blastomerele lipite de fa]a intern\ a trofoblastului [i cavitatea vitelin\ (sau lecitocelic\) dispus\ `ntre trofoblast [i butonul embrionar. Stadiul didermic primitiv con]ine: butonul embrionar cu blastomerele dispuse pe 2 rânduri: trofoblastul [i ectoblastul (sau blastomerele din discul l\]it). Stadiul tridermic primitiv con]ine buton embrionar, cu blastomerele dispuse pe 3 rânduri: trofoblastul-la exterior, ectoblastul `n contact direct cu trofoblastul [i endoblastul-stratul profund alc\tuit din celulele aplatizate ale butonului embrionar.

- 98 -

Fig. 4.12 Diferen]ierea `n embriogenez\

™ Faza de gastrul\ se caracterizeaz\ prin formarea foi]elor embrionare datorit\ unor intense procese de proliferare, cre[tere volumetric\ [i intense mi[c\ri celulare. Micromerele se divid mai rapid [i alunec\ spre suprafa]a blastulei prin epibolie, realizând o foi]\ extern\ denumit\ ectoblast (sau ectoderm). Macromerele se divid mai lent, se invagineaz\ prin embolie [i realizeaz\ o foi]\ intern\ denumit\ endoblast (sau endoderm). Cavitatea de migrare nou format\ se nume[te archenteron (intestin primitiv sau cavitate gastrular\) [i comunic\ cu exteriorul printr-un por denumit blastopor (gastropor, enteropor sau gur\ primitiv\). Acesta delimiteaz\ extremitatea caudal\ a corpului viitorului animal, astfel `ncât, spre finalul fazei, are loc o alungire axial\ a gastrulei `n sensul axial antero-posterior. Foi]a extern\ (sau ectoblastul) sufer\ „o `nfundare“, datorit\ multiplic\rii celulelor componente, pe linia median\ denumit\ invagina]ie neural\ (sau [an] neural) - 99 -

care se `nchide `n timp [i formeaz\ tubul neural. Din acesta prin diferen]iere se va forma ulterior sistemul nervos. Dup\ formarea tubului neural, ectodermul se va numi epiblast (sau ectoderm definitiv). Foi]a intern\ (sau endoblastul) este alc\tuit\ din celulele embrionare care se multiplic\, se deplaseaz\ [i sufer\ o tripl\ invaginare: una median\ din care se formeaz\ un cordon plin, denumit notocord [i dou\ laterale dispuse `ntre ectoblast [i endoblast din care se va forma cea de-a 3-a foi]\ denumit\ mezoblast. Dup\ formarea notocordului [i a mezoblastului, endoblastul se va numi hipoblast. Notocordul are rolul de coloan\ vertebral\ pentru un interval limitat de timp, dup\ care dispare [i `ncepe procesul de formare a vertebrelor datorit\ procesului de multiplicare a celulelor. Mezoblastul se diferen]iaz\ `n grupe de celule din ce `n ce mai evidente `n zona dorsal\ (sau metamerizat\) denumite somite (sau saci mezodermici-stâng [i drept) care pe m\sur\ ce se vor dezvolta, vor p\trunde printre cele 2 foi]e embrionare. Din punct de vedere structural, sacul mezodermic (sau somita) are 2 foi]e: extern\ denumit\ somatopleur\ (alipit\ de ectoderm) [i intern\ denumit\ splanchnopleur\ (alipit\ de endoderm). Ini]ial, cei 2 saci mezodermici comunic\ cu intestinul; ulterior se vor separa [i vor delimita cavitatea celomic\. ~n timp, pere]ii sacilor celomici se resorb, fuzioneaz\ [i vor forma un singur sac celomic denumit cavitate general\ secundar\ a corpului. Acesta reprezint\ momentul `n care embrionul se g\se[te `n stadiul tridermic [i are 3 foi]e primordiale: ectodermul, mezodermul [i endodermul definitiv. Din ectoblast (sau ectoderm) se formeaz\: sistemul nervos central, medulosuprarenala, ganglionii simpatici, hipofiza, epifiza, epiderma, p\rul, fanerele, glanda sebacee [i sudoripar\, glandele salivare, glanda mamar\, epiteliul bucal [i anal, smal]ul dentar, epiteliul senzorial (organele de sim]). Din endoblast (sau endoderm) iau na[tere: tubul digestiv, ficatul [i pancreasul, aparatul respirator, tirida, paratiridele [i timusul, vezica urinar\. Din mezoblast (sau mezoderm sau) se formeaz\ dermul [i hipodermul, ]esuturile conjunctive propriu-zise [i metaplaziate (]esutul osos [i ]esutul cartilaginos), ]esuturile musculare, aparatul cardio-vascular, organele hematopoetice (m\duva osoas\ hematogen\, limfonodulul, splina, pl\cile peyer) [i seroasele (peritoneu, pleur\, pericard, mezenter).

- 100 -

Test de evaluare (Pentru toate `ntreb\rile ce urmeaz\ se cere s\ men]iona]i r\spunsul corect) 1. Care dintre elementele de mai jos de]in rolul de unitate morfo-func]ional\ [i fiziologic\ a materiei vii ? a) b) c) d) e) f)

molecula celula ]esutul organul aparatul sistemul

2. Care dintre aceste `nsu[iri apar]in celulelor eucariote ? a) b) c) d)

con]in cromozomi `n nucleu au nucleol se divid prin mitoz\ [i/sau meioz\ au numeroase organite

a) b) c) d) e)

cre[terea [i dezvoltarea diferen]ierea autoreproducerea toate nici una

3. Care sunt `nsu[irile fundamentale ale celulelor ?

4. Structura general\ a celulei:

a) celulele sunt alc\tuite din membran\, citoplasm\ [i nucleu b) structura complex\ [i `nsu[irile pe care le de]in fac din celul\ unitatea morfo-func]ional\ a materiei vii c) `n regnul Animal exist\ [i celule anucleate (f\r\ nucelu) care `ntr-o perioad\ de existen]\ limitat\ `[i `ndeplinesc func]ia esen]ial\ d) de asemenea exist\ celule f\r\ membran\ iar unele chiar f\r\ citoplasm\ e) o `nsu[ire fundamental\ a celulelor este autoreproducerea

5. Citoplasma este o re]ea complex\ din interiorul membranei celulare ce `nconjur\ nucleul [i umple spa]iile dintre organite. 6. Dimensiunile celulelor din organismul animal sunt cuprinse `ntre: a) b) c) d) e) f)

4-5 µm 5-10 µm 10-30 µm 30-200 µm 1-3 cm 2.5-3.5 cm

7. Care dintre enun]urile de mai jos legate de forma celulelor sunt mai apropiate de realitate ? a) b) c) d) e)

celulele sunt rotunde, sferice turtite, aplatizate cilindrice, prismatice `mbrac\ diferite forme sunt stelate

8. Celulele au forme diferite deoarece forma lor este controlat\ de factori externi (presiunea sau vâscozitatea mediului) [i interni (structura intern\, func]ie, activitate, vârst\ etc). 9. Despre celule se poate spune c\ au o durat\ de via]\ diferit\ deoarece, pe lâng\ celulele care - 101 -

tr\iesc 1-2 zile exist\ [i celule care pot tr\i tot timpul vie]ii.

Not\ 1. Solu]ionarea problemelor se face pe coli A4. 2. Pentru fiecare `ntrebare (cu toate r\spunsurile corecte) se acord\ 1.00 punct 3. Evaluarea rezolv\rii sarcinilor de la Capitolul 2.1: 3.1 Scala de punctaj recomandat\: 9.00 puncte 3.2 Punctaj oficiu: 1.00 punct 3.3 Puctajul total: 10.00 puncte 3.4 Punctajul optim preconizat: 8.00 puncte 3.5 Punctajul realizat: 3.6 Standardul de evaluare: calitativ (min. 7.00 puncte)

- 102 -

Test de evaluare (Pentru toate `ntreb\rile ce urmeaz\ se cere s\ men]iona]i r\spunsul corect)

1. Membrana celular\ a) b) c) d)

este o `nvelitoare sub]ire de câ]iva nm este constituit\ din plasmalem\, glicolem\ [i citoschelet membranar este o component\ tranzitorie [i inconstant\ func]ional, membrana confer\ celulei individualitate, asigur\ schimburile cu mediul celular [i/sau molecular ambiant [i constituie substratul adezivit\]ii dintre celule e) biochimic, plasmalema este de natur\ lipoproteic\, glicolema este un `nveli[ glucidic, iar citoscheletul este reprezentat de o re]ea de proteine extrinseci

2. Care dintre cele trei componente ale membranei celulare se dispun `n partea central\ ? a) plasmalema b) glicolema c) citoscheletul membranar

3. Care dintre aceste `nsu[iri cad `n sarcina matricei extracelulare ? a) b) c) d) e)

adezivitatea cre[terea diferen]ierea toate nici una

a) b) c) d) e) f)

modific\ri ale permeabilit\]ii membranei celulare induce endocitoza p\trunderea unor ioni din mediul extracelular activarea unor enzime din membran\ toate nici una

4. Complexul ligand-receptor induce pe lâng\ modific\ri membranare structurale [i modific\ri func]ionale; men]iona]i-le care sunt din acestea:

5. Membrana celular\ (continuare)

a) plasmalema are `n structur\ lipide ce confer\ membranei celulare selectivitate [i proteine ce-i confer\ densitate [i mobilitate b) pe fa]a extern\ are dispozitive moleculare specializate denumite receptori c) vehiculeaz\ substan]e pe cale umoral\ sau nervoas\ [i le leag\ de receptori formând liganzi d) liganzii nu ac]ioneaz\ specific [i duc o activitate anarhic\

6. Glicolema

a) se prezint\ ca un strat de `nvelire „pufos“ cu dou\ componente: intern\ (sau `nveli[ul de suprafa]\) [i extern\ (sau lamina extern\) b) nu prezint\ dispozitive receptoare specifice c) biochimic, este alc\tuit\ din glicoproteine (galactoz\, manoz\, glucoz\ etc) d) func]ional are un rol important `n schimbul ionic transmembranar e) `ntre glicolem\ [i plasmalem\ exist\ leg\turi de continuitate

7. Citoscheletul membranar a) b) c) d) e)

constituie partea intern\ a membranei celulare lipse[te din membrana hematiilor morfologic, este o re]ea anastomotic\ de microfilamente biochimic, con]ine `ntr-o propor]ie mare diferite tipuri de proteine (spectrina, actina etc) func]ional, datorit\ dispozi]iei `n re]ea, confer\ membranei elasticitate [i rezisten]\

8. Citoscheletul membranar confer\ suprafe]ei celulare flexibilitate [i rezisten]\ deoarece acesta este constituit din proteine (spectrin\, ankirin\, actin\ etc). 9. Marca]i care dintre aceste `nsu[iri sunt specifice membranei celulare: a) b) c) d)

acoper\ [i delimiteaz\ citoplasma controleaz\ schimburile `n mediul `nconjur\tor se comport\ ca un sistem de recep]ie-transduc]ie constituie substratul adezivit\]ii

- 103 -

Not\ 1. Solu]ionarea problemelor se face pe coli A4. 2. Pentru fiecare `ntrebare (cu toate r\spunsurile corecte) se acord\ 1.00 punct 3. Evaluarea rezolv\rii sarcinilor de la Capitolul 2.2.1.1 3.1 Scala de punctaj recomandat\: 9.00 puncte 3.2 Punctaj oficiu: 1.00 punct 3.3 Punctaj total: 10.00 puncte 3.4 Punctajul optim preconizat: 8.00 puncte 3.5 Punctajul realizat: 3.6 Standardul de evaluare: calitativ (min. 7.00 puncte)

- 104 -

Test de evaluare (Pentru toate `ntreb\rile ce urmeaz\ se cere s\ men]iona]i r\spunsul corect)

1. Forma]iunile de suprafa]\ membranei celulare: a) microvilii sunt prezen]i, de regul\, la polul liber al celulelor, la enterocite (celule cu „platoul striat“) [i la nefrocite (celule cu „marginea `n perie“) b) microvilii prezint\ un ax citoplasmatic (format din 10-40 filamente de actin\) delimitat la exterior de o prelungire a membranei celulare c) cilii prezint\ `n axul lor o axonem\ alc\tuit\ din microtubuli dispu[i ordonat iar la baza fiec\rei axoneme se g\se[te câte un corpuscul bazal d) cilii celulari pot fi mobili (vibratili-`n mucoasa nazal\, trahee etc) sau imobili (stereocili) e) flagelii au o structur\ asem\n\toare cu cili

2. Leg\turile intercelulare:

a) jonc]iunile sunt dispozitive de leg\tur\ dintre celule, au rol de adezivitate, de scurgere a moleculelor [i de `mp\r]ire a suprafe]ei celulare b) jonc]iunile celulare pot fi `mp\r]ite `n jonc]iuni simple [i jonc]iuni speciale c) la jonc]iunile intercelulare strânse particip\ proteinele integrale ce realizeaz\ adev\rate dispozitive de sudur\ d) desmozomii sunt dispozitive de adezivitate foarte puternice ce se pot prezenta sub form\ de pat\ (spot, maculae), band\ (zonulae) [i hemidesmosomi e) hemidesmozomii sunt tipuri de desmozomi ce realizeaz\ jonc]iuni cu polul apical al celulei

3. Jonc]iunile celulare simple pot fi sub form\ de: a) spa]ii intercelulare b) leg\turi intercelulare denticulare c) leg\turi intercelulare digitiforme

4. Jonc]iunile specifice pot fi sub form\ de: a) b) c) d) e)

jonc]iuni strânse desmozomi jonc]iuni GAP complexe jonc]ionale leg\turi celulare cu membrane celulare

a) b) c) d)

adezivitatea intercelular\ bariere chimice [i fizice intercelulare imprim\ polaritate celulelor prezen]a `ntre celulele embrionare

5. Jonc]iunile strânse au ca principale propriet\]i:

6. Desmozomii sunt de 3 tipuri: a) `n „pat\“ b) `n „band\“ c) hemidesmozomi

7. Microfilamentele sunt prezente `n citoplasma celulelor ce pot realiza mi[c\ri de deplasare [i con]in molecule de actin\ [i miozin\ 8. Microtubulii sunt forma]iuni citoplasmatice formate din molecule proteice denumite tubuline 9. Flagelii sunt prelungiri celulare [i membranare specifice gametului sexual masculin. Not\ 1. Solu]ionarea problemelor se face pe coli A4. 2. Pentru fiecare `ntrebare (cu toate r\spunsurile corecte) se acord\ 1.00 punct 3. Evaluarea rezolv\rii sarcinilor de la Capitolul 2.2.1.2.3 3.1 Scala de punctaj recomandat\: 9.00 puncte 3.2 Punctaj oficiu: 1.00 punct 3.3 Punctaj total: 10.00 puncte 3.4 Punctajul optim preconizat: 8.00 puncte 3.5 Punctajul realizat: 3.6 Standardul de evaluare: calitativ (min. 7.00 puncte) - 105 -

Test de evaluare

(Pentru toate `ntreb\rile ce urmeaz\ se cere s\ men]iona]i r\spunsul corect)

1. Transportul transmembranar este denumit [i microtransport deoarece favorizeaz\ schimburile de molecule mici [i ioni. 2. Transportul transmembranar pasiv poart\ acest nume deoarece se realizeaz\ f\r\ consum de energie [i este independent de metabolismul celular. 3. Schimburile de substan]e prin membran\: a) prin transportul transmembranar (activ [i pasiv) celulele `[i procur\ combustibilul metabolic necesar, regleaz\ volumul celular, pH-ul intracelular [i `[i asigur\ gradientele ionice de care se vor folosi `n activitatea lor biologic\; b) majoritatea celulelor din organismul animal tr\iesc izolate [i/sau rupte de mediul molecular sau celular ambiant; c) pe lâng\ transportul prin membrane ce prive[te moleculele mici [i ionii (microtransport) exist\ [i un transport `n mas\ care se face prin formarea de vezicule; d) deplasarea veziculelor `n afara celulei corespunde exocitozei (de ex. celulele secretorii) iar deplasarea acestora `nspre celul\ corespunde endocitozei; e) endocitoza particulelor f\r\ fluid corespunde fagocitozei iar endocitoza particulelor `n faza fluid\ corespunde pinocitozei.

4. Heterofagia const\ `n digestia intra-citoplasmatic\ a particulelor endocitate. 5. Autofagia const\ din digestia particulelor din propria citoplasm\. 6. Reglarea schimburilor transmembranare se face cu o serie de factori: a) fizici b) chimici c) biologici

7. Endocitoza particulelor `n faza fluid\ sau pinocitoza se poate realiza: a) f\r\ receptori b) mediat\ de receptori

8. Permeabilitatea reprezint\ difuzia moleculelor mici [i/sau a celor lilofile datorit\ semipermeabilit\]ii membranei celulare. 9. Difuzia const\ din `ntrep\trunderea reciproc\ a dou\ substan]e lichide sau gazoase ca urmare a energiei cinetice a particulelor din care sunt constituite.

Not\ 1. Solu]ionarea problemelor se face pe coli A4. 2. Pentru fiecare `ntrebare (cu toate r\spunsurile corecte) se acord\ 1 punct 3. Evaluarea rezolv\rii sarcinilor de la Capitolul 2.2.1.3 3.1 Scala de punctaj recomandat\: 9.00 puncte 3.2 Punctaj oficiu: 1.00 punct 3.3 Punctaj total: 10.00 puncte 3.4 Punctajul optim preconizat: 8.00 puncte 3.5 Punctajul realizat: 3.6 Standardul de evaluare: calitativ (min. 7.00 puncte)

- 106 -

Test de evaluare I (Pentru toate `ntreb\rile ce urmeaz\ se cere s\ men]iona]i r\spunsul corect) 1. Citoplasma: a) este partea din celul\ cuprins\ `ntre membran\ [i nucleu ce con]ine diferite compartimente [i mai multe organite b) are dou\ componente: fluid\-denumit\ citochelet [i solid\-denumit\ citosol c) organitele intracitoplasmatice sunt diferen]ieri structurale ale citoplasmei specializate d) organitele intracitoplasmatice sunt grupate `n organite delimitate de endomembrane [i organite f\r\ endomembrane e) organitele celulare `ndeplinesc diferite func]ii importante `n via]a celulei 2. Care dintre organitele citoplasmatice enun]ate fac parte din categoria celor `nconjurate de endomembrane ? a) aparatul locomotor al celulei b) centriolul [i fusul mitotic c) complexul Golgi d) ribozomii [i poliribozomii e) rezervele metabolice (glicogenul, lipidele) 3. Care dintre organitele citoplasmatice enun]ate nu fac parte din categoria celor `nconjurate de endomembrane ? a) mitocondriile b) complexul Golgi c) reticulul endoplasmatic d) lizozomii [i peroxizomii e) incluziunile celulare 4. Despre organitele mi[c\rii celulare: a) microfilamentele de actin\, miozin\ etc. de]in un rol important `n mi[c\rile celulare b) microtubulii con]in molecule proteice denumite tubuline [i contribuie la formarea citoscheletului membranar c) centriolii ce fac parte din centrul celular, se divid, migreaz\ `ntre cei doi poli ai celulei [i `ntre ei se organizeaz\ fusul de diviziune d) fusul de diviziune este alc\tuit din filamente [i microfilamente e) cilii [i flagelii sunt prelungiri celulare formate din membran\ [i citoplasm\ 5. Microfilamentele ca organite ale mi[c\rii celulare sunt reprezentate de: a) microfilamente b) microvili c) citoscheletul postsinaptic d) microfilamente intermediare 6. Microtubulii ca organite ale mi[c\rii celulare au form\ cilindric\ [i/sau tubular\ [i sunt forma]i din molecule proteice denumite tubuline; sunt reprezenta]i de: a) centriol b) fusul de diviziune c) cilii imobili d) cilii fic[i e) flagelii 7. Care dintre cele men]ionate fac parte din `nsu[irile mitocondriilor ? a) num\rul, dimensiunile [i pozi]ia `n celul\ variaz\ b) ultrastructural-sunt constituite dintr-o membran\ extern\, o membran\ intern\, un spa]iu extern [i un spa]iu intern c) biochimic-sunt formate din proteine (70 %) d) func]ional-au rol central `n metabolismul energetic al celulelor vii e) toate f) nici una 8. Cilii sunt prelungiri celulare dispuse la unul din polii celulei, forma]i din membran\ [i citoplasm\ [i pot fi vibratili [i imobili. 9. Microvilii sunt prelungiri de suprafa]\ ale membranei celulare de suprafa]\ prezente la polul liber unde pot forma „platoul striat“ sau „marginea `n perie“. 1. 2. 3.

Not\ Solu]ionarea problemelor se face pe coli A4. Pentru fiecare `ntrebare (cu toate r\spunsurile corecte) se acord\ 1 punct Evaluarea rezolv\rii sarcinilor de la Capitolul 2.2.2 (I) 3.1 Scala de punctaj recomandat\: 9.00 puncte 3.2 Punctaj oficiu: 1.00 punct 3.3 Punctajul total: 10.00 puncte 3.4 Punctajul optim preconizat: 8.00 puncte 3.5 Punctajul realizat: 3.6 Standardul de evaluare: calitativ (min. 7.00 puncte) - 107 -

Test de evaluare II (Pentru toate `ntreb\rile ce urmeaz\ se cere s\ men]iona]i r\spunsul corect) 1. Ribozomii, poliribozomii [i rezervele metabolice: a) ribozomii sunt ansambluri macromoleculare de ARN [i molecule de proteine participante la sinteza de proteine b) ribozomii sunt alc\tui]i din dou\ subunit\]i (mic\ [i mare) inegale, asimetrice [i cu o compozi]ie chimic\ caracteristic\ c) poliribozomii sunt ansambluri de ribozomi d) poliribozomii se prezint\ ca poliribozomi liberi sau ata[a]i la membrana reticulului endoplasmatic e) rezervele metabolice sunt reprezentate de glicogen, gr\simi, proteine, pigmen]i [i sunt `nconjurate de endomembrane 2. Reticulul endoplasmatic: a) a fost descoperit [i studiat la microscopul optic b) este mai bine dezvoltat `n partea intern\ [i mijlocie a citoplasmei (endoplasm\) c) morfologic-se prezint\ sub form\ de tubi, saci, cisterne sau vezicule anastomozate `ntre ele; este de dou\ tipuri: neted (REN) f\r\ ribozomi pe limitant\ [i rugos (RER) cu ribozomii ata[a]i d) biochimic-con]ine ARN, lipide [i proteine e) func]ional-constituie un adev\rat sistem microcirculator `n celule: RER sintetizeaz\ proteinele de export, iar REN are rol `n sinteza hormonilor, detoxifiere [i metabolismul lipidelor [i glucidelor 3. Complexul Golgi: a) din studiile de microscopie optic\ este cunoscut sub numele de aparat reticular intern al lui Golgi b) morfologic-se prezint\ ca o re]ea de canalicule anastomozate, vacuole sau bastona[e (dichtiozomi) c) ultrastructural-se prezint\ sub form\ de pachete, saci turti]i sau vezicule mai mari sau mai mici d) biochimic-con]ine proteine, lipide [i un num\r variabil de enzime e) are ca principal\ func]ie digestia intracelular\ 4. Mitocondriile: a) au fost studiate pentru prima dat\ la microscopul electronic b) se pot prezenta sub form\ de granule izolate [i/sau `n [irag [i filamente c) ultrastructural-prezint\ o membran\ extern\, o membran\ intern\ cu criste mitocondriale, un spa]iu extern [i un spa]iu intern denumit matrice mitocondrial\ d) biochimic-sunt formate din proteine (60-70 %), lipide, glucide, ADN, ARN etc. e) func]ional-genereaz\ energia necesar\ activit\]ii celulare fiind centrul energetic al celulei 5. Lizozomii: a) au o form\ sferic\ sau ovoid\ [i au fost descoperi]i cu ajutorul microscopului electronic b) ultrastructural-se pot prezenta ca lizozomi primari (omogeni) [i/sau lizozomi secundari (heterogeni) c) biochimic-con]in numeroase hidrolaze acide [i sunt capabili de activit\]i enzimatice hidrolitice d) func]ional-sunt responsabili de digestia intracelular\ prin heterofagie [i autofagie 6. Peroxizomii: a) se g\sesc `n celulele vegetale [i animale b) pot avea un diametru mai mare (1.5 µm) sau mai mic (0.1-0.5 µm) c) nu sunt delimita]i de endomembrane d) biochimic-con]in proteine, lipide [i enzime (catalaz\, uratoxidaz\ etc) e) func]ional-intervin `n metabolismul H2O2 7. Organitele mi[c\rii celulare sunt reprezentate de: a) microfilamente b) microvili c) citoschelet d) microfilamentele intermediare 8. Complexul Golgi este considerat organitul cu rol `n secre]ia celular\ deoarece principalele sale func]ii sunt: modificarea post-traducere a proteinelor de secre]ie [i `mpachetarea acestor produ[i 9. ~n jurul fiec\rei perechi de centrioli se dispun structuri radiare denumite asteri; `n timpul interfazei celulare, centrul celular are o singur\ pereche de centrioli. 1. 2. 3.

Not\

Solu]ionarea problemelor se face pe coli A4. Pentru fiecare `ntrebare (cu toate r\spunsurile corecte) se acord\ 1 punct Evaluarea rezolv\rii sarcinilor de la Capitolul 2.2.2 (II) 3.1 Scala de punctaj recomandat\: 9.00 puncte 3.2 Punctaj oficiu: 1.00 punct 3.3 Punctajul total: 10.00 puncte 3.4 Punctajul optim preconizat: 8.00 puncte 3.5 Punctajul realizat: 3.6 Standardul de evaluare: calitativ (min. 7.00 puncte)

- 108 -

Test de evaluare

(Pentru toate `ntreb\rile ce urmeaz\ se cere s\ men]iona]i r\spunsul corect)

1. Celulele seminale: a) spermatogoniile sunt celule mici, rotunde sau poliedrice dispuse `ntr-un singur rând pe peretele tubului seminifer b) spermatogoniile dau na[tere, prin diviziune, spermatocitelor primare c) spermatocitele primare se divid prin diviziune meiotic\ [i dau na[tere spermatocitelor secundare; acestea se divid prin mitoz\ [i dau na[tere spermatidelor d) spermatogeneza este procesul de metamorfozare prin care trec spermatidele pentru a deveni spermatozoizi

2. Spermatozoidul: a) b) c) d) e)

este o celul\ flagelat\ cu o lungime de 50-70 µm este format din cap, pies\ de conjugare [i coad\ cu 3 piese-intermediar\, principal\ [i terminal\ capul are o form\ ovoid\ sau piriform\ privit din profil [i con]ine nucleul condensat al spermatidei corpul con]ine `n zona central\ un filament axial `nconjurat la exterior de o teac\ protoplasmatic\ coada are o lungime de 45-55µm

3. Foliculii ovarieni: a) sunt prezen]i `n corticala ovarian\, au o form\ rotund\ [i dimensiuni variate b) din punct de vedere evolutiv, foliculii ovarieni se `mpart `n evolutivi (sau gametogeni) [i involutivi (sau atrezici) c) dup\ stadiul de dezvoltare [i dimensiunile la care pot ajunge foliculii ovarieni, ace[tia pot fi: primordiali, primari, secundari [i maturi de Graaf d) structural, foliculii ovarieni sunt constitui]i dintr-o membran\ sub]ire periferic\ (membrana Slaviansky), un ovocit, celule perifoliculare [i ]esut conjunctiv

4. Corpul galben: a) b) c) d) e)

se formeaz\ din ceea ce r\mâne `n folicul dup\ eliminarea ovocitului [i a coroanei radiate soarta corpului galben nu depinde de soarta ovulului dac\ ovulul nu a fost fecundat, corpul galben se transform\ `n corp albicans-o cicatrice albicioas\ dac\ ovulul a fost fecundat, corpul galben se transform\ `n corp galben de gesta]ie atrezia folicular\ este o modalitate particular\ de involu]ie a foliculilor ovarieni

a) b) c) d)

nucleul se condenseaz\ zona Golgi se transform\ `n acrozom centriolul distal se alipe[te de nucleu centriolul proximal este eliminat

5. ~n timpul spermiogenezei:

6. Zona pellucid\ este: a) b) c) d)

refrigent\ bazofil\ acidofil\ format\ `n principal din celule foliculare

7. Nucleul ovocitului din foliculul ovarian primar r\mâne `n stadiul de: a) b) c) d)

leptoten zigoten pachiten diploten

8. Glandele uterine ajung pân\ la: a) b) c) d)

membrana bazal\ a epiteliului corionul mucoasei musculoas\ seroas\

a) b) c) d) e)

este un organ tranzitoriu alc\tuit din dou\ componente: fetal\ [i maternal\ placenta fetal\ este alc\tuit\ din placa corial\ [i vilozit\]ile coriale placenta matern\ este alc\tuit\ din placa bazal\ [i septuri placentare cordonul ombilical este format din ]esut conjunctiv mucos-gelatina Warthon are ca principal\ func]ie schimburile dintre sângele matern [i cel fetal

9. Placenta:

- 109 -

Not\ 1. Solu]ionarea problemelor se face pe coli A4. 2. Pentru fiecare `ntrebare (cu toate r\spunsurile corecte) se acord\ 1 punct 3. Evaluarea rezolv\rii sarcinilor de la Capitolul 3 3.1 Scala de punctaj recomandat\: 9.00 puncte 3.2 Punctaj oficiu: 1.00 punct 3.3 Punctajul total: 10.00 puncte 3.4 Punctajul optim preconizat: 8.00 puncte 3.5 Punctajul realizat: 3.6 Standardul de evaluare: calitativ (min. 7.00 puncte)

- 110 -

Test de evaluare I (Pentru toate `ntreb\rile ce urmeaz\ se cere s\ men]iona]i r\spunsul corect) 1. Nucleul (no]iuni generale): a) este o component\ constant\ a celulelor procariote [i eucariote b) adopt\, de regul\, forma celulei, dar [i alte forme c) afirma]ia „o celul\-un nucleu“ nu este `ntotdeauna valabil\ pentru c\ exist\ celule cu 2-3 [i uneori cu zeci de nuclei d) dimensiunile nucleului variaz\ `ntre 5-10 µ e) determinarea volumetric\ a nucleului corespunde cariometriei 2. Nucleul (continuare): a) este centrul genomului [i con]ine un num\r definit de molecule mari de ADN b) informa]ia genetic\ este `nscris\ `n molecula de ADN c) lungimea moleculelor de ADN poate dep\[i 1.5 m d) con]ine AND, ARN [i cantit\]i mari de glucide [i lipide e) cele trei puncte-cheie ale fluxului informa]ional sunt replicarea ADN-lui, transcrip]ia ARN-lui [i traducerea mesajului genetic 3. Care dintre cele `n[irate nu fac parte dintre componentele nucleului: a) citolema b) matricea c) cromatina d) cromozomii e) nucleolii f) membrana 4. Raportul nucleo-plasmatic a) este dat de formula RN/P = Vn/Vc-Vn b) nucleul este alc\tuit din matrice, cromatin\, cromozomi, membran\ nuclear\ [i nucleol c) celulele pot cre[te [i se pot dezvolta f\r\ nucleu d) nucleul `ndepline[te func]ia de stocare a informa]iei genetice [i de comand\, control [i coordonare a activit\]ii `ntregii celule 5. Forma nucleului `n celul\ este: a) rotund-oval\ b) alungit\ c) turtit\ d) lobat\ e) `nmugurit\ 6. Pozi]ia nucleului `n celul\ este: a) central\ b) excentric\ c) medio-bazal\ d) bazal\ 7. Dimensiunile nucleului sunt: a) mici sau foarte mici b) mijlocii c) mari d) foarte mari e) exist\ celule f\r\ nuclei sau cu mai mul]i nuclei 8. Cromatina [i cromozomii: a) sunt forme de organizare a materialului genetic (ADN) b) cromozomii reprezint\ baza material\ a eredit\]ii c) biochimic, cromatina este o nucleoprotein\ d) cromatina este colorat\ frecvent [i de coloran]ii acizi e) num\rul de cromozomi este o caracteristic\ a speciei deoarece [i cantitatea de ADN este specific\

- 111 -

9. Matricea nuclear\: a) corespunde scheletului de natur\ proteic\ ce `nglobeaz\ nucleolul [i cromatina care se sprijin\ pe membrana nuclear\ b) este compus\ din matricea propriu-zis\ (sau scheletul) [i o frac]iune labil\ alc\tuit\ din proteine cu molecule organice mici c) are rolul de a p\stra forma nucleului [i de a-i men]ine stabilitatea `ntre diviziuni d) se poate studia la microscopul optic e) este o re]ea `nzestrat\ cu un `nalt grad de flexibilitate Not\ 1. Solu]ionarea problemelor se face pe coli A4. 2. Pentru fiecare `ntrebare (cu toate r\spunsurile corecte) se acord\ 1 punct 3. Evaluarea rezolv\rii sarcinilor de la Capitolul 2.3.4 3.1 Scala de punctaj recomandat\: 9.00 puncte 3.2 Punctaj oficiu: 1.00 punct 3.3 Punctaj total: 10.00 puncte 3.4 Punctajul optim preconizat: 8.00 puncte 3.5 Punctajul realizat: 3.6 Standardul de evaluare: calitativ (min. 7.00 puncte)

- 112 -

Test de evaluare II (Pentru toate `ntreb\rile ce urmeaz\ se cere s\ men]iona]i r\spunsul corect)

1. Membrana nuclear\: a) este u[or vizibil\ la microscopul optic b) reprezint\ endomembrana groas\ de câ]iva nm ce este str\b\tut\ de mici orificii circulare denumite pori nucleari c) este alc\tuit\ din cisterna perinuclear\ `n care membrana nuclear\ extern\ [i membrana nuclear\ intern\ delimiteaz\ un spa]iu nuclear cisternal d) spa]iul cisternal se afl\ raport de continuitate cu canalele cisternale ale reticulului endoplasmatic e) biochimic con]ine ADN, ARN, lipide (fosfa]i) [i proteine (70 %)

2. Func]iile membranei nucleare: a) `ncadreaz\ fluxul informa]ional genetic `n 2 compartimente: nuclear [i citoplasmatic b) `n compartimentul nuclear are loc replicarea ADN-ului, transcrip]ia [i prelucrarea ARN-ului c) `n compartimentul citoplasmatic are loc traducerea mesajului genetic prin sinteza proteinelor la nivelul ribozomilor d) intervine `n replicarea ADN-lui e) membrana nuclear\ nu are nici un rol semnificativ `n mitoz\

3. Care dintre componentele de mai jos fac parte din structura nucleolului: a) b) c) d) e)

membrana nuclear\ componenta fibrilar\ componenta granular\ componenta cromozomial\ componenta astructurat\

a) b) c) d) e)

ADN ARN proteine glucide lipide `n cantit\]i mici

a) b) c) d)

biosinteza ARN-ului biogeneza ribozomilor preg\tirea celulei pentru mitoz\ degenerescen]a celular\

4. Compozi]ia chimic\ a nucleulului este reprezentat\ de:

5. Func]iile nucleolului sunt legate de:

6. Porul nuclear a) complexul-por este un component al membranei nucleare alc\tuit din porul nuclear [i materialul nuclear adiacent b) diametrul intern al orificiului por este de 5-10 nm c) elementele ultrastructurale din interiorul porului sunt reprezentate de 2 inele (sau anuli), 8 conuri, o particul\ central\ (`n form\ de granul\ sau de bastona[) [i pachetele de filamente nucleoplasmatice d) num\rul total al porilor nucleari variaz\ `ntre 1-3/µm2 [i 50-60/µm2 e) biochimic, materialul complexului- por este de natur\ proteic\

7. Cromatina nuclear\ a) este o nucleoprotein\ ce reprezint\ forma de existen]\ interfazic\ a materialului genetic b) eucromatina este purt\toarea genelor structurale [i asigur\ transcrip]ia c) heterocromatina corespunde cromatinei condensate netransmisibile, genetic este inactiv\ [i nu face transcrip]ia d) `ntre eucromatin\ [i heterocromatin\ nu exist\ nici un raport semnificativ 8. Cromozomii a) sunt forme de organizare a materialului genetic (ADN) b) se g\sesc `n num\r caracteristic pentru fiecare specie deoarece [i cantitatea de ADN este specific\ c) au ca elemente structurale cromatidele, centromerul, constric]iile secundare [i sateli]ii - 113 -

d) au o lungime variabil\ `ntre 1.5-10 µ

9. Clasificarea cromozomilor dup\ pozi]ia centromerului [i dimensiunea bra]elor: a) b) c) d)

metacentrici-au centromerul situat lâng\ centrul cromozomului [i bra]ele aproximativ egale submetacentrici-au centromerul situat excentric, 2 bra]e lungi [i 2 bra]e scurte acrocentrici-au centromerul plasat subterminal [i bra]e scurte, abia vizibile telocentrici-au centromerul situat la una din extremit\]ile centrozomului, astfel `ncât, cromozomul nu are bra]e e) cromozomii telocentrici reprezint\ o form\ normal\ de prezentare a cromozomilor Not\ 1. Solu]ionarea problemelor se face pe coli A4. 2. Pentru fiecare `ntrebare (cu toate r\spunsurile corecte) se acord\ 1.00 punct 3. Evaluarea rezolv\rii sarcinilor de la Capitolul 2.2.3. 3.1 Scala de punctaj recomandat\: 9.00 puncte 3.2 Punctaj oficiu: 1.00 punct 3.3 Punctaj total: 10.00 puncte 3.4 Punctajul optim preconizat: 8.00 puncte 3.5 Punctajul realizat: 3.6 Standardul de evaluare: calitativ (min. 7.00 puncte)

- 114 -

Test de evaluare

(Pentru toate `ntreb\rile ce urmeaz\ se cere s\ men]iona]i r\spunsul corect)

1. Ciclul celular:

a) corespunde perioadei de timp ce trece din momentul `n care s-a `ncheiat o diviziune [i pân\ `n momentul finaliz\rii diviziunii care urmeaz\ b) cuprinde 2 faze: de diviziune celular\ (sau mitoza) [i cea care corespunde perioadei dintre dou\ diviziuni (interfaz\, interchinez\) c) are o durat\ de aproximativ 40-50 h; mitoza dureaz\ de 5 h d) dup\ modul `n care celulele trec prin ciclul celular, celulele pot fi `mp\r]ite `n celule care [iau pierdut capacitatea de diviziune, celule care au o mare capacitate de diviziune [i celule cu o capacitate sc\zut\ de diviziune e) celulele-[u[\ sunt celulele de rezerv\ din compartimentul neproliferativ

2. Diviziunea celulelor:

a) diviziunea celular\ direct\ este forma superioar\ de reproducere celular\ b) diviziunea celular\ indirect\ (sau mitoza) este specific\ celulelor somatice c) diviziunea reduc]ional\ (sau meioza) reprezint\ modul de diviziune specific game]ilor sexuali (spermatozoizi [i ovule) d) meioza se caracterizeaz\ prin reducerea num\rului de cromozomi la jum\tate din celulelefiice, `n timp ce `n mitoz\, celulele-fiice au acela[i num\r de cromozomi cu celula-mam\ e) mitoza se desf\[oar\ `n 4 faze (profaza, metafaza, anafaza [i telofaza)

3. Proliferarea, diferen]ierea [i `mb\trânirea celulelor:

a) proliferarea celular\ const\ din procese de `nmul]ire a celulelor, iar cre[terea celular\ const\ din m\rirea masei [i a volumului b) diferen]ierea celular\ const\ din dobândirea, de c\tre unele celule a unei structuri, morfologii [i func]ii speciale c) diferen]ierea celular\ prive[te deopotriv\ structura celular\ [i substan]a intercelular\ d) celulele diferen]iate, spre deosebire de cele nediferen]iate, au func]ii, structuri [i compozi]ie chimic\ specific\ [i beneficiaz\ de pe urma solidariz\rii dintre ele de o inhibi]ie de contact [i o capacitate de diviziune e) `mb\trânirea const\ `n `mb\trânirea specific\ a fiec\rei celule [i a fiec\rei molecule

4. Diviziunea indirect\ (mitoza):

a) profaza se caracterizeaz\ prin prezen]a centriolilor [i apari]ia fusului de diviziune b) prometafaza const\ din dizolvarea membranei nucleare, deplasarea cromozomilor [i formarea pl\cii ecuatoriale c) metafaza const\ din clivarea longitudinal\ a cromozomilor d) `n anafaz\ are loc deplasarea cromozomilor spre polii celulei e) `n telofaz\ are loc deplasarea cromozomilor spre polii celulei [i fuzionarea acestora

5. Meioza I (reduc]ional\): a) b) c) d) e)

`n leptonem cromozomii devin vizibili [i prezint\ `ngro[\ri `n zigonem cromozomii din setul matern [i patern se alipesc dar nu fuzioneaz\ `n pachinem ce accentueaz\ contrac]ia cromozomilor `n diplonem `ncepe separarea cromozomilor omologi `n diachinez\, fiecare cromozom omolog este despicat `n dou\ cromatide-surori [i are loc fenomenul de crossing-over 6. Meioza se `ntâlne[te `n game]ii maturi (spermatozoizi [i ovule), este o diviziune reduc]ional\ deoarece `n prima etap\ are loc `njum\t\]irea num\rului de cromozomi.

7. Diviziunea meiotic\ (reduc]ional\) este suportat\ de: a) b) c) d)

spermatogonie spermatocit primar spermatocit secundar spermatid\

8. Mitoza produce modific\ri morfologice [i biochimice atât la nivel nuclear cât [i citoplasmatic. 9. Amitoza este diviziunea direct\ prin care se formeaz\ dou\ celule-fiice prin simpla strangulare a citoplasmei celulei-mam\ [i a nucleului dar f\r\ apari]ia cromozomilor dup\ autoreplicarea materialului genetic.

- 115 -

Not\ 1. Solu]ionarea problemelor se face pe coli A4. 2. Pentru fiecare `ntrebare (cu toate r\spunsurile corecte) se acord\ 1 punct 3. Evaluarea rezolv\rii sarcinilor de la Capitolul 3 3.1 Scala de punctaj recomandat\: 9.00 puncte 3.2 Punctaj oficiu: 1.00 punct 3.3 Punctajul total: 10.00 puncte 3.4 Punctajul optim preconizat: 8.00 puncte 3.5 Punctajul realizat: 3.6 Standardul de evaluare: calitativ (min. 7.00 puncte)

Tem\ ~ntocmi]i un referat de sintez\ `n care s\ preciza]i particularit\]ile: A-diviziunii ecua]ionale [i ale B-diviziunii reduc]ionale. Not\ 1. Solu]ionarea problemelor se face pe coli A4 `n limita a 7 500 de cuvinte pe ansamblu. 2. Evaluarea rezolv\rii sarcinilor de la Capitolul 3: 2.1 Punctaj oficiu: 2.00 puncte A: 1.00 punct B: 1.00 punct 2.2 Scala de punctaj recomandat\: 8.00 puncte A: 4.00 puncte B: 4.00 puncte 2.3 Total punctaj: 10.00 puncte A: 5.00 puncte B: 5.00 puncte 2.4 Punctajul optim preconizat: 8.00 puncte A: 4.00 puncte B: 4.00 puncte 2.5 Punctajul realizat: A: B: 2.6 Standardul de evaluare: calitativ (min. 7.00 puncte)

- 116 -

R\spunsuri teste

Cap. 2 Citologie Subcap. 2.1 Celula-defini]ie, structur\, morfologie ¾

1. – b; 2. - a, b, c; 3. – d; 4. - a, b, c, e; 5. – a; 6. – c; 7. – d; 8. – a; 9. – a.

¾

1.- a, b, d, e; 2. – a; 3. – d; 4. – e; 5. - a, b, c; 6. - a, c, d; 7. - a, c, d, e; 8. – a; 9. - a, b, c, d.

¾

1. - a, b, c, d; 2. - a, b, c, d; 3. - a, b, c; 4. - a, b, c, d; 5. - a, b, c; 6. - a, b, c; 7. – a; 8. – a; 9. – a.

¾

1. – a; 2. – a; 3. - a, c, d, e; 4. – a; 5. – a; 6. - a, b, c; 7. - a, b; 8. – a; 9. – a.

Subcap. 2.2. Membrana celular\-defini]ie, structur\ [i organizare molecular\ Subcap 2.2.1 Specializ\rile membranei celulare Subcap. 2.2.2 Transportul prin membrana celular\

Subcap. 2.3 Citoplasma celular\ Test I ¾

1. - a, c, d, e; 2. - a, b, c; 3. - a, b, c, d; 4. - a, b, c, d, e; 5. - a, b, c, d; 6. - a, b, c, d, e; 7. – e; 8. – a; 9.- a

Test II ¾

1. - a, b, c, d; 2. - b, c, d, e; 3. - a, b, c, d, e; 4. - b, c, d, e; 5. - a, b, c, d; 6. - a, c, d, e; 7. - a, b, c, d; 8. - a; 9. - a.

Subcap. 2.4 Nucleul Test I ¾

1. - b, c, d, e; 2. - a, b, c, e; 3. - b, c, d, e, f; 4. - a, b, d; 5. - a, b, c, d; 6. - a, b, c; 7. - a, b, c, e; 9. - a, b, c, e.

¾

1. - b, c, d, e; 2. - a, b, c, d; 3. – a 4. - a, b, c; 5. - a, b, c; 6. - a, c, d, e; 7. - a, b, c, d; 8. - a, b, c, d; 9. - a, b, c, d.

¾

1.- a, b, d, e; 2. - a, b, c, e; 3. - a, b, d, e; 4. - a, b, c, d, e; 5. - a, b, c, d, e; 6. – a; 7. – b; 8. – a; 9. – a.

¾

1.- a, b, c, d; 2. - a, b, c, d, e; 3. - a, b, c, d; 4. - a, c, d, e; 5. - a, b; 6. - a, b, c; 7. – d; 8. - a, b, d; 9. - a, b, c, d, e.

Test II

Cap. 3 Diviziunea celular\

Cap. 4 Dezvoltarea `n embriogenez\

- 117 -