Post on 03-Jan-2020
transcript
9/17/2009
1
1
Membranele Membranele
biologicebiologiceStructura
Proprietăţile
Diversitatea
Transportul prin membrane
Joncţiuni celulare2
Membrana biologică = membrană Membrana biologică = membrană
celularăcelulară
Definiţie: barieră semipermeabilă între
mediul intern şi extern al celulei; între
diferite micromedii intracelulare cu diferite
proprietăţi şi funcţii.
3 4
Tipuri de membrane celulare:Tipuri de membrane celulare:
Membrana citoplasmatică =plasmalema
Membrane interne Anvelopa nucleară
Membranele RE neted şi granular
Membranele aparatului Golgi
Membranele mitocondriilor (externă şi internă)
Membranele lizozomilor
Membranele peroxizomilor
Membranele veziculelor de transfer intracelular, de secreţie, endocitare, exocitare
5
!!! Toate membranele celulare:!!! Toate membranele celulare:
Au structură asemănătoare – lipo-proteică;
Au proprietăţi şi funcţii diferite, determinate de:
heterogenitatea proteinelor membranare;
+
heterogenitatea fosfolipidelor membranare;
heterogenitatea glucidelor membranare.
6
Funcţiile membranelor biologiceFuncţiile membranelor biologice
barieră biologică;
compartimentarea mediului intern al celulelor eucariote;
transport selectiv al moleculelor şi ionilor;
recepţionarea şi transmiterea semnalelor extracelulare şi intercelulare;
conexiune între celule;
suport pentru enzime;
reglează homeostazia intracelulară şi intercelulară. (vezi animaţia)
9/17/2009
2
7
Structura membranelorStructura membranelor
Două straturi de lipide
Fosfolipide
Sfingolipide
Colesterol
Proteine
Integrate
Periferice
Hidraţi de carbon (oligozaharide)
Glicoproteide
Glicolipide
8
9 10
Bistratul de lipideBistratul de lipide
Proprietăţi şi funcţii:
barieră biologică
Fluiditate
heterogenitate
substrat pentru proteinele membranare
permite difuzia selectivă a moleculelor mici,
nepolare, H2O, alcool, etc.
11
Proteinele membranareProteinele membranare
Proteine integrate
cu unul sau câteva domenii transmembranare
regiunea hidrofobă interacţionează cu bistratul lipidic
regiunile hidrofile interacţionează cu exteriorul şi
citozolul
au funcţie de receptori, transportori, enzime
Proteine periferice
se asociază la proteinele şi lipidele membranare
funcţie în transmiterea semnalelor, enzime
12
9/17/2009
3
13
GlicocalixGlicocalix
14
ReceptoriReceptori
15
Receptori celulariReceptori celulari
1. Receptori de semnalizare. Recepţionează majoritatea hormonilor, neuromediatori, factori de creştere, antigene, semnale chimice sau fizice (lumina). Sunt proteine transmembranare cu situsul de recepţie orientat spre exteriorul celulei. Ligandul nu pătrunde în celulă.
2 Receptori de adeziune. Proteine membranare ce mediază interacţiunile intercelulare şi celulă – matrice extracelulară. Sunt induse răspunsurile celulare.
3 Receptori de transport. Proteine membranare ce permit trecerea substanţelor în celulă prin intermediul endocitozei. De asemenea determină pătrunderea unor virusuri în celulă.
16
Receptorul insulineiReceptorul insulinei
17
Unirea ligandului la receptorul transmembranar (R) activează proteina G, Gq.
Aceasta activează fosfo-lipaza C (PLC), care catalizează hidroliza fosfolipidului PIP2 pe partea internă a plasmalemei.
Mesagerul secundar rezultat, IP3 şi diacilglicerolul (DAG), transportă semnalul în interiorul celulei.
IP3 pătrunde în RE, unde deschide canalele de calciu din membrană.
DAG rămâne în plasmalemă şi în comun cu ionii Ca++
activează proteinkinaza C (PKC).
18
Transportul prin membraneTransportul prin membrane
Transportul pasiv
Difuzia simplă a moleculelor mici prin stratul
dublu de lipide
Difuzia facilitată a moleculelor medii prin
intermediul permeazelor
Difuzia ionilor prin canale sau ionofori
9/17/2009
4
19
Transportul prin membraneTransportul prin membrane
Transportul activ
Transportul ionilor prin intermediul pompelor
Transportul macromoleculelor prin
intermediul endocitozei, exocitozei sau
transcitozei
20
CitoscheletulCitoscheletul
21
Joncţiuni celulareJoncţiuni celulare ((contacte celulare)contacte celulare)
Joncţiuni de ocluzie:
Joncţiuni strânse;
Joncţiuni septate.
Joncţiuni de ancorare:
cu participarea filamentelor de actină -
celulă – celulă (joncţiuni de aderenţă);
celulă – matrice celulară (adeziune focală);
Cu participarea filamentelor intermediare –
celulă – celulă (desmosomi);
celulă – matrice celulară (hemidesmosomi);
Joncţiuni de comunicare:
gap-joncţiuni;
sinapse chimice.
22
Exemple de proteine ale joncţiunilor celulareExemple de proteine ale joncţiunilor celulare
Proteina LocalizareaConsecinţele inactivării
proteinei
E-cadherinadeziunea cel.
epiteliale
Moartea la stadiu de
blastocist
N-cadherinj. de adeziune şi
sinapse (neuroni,
inimă, muşchi
scheletici, fibroblaşti)
Moartea embrionului
prin defecte ale inimii
P-cadherinAdeziunea cel.
placentei,
epidermului, epiteliul
gl.mamare)
Dezvoltarea anormală a
glandelor mamare
VE-cadherin Adeziunea cel.
endoteliale
Dezvoltarea anormală a
vaselor sanguine
23
Joncţiuni celulareJoncţiuni celulare
24
Joncţiuni celulareJoncţiuni celulare
9/17/2009
5
25
Contacte strânseContacte strânse
26
DesmozomiiDesmozomii
27
Joncţiuni gapJoncţiuni gap
28
Tema 3.Tema 3.
CompartimentareaCompartimentarea
celulei eucariotecelulei eucariote
29
Compartiment – regiune celulară cu proprietăţi
şi funcţii deosebite de celelalte;
Compartimentele celulare diferă prin:
organizare;
compoziţie chimică;
set de proteine specifice - !!! set de enzime;
funcţii specifice.
30
9/17/2009
6
31 32
setul de componente necesare:setul de componente necesare:
Organizarea generală a celuleiOrganizarea generală a celulei
Membrana citoplasmatică
Citoplasma cuorganite
Nucleul
Aparatul
metabolic
Sinteză SO
Scindare SO
Detoxifiere
Energetic
Semnalizare
Aparatul
genetic Material genetic
Aparat de
replicare
Aparat de
reparare
Aparat de
transcripţie
Aparatul
superficial
Barieră
Transport
Recepţie
Contacte cel.
Apărare
33
Activitatea vitală a celulelor este Activitatea vitală a celulelor este
asigurată de:asigurată de:
Sinteza substanţelor organice
Molecule mici (aminoacizi, nucleotide, acizi graşi)
Macromolecule (AN, P, L, Pz, Oz)
Procesarea moleculelor sintetizate →
obţinerea configuraţiei funcţionale
Sortarea moleculelor sintetizate
Transportarea la locul de destinaţie (secreţie,
transport intracelular).
34
Activitatea vitală a celulelor este Activitatea vitală a celulelor este
asigurată de:asigurată de:
Scindarea SO exogene:
Străine celulei date (virusuri, bacterii)
Material de construcţie (AA, N, G)
Material energetic (G, L)
Scindarea SO endogene:
În exces
Reciclare
Molecule defecte
Neutralizare metaboliţilor toxici şi xenobioticilor →
detoxifiere
35
Aparatul enzimatic Aparatul enzimatic
Enzimă – proteină cu funcţie catalitică specifică Are domenii de recunoaştere a substratului (centrii activi) şi
ATP-azice
Are domenii cu funcţie de: Sintetaze
Ligaze
Izomeraze
Hidrolaze
Transferaze
Liaze
Oxidoreductaze
Enzimele sunt activate de cofactori specifici (grupe prostetice). Ex. metale+, vitamine, Oz, microARN
36
Clasificarea enzimelorClasificarea enzimelor
Sintetaze ADN-polimeraza
ARN-polimeraza
Peptidil transferaza
Ligaze ADN-ligaza
Izomeraze Topoizomeraza I, II
Hidrolaze Proteaza
Endonucleaze
Exonucleaze
Lipaze
Glicizidaze
Transferaze Metil-transferaza
Acetil-transferaza
Kinaze (P)
Liaze Glicoliaza
Oxidoreductaze Peroxidaza
Reductaza
9/17/2009
7
37
Acizii nucleiciAcizii nucleici
Sinteza
Polimerazele + topoizomeraze + ligaze
În nucleu, mitocondrii
Maturizarea
Ribozime + kinaze
În nucleu, mitocondrii
Scindarea
Programată (reparaţia ADN (Nu), processing ARN (Nu), hidroliza ARN (Ct))
Neprogramată (accidentală (Nu, Ct), AN exogen (Ct, Lz))
38
ProteineProteine
Sinteza
Peptidil-transferazele
Ribozomi Ct / RE / Mt
Maturizarea
Chaperoni, kinaze, proteaze, transferaze
RE → AG / Ct / Mt
Scindarea
Programată (Processing, hidroliza (Ct / RE / AG Lz))
Neprogramată (accidentală (Ct), Pr exogene (Ct, Lz))
39
RIBOZOMIRIBOZOMI
RE granulatRE granulatCITOZOLCITOZOL
MITOCONDRIIMITOCONDRII PEROXIZOMIPEROXIZOMI
NUCLEUNUCLEU
APARATUL GOLGI APARATUL GOLGI
LIZOZOMILIZOZOMI VEZICULE VEZICULE SECRETOARESECRETOARE
SUPRAFAŢA CELULARĂSUPRAFAŢA CELULARĂ
ReţinereReţinere Reţinere
ReţinereReţinere
Proteine Proteine
40
Hidraţi de carbonHidraţi de carbon
Sinteza
glicozil-transferaze (Ex. glicogenina)
Ct
Maturizarea
glicozil-transferaze
AG
Scindarea
Programată (Ct →Mt / Lz)
Neprogramată (HC exogeni (Ct, Lz))
41
LipideLipide
Sinteza
transferaze
REn
Maturizarea
RE
AG
Scindarea
Programată (Ct →Mt / Lz)
Neprogramată (L exogene (Ct, Lz))
42
Neutralizarea toxinelorNeutralizarea toxinelor
Xenobiotice (medicamente, pesticide,
nicotina, alcool, coloranţi E, conservanţi
alimentari E…)
Transferaze
REn
Metaboliţi toxici (radicali liberi, peroxizi,
cetone, fenoli…)
Oxidaze + Catalaza
Peroxizomi
9/17/2009
8
43
Energia celularăEnergia celulară
Sinteza ATP (conversia E chimice)
Oxido-reductaze, Hidrolaze, ATP-sintetaza
Ct → Mt
Scindarea ATP: la necesitate
La sinteza SO
La transformarea SO
La transportarea S
La scindarea SO
44
Transportarea substanţelorTransportarea substanţelor
Membranar
T. pasiv (difuziune, osmoză, mediat de proteine)
T. activ (catalizat de ATP-aze membranare)
Vezicular (mediat de reacţia receptor/ligand)
Endo- / Exo- / Transcitoză
Intracelular (RE → AG → Plasmalemă / Lz / RE)
Mediat de P citozolice
Transfer controlat de molecule între diferite
compartimente
45
ConcluzieConcluzie
Procesele metabolice celulare sunt:
Programate genetic
Realizate de aparat enzimatic specific
În compartimente celulare specializate
Adaptate la necesităţile organismului
Coordonate de lanţuri complexe de semnalizare
intra- / intercelulare
46
Compartimentele principale ale Compartimentele principale ale
celuleicelulei Nucleul – metabilismul AN
REr – sinteza proteinelor
REn – sinteza lipidelor, detoxifierea xenobioticilor
AG – maturizarea P, sortarea P, biogeneza lizozomilor
Lizozomi – hidroliza SO
Peroxizomi – detoxifierea metaboliţilor celulari
Mitocondrii – metabolismul energetic
Citosol – metabolismul moleculelor mici
47
Reticulul endoplasmatic:Reticulul endoplasmatic:
Organizare:
sistem de canale şi cisterne membranare (GLP);
compartimentul neted (predomină canalele);
compartimentul granulat = rugos, asociat cu
ribozomi (predomină cisternele);
Aparat enzimatic specific
48
Reticulul endoplasmaticReticulul endoplasmatic
9/17/2009
9
49
Reticulul endoplasmatic:Reticulul endoplasmatic:
Funcţii:Funcţii:
RE neted
sinteza lipidelor (fosfolipide, colesterol);
integrarea asimetrică a FL în membrană → reînnoirea
membranelor → formarea veziculelor;
sinteza hormonilor steroizi;
detoxifierea xenobioticilor (medicamente, pesticide,
etc.);
depozit de ioni (ex.: Ca++ în cel musculare);
transportul membranar.
50
RE granular
sinteza proteinelor;
processingul proteinelor + controlul calităţii;
sortarea (prin adăugarea secvenţelor semnal) şi transportul proteinelor: proteine secretoare;
proteine membranare (excepţie proteinele membranei mitocondriale interne);
enzime golgiene şi ale plasmalemei:
proteine RE, AG, lizozomi, matricei mitocondriene.
Reticulul endoplasmatic:Reticulul endoplasmatic:
Funcţii:Funcţii:
51
RibozomiiRibozomii
Ribozomii liberi din citosol:
proteinele citozolice (tubulina, actina);
proteinele mitocondriale;
proteinele peroxizomilor;
proteinele nucleare.
Ribozomii fixaţi pe RE:
Proteinele RE;
proteinele AG;
proteinele lizozomilor;
proteinele secretate;
Proteinele suprafeţei celulare.
52
Biogeneza RE:Biogeneza RE:
membranele RE se autoreînnoesc;
complexele enzimatice ale RE se sintetizează pe RE şi se maturizează în AG;
ribozomii – în nucleol.
53
Apratul Golgi:Apratul Golgi:
Organizare:
sistem de cisterne, canale şi vezicule membranare (GLP) + aparat enzimatic specific;
compartimente:
cis, de intrare;
median = intermediar;
trans, de ieşire.
54
9/17/2009
10
55
Aparatul Golgi:Aparatul Golgi:
Funcţii:Funcţii:
maturizarea proteinelor;
sortarea proteinelor;
ambalarea proteinelor, lipidelor secretate în vezicule;
controlul secreţiei veziculară a hormonilor, mucopolizaharidelor, proteinelor matricei extracelulare şi suprafeţei celulare;
formarea lizozomilor;
reînnoirea membranelor.
56
57
Biogeneza AGBiogeneza AG::
zona cis – prin intermediul veziculelor RE;
zona intermediară - prin intermediul
veziculelor cis;
zona trans - prin intermediul veziculelor zonei
intermediare.
58
LizozomiiLizozomii
Organizare:
vezicule membranare (proteine glicozilate,
H+-ATPaza), cu pH=5;
tipuri:
lizozomi primari (+ enzime hidrolitice, c-ca 50
tipuri);
lizozomi secundari (+ enzime hidrolitice +
substrat);
postlizozomi (reziduuri ale reacţiei hidrolitice).
59
LizozomiiLizozomii
60
LizozomiiLizozomii
Funcţii:Funcţii:
digestia enzimatică a substanţelor şi
corpusculilor organici:
s. endocitate (străine) – heterofagocitoză:
s. citolpasmatice (proprii, uzate) – autofagocitoză;
secreţii celulare în exces – crinofagocitoză.
„sanitari ai celulei”
9/17/2009
11
61
Clasificarea lizozomilorClasificarea lizozomilor
Primari – conţin enzimele hidrolitice
necesare
Secundari – rezultatul fuziunii cu endosomi
sau autofagosomi
Terţiari (corpusculi reziduali) – conţin
substanţe nedigerate
62
Biogeneza lizosomilorBiogeneza lizosomilor
Enzimele lizozomale se sintetizează pe
ribozomii RE;
Enzimele lizozomale se maturizează în AG.
Lizozomii primari – la AG
Lizozomii secundari:
Autofagozomii= l. primari + molecule celulare
Heterofagozomii = l. primari + endozomii
Crinofagozomii = l. primari + vezicule secretoare
63
Tip I
64
Tip 2
Tip 3
65
PeroxizomiPeroxizomi
Organizarea:
veziculă membranară;
enzime: ureat-oxidaza, D-aminoacid – oxidaza,
catalaza.
Funcţii:
Oxidarea - neutralizarea D-aminoacizilor bacterieni;
Oxidarea - detoxifierea unor molecule organice (fenoli,
acid formic, formaldehidă, alcooli + unele
medicamente);
Scindarea acizilor graşi pentru producerea grupelor
acetil necesare în procesele de sinteză celulară
Descompunerea apei oxigenate
66
PeroxizomiPeroxizomi
Biogeneza:
reînnoirea membranelor – REn;
enzimele P – ribozomii liberi din citozol.
9/17/2009
12
67
PeroxizomiPeroxizomi
68
Mitocondrii:Mitocondrii:
Organizare:
membrană dublă: membrana externă ( 50% P. + 50% FL; proteine porine),
membrana internă ce formează criste (80% P + 10% cardiolipina + 10% FL; !!! ATP-sintetaza);
matrice mitocondrială: ADN inelar (2-10 molecule);
Ribozomi proprii;
ARNm, ARNt, ARNr;
Enzime ale ap. De replicare, transcripţie, translaţie.
Incluziuni.
69 70
MitocondriiMitocondrii
Funcţii:Funcţii:
energetică:energetică: oxidarea piruvatului, acizilor graşi;
sinteza ATP;
transportul transmembranar;
plastică:plastică: sinteza ARNm proteine mt.
sinteza ARNt, ARNr şi asamblarea ribozomilor;
Importul de proteine citozolice;
controlul calităţii proteinelor mt;
reproducerereproducere (înmulţire sau reînnoire): replicarea ADN mt;
diviziunea mt.
71
Hialoplazma = citozol:Hialoplazma = citozol:
Partea omogenă, hialină cu proprietăţi contractile (70-85% H2O): Sediul proceselor metabolice:
Glicoliza;
Calea pentozofosfaţilor;
Gluconeogeneza;
Metabolizarea aminoacizilor;
Sinteza acizilor graşi şi nucleotidelor.
Depozit de ioni, glicogen, lipide
Citosceletul – reţeaua de proteine contractile = aparatul de sprijin şi locomoţie a celulei: Microtubuli din tubulină;
Microfilamente de actină;
Filamente intermediare - heterogene.
72
Boala FabriDereglări neuro
- endocrine
Mutaţia genei pentru
α-D-galactozidaza – enzimă
termolabilă reţinută în RE
Enfizema
ereditarăAfecţiune pulmonară
Mutaţia genei pentru
α-tripsină (necesară pentru
inhibarea activităţii
elastazei) degradarea
elastinei în plămâni
Boala
Tay-Sachs
Dereglări neuro-
endocrine
Mutaţia genei pentru
β-hexozaminidază
reţinerea enzimei pe RE
acumularea substratului în
lizozomi
9/17/2009
13
73
Boala
Polizaeus
Merzbacher
Dereglări neurale
Mutaţie în gena pentru PDL
(proteinlipid protein)
acumulare în RE
apoptoza oligodendrocitelor
Displazia
spondilo-
epifizară
Anomalii scheletice
Mutaţii în gena SEDL
dereglarea transportului
colagenului de la RE la AG
Sindromul
Laron
Afectări multiple
endocrine, retard de
creştere, obezitate,
hipogonadism
Mutaţie în gena pentru
receptorul hormonului de
creştere reţinerea în RE -
deficienţă
Sindromul
congenital
cu QT-lung
Afecţiune cardiacă,
repolarizare cardiacă
întârziată, aritmii
ventriculare, moarte
subită
Mutaţii în gena pentru
canalul de K+ (HERG)
reţinere în RE degradare