INTRODUCERE

Obiectul biologiei celulareBiologia celularl este gtiinla care se ocupi cu studiul fenomenelor biologice in context celular,

adici qtiinla care investigheazh organizarea gi funcfionarea celulelor. Dar ce se in]elege prinfenomen biologic? Numim fenomen biologic o inSiruire de procese biochimice ce se desftqard intr-oanumitd secven!6, ca rezultat al nevoilor celulei de a se adapta condifiilor in care se afli gi alschimburilor de informatie gi substan{5 cu mediul inconjuritor. Altfel spus biologia celulard, cuextensia ei biologia moleculard, studiazd procesle biochimice a$a cum se desfhgari ele la nivelulcelulei, adici atht in interiorul celulei, cit Ei in structurile din care celula face parte. Menireabiologiei celulare este aceea de a elucida pe de o parte mecanismele de acliune a structurilorintracelulare, cu interrelalia dintre ele gi tot ce line de ea (reglare, coordonare, modulare), iar pe dealth parte, aceea de a aduce luminl asupra modurilor in care celulele interaclione-azi intre ele pentrua acliona unitar, coerent in cadrul tesuturilor, organelor gi organismelor pe care le structureazi.

Agadar, apropierea cunogtinlelor despre cum este structuratd gi cum funclioneazd celula vanecesita o abordare sub doua aspecte:

(r) o parte descriptivS" care analizeazl organizarea structurali a celulei, pe care am putea-odenumi biologie celularl analiticd;

(i, o parte fenomenologicS, ce se ocupi cu inlelegerea mecanismelor proceselor celulare,adici partea care prezintd funcliile structurilor celulare gi interrelafiile dintre aceste inmod integrativ,parle ce am putea-o numi biologie celulari integrativi.

Va fi evident din ceea ce se va dezvolta in acest curs c[ aspectele de biologie celulard analiticine vor consuma pulin timp, cea mai mare parte a eforturilor fiind alocati biologiei celulareintegrative, care ne va permite sI inlelegem cum funcfioneazi structurile celulare. Chiar daci, inprimd instan16, infelegerea proceselor ce se petrec la nivelul diverselor structuri celulare se va faceoarecum mecanicist, rupt din contextul interrelatiilor cu celelalte componente structurale, ne vompreocupa gi de conectarea diferitelor fenomene ce se petrec in contextul celulei ca intreg. Nimic nuse petrece in celuli care sI nu depindi de fenomene desfrgurate anterior la nivelul altor structuri, saucare s5 nu determine inilierea altor procese ulterioare. Celula reprezinti un sistem integrat, in carefenomenele se inlintuiesc determin6ndu-se reciproc. Propriet5file integrative care corespund celulei,sunt mai departe proiectate asupra structurilor organizate de celule in organismele vii.

Celula - unitatea structurali qi funcfionali a organismelor viiDeparte de a fi o aglomerare sumativS de material organic, organismele vii sunt structuri

integrate, formate din unitali individualizate bine organizate, reglate gi conectate intre ele. AcesteunitEli structurale, numite celule, asiguri procesele necesare supravieguirii gi funcfionirii normale aorganismelor. Jindnd cont de cum este gi de ce face, putem deJini celula ca unitote structurald Sifunclionald, elementard de organizare a lumii vii, care conservd Si transmite caracteristicileorganismului din careface parle, are capacitatea de a se autoregla Si de o se autoreproduce,liindreailtotul unui indelungol proces de evolulie.

Daci vom analiza cu aten{ie definilia de mai sus, vom deduce c5, prin caracterul de unitateelementar5, celula este cea mai simpl[ structur6 a lumii vii la nivelul c6reia putem vorbi de via15.Fenomenele biologice scoase din contextul celular, adici dupd distrugerea integritifii celulare, devinbiochimie. Dacd nu ar exista celula nu am putea vorbi de via!6. intr-un spirit ludic, dar curesponsabilitatea cuvenitl instruirii viitorilor medici, aE putea s5 ?l parafrazim pe Marin Predaspundnd: daci celulE nu e, via16 nu e!

Organismul uman este alcituit din aproximativ 100 de trilioane de celule, adicd l}ta celule,dimensiunea medie a unei celule fiind de 10pm, iar masa ei de lng. Aspecte legate de istoricul

Dr. Mircea Leabu - Jntroducere tn biologia celulard. curs pentlu studentii tn medicind

nofiunii de celuld gi de teoria celular6 asupra organizdrii lumii vii, vor fi prezentate ceva maijos inaceasti introducere.

Dacd ar fi sI dim o defini1ie, atunci putem spune lapidar cd biologia celulari este gtiinla care se

ocupl cu studiul organizdrii gi funclionirii acestor unit6ti elementare ale lumii vii. Altfel spus,biologia celularS, cu extensia ei biologia moleculard, studiazd procesele biochimice in contextulcelulei. Biochimia s-a dezvoltat ca gtiinli destinati studiului compugilor biochimici in sistemeomogene permipnd cuantificiri riguroase pentru reacliile pe care acegtia le pot desfiqura. incontextul celular legile biochimiei, stabilite in vitro, nu sunt contrazise, dar nu se pot utiliza ca ataredeoarece in sistemele biologice procesele biochimice se petrec prin excelenld la interfa!6. DacIad6ugim faptul cd in interiorul celulei complexitatea sistemului biochimic este deasupra celor pecare le putem imagina gi/sau crea experimental gi, in plus, prezinti o dinamicitate greu de controlatde experimentator, vom inlelege de ce cunogtiinfele de biochimie clasicd ne sunt necesare, dar nusuficiente pentru inlelegerea fenomenelor celulare. Fenomenele celulare sunt succesiuni de procese

biochimice declangate de semnale pe care celula le primegte le analizeazd gi le controleazd cu scopulde a crea rdspunsuri menite sd adapteze celula la condiliile in care se afli pentru a supravielui ea gi

sistemul din care face parte. Celula are capacilatea de a se adapta la,,agresiuni" induse de condiliilede mediu intr-un domeniu generos de vast. Atunci cflnd capacitatea celulei de a se adapta este

depdgiti, apar condiliile deviafiilor patologice. Menirea biologiei celulare este aceea de a elucida pe

de o parte mecanismele de acliune a structurilor intracelulare, cu interrelalia dintre ele gi tot ce linede acestea (reglare, coordonare, modulare), iar pe de alth parte, aceea de a aduce lumind asupramodurilor in care celulele interacfioneazd ?ntre ele pentru a ac{iona unitar, coerent in cadrul

fesuturilor, organelor qi organismelor pe care le structureazd. inlelegerea normalului ne va ajuta sd

definim patologicul cu mai mare exactitate gi ne va perrnite sd il depistim in stadii incipiente.Cunoagterea normalului, a patologicului gi definirea limitei dintre aceste stiri la nivel celular gi

molecular ne va u$ura capacitatea de a corecta deviafiile, dflndu-ne posibilitatea si acliondm in maimare cunogtinli de cauziin interven{iile noastre terapeutice.

Dar cum putem defini normalul ?n funclionarea unui organism biologic? El reprezinti un anumitechilibru intre funcliile celulei, in funcfionarea celulelor la nivelul fesuturilor, in funclionarea

.tesuturilor Ia nivelul organelor, in funclionarea organelor la nivelul organismului. Acest echilibruacneptf gi varia{ii in anumite limite. Aceste variafii nu afecteaz5 fiziologicul, at6ta timp cit nu se

dep5Sesc limitele in cadrul cdrora structura biologicd are capacitatea de a se adapta, de a-qi reglafunclionarea optim5. Debalansarea pind la iegirea din intervalul acceptabil duce la aparilia situaliilorpatologice. Orice patologie, indiferent de locul de manifestare, igi are originea in devialii de la bunadesflqurare a fenomenelor celulare dincolo de capacitatea celulelor de a se adapta la stresul care leinduce. Intrarea celulelor in domeniul de comportament patologic reprezintii domeniul de interes alpatologiei celulare, care se aqazdcagtiin{E de sine stititoare.

Noliunea de celulb a fost introdusi in limbajul gtiinfific in 1665 de eruditul Robert Hooke (1635

- 1703), arhitect, astronom, matematician, filosof naturalist gi fizician englez, ca urrnare a

examindrii la microscop a structurii lemnului de pluti. El a observat cI imaginea reprezenta nigtespafii delimitate de perefi. A asemSnat aceste spalii cu niEte cimirufe gi, cum limba internalionali decomunicare in qtiinla acelor ani era latina le-a denumit cella - cellula, ceea ce inseamnd c5m6ru!i.Termenul a fost menfionat pentru prima dati in lucrarea lui Hooke ,ftlicrographia". Hooke fuseseales membru al ,,Royal Society" in 1663 gi numit profesor de geometrie la Gersham College,Londra, in 1664.

Mai bine de 170 de ani au fost necesari, dup[ introducerea nofiunii de celuld, p6nd a fostelaborati teoria celular[ asupra organizdii lumii vii. Acest lucru s-a petrecut in 1839 qi s-a datorat inprincipal lui Matthias Jakob Schleiden (1804 - 1881), botanist gerrnan qi lui Theodor Schwann(1810 - 1882), fiziolog gerrnan, dar qi lui Rudolf Virchow (1821 - 1902), medic anatomopatolog,

Dr. Mircea Leabu - Introducere in biologia celulard, curs oentu studentii in medicind

antropolog gi biolog geffnan. Principalele aspecte stipulate de p6rin{ii teoriei celulare in dezvoltareaacesteia au fost:

toate organismele conlin una sau mai multe celule;toate celulele provin din alte celule (,,omnis cellula e cellulo", Virchow, 1858);funcliile vitale intr-un organism se petrec in celule;toate celulele conlin ereditar informafia necesarl pentru reglarea funcliilor lor gi

pentru transmiterea informaliei generafiilor urmdtoare de celule.Este ugor de observat cA toate aceste enunfuri se pot regdsi sub alte formuldri gi in definilia pe

care am dat-o celulei cdteva rdnduri mai sus.

Cea mai simpli formi de viafi o reprezintfl organismele unicelulare. in conformitate cu definiliade mai sus, virusurile nu sunt celule deoarece, in ciuda faptului ci sunt constituite dintr-o serie de

molecule regisite gi in unita$le elementare de organizare a lumii vii gi degi contin informalia pentru

multiplicare lor, pe care o conservl gi o transmite, nu au capacitatea de a se autoreproduce. Ele

folosesc pentru multiplicare mecanisme specifice proceselor biologice din celulele infectate. Asta nuinseamni ci biologia viral6 nu prezintd interes pentru formarea medicilor, atdta timp cdt virusurilereprezintd agenfi patogeni pentru celule, iar cunoagterea agenlilor patogeni fasiliteaza eficientizareatratamentelor. Biologia viralS nu va face obiectul preocupirilor noastre, aici.

Cffteva motive care si justifice interesul medicilor pentru biologia celulariO primd motivalie a interesului studentilor in medicinl pentru studiul celulei o putem gdsi in

insagi definifia pe care am dat-o celulei. Celula este unitatea elementard de organizare a lumii vii.Agadar, pentru a infelege fenomenul viefii, adicd acel fenomen pentru care se luptd medicii ca si ilmenlind in situalii critice, trebuie si inJelegem cum este organizati gi cum funclioneazi celula, at6t

ca sistem de sine stdtf,tor, cdt gi ca parte a structurilor pe care le formeazl (fesuturi, organe,

organisme). Nu putem vorbi de viafd in afara celulelor, iar viala inseamnd funclionarea normal[,echilibralS a structurilor intracelulare, dar numai in contextul integritnlii celulare, a celulelor lanivelul fesuturilor, a lesuturilor la nivelul organelor, respectiv a organelor la nivelul organismului.

Dezechilibrele care pot apirea in aceste func{ioniri integrative pot determina devialiipatologice. Spuneam mai sus cE patologicul se poate instala atunci cdnd debalansErile in funcliilestructurilor celulare deptrgesc limitele intervalelor de adaptabilitate. Adesea, persistenfa unor stresurigi obligarea celulelor la un continuu efort de adaptare are ca rezultat impingerea fenomenelorcelulare citre devia{ii patologice, devialii care nu ar fi posibile atunci cdnd factorii de tensiune ar fitrecitori, de scurtl duratii.

in conserinlS, pentru medicini este de interes at6t cunoaqterea funclionlrii celulelor normale,

cdt qi mecanismele celulare specifice diferitelor patologii. CunoaSterea a ceea ce inseamnd normaleste util6 pentru a se putea determin4 mai mult sau mai pulin riguros, intervalele de adaptabilitateale celulelor la varialiile in condiliile de mediu qi a mentinerii acestora in limitele corespunzltoare.Aceste aspecte reprezinth dezideratul medicinii preventive abordate la nivel celular. Pe de alti parte,

conoa$terea fenomenelor patologice la nivel celular gi molecular permite o mai siguri diagnosticare,cu bitaie spre medicina individualizath, cdt gi interven{ia terapeutic6 in mai mare cunogtinld de

cauz6, cu bitaie c6tre terapia individualizati gi fintiti.in sfhrqit, in orice intervenfie medicalS, de orice naturf, ar fi aceast4 celulele nu pot fi ignorate.

Celulele recepteazl tot ce se petrece la nivelul structurilor cdrora le apadin gi reaclioneazd inconsecinld. Aceste reaclii, care sunt rispunsuri celulare menite ale adapta la condiliile in care sunt

puse, trebuie si nu le afecteze buna funcfionare, sd nu le inducl deviafii dincolo de capacitatea de

acomodare. Agadar, orice interven{ie medicali trebuie sd fie acceptatS, sau cel pulin acomodati de

celule, prin capacitatea lor de adaptare in limitele fiziologicului.Totuqi, degi cele mai sus menlionate sunt recunoscute gi acceptate ca tinte in activitatea lor de

profesionigtii lumii medicale, atingerea aceestor deziderate nu este simpld qi necesiti un efort

Dr. Mircea Leabu - Introducere tn biolosia celulard, curs pentru studenlii tn medicind

susfinut qi preconizat a fi de lung6 durati. Iar asta nu se datoreazd numai nivelului la care a ajuns inacest moment cunoaSterea sau tehnologiile, ci chiar faptului cd diversitate celulari este

semnificativd. in puls, chiar dacd o serie de fenomene celulare se petrec in toate tipurile celulare,

diversitatea rezultati prin diferenliere fac ca unele fenomene sI se desfrqoare nuantat in diferitecelule, iar altele sd fie specifice anumitor celule. Asta inseamni ci pentru orice tip celular normalulse definegte altfel, iar intervalele de adaptabilitate sunt diferite, chiar dacS uneori generos de largi.

Ca o concluzie a celor comentate mai sus, se desprinde un corolar care line de inlelepciuneaprofesionald pentru medici: celula trebuie cunoscutd gi respectati! Este vorba de inlelepciuneapracticd de care vorbea acum mai bine de 2000 de ani Aristotel, un gdnditor cu mare slibiciunepentru medicin[ (tatil lui fusese medic) gi pe care a denumit-o phronesis (ppdv4o$).

Comparalie celuli procarioti - celull eucariotiin cursul evolu{iei s-au diferenliat trei linii celulare distincte: archaebacteriile, eubacteriile gi

eucariotele. Pe baza observaliilor experimentale privind caracterele morfo-funclionale, cele treitipuri celulare au fost incadrate in doui pincipale: celule procariote, lipsite de nucleu qi celuleeucariote, cu nucleu. Numele lor provin de la termeni grecegti. Etimologic termenul procariot

provine de la cuvintele grecegti trpd (cu inlelesul de inainte, prin extindere fbri) qi rapodv (care

inseamni sdmbure gi, prin extindere miez, nucleu). Aqadar, semantic procariot inseamni ftri nucleu.

Termenul eucariot ar insemna cu nucleu adevdrat (ea - adevlrat).intre celulele procariote gi eucariote existi deosebiri esenliale in ceea ce priveqte organizarea lor, dar

existi gi o serie de asem6n6ri care ateste evolulia lor din aceeaqi celul5 ancestrald. Aqadar, toate cele

trei linii celulare au avut un str6mog comun, gi prin urrnare strimogii celulelor eucariote nu sunt

celulele procariote.Procariotele sunt cele mai simple forme celulare de organizare a viefii. Din aceastd categorie

fac parte archaebacteriile qi eubacteriile. Procariotele nu au nucleu gi nici organite delimitate de

sisteme membranare. Au doar un corp nucleoid reprezentat de ADN, neconjugat cu proteine bazicede tipul histonelor gi ataSa! intr-o anumitl zond, la membrana celulard. Citoplasma prezintdribozomi liberi. Membrana plasmaticE este dublati la exterior de o a doua membrani protectoare,

numitd perete celular. Principalele caracteristici ale procariotelor sunt capacitatea de a proliferarapid gi de a se adapta relativ ugor la varialiile condiliilor de mediu.

Archaebactenile (figafu, lucru vechi) sunt cele mai vechi celule procariote, fiind reprezentate

de bacterii ce trliesc in condilii de mediu extreme. Din acest grup fac parte bacteriile sulfuroase,

bacteriile halofite gi bacteriile metanogene. Condiliile de mediu extreme sunt neobignuite in zilelenoastre, dar ele au fost specifice momentului apariliei viefii pe Pimdnt. Un exemplu actual ilreprezintd bacteriile termoacidofile care triiesc in izvoare sulfuroase, calde, cu temperaturi de peste

80oC gi cu valori ale pH-ului in domeniul acid extrem (<2).Eubacteriile (bacteriile adevlrate) sunt reprezentate de forme comune ale bacteriilor actuale. Ele

sunt foarte numeroase gi tr6iesc intr-o mare diversitate de medii: ap6, aer, sol, alte organisme (de

exemplu bacteriile patogene). Bacteriile sunt exemple caracteristice de celule procariote. Ca model

de structuri pentru celulele procariote poate fi prezentatil Esch,erichia coli,bacteie int6lniti frecventin intestinul uman. Escherichia coli este o celulE in formd de bastonaq cu o lungime de 2 pm gi

diametrul de I pm. Asemin6tor majoritilii procariotelor, E. coli este inconjurati de un perete celularrigid alcdtuit din polizaharide gi peptide. Sub peretele celular se afl6 membrana plasmaticlreprezentatd, de un bistrat lipidic in care sunt integrate proteinele membranare. Citoplasma conlinegenomul celular (ADN circular condensat sub forml de nucleoid) ribozomi gi diferite incluziuni.Procariotele pot avea ADN extracromozomal (elemente denumite plasmide).

Eucariotele at o organizare celularl complexi intrucdt con{in un nucleu delimitat de anvelopa

nucleara, numeroase organite at6t delimitate, cdt gi nedelimitare de membrane. Dar ce numim

Dr. Mircea Leabu - Introducere tn biologia celalard, curs oentru studenlii in medicind

organit? Orgonilul este un element intracelular cu o organiznre complexi, supramoleculard

pizenffrndT arhileAurd dMinctd Si funclie/funcfii specifrce. Asta inseamnd cd este denumita

organit orice structura intracelulard organizatd prin participarea unor componente moleculare

diierite, care prezintZi o morfologie caracteristicd (adic6 ori de cdte ori o observim aratd la fel 9i o

putem identifica gi numi) gi la nivelul c[reia se petrec fenomene care nu se desfrSoari 9i in alte

structuri din celul6.Eucariotele au apdrut in urmd cu 2 miliarde de ani. Celulele eucariote sunt caracteristice

plantelor gi animaleloi. in cadrul eucariotelor sunt incluse gi o serie de organisme unicelulare: alge,

protozoare, ciuperci, drojdii. Ca gi celulele procariote, eucariotele sunt inconjurate de membrani

Ltrt-a. Spre- deosebiie de procariote, celulele eucariote prezinti numeroase membrane

intracelulare (endomembrane) ce formeazl structuri specializate denumite organite celulare: nucleu,

mitocondrii, peroxisomi, cloroplaste (la plante), reticul endoplasmic, aparat Golgi, lizosomi,

citoschelet, proteasomi, apoptosomi. Cel mai mare organit al celulelor eucariote este nucleul, cu un

diametru de'aproximativ 5 pm. Compartimentalizareamediului intracelular determinati de existenta

endomembranelor permite celulelor eucariote sE funcfioneze mult mai eficient comparativ cu

procariotele. Astfel, datoritii unor organite cum ar fi mitocondriile qi cloroplastele care joacd un rol

fundamental in cadrul metabolismului energetic al celulei, producerea de energie in eucariote este

mult mai eficient6 at6t prin randament cdt gi prin substratele energetice care por fi folosite in cazuri

exceptionale.baca se indep6rteazi membrana plasmaticl gi organitele, dintre structurile celulare, rimdne

citosolul. Citosolul reprezintd tot matefialul biochimic atlat in spayiile dintre organite dizplvat in

solventul biologic, apa.El are, de regul6, consistenlaunui gel gi reprezinti locul de desftgurare a

numeroase r"u"6i metabolice. Adesea, dinamica citosolului constii in treceri din starea de gel in cea

de sol (consistenlE mai fluidi) pe arii mai extinse sau mai limitate, in funclie de nevoile celulei 9i de

fenomenele care au loc cu implicarea organitelor nedelimitate de endomembrane.

in ciuda diferenfelor marcante privind organizarastructuralS, toate celulele, alAt cele procariote

c6t gi cele eucariote prezintd o serie de asemindri. Astfel, membrana celularh prezintii o organizare

u."*Aneto*" gi indeplinegte roluri similare pentru ambele tipuri de celule. Membrana separd mediul

intem intracetutar ai mediul extracelular, dar gi regleazl schimburile de informa{ie (primegte 9i

emite semnale) gi substange (molecule gi ioni) ale celulei cu mediul extracelular mentinend

potenlialul eleitri" al celulei. Trebuie menfionat faptul ci membrana celulari a plantelor 5i aprocariotelor este de obicei invelitii de un perete celular. Toate celulele posedi ADN ca material

L.editar, gi diferite tipuri de ARN utilizate pentru sinteza proteinelor.

O comparalie mai sistematizati a caracteristicilor structurale diferentiate intre procariote 9i

eucariote este prezentati sinoptic in Tabelul I.

Diversitatea celulari in organismul umanNumdrul de celule din organismul uman adult este de ordinul lOa. Pentru exemplificare, putem

spune c6 num6rul de hematii este ?n jur de 2,5x1013. Pentru descrelirea frunlilor prin aceste

exemplific6ri, putem spune cd stim mai prost la capitolul neuroni, al clror num6r este de ordinul

l0rr- desi valorile sujtinute de unele sau altele dintre grupurile cu preocupare in domeniu se

pL"-a'6" la lge la l0r2 [l-3]. Disputa se-datoreaza aproape exclusiv incertitudinilor asupra

numirului de celule granulare din cerebel t3]. in ciuda faptului ci neuronii sunt cu doui ordine de

m6rime mai puline decflt alte tipuri celulare din organismul uman, este cunoscut cd potenlialul

creierului uman este departe de a fi exploatat la adeviratul lui potenlial. Nevrogliile, alte celule din

sistemul nervos, ,rnii" ordinul l0t2'[2,3]. Numarul de hepatociie este in jur de 2,1xl0rr [4],

considerind greutatea medie a ficatului uman adult de 15009.

PROPRTETATI CARACTERISTICE PROCARIOTE EUCARIOTE

Tipuri de organismeEubacteriiArchaebacterii

Protiste (EK unicelulare): alge,protozoare, drojdiiFungiPlanteAnimale

Dimensiunea celulei Mici, circa O,2-2vm Mare, de obiei 1G100 pm

Metabolism Divers, anaerob gi aerobAerob (or excep$a celulelor firdmitocondrii)

OrganiteNu au organite delimitate demembrane

Numeroase organile: nucleu,mitocondrii, lizozomi, peroxizomi,doronlaste

Acid deoxiribonucleic (ADN) ADN circular, necomplexat cunroleine

ADN de dimensiuni mari,oroanizat la nivelul nucleului

Cromozomii O singurd molecul6 de ADNcircular

Numeroase molecule de ADNliniar

Acid ribonucleic (ARN) 9iproteine

ARN-ul gi proteinele suntsintetizate in acelagicompartiment intracelular

ARN biosintetizat gi prelucrat innucleuProteinele au biosintetiza iniliatain citoplasmi gifinalizatd totacolo, sau in organite care lepreiau in timpul traducerii saur{rrn5

Ribozomi 70s80s70S in mitocondrii si cloroplaste

Citoschelet AbsentRelea omplexi alcituiti dinmicrotubuli, microfilamente qi

filamente intermediare

Perete celular PeptidoglicanCelulozi sau dritinS;Absent la animale

Diviziunea celulari Prin fisiune (diviziune binari) Prin mitozi

Reproducerea Prin fisiune binarS, inmugurire

Fisiune gi inmugurire la EKinferioareSexuati, cicluri de meiozS-fertilizare la animale gi plantesrroeriore

Organizarea UnicelulariMulte pluricelulare, cu diferenlieriin numeroase tipuri de celule

Toleranla la mediuProliferare rapidi gi adaptabile lavaria$i mari ale faclorilor demediu

Suportd varia$i limitate alefadorilor de mediu

Dr. Mircea Leabu - Introducere in biologia celulord. curs oentru studentii tn medicind

Tabelul L Compara$e privind organizarea strudurald gi func{onald a celulei procariole 9i eucariote.

ldeea diversitilii celulare poate fi suslinuti qi exemplificati, la nivelul cunoaqterii din acest

moment al studenlilor cdrora li se adreseaz6 cursul, printr-o serie de aspecte descriptive de genul:

1. Dimensiunile celulare. Din cele cunoscute pini in prezent cea mai mici celuld este o

micoplasmd (Micoplasma pneumoniae, n:umitd gi agent Eaton, care produce pneumonia

atipicd). Dimensiunea acesteia este de 0,lpm. Cea mai mare celuld este ovocitul, care la om

este de -150pm. La om cea mai mic[ celuld este spermatozoidul, care fhrd flagel este de

*41tm (flagelul ajunge insi la -40pm). DacL ar fi si considerim o dimensiune medie a

celulei umane, aceasta ar putea fi de -l 0pm, degi valoarea nu are mai mult dec6t o

semnifi calie statistic6.

2. Masa celulard. Tot aga, dacd ar fi sE mediem masa celulei umane am ajunge la o valoare de

-lng. Singurul comentariu pe care l-am putea face pentru aceasti valoare ar fi unul, dincolo

de vreo semnificafie biologicd, prin care sd atragem atenlia ci, degi insignificante ca masl inraport cu cea a organismului din care fac parte, nu putem iglora" totugi, celula.

3. Formn celulard. Existd o mare diversitate de forme celulare, toate ddnd socoteali funcliei

acestora la nivelul lesuturilor din care fac parte. Celulele pot fi sferice: de exemplu, celule

sanguine cum ar fi limfocitele, monocitele, polimorfonuclearele, atita timp ctt circulS in

fluxul sanguin gi sunt lipsite de interacliuni cu alte celule, sau cu structuri mai rigide tisulare,

igi p6streazi aceasti form6. DupE trecerea din singe in lesuturi (vom vedea intr-unul din

cursurile urmdtoare ce determind acest proces) ele igi rnodifici forma fie gi numai pentru

faptul ci trebuie si se migte dintr-un loc intr-altul, iar asta nu o fac printr-o rostogolire pe

vreun plan inclinat. Alte forme celulare pe care le-a5 aminti ar fi: cuboidale, columnare sau

prismatice, piramidale, trunchi de piramidi, poligonale, discoidale, fuziforme, pavimentoase.

Tofuqi, realitaiea diversitiilii celulare are semnificafie biologici major6 prin potenlialul de

situalii p" "*"

il poate asigura. Pentru suslinerea acestei afirmafii putem sf, facem, in primul r6nd, o

analizd-anum6ruiui de stiri posibile in creierul uman. Se consideri c[ num[rul de sinapse pe care ilpo,t realizaneuronii de o mare diversitate din creier este de 1014. DacA fiecare sinaps6 poate prezenta

ioul stiri activ6, respectiv inactivd, atunci numdrul de stdri posibile pentru activitatea creierului

uman este de 2laputerea l0la. Dar comunicare intercelular[ nu este un fenomen specific neuronilor.

Toate celulele comunicd intre ele, printr-o diversitae de moduri (se va detalia acest lucru la

semnalizarea celulard). Diversitatea celulard alEturi de diversitate de modalitdti de comunicare

reprezinld o problemd pentru eforturile necesare in cunoaqterea celulei, dar o oportunitate pentru

viali gi capacitatea celulelor de a r5spunde condiliilor de mediu in care se afld qi de a se acomoda

schimbdrilor de la nivelul acestor condilii.Consideralii asemf,ndtoare celor de mai sus, referitor ins6 la ceea ce se intdmpli in interiorul

unei celule se pot face plecind de la diversitaea de molecule ce organizeazi 9i determini funcfia

structurilor celulare. poten$alul de situafii care se pot intdmpla intr-o celul6, de fapt capacitatea

celulei de a rbspunde unor situafii dintre cele mai diverse in care este pus[ este practic nelimitat.

Teoretic, orice moleculd dintr-o celula poate interacliona cu toate celelalte dacd sunt intrunite

condiliile favorabile acestei interacliuni. Spun teoretic, deoarece unele dintre aceste posibile

interacfiuni nu se petrec niciodati in viafa unei celule.'in concluzie, num6rul enoffn de situalii care pot apirea intr-o celuli, sau in funclionarea unei

celule in ansamblul lesuturilor din care face parte reprezintd o dificultate majord in ceea ce priveqte

capacitateanoastrd de a cunoagte c6t mai bine celul4 in ceea ce reptezintA comportamentul ei

normal gi, binein{eles, in ceea ce privegte cunoagterea devialiilor de comportament de naturi

patologic6. Totugi aceastA complicare in abilitatea noastri de a ad6nci cunoa;terea celulei, datorati

comptexitalii de situalii, reprezinti o qansi imens[ pentru via{6, pentru c6, a;a cum menlionam,

asiguri imense posibilitnli de adaptare la schimblrile din condiliile de mediu.

Bibtiografie specificf,l. httn://facult)'.washinston.eddchudler/facts'h1ml

2. Azevedo FA, Carvalho LR, Grinberg LT, Farfel JM, Ferretti RE, Leite RE, Jacob Filho W' Lent R,

Herculano-Houzel S. (2009) Equal numbers of neuronal and nonneuronal cells make the human brain an

isometrically scaled-up primate brain. J Comp Neurol.5l3: 532-541'

3. Williams RW, Herrup K. (1988) The control of neuron number. Annu Rev Neurosci- 11 423-453.

(http://wwrv.nervenet.ordpaoersA"iUMBER-REV-l 988'html# 1 )

4. Sohlenius-Sternbeck AK. (2006) Determination of the hepatocellularity number for human, dog, rabbit, rat

and mouse livers from protein concentration measurements. Toxicol In Vitro,20: 1582-1586.

Dr. Mircea Leabu. Membrana celulard osoecTe eenerole. cun oefiru studenrti tn mcdicind

MEMBRANA CELULARA

Consideratii senerole

DeJinilia noyiunii de membrand celulardPentru ca o celulE si supravieluiasci pi sn-gi desfrgoare eficient activitatea trebuie si igi

asigure o independenlE relativi fafi de mediul inconjurdtor. Asta inseamni ci trebuie at6t sd-giproteieze structurile 9i echilibrele moleculare interne, cit si qi fie capabild si recepteze informaliidespre ce se int6mpl[ in jurul s5u, sd le interpreteze gi si iqi adapteze corespunzdtorcomportamentul. Pentru rezolvarea acestor nevoi ale celulei trebuie sE existe o componenti aorganizdni celulare care sd delimiteze gi si protejeze celula de varialiile necbntrolabile din mediu.Aceastl componenti acceptatd intuitiv a fost la inceput denumiti membranii plosmaticd. Noliuneaipi are originea in lucrdrile lui Wilhelm Friedrich Benedikt Hofmeister (1824 - 1877) care, in1867, a postulat cE fiecare mas[ plasmaticl este mErginitd Ia suprafala exterioari de un strat subliremai translucid, cu indice de refracfie a luminii mai mare gi cu densitate gi tenacitate sporite incomparafie cu interiorul celular. Hofmeister a mai numit aceastii structur[ de mSrginire ca strat depiele al protoplasmei (Hautschicht). Noliunea de membrani plasmatici gi caracterul siusemipermeabil au inceput sE fie menlionate in manuale numai dup[ studiile de osmolaritate alebotanistului, chimistului qi farmacistului german Wilhelm Friedrich Philtip Pfeffer (1845 - 1920),respectiv de permeabilitate ale botanistului gi geneticianului olandez Hugo Marie de Vries (184S -1935). O alti denumire sinonimi, sub care poate fi intSlniti ceea ce acum se denumegte membrandcelulari este aceea de plasmtlemd-

Am putea defini lapidar membrana celularl ca acaa ultrastructard, formatd tn principaldin lipide polare Si proteine, care separd, dar gi unegte celula cu mediul. Se va vedea cd pe misur6ce vom inainta in prezentarea organizirii moleculare gi a funcliondrii membranei celulare definiEiase va incirca de semnificalii. Este aici momentul s5 menliondm o conventie: vom numiultrastructuri in cursul acestui manual orice componenti supramolecularl din structurile vii, in acestcontext din celule, care nu poate fi observati la microscopul optic (a cirui putere de rezolulie este de0,2pm), ci doar la microscopul electronic. Membrana celulard qi, in general, biomembranele, undeincludem gi endomembranele, au o grosime de 7-l0nm, adicd sunt de -20 de ori mai subliri dec6t ostructurS observabild la microscopul optic. O scurti incursiune in istoria evoluliei cunoqtinlelordepre organizarea moleculard a membranei celulare poate fi util6 formirii g6ndirii qtiinlifice atinerilor interesati si se indrepte citre cercetarea biomedicalE.

Repere istorice tn cunoasterea organizdrii mcmbranei celalarePrezen{a unei ultrastructuri care si inveleasci celula pentru a o separa de mediu gi a menline

homeostazia intemd a fost intuit6, a$a cum am amintit mai sus, dinainte de a se cunoaqte din ce esteformatd la nivel biochimic Ai cum este organizatd pentru a indeplini funcliile de bazl: separareamediului intracelular de cel extracelular gi permiterea interacfiunilor celulei cu mediul, frri de carenu ar fi posibild supravieluirea. Aceasti intuire areprez,entat totodati o provocare pentru oamenii degtiin$ din domeniu. Dupd studiile de pionierat menlionate mai sus, primul care a contribuit laobfinerea unor informa{ii utile in dezvoltarea cunogtinlelor despre natura (bio)chimicl a membraneicelulare a fost Charles Ernest Overton, care in 1899 [1] a raportat o serie de rezultate ce au arltatci permeabilitatea prin membran6 a unor compugi chimici este cu atAt mai ridicati cu citsolubilitatea lor in lipide este mai ridicatS. Aceste rezultate au dus la ideea c6 lipidele suntcomponente majore ale membranelor celulare. Experimentele au fost efectuate atdt pe celulevegetale, cit qi pe eritrocite, dovedindu-se ci lipidele structureazi membranele celulare indiferent de

Dr. Mireea Leabu. Membruu celulatd asoecre Senerale. curs Denlru sludcnlii in medicind

regnul cerora acestea apa4in. Acestei informalii i s-au adiugat rezultatele studierii tipurilor de

molecule din diverse organisme, care au dovedit cd lipidele sunt de departe cele mai abundente

molecule hidrofobe din sistemele celulare. Investigaliile asupra proprietIlilor ftzice ale membranelor

celulare au ar1tat ci rezistenfa lor electric[ sau capacitanla sunt in domeniile celor oblinute in

sisteme create prin folosirea lipidelor izolate'

Evideniierea de citre Irving Langmuirr cd lipidele amfifile intinse intr-un film pe o

suprafala apoasa se orienteaza cu capul polar c6tre ap6 9i cu parlile hidrofobe c[tre aer, a reprezentat

premizele unor experimente "ur" uu dus Ia aprofundarea cunoatterii modului de organizare a

membranelor celulare. Aceasta pentru cd"in 1925, medicul olandez Evert Gtirter (1881 - 1954) 9i

asistentul siu Frank Grendel, folosind tehnica lui Langmuir au descoperit ci lipidele extrase din

membrana eritrocitar6 acopera o suprafala dubl6 de monofilm, fala de suprafala populafiei

eritrocitare din care lipideie au fost extrase l2l. Ei au propus cd lipidele sunt organizate in

membranele celulare sub forma unui bistrat gi pot fi considerali perinlii actualului model de

o,rgunirar"a membranei celulare, pe care il vom dezvolta Si analiza detaliat ceva mai jos'

Urm6torul moment in inlelegerea organizirii moleculare a membranei celulare a fost in

1935, c6nd James Frederic Danielli (1911 - 1984) 9i Hugh Davson (1909 *1996), ambii de la

Unlrersity College, London au stipulat ci la nivelul membranelor trebuie sd existe qi proteine intru-

cat tens;unit. ,of"rfr"iule de la suprafala unui bistrat lipidic sunt mult mai ridicate decat cele de la

,uprafala membianelor celulare. Addugarea de proteine in mediul de formare a unui bistrat lipidic

duce la sc[derea tensiunilor superficiall. Pebazaacestor rentltate experiemntale Danielli 9i Davson

uu propu, ,,modelul sondwici" de organizare a membranei celulare conform c5ruia aceasta este

formati dintr-un bistrat lipidic plasat intre doui straturi de proteine globulare'

Modelul Danielli-bavson a pdrut si fie confirmat de aspectul trilaminar evidenfiat electrono-

microscopic pentru membranele celulare. Examinarea la microscopul electronic a membranelor intr-

o diversitate de celule qi observalia ci toate aratilafel, l-a determinat pe J. David Robertson (1923

- lrfi, ,t lanseze, in 1957, modelul ,gnit membrand'. Toate membranele se evidenliau ca doui

straturi (lamine) electrono-opace ce delimitau unul electrono-transparent' Modelul menlinea ideea cimembranele sunt alc6tuit" iintr-.rn bistrat lipidic plasat intre doui straturi proteice, iar observarea

atenthsugera ci proteinele din exterior sunt diferite de cele din interior [3]'Anii '60 -,70 aisecolului XX au reprezentat perioada unor dezvoltiri care au dus in 1972la

elaborarea de c6tre seymour Jonathan -siogut (n. ]Fl2$ qi Garth L. Nicolson (n' 1943) a

modelului in mozaic Jlaid de organizare a membranei celulare [4], model valabil 9i pentru

endomembrane, adic6 ientru toate tipurile de biomembrane. Articolul care a introdus denumirea

modelului a fost anticipat ae o lucrare a celor doi din noiembrie 1971 in care au definit principiile

organizdriimoleculare a membranei celulare t5]. in conformitate cu acest model structura debazd a

unei membrane este un bistrat lipidic cu proprietifi fluide manifestate bidimensional, mozaicat cu

proteine care fie sunt ata$ate de o parte iau de cealaltA a bistratului, fie sunt cufundate in acesta

ltraUranau-l complet sauparfial. Labazaconceptului de organizare a membranei sub forma unui

mozaicfluid au stat observaliiie din preparatele de microscopie electronicd oblinute pin tehnica de

tnghe\are-fraclurare, care dovedeau prezenla in membrana a unor structuri globulare ce se

,"iuirur- ne pe o fald" fie pe cealalia a suprafe{ei de fracturd, cdnd aceasta trecea la nivelul

membranei printre cele doui foile ale bistratului, unde se afli linia de minimi rezistenli la fractura'

Lansarea *-od"lrlui mozaicului fluid a reprezentat un moment de emulalie pentru studiile prin

metode biochimice asupra organizlrii mofeculare a membranelor. Unii $i-au canalizat eforturile

(chiar dacl nu declarat) ,pr" oblirr".ea de rezultate experimentale care sI infirme modelul, allii

, I-irg Langmuir, chimist gi fizician (1881 - 1957), aprimit in 1932 Premuil Nobel in chimie pentru lucrlrile sale in

chimia*suprafefelor, aga cum a motivat iuriul ("for his discoveries and investigations in surface chemistry").

Dr. Mircea Leabu. Membrano celulard asoecle senemle. cun oenlru *udentii in ntedicinli

pentru a-l confirma. Rezultatele oblinute nu numai cd au confirmat valabilitatea modelului, dar l-auqi nuanfat, sporind ideea de organizare mozaicatd, a5a cum se va vedea pe misur6 ce vom avansa tnstudiul organizdrii moleculare a membranei. MeriG de amintit aici confibuliile aduse de TheodoreL. Steck [6-8], sau Vincent T. Marchesi [9-16]. Aceste contribulii au ajutat atdt la elaborareamodelului cat gi la confirmarea lui. Modelul mozaicului fluid evidentiazd, caracteristicile definitoriiale or ganizdni membrane I or.

Membranele se caracterizsazd prin eterogenitate compozifionala (bazatd pe o marediversitate de tipuri de molecule ce intd in alcituirea lor), prin aranjare asimetricd (care esteconferite chiar de structura de ba"d, bistratul lipidic, la nivelul clreia foila externd confinepreponderent anumite tipuri de lipide, iar foila intemi altele). Asimetria este sporita de proteinele cecompleteaz[ organizarea membranelor, cele absorbite pe fa,ta extemi fiind diferite de cele prezentepe fala internd, in timp ce proteinele cufundate in structura lipidicd de bazi expun porfiuni diferiteale lanplui polipeptidic de o parte, sau de cealalti a bistratului. Pe de alt6 parte, componentaglucidici a membranelor se gdsegte numai la suprafala acestora, cresc6nd caracterul asimetric alorganizdrii lor. In sfhrgit, diversitatea de molecule care organizeazA membranele prezinti opermanentii dinamicitate ceea ce Ie conferi un comportament fluid. Mai mult, migcareacomponentelor Iipidice, sau proteice se realizeazl numai in planul membranei, fdri rhstrundri alemoleculelor care sI permit2i trecerea lipidelor dintr-o foi15 a bistratului in cealalti, sau proteinelor sdtreac6 porfiunile expuse la exterior citre interior, sau invers. Aceastii mobilitate restriclionatii lamigcdrile in plan determind caracterul fluid manifestat bidimensional al membranelor. Toate acestecaracteristici datorate comportamentului componentelor moleculare ale membranelor se risfrdng,intr-un mod fericit, asupra functionalitilii lor, aga cum se va vedea in detaliile de mai jos asupraorganizirii ulfastructurii care separ6, dar gi unegte celula cu mediul inconjurdtor.

In ceea ce urmeazi ne propunem si abordlm organizarea moleculard gi func{ionareamembranei celulare parcurg6nd drumul de la molecule la o structur[ functional6.

Compoziqia chimicd globald a membranei celularePentru o abordare logici Ei angajarea in drumul pe care ni l-am propus in fra"a anterioari,

putem pleca de la ceea ce conline sub aspect chimic, global membrana celulard. in compoziliamembranelor se afl6 api intr-un procent de 20-30, restul de 70-80% fiind reziduu uscat. Cdt privegtecompozilia acestui reziduu uscat, substanlele minerale (anorganice) sunt slab reprezentate (p6n6 lal7o), restul de 99%o fiind substan{e organice, reprezentate de lipide 40-5}yo, proteine 50-60% gi ocomponenti glucidicn ce este ataSati pe lipide sau proteine pe elemente care ajung pdni la l0% dinmasa acestora2.

Compozilia chimicl global[ mai sus men{ionati poate pirea contradictorie cunoqtintelornoastre despre cantitatea de apf, din sistemele biologice. Este corect, in sistemele biologice aparcprezinti aproximativ 70-80yo, iar substan{a uscatii numai 20-30%. Care este logica acestei situaliirlsturnate? O putem inlelege plecdnd de la insagi definilia membranei celulare: ultrastructura careseparS, dar gi uneqte celula cu mediul. SE dezvoltim rafionamentul.

Ce caracter fizico-chimic are interiorul celular? Unul hirdofil. Apa este solventul biologicfbri de care reacfiile biochimice care stau labaza proceselor celulare nu s-ar putea desfEqura. Dar ceproprietili fizico-chimice are mediul extracelular? Tot hidrofile. AOadar, membrana celulara trebuiesd separe doui medii hidrofile. Este de aqteptat, in conformitate cu legile fizicii, ca o barierteficientii intre doud medii hidrofile sd aib6 caracter hidrofob. Aga st6nd lucrurile, aceastiultrastructurd cu caracter hidrofob trebuie sE exclud6 masiv ap4 de unde procentul rdus de apd aflat

2 Repartizarea procentelor intre substanlele organice se raporteazi la totalul acestora; adici totalul lipide + proteine +glucide : l00o/o. Atragem aten[ia cititorilor ca in toate situa{iile in care se opereazi cu procente, acestea trebuie coreclraportz;te labaza de referinfi-

Dr. Mircea Leabu. Membrana celulard uoecle eenerale. can oerdlru studerrli in ,rgdicind

la nivelul structurii membranelor. Agadar, solutia optime s-a dovedit a fi o ultrastructurd bazati pe

lipide. Care sunt modaliElile de aranjare qi rolurile lipidelor, proteinelor gi componentei glucidice

din organizarea moleculari a membranelor vom dezvolta in cele ce urmeaz6, abordind pe rdnd

acesteiomponente gi av6nd in minte in permanenfi modelul mozaicului fluid de organizare a lor.

Ceea ce mai putem menliona aici este faptul cI a$a cum se sugera din definilia noliunii de

membran6 celulard aceasta trebuie sI se comporte ca o barierd intre mediile extracelular, respectiv

intracelular, insl aceasta barierl nu trebuie si fie una absolutd ci selectivi, adici sd permita

interacfiunea celulei cu mediul. De acee4 putem afirma cd membrana celulard trebuie sd

indeplineascl dou6 mari categorii de func{i t: (i) lunclie de barietd Si (ii) funa,rc metabolicd (adicd

s6 asigure celulei schimburi de informa{ie gi de substanti cu mediul, in ambele sensuri: dinspre

exterior spre interior Ei dinspre interior spre exterior)

Referin{el. Overton E. (1899) Uber die allgemeinen osmotischen Eigenschaften der Zelle, ihre vermutlichen Ursachen und

ihre Bedeutung fiir die Physiologie. Vierteljahrsschr. Naturforsch. Ges Ziirich 44: 88-l 14.

Z. Gortel E, Grendel F. (1925) On bimolecular layers of lipoid on the chromocytes of the blood. J Exp Med. 41,

43H43.3. Robertson JD. (1957) New observations on the ultrastructure ofthe membranes offrog peripheral nerve fibers'

J Biophys Biochem CYtol-3: 1043-8.

4. Singer SJ, Nicolson GL. (1972) The fluid mosaic model of the structure of cell membranes. Science. 175:720-

31.

5. Singer SJ, Nicolson GL. (1971) The structure and chemistry of mammalian cell membranes. Am J Pathol. 65:.

427-37.

6. Steck TL, Weinstein RS, Straus JH, Wallach DF. ( I 970) Inside-out red cell membrane vesicle s: preparation and

purifi cation. Science. 168:. 255-7 -

1. Steck TL. (1972) Selective solubilization of red blood cell membrane proteins with guanidine hydrochloride.

Biochim Biophys Acta.255: 553-6.

g. Steck TL. (1974) The organization of proteins in the human red blood cell membrane. A review. J Cell Biol.

62: l-19.

9. Marchesi SL, Steers E, Marchesi VT, Tillack TW. (1970) Physical and chemical properties of a protein isolated

from red cell membranes. Biochemistry- 9: 50-7 .

10. Tillack TW, Marchesi SL, Marchesi VT, Steers E Jr. (1970) A comparative study of spectrin: a protein isolated

from red blood cell membranes. Biochim Biophys Acta.200 125'31.

ll. Tillack TW, Marchesi VT. (1970) Demonshation of the outer surface of freeze-etched red blood cell

membranes. J Cell Biol- 45:649-53.

12. Segrest JP, Jackson RL, Andrews EP, Marchesi VT. (1971) Human erythrocyte membrane glycoprotein: a re-

evaluation of the molecular weight as determined by SDS polyacrylamide gel electrophoresis. Biochem Biophys

Res Commun. M:390'5.

13. Nicolson GL, Marchesi VT, Singer SJ. (1971) The localization of spectrin on the inner surface of human red

blood cell membranes by ferritin-conjugated antibodies. J Cell Biol. Sl:265-72.

14. Marchesi VT, Tillack TW, Jackson RL, Segrest JP, Scott RE. (1972) Chemical characterization and surface

orientation of the major glycoprotein of the human erythrocyte membrane. Proc Natl Acad Sci ll S A.69l.1445-

9.

15. Tillack TW, Scott RE, Marchesi VT. (1972) The structure of erythrocyte membranes studied by freeze-etching'

II. Localization of receptors for phytohemagglutinin and inlluenza virus to the intramembranous particles. JExp Med. 135: 1209-27.

16. Segrest JP, Kahane I, Jackson RL, Marchesi VT. (1973) Major glycoprotein of the human er)'throc)'te

1n..br*., evidence for an amphipathic molecular structure. Arch Biochem Biopfus.155: 167-83.

Dt Mircea Leabu - Intoducere in biologia celulard (iconogofie curc)

Biologie celulard

Biologie celulardumane

. Studiul fenomenelor biologice in contextulcelulei - cum este organizatd gi cumfunclioneazd celula

. Fenomen biologic - Tngiruire, intr-o anumitdsecvente, de reaclii/procese biochimice

. Aspecte descriptive (analitice) - organizarea(ultra)structural5 a celulei

. Aspecte integrative (sintetice) - cum funcfio-neazd structurile celulare (individual gi Tn

cooperare)

Dr- Mircea Leobu - Introducere in biologia celulari (iconografie curs)

Celula

Unitotea structurald gi funcyionsld elementard deorganizare a lumii vii core:. conservd qi transmite caracteristicile organismuluidin core face parte;. aFe capucitatea de a se autoregla gf de a seautoreproduce;. este rezultotul unui tndelungat proces de evolufie.

Un pic de istorieCuvAntul celuld din latinescul cella I cellula

cdmaruld; introdus de Robert Hooke, in1665, ca urmare a examindrii la microscop astructurii lemnului de plutiTeoria celulari asupra organizdrii lumii vii -introdusi de Matthias Jakob Schleiden giTheodor Schwann, in 1839, completati deRudolf Virchow, in 1858

- toate organismele conlin una sau mai multe celule

- toate celulele provin din alte celule (omnis cellula ecellulo)

- funcliile vitale intr-un organism se petrec in celule

- toate celulele conlin ereditar informalia necesardpentru reglarea funcliilor lor gi pentru transmitereainformaliei generaliilor urmdtoare de celule.

htts :/en.wiki@ia.org^irlki/Robert_Hooke

Dr. Lfircea Leabu - Intrc&rcerein biologitcelabfi (ieonogafie am)

De ce se studiem celula?

a

a

a

$i

Definitia celulei, un rdspuns?Fenomenul viefii - rezultatul activit5fii celulelorFiziologic vs. patologic

o Orice interventie medicali - acomodatd decelule

Corelarul:celula trehuie cunoscute respectatd!

Diversitatea celulardOrdinul de mirime al numdrului de celule inorganismul uman matur: 1A14

- Hematii:2,5 x 1013

- Neuroni: -19tt (10e - 1012)

- Nevroglii: -10t2- Hepatocite: -2x 1011

Dimensiunea medie -1 Opm

Dimensiuni: 0, 1 pm (Micoplasma pneumoniae, agentEaton, pneumonie atipicd) - 150pm (ovulul)Masa medie -1ng"lnfinitatea" de stdri/situatii: creierul uman 2 laputerea 1A14 stdri (10r+ sinajse, fiecare sinapsi 2 stdri)

Forme celulare

t

o

o

a

Ib. Mircealeaht - Introfrtcereln biolqia eelnlarfr (ieonografie cun)

Dimensiunea celulard

Comparafie procariote v,s. eu carioteCARACTERISTICI PROCARIOTE EUCARIOTE

Tipuri de organisme eubacteriiarchaebacterii

protiste (EK uniceluhre): alge,protozoare, drojdii; fu ngi; plante;animale

Dimensiunea celulei micd, in intervalul 0,1-2 ym mare, de obicei 1&100 pm

Metabolism divers (anaerob sau aerob) aerob (exceplie celule fSrd mitocondrii)

Organite firi organite delimitate deendomembrane

numeroase organite: nucleu delimitatde anvelopd nucleari, mitocondrii,reticul endoplasmic, lizosomi,peroxisomi, cloroplaste

Acid deoxiribonucleic(ADN)

ADN circular, necomplexatcu proteine

ADN de dimensiuni mari, cu capetelibere, organizat sub formd decromatind la nivelul nucleului

Cromozomii o singuri moleculd de ADNcircular (in bucld inchisi)

mai mufte molecule deADN liniar,capetele protejate de telomere

Acid ribonucleic (ARH) siproteine

ARN-u! qi proteinele suntsintetizate in acelagicompartiment intracelular

ARN biosintetizat gi prelucrat in nucleu;biosinteza proteinelor incepe incitoplasmd; unele prelulate co- saupost-trad ucere de organite

Ribosomi 70s 80S (citosol), 70S (mitocondrii,cloroplaste)

i

I

I

I

I

I

i

Ilr. Mirceu Leaha - Introfrrcerc in biologia celulard (iconografie cun)

Comparafie procariote y,s. eucariote

Compara{ie procariote y,s. eucarioteCapsula

€l,-1 - nucleol, 2- nucleu, 3- ribozom, \4 -vezicule, 5 - reticul endoplasmic \

P.r(

ffi *-@,@

rugos, 6 - aparat Golgi, 7 - elementcitoscheletal, 8 - reticul endoplasmicneted, 9 - mitocondrii, 10 - vacuolS,1 1 - citosol, 12 - lizozom,13 - centrioli.

@

CARACTERISTICI PROCARIOTE EUCARIOTE

Citoschelet absent repa complexd alcdtuiti din microtubuli,microfilamente gi filamente intermediare

Motilitate fl ageli, glisare, zvicniri,mod ifi dri ale fl otabilititii

reorganiziri ale citosc*reletului

Perete celular peptidoglican celulozi sau chitind (plante);absent (animale)

Diviziunea celulari prin fisiune (diviziune binard) prin mitozi (meiozd, la celulele sexuale)

Reproducerea prin fisiune binar5, tnmugurire fisiune gi inmugurire (EK inferioare);sexuat6, cicluri de meiozd-fertilizare(animale gi plante superiore)

Organizarea unicelulari multe pluricelulare, cu diferenlieri innumeroase tipuri de celule

Toleranla la mediu proliferare rapidd, adaptabilitatela varialii mari ale factorilor demediu

suportd varialiilimitate ale factorilor demediu

Citoplasme

Ribozoni

Comparafie procariote y^s. eucariote

Ir€rnbr6nE lltcr*rana mdsotsar.Eni tEefittpLslrrlaflS,

{al Celuli pocaliri

Ih. Mbeea Leahr - fnfioducere tn biologia cefulard (ieonografie carc)

,o.uu*,i ,fu

[b) C*#erE iol,

I{udeo3

I

I

t_

Definirea nofiunii de organit

O rga n izarea cu rsu ri lorCurs introductiv (Obiectul biologieicelulare. lntroducere in studiulmembranei celulare) (1 prelegere)

Organizarea molecul ard abiomembranelor (lipide membranare,proteine membranare, componentaglucidicS a membranei)(1 prelegere)

Funclionarea membranelor ca sistemintegrat (2 pretegeri)

- Semnalizarea membranard

- Transportul transmembranar

Organite nedelimitate deendomembrane (ribozom,proteazom, citoschelet) (1 pretegere)

Dr. Mircea Leabu

Dr. Mihai Hinesor

Dr" Vas#baBaq;.b

a

a

a

a

Dr. h{ircet Leabu - fnfioducere in biologia celalard

O rgan izarea cu rsu ri lorOrganite delimitate de endomembrane (reticulendoplasmic, aparat Golgi, lizozom) (1 pretesere)

Biosinteza si dinamica intracelulara aproteinelor 1t prelegere)

Biogeneza 9i traficul intracelular al membranelor(cooperarea RE-Golgi-lizozom i-sistemendozomal-membrani celulari) (1 prelegere)

Organite semiautonome (peroxizom,mitocondrie) (1 pretegere)

Energeticd celulard $ pretesere)

lnteracfiunea biomecanici a celulelor cu mediul(1 prelegere)

Nucleul (2 prelegeri)

Moartea celulari (programatd sau accidentala)(1 prelegere)

http://www. ncbi.nlm. nih.qov/bookslN BK2 1 0541 http:/Amryw.whfreema n. com/lod ish4e/http :/lwww. ncbi. nlm. nih. oov/bookshelflbr. fcq i?book=mcb

Dr. Sanda Cretoiu

Dr. Eugen Radu

Bibliografia

Site-ul Pub Med: http:l/vrrvurv.ncbi.nlm.nih.gov/siteslentrez?db=pubmed

Ib. Mbcea Leaht - hdrofuceretn hiolqia celulod ficonogafie cars)

AvertismentCunoagterca in biologia celulari

Un rdspuns dat...

... nagte multiple intrebdri!

Se aveti spor Tn infelegerea celulei!

Performanta?

Se ajungefi si gfindifi prin prisma celulei!

Dr. Lfttcea Leafut - fnfi&tcere in biolasia ceblmd ficonografie cun)

ORGAN IZAREA MOLECU LARAA MEMBRANELOR CELULARE

De la molecule lo o structurd func{ionold

Membrana celulard

. Definifia

Ultrastructara core

uneste

sepord

celula de mediu

Dt Mircea Leabu - Intru*rcerc tn biologia celalofi (iconografie cun)

CONSIDERATI! GENERALE ASUPRA

ORGANIZARTI MOLECULARE A MEMBRANELOR

' Ap5:. Rezidiu uscat:

- Substanle minerale:

- Substanle organice:. Lipide:. Proteine:. Componenti glucidicS:

20-304/o

70-80o/o

-1o/o

-99o/o4O-50o/o

50-60%

1-1Oo/o

Aranjarea componentelor chimice Tn biomembraneconform modelului mozaic fluid

Singer SJ, Nicolson CL {1972\ The fruitt npsaic model of the structure of cell membranes. Scrbnce. 175:72&731 .

componenff glucldlcn

Funcfiile membranei celulare

1. Functie de barierd2. Funaie mctabolicd

Ilr. Dfrrculeabt - hlbo&.eere?n btolagia c&Iti (toilografre fffi)

Imagini de mozaic

caracteristici fizice, chimice gi biologiceale membranelor celulare

. Eterogenitateo Asimetrie. Fluiditate bidimensionald

' Care esfe semnificalia biologicd a acestor caracteristici?

'cine participd la asigurarea acesfor caracteristici?

t1