C04 Membrana Celulara Jonctiuni [PDF]

Zitiervorschau

Membrana celulară

Arhitectura moleculara a membranei celulare. Invelisul celular. Structura moleculara a plasmalemei. Structurile specializate ale membranei celulare. Jonctiunile celulare.

Celula – sistem deschis!

Membrana: - componenta celulară cea mai importantă - majoritatea structurilor celulare; - menţine în limite constante organizarea complexă a celulei; - asigură selectiv şi controlat, schimbul de substanţe, precum şi stabilirea de relaţii specifice cu alte celule. Sistemul de membrane celulare: -membrana celulară externă sau plasmalema, care este dispusă la periferia celulei; -endomembranele celulare, care intră în structura majorităţii organitelor citoplasmatice.

Endomembranele celulare „ „ „

„

Compartimente structurale şi funcţionale – organite; Asigură transportul moleculelor; Reprezintă o suprafaţă interactivă pentru sinteza lipidelor şi proteinelor; Principalele organite: • Capsula nucleară; • RE; • Ap. Golgi; • Lizozomi; • Vacuole(depozite); • Vezicule(transport);

Învelişul celular - componente 1.

2.

3.

Glicocalixul, se prezintă ca un înveliş de natură glucidică, glicoproteică şi glicolipidică, la suprafaţa externă a plasmalemei. Plasmalema sau membrana plasmatică are o compoziţie moleculară lipidică şi proteică complexă. Corticala celulară (ectoplasma)

Diferenţieri ale învelişului celular: - joncţiuni – adeziune/comunicare; - microvili – cresc S celulară; - cili, flageli, pseudopode – motilitatea celulară;

Funcţii generale ale învelişului celular „

barieră fizică - se menţine structurarea mediului intracelular la un înalt nivel de organizare;

„

transport - schimburi de energie şi materie între cele două medii pe care le separă;

„

recepţionează informaţii - plasmalema conţine receptori capabili de a capta foarte specific mesageri extracelulari;

„

asigură adeziunea intercelulară - joncţiuni celulare;

„

asigură apărarea celulei - plasmalema este implicată în imunitatea celulară a organismului;

Structura moleculară a plasmalemei „

proporţia de masă lipide/proteine în plasmalema celulei animale este de 1:1

A. Principalele tipuri de lipide care intră în alcătuirea membranei sunt: a- fosfolipidele b- colesterolul c- glicolipidele

}

amfipatice sau amfifile – asigură autoasamblarea moleculelor aflate în mediu apos în structuri ordonate, ceea ce duce la formarea unui bistrat lipidic

a. Fosfolipidele membranare - Fosfogliceridele (ex: fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina şi respectiv, fosfatidilinozitolul ); - Sfingolipidele

b. Colesterolul membranar Efectele pe bistrat: „ influenţează fluiditatea; „ permeabilitatea la molecule mici, hidrofile; „ creşte flexibilitatea şi stabilitatea fizică;

c. Glicolipidele membranare Glicolipidele neutre (ex: galactocerebrozida – mielina); „Gangliozidele sunt cele mai complexe glicolipide (6% lipidele membranei neuronale). Conţin întotdeauna, pe lângă radicali glucidici neutri, şi acid sialic (NANA); „

Bistratul fosfolipidic „

„

moleculele lipidice membranare se dispun în dublu strat (bistrat lipidic), cu capetele hidrofile orientate spre faţa externă, respectiv spre faţa citoplasmatică a bistratului, iar cu cozile hidrofobe orientate spre interiorul bistratului. în structura membranelor biologice, proteinele îndeplinesc funcţiile specifice, iar fosfolipidele sunt responsabile pentru integritatea structurală.

Bistratul fosfolipidic - proprietăţi 1.

Autoasamblare - Moleculele lipidice, datorită caracterului amfifil, manifestă tendinţa de a forma bistraturi în mediu apos;

2.

Fluiditate - mişcarea moleculelor în bistratul membranar

Bistratul fosfolipidic - proprietăţi 3.

Asimetrie determinată de compoziţia lipidică diferită a celor două jumătăţi

ale bistratului: - stratul extern predomină lipidele cu gruparea colinică (neutre), toate glicolipidele şi lipidele cu acizi graşi nesaturaţi; glicolipidele - sunt orientate exclusiv cu radicalii glucidici spre faţa extracelulară a membranei; - stratul intern predomină lipidele cu sarcină electrică (fosfatidilserina negativă, fosfatidiletanolamina) şi lipidele cu acizi graşi nesaturaţi;

B. Proteinele membranare „

Îndeplinesc majoritatea funcţiilor specifice Membrana

Procentaj din masa totală Proteine

Lipide

Glucide

18

79

3

Eritrocit uman

49

43

8

Ficat de şoarece

44

52

4

Amoeba

54

42

4

Cloroplaste

70

30

0

Membrana de Halobacterium

75

25

0

Membrana internă mitocondrială

76

24

0

Mielina Membrane plasmatice

Tipurile de proteine membranare 1. 2. 3.

4.

proteine transmembranare(amfipatice); Proteinele ancorate la glicozil-fosfatidilinozitol(faţa externă); Proteinele ancorate la miristat şi proteinele ancorate la farnezil (faţa internă) – proteine transformante; proteine membranare periferice

Proprietăţile specifice ale proteinelor transmembranare „

„

toate proteinele transmembranare traversează bistratul sub forma de lanţuri α => se formează punţi de H; Proteinele transmembranare au o orientare unică în membrană;

„

Marea majoritate a proteinelor transmembranare sunt glicozilate;

„

gruparea sulfhidril (-SH) prezentă în aminoacidul cisteina din structura proteinelor rămâne în stare redusă (-SH) pe faţa citoplasmatică, dar participă la formarea legăturilor disulfurice (S-S) pe faţă externă

Reconstituirea experimentală a funcţiilor proteinelor transmembranare „

proteinele transmembranare pot fi solubilizate doar cu agenţi care distrug bistratul prin disocierea legăturilor hidrofobe: - detergenţi ionici puternici(încărcaţi electric ) - dodecilsulfatului (SDS); - detergenţi neionici(neutri) – Triton;

Mobilitatea proteinelor membranare

Experimentul lui FRYE şi EDIDIN care demonstrează difuziunea proteinelor membranare

Mobilitatea proteinelor membranare

Photobleaching technique

Modelul de mozaic fluid al membranei SINGER şi NICOLSON - 1972 -lipidele şi proteinele transmembranare sunt dispuse în mozaic; -membrana are o structură semifluidă, atât lipidele cât şi proteinele executând mişcări de translaţie în planul bistratului lipidic; -fluiditatea implică existenţa între componentele moleculare, a interacţiunilor fizico-chimice slabe, necovalente; -toate moleculele care intră în structura de bază a membranei sunt amfifile (amfipatice);

Modelul de mozaic fluid al membranei -fluiditatea mozaicului este posibilă doar în condiţii de temperatură superioară

temperaturii de tranziţie din faza de gel în faza de cristal lichid, condiţie realizată de nivelul temperaturii fiziologice; -bistratul lipidic are o structură bidimensională, fapt ce decurge din dispoziţia asimetrică a moleculelor în membrană.

Restricţionarea mobilităţii laterale a proteinelor membranare „

(A) autoasamblare în agregate mari;

„

(B) blocarea prin interacţiuni cu complexe macromoleculare situate la exteriorul celulei;

„

(C) blocarea prin interacţiuni cu complexe macromoleculare situate la interiorul celulei;

„

(D) blocarea prin interacţiuni cu proteine situate pe suprafaţa altei celule;

Restricţionarea proteinelor membranare în domenii distincte

Polarizarea funcţională a membranei enterocitului Enterocitele: -

-

absorb substanţele nutritive provenite din digestia alimentelor, din lumenul intestinal în citoplasmă; transferă substanţele absorbite, în sânge;

Structurile specializate ale membranei celulare „

„

„

„

„

majoritatea celulelor animale sunt organizate în structuri multicelulare care formează ţesuturile; celulele sunt capabile să stabilească contacte foarte strânse între ele prin intermediul joncţiunilor celulare => consistenţa ţesuturilor; Majoritatea celulelor au membrana organizată în domenii distincte, fiecare specializat pentru anumite funcţii - polarizate funcţional; Majoritatea celulelor sunt capabile să-şi imobilizeze proteinele membranare în zone specifice ale bistratului lipidic; Modalităţile cele mai comune de blocare a mobilitaţii laterale a proteinelor membranare se realizează prin legarea lor la ansamblul molecular de pe suprafaţa sau din interiorul celulelor;

Joncţiunile celulare Categorii funcţionale: -A. joncţiunile de ocluzie, care leagă celulele epiteliale într-un strat continuu, în aşa fel încât blochează trecerea moleculelor dintr-o parte a stratului înspre cealaltă parte; se mai numesc joncţiuni strânse("tight junctions") ; -B. joncţiunile de ancorare, care ataşează mecanic celulele şi citoscheletul lor, cu celulele vecine sau cu matricea extracelulară; cuprind joncţiunile de aderenţă şi desmozomii; -C. joncţiunile comunicante, care mediază trecerea semnalelor chimice sau electrice de la o celulă la alta; cuprind joncţiunile "gap" şi sinapsele chimice.

Joncţiunile celulare

1. Joncţiunile de ocluzie joncţiuni strânse „

constituite dintr-o reţea de şiruri de molecule proteice anastomozate care, toate, înconjoară polul apical al fiecărei celule din epiteliu;

„

Capacitatea de blocare - logaritmic cu numărul șirurilor proteice; 2+ Dependente de Ca din spațiul intercelular;

„

Roluri:

„

¾ separă două cavităţi prin legarea strânsă a celulelor epiteliale, blocând astfel difuziunea liberă a moleculelor prin spaţiile intercelulare; ¾ separă suprafaţa celulelor epiteliale în pol apical şi pol bazolateral, prin blocarea difuziunii libere a moleculelor transportoare;

Joncţiunile de ocluzie joncţiuni strânse ("tight junctions")

Când concentraţia de Ca2+ din mediu scade, joncţiunile se dezintegrează, iar dacă este readusă la normal, aceste joncţiuni se reagregă în maximum o oră.

Rolul joncţiunilor strânse

2. Joncţiunile de ancorare „

„

foarte abundente în ţesuturile supuse unor solicitări mecanice severe (muşchiul cardiac, epidermul, colul uterin); două forme structural şi funcţional diferite: ¾ (2A). joncţiunile de aderenţă, care prezintă în citoplasmă situsuri de conectare la filamentele de actină; Categorii: -

joncţiuni celulă-celulă; contacte focale (celulă-matrice);

¾ (2B). desmozomii şi hemi-desmozomii, care prezintă în citoplasmă situsuri de conectare la filamentele intermediare;

Joncţiunile de ancorare – 2 tipuri de proteine

Componente principale: ¾proteine intracelulare de ataşare citoschelet (A/FI); ¾glicoproteine transmembranare de legare (GPv/MEC);

(2A). Interacţiunea joncţiunilor de aderenţă cu filamentele de actină

în epitelii, joncţiunile de aderenţă au forma unor benzi care înconjoară, ca un cordon, polul apical al celulelor, imediat sub joncţiunea de ocluzie; „

Interacţiunea joncţiunilor de aderenţă cu filamentele de actină (celulă-celulă)

Interacţiunea joncţiunilor de aderenţă cu filamentele de actină (celulă-celulă)

Contacte focale sau plăci de adeziune (celulă-matrice)

(2B1). Joncţiuni de ancorare - desmozomii

puncte de contact intercelular sub formă de butoni, care leagă strâns celulele din diferite ţesuturi, în special epitelii; „

„

„

„

desmozomii reprezintă situsuri de ancorare ale filamentelor intermediare; filamentele intermediare ale celulelor adiacente se interconectează indirect, prin intermediul acestor joncţiuni, formând o reţea continuă în întregul ţesut; filamentele pot fi de: keratină (epit.), desmină (mm), vimentină (meninge).

(2B1). Joncţiuni de ancorare - desmozomii

(2B1). Joncţiuni de ancorare - desmozomii

Complexe moleculare: - placa citoplasmatică; - GP transmembranare de legare;

(2B2). Joncţiuni de ancorare - hemidesmozomii

„

„

„

"jumătăţi de desmozomi", asemănători morfologic cu desmozomii, dar distinşi de aceştia, atât funcţional cât şi biochimic; conectează suprafaţa bazală a celulelor epiteliale la lamina bazală (structură specială a matricei extracelulare, dispusă la interfaţa dintre epitelii şi ţesutul conjunctiv); desmozomii şi hemidesmozomii acţionează că nişte butoni care distribuie forţele de tensiune ce se exercită asupra epiteliului şi asupra ţesutului conjunctiv situat sub acesta.

(2B2). Joncţiuni de ancorare - hemidesmozomii

3. Joncţiunile comunicante (gap) „

„

„ „ „

regiuni joncţionale specializate caracterizate prin apropierea membranelor, între ele rămânând totuşi un spaţiu de 15 nm; mediază comunicarea dintre celule deoarece lasă să treacă prin ele, direct din citoplasma unei celule la celula vecină, ionii anorganici şi alte molecule hidrosolubile mici; comunicarea intercelulară se realizează prin conexoni; permit pasajul moleculelor cu diametrul maxim de 2 nm; Fiecare joncţiune gap conţine la nivelul său câteva sute de conexoni;

3. Joncţiunile comunicante (gap) Conexonii constituiţi din proteine transmembranare;

-

formează un canal care conectează direct citoplasmele celor două celule; -

format din 6 molecule proteice identice, numite conexine (hexamer); -

se închid la concentraţii mari de ioni de calciu;

-

3. Joncţiunile comunicante (gap)

Semnificaţie fiziologică Difuzia ionilor de calciu prin joncţiunile comunicante coordonează contracţia tuturor celulelor miocardice; -

anomalii ale permeabilităţii acestor joncţiuni pot afecta sincronizarea contracţiei, cauzând fibrilaţii; -