Bazele moleculare ale motilitatii celulare

Bazele moleculare ale motilitatii celulare.

Obiective:

Expicarea proceselor de baza ale contractiei musculare

Rolul miscarilor celulare- motilitate ca proprietate de baza ale celulei.

Motilitatea ca proprietate de baza a materiei vii ca rezultat a unor procese moleculare care genereaza existenta a 2 sisteme motile de baza: sistemul actina-miozina (A-M) pt contractia musculara si sistemul microtubul-dineina (M-D) ce activeaza flageli, cili, profilamentele etc.

Miscarile celulare ce au la baza sistemul actina- miozina.

In general sistemul molecular ce asigura motilitatea cuprinde 3 categorii de procese biologice:

Miscarile din timpul contractiei musculare

Miscarile ce modifica raporturile dintre celula si mediul extra celular (implicat actina-miozina si sistemul microtubul-dineina)

Miscari ce nu modifica raporturile dintre pozitia si rolul celulei si mediul extern deoarece sunt miscarile intracelulare (diviziunea celulara, ) miscarile microvililor (intestin, trompa uterina) curenti citoplasmatici- implicata sistemul actina-miozina si microtubul dineina

Sistemul actina-miozina explica in primul rind mecanismele moleculare ale contractiei musculare. Care se bazeaza pe interactiunea dintre actina si miozina ce se interconditioneaza printr-o legatura intre cele 2 tipuri de filamente, care prezinta un cap si o coada. Capul miozinei se leaga de filamentul subtire de actina- legare realizata prin intermediul ATP-ului.

In acest proces intervin si proteinele accesorii troponina si tropomiozina care favorizeaza legarea filamentelor de miozina de cele de actina. Aplicandu-se principiul de fizica "al miscarilor de clicheti". Procesul prin care se ancoreaza filamentul de actina de cel de miozina poarta denumirea de glisare sau alunecare, prin intermediul unor punti.

Contractia musculara este forma clasica de miscare avand la baza sistemul actina-miozina existand miscari specializate prin structuri pt muschi scheletici, cardiac, si neted

Muschi scheletici.

Formate din fibre musculare cu mai multi nuclei

2-3 din masa fibrei- sunt miofibrilele, elemente cilindrice ce strabat intreaga structura a celulei musculare formate din fascicule musculare si avand ca unitate de baza a contractiilor- sarcomerul cu o structura specifica procesului de contractie.

Miofibrila- benzi intunecate si benzi luminoase dispuse la acelasi nivel in muschiul striat: cele intunecate A sau anizotrope si cele luminoase I sau izotrope.

Banda I strabatuta de o linie intunecata, denumita linia Z (sau discul Z) si distanta dintre 2 discuri poarta numele de sarcomer.

Fiecare sarcomer are in compozitia sa structuri de actina si miozina care in momentul glisarii dintre aceste filamente realizeaza procesul de contractie musculara (expicat de HUXLEY) aceasta glisare dintre cele 2 tipuri determina aparitia procesului de contractie musculara, deoarece filamentele se intrepatrund si determina contractia musculara prin scurtarea sarcomerului (care duce la scurtarea lungimii fibrei musculare) se realizeaza cu ajutorul energiei furnizate de ATP si de Ca2+, factori implicati in procesul de cotractie.

In procesul de contractie mai sunt implicati si alti factori:

Proteinele accesorii aflate in discul Z (alfa actinina si desmina) proteine care favorizeaza ancorarea in discul Z si aliniaza miofibrilele adiacente

Ca2+ are un rol important- determina contractia muschiului scheletic cand excitatia nervoasa declanseaza un potential de actiune la nivelul membranei fibrei musculare

Interactiunea dintre Ca2+ si ATP determina aparitia unei pompe de Ca2+ care actioneaza pt producerea contractiei iar in momentul despartirii relaxarea musculara.

Proteinele troponina si tropomiozina asociate cu actina pot sa blocheze sau sa relaxeze contractia musculara, in plus troponina induce eliberarea Ca2+ din reticulul sarcoplamic al fibrei musculare si realizeaza procesul dde contractie musculara

Cardiac: o aranjare asemanatoara a filamentelor ca si la cel scheletic.

Neted: consta din celule musculare fusiforme, filamentele nu formeaza miofibrile, da nastere unor structuri specifice- structurii musculare netede (organe interne) iar miozina din muschiul neted se deosebeste de cel striat.

Activitatea ATP este de zece ori mai mica, ca si in cazul musculaturii scheletice

Miozina nu poate interactiona cu actina decat daca lanturile sale usoare sunt fosforilate, proces efectuat de enzime specifice (kinaza).

Alte miscari avand la baza sistemul actina-miozina.

Miscarea de locomotie amoebodala are importanta deosebita _ prin acest mecanism leucocitele parasesc vasele sanguine si se deplaseaza la locul infectiei.

Celulele specifice denumite fibroblase la suprafata ranilor (depun colagen pt cicatrizare).

Principiul de actiune al miscarilor amoeboidala (pseudopode) (prin procesul de transformare a solului in gel si invers: asta fiind mecanismul de aparitie a pseudopodelor- asta asigura miscarile leucocitelor si a fibroblastelor)

Fibroblastele: miscarea se realizeaza printr-o structura a fibroblastului , contine o fibra de retractie si a prezentei unor structuri microviliare (cili mici) in exteriorul fibroblastului a caror miscare determina ondulanta la suprafata, prin aceasta forma apar lamelipodele care permit deplasarea fibroblastelor in vasele de sange pe asa numitele placi de adeziune.

Se realizeaza prin procese de extensie , adeziune si contractie , fibroblastul inaintand spre locul infectiei aparute. Aceasta poarta numele de chimiotactism: specific singelui care influenteaza deplasarea fibroblastelor.

Acest proces e favorizat si de proteinele serice- considerate ca un complement al fibroblastului si creaza fenomenul de chemotactism, chemotactismul e generat de prezenta unor proteine ce strabat vasul de singe iar in interiorul circulatiei sanguine ele aditioneaza grupe de metil denumite- proteine chemotactice acceptoare de metil (MCPs)

Miscari din microvili: expansiuni permanente pe suprafata unor celule cu functie de absorbtie (intestin subtire, ale tubului contort proximal din rinichi, celulele hepatice)

Maresc suprafata de absorbtie si intervin transportand substantele absorbite spre interiorul celulei. Acest lucrul se realizeaza prin structura microfilamentelor pe care le contin si care sunt constituite din actina si miozina care se contracta favorizand miscarile microvililor.

Pot sa mareasca prin structuri specifice ce formeaza asa numita margine in perie pana la 20 de ori viteza de absorbtie.

In interior exista 40 de de microfilamente formate din actina si miozina formand la capatul terminal un buton terminal.

Curentii citoplasmatici.

Citoplasma in structura sa in forma de citosol nu este o formatie inerta ci are o dinamica ce se schimba in raport de functiile care le indeplineste la nivelul fiecarei celule.

La nivelul ei se realizeaza in prezenta miscarii de rotatie denumite cicloze prin intermediul unor curenti citoplasmatici.

Acest lucru este generat de sistemul molecular actina-miozina care are rolul principal prin intermediul filamentelor de actina si miozina si a unor componente biologice care genereaza aceste miscari.

Sunt considerate miscari de interactiune dintre actina si miozina si transportul axo-plasmatic din interiorul neuronului ca forma specializata a unor curenti citoplasmatici

Miscarile celulare avand la baza sistemul microtubul-dineina.

In aceasta categorie includem cili si flageli care au un mecanism molecular de miscare indentic, se deosebesc insa prin cateva mecanisme de functionare- cili- prelungiri multiple pe suprafata celulara (aparatul respirator, oviduct)- flagelul- unic (in organismul uman) in structura spermatozoidului.

In timp ce cili au miscari de bataie -revenire, flagelul are o miscare ondulatorie (elicoidala).

Structura cilului este formata din 3 parti:

Libera (cilul propriu zis)

Corp bazal

Radacina

Partea libera a cilului format dintrun complex de structuri microtubular numit axonema protejat de hialoplasma si de o membrana celulara. Axonema are un plan de organizare specific, fiind format din structuri denumite 9 dublete care sunt legate inter ele printr-o substanta denumita NEXINA care asigura legatura dintre cele 9 dublete, fiecare dublet constituit dintr-un subfragment A si un subfragment B.

Dubletul se prelungeste cu o structura de ancorare denumita dineina, structura dubletelor fiind asemanatoare cu a microtubulilor - se formeaza sistemul microtubul-dineina. Fiecare dublet format din microtubul numit subfibra A sau B.

Fiecare subfibra (A/B) prezinta o structura de 13 protofilamente care se ataseaza structurii axonemei.

In partea centrala a celor 9 dublete se gasesc inca doua structuri care fac legatura cu dubletele prin asa numita spite, legandu-se de structurile centrale prin tubuli individuali.

Axonema ca structura a cilului functioneaza pe baza interactiunii dintre dublete (structura microtubulara )si dineina care determina procesele de contractie ale flagelului si functionarea acestuia.

Structurile specifice cilului si flagelului fiind identice , interactiunea dintre microtubul si dineina asigura mecanismul molecular al functionarii celor 2 structuri, intrucat dineina este format din polipeptide (mari) care genereaza eliberarea de energie.

Aplicatii medicale.

Deoarece dineina joaca rol decisiv - absenta lui determina aparitia unei boli genetice - sindromul cililor imobili: determinind infectii respiratorii (bronsite recurente, sinusita cronica) din cauza incapacitatii cililor de a curata caile respiratorii generind stari febrile si implicatii respiratorii.

Sterilitatea (imobilitatea spermatozoizilor) dineina lipseste in flagelul care din aceasta cauza nu se poate deplasa, si axonema are structura alterata)

Genereaza si boala situs inversus (asimetria unor organe vitale- aparitia syndromului KARTAGENER.

Poate exista si o bataie unidirectionala in viata embrionara - evolutia organelor are loc intr-o anumita directie.

In 1972 Singer si Nicolson descrie membrana celulara ca fiind un dublu strat lipidic.

Conceptia actuala sustine ca toate membranele biologice au acelasi structura se bazeaza pe cercetarile efectuate pe membrana plasmatica. (MP).

Primul model a MP a fost obtinuta prin studierea membranei eritrocitului, deoarece eritrocitele nu contin nuclei si organite delimitate de membrane, iar extragerea MP in stare pura este destul de usoara permitind evidentierea componenetelor sale majore: bistratul lipidic si proteinele membranare.

Definitia membranelor biologice: realizeaza functia principala de invelis a celulei sau organitelor celulare, oferind acestora individualitate.:

Prezinta o permeabilitate inalt selectiva

Controleaza fluxul de informatii

Trimit si primesc semnale electrice si chimice

Tipuri de membrane:

Membrana plasmatica: cea mai reprezentativa

Membrana organitelor intracelulare care pot fii simple sau duble (nucleul si mitoconria), exista doua organite care nu au membrana (ribozomii si nucleolul)

Toate aceste membrane au o structura comuna cu membrana plasmatica.

De tip special e teaca de mielina ce inconjoara fibra nervoasa (acestea sunt secretate de celule schwan)

Functiile membranei celulare:

Mentine stabilitatea si integritatea celulara

Este o bariera protectiva si selectiva

Intervine in metabolismul celulei

Controleaza fluxul de informatii

Permite modificari functionale adaptive

Rol de aparare celulara

Compozitia membranelor biologice.

Membranele bilogice sunt formate din dublu strat de lipide, proteine membranare integrale sau periferice si oligozaharide.

Bistratul lipidic:

• Fosfolipide
• Glicolipide
• Colesterol

Fosfolipidele pot fii:

• Fosfogliceride
• Sfingolipide
• Sfingomilelina