Citoplasma neuronala

Citoplasma neuronala

1 Citoplasma neurolnala, elastica si deformabila, are o structura complexa, in care coexista emulsii si solutii si prezinta o reactie alcalina, cre trece spre cea acida pe masura innaintarii in varsta. Este constituita din hialoplasma ( omogena si hialina ) si organitele intracelulare - formatiuni adaptate diferitelor functii neuronale.

In compozitia citoplasmei predomina apa (65-95%), al carei procent creste progresiv de la nucleu spre periferia celulei. Componente caracteristice materiei vii, detinatoarele proprietatilor biologice fundamentale, proteinele citoplasmatice reprezinta 15 - 20% din greutatea celulei, fiind predominante atat ca holo- cat si ca hetero-proteine. Cercetari biochimice a aratat ca macromoleculele proteice din citoplasma sunt dispuse in lanturi polipeptidice paralele, unite intre ele prin legaturi de hidrogen, electro-valente, Van der Walls, covalente, sau prin punti disulfidice. Macromoleculele proteice sunt unite intre ele prin conexiuni intramoleculare constituind micelii, care, prin legaturi intermicelare, formeaza o retea tridimensionala neordonata ce va alcatui citoscheletul. In formarea agregatelor macromoleculare un rol important pentru stabilirea legaturilor - maimult sau mai putin labile, in functie de anumiti factori externi sau de starea functionala a celulei - au H si electrolitii, care patrund in scheletul intermicelar si determina formarea campurilor electrice, cu rol important in mentinerea si organizarea citoscheletului, a carui structura este intr-o perpetua miscare prin ruperea si innodarea continua a legaturilor in cautarea unui echilibru fluent pe care materia vie nu-l gaseste niciodata. Citoplasma mai cuprinde lipide sub forma de lecitine, cefaline, sfingolipide, cerebrozide, precum si glucide, fie ca elemente structurale (mucopolizaharide), fie ca substante de rezerva (glicogen). In sfarsit, in citoplasma se gasesc si saruri minerale (1%) sub forma de ioni sau combinatii cu alti compusi, precum si substante organice si in special enzime.

2 Mitocondriile

Mitocondriile sunt mai putin numeroase in neuron decat in alte celule ale organismului, numarul lor ( 5 - 10000 ) variind in functie de tipul neuronului si fiind mai numeroase in celulele din cornul anterior, comparativ cu alti neuroni (celulele Purkinje, ganglionii bazali).

Mitocondriile, prezente atat in corpul celular cat si in dendrite si axon, sunt sediul proceselor oxidative care elibereaza energia chimica prezenta in substraturile organice si o converteste in forme usor utilizabile de catre structurile celulare. Nu este, deci, surprinzator ca in neuron agregatele mitocondriale sunt preferential localizate in acele sectoare cu cele mai mari nevoi energetice (sinapse, in apropierea memebranei etc.) . Mitocondriile sunt constituite dintr-un complex fosfo-lipido-proteic (continand din greutatea uscata 65 - 70% proteine, 25 - 30% lipide, in majoritate fosfolipide, si 0,5% ARN), au o forma ovoida, lungimea de 0,25 - 10 si diametrul de 0,25 - 5. Peretii mitocondriali sunt formati dintr-o memebrana externa si una interna care prezinta spre interior o serie de septuri sau creste mitocondriale, trensversale in neuroni si longitudinale in dendrite, axoni sau sinapse, compartimentand continutul mitocondriei intr-o serie de loji si realizand astfel, intr-un volum mai mic, o suprafata cat mai mare necesara diferitelor procese enzimatice. Intre cele doua memebrane exista un spatiu de 120 - 160, iar interiorul (matricea) este plin cu un fluid, care in mod obisnuit este mai dens decat citoplasma si in care a fost demonstrata prezenta cationilor. Se pare ca intre membrana intera si cea externa exista unele deosebiri in ceea ce priveste structura lipoproteica, fapt care s-ar reflecta si in posibilitatile diferite de tresport al substantrlor prin cele doua membrane. Membrana mitocondriala nu are numai rolul simplu de delimitare fizico-chimica, ci este si o stuctura functioala copmlexa ce participa permanent la reglarea metabolismului mitocondrial, comportandu-se ca un sistem reversibil si selectiv (membrana interna fiind selectiva pentru unele substante, cea externa pentru altele). Mecanismul prin care se realizeaza contractia mitocodriei este legat de fixarea si desfacerea moleculelor de apa de catre diferiti compusi, mitocondria comportandu-se ca un osmometru, in sensul ca in mediul hiperton se ratatineaza, iar in mediul hipoton se umfla (swelling), modificarile de volum influentand si functionalitatea mitocondriala.

Pe suprafata interna a membranei mitocodriilor este repartizat complexul enzimatic implicat in lantul respirator si fosforilarea oxidativa, si anume pe creste (cristae) enzimele ciclului Krebs si hidrolazele, iar in matrice enzimele care participa la sinteza acizilor grasi si a aminoacizilor. De remarcat ca mitocondria contine o mare cantitate de K , reprezentand cantitatea nedifuzabila a K din tesutul cerebral.

Rezulta ca mitocondriile sunt sediul proceselor producatoare de energie, al oxidarilor neuronale ("cazanul" metabolic). Capacitatea respiratorie a mitocondriei se pastreaza atat timp cat structura ei nu este compromisa, in timp ce mitocondriile framentate mai pastreaza doar capacitatea de a cataliza unele reactii din ciclul acizilor tricarboxilici. Daca memebrana mitocondriala este deformata de unii agenti - de exemplu de un exces de trioxina, ca in cazul hipertiroidismului -, se va produce decuplarea respiratiei de fosforilarea oxidativa, ducand la aparitia unor tulburari functionale caracteristice, exemplu elocvent de "boala moleculara".

3 Reticulul endoplasmic

Reticulul endoplasmic reprezinta o portiune specializata a unei vaste retele tridimensionale de tuburi citoplasmatice (canale si cisterne), delimitate de o membrana proprie. Acesti tubi, care alcatuiesc un adevarat labirint citoplasmatic, au un dimetru intre 0,1 si 0,3 si sunt plini cu o substanta omogena, a carei natura nu este elucitata complet. La exterior sunt tapetati de ribozomi - particule sferice de 100 - 150 constituite din nucleoproteine (60 - 80% ARN), atasate de reticulul endoplasmic sau libere, sub forma unor siraguri sustinute de un filament de 20 (ARN mesager). Cand se asociaza cu ribozomii, formeaza ergastoplasma (sau forma rugoasa a reticulului endoplasmic, denumita asa in contrast cu cea neteda, organit bogat reprezentat in celulele care au proprietatea de a sintetiza compusi de natura proteica).

Reticulul endoplasmic reprezinta plieri ale membranei plasmatice in corpul celular, in acest fel inglobandu-se in interiorul celulei enorm de mult "mediu extern", care prin intermediul canalelor ajunge in contact cu spatiul dintre cele doua foite ale membranei nucleare. Reticulul endoplasmic este deci un adevarat "sistem circulator intracelular" intre exteriorul celulei si spatiul perinuclear. In lumina acestor date membrana nucleara poate fi considerata ca o portiune diferentiata a reticulului endoplasmic; porii acesteia au un diametru de 50 - 100m, coincizand ca pozitie cu nucleoplasma cu densitate scazuta. Stransele relatii nucleo-citoplasmatice intre reticulul endoplasmic si membrana nucleara sunt demonstrate si de constatarea ca lezarea mecanica sau citoliza reticulului endoplasmic sunt urmate de regenerarea sa dinspre partea membranei nucleare. S-a demonstrat ca membranele reticulului endoplasmic, ergastoplasmei si membrana nucleara au un potential electric de 9 - 10mV, cu mult inferior deci celui al membranei celulare, care este de 60 - 90mV.

4 Complexul Golgi

Complexul Golgi reprezinta o retea neregulata, complexa, cu localizare perinucleara, formata din trei componente: vacuole largi (0,05 - 3), vezicule mici (300 - 500), dispuse sub forma de ciorchine, si vezicule lamelare aplatizate (200 - 250), putand devenii prin dilatare vacuole, delimitate de membrane cu grosimea de 200 - 1000. Semnificatia sa functionala, destul de conroversata, pare a fi corelata cu aceea a reticulului endoplasmic si a ergastoplasmei, alcatuind in realitate partile unui sistem de membrane extins in toata citoplasma neuronului. Proteinele secretate de corpusculii Nissl sunt transferate aparatului Golgi, unde li se adauga componenta glucidica si apoi sunt eliberate ca vezicule secretorii; de asemenea s-au adus date ce sugereaza ca unele dintre vezicule pot participa la formarea membranei. Pe langa functiile secretorie si de acumulare, cdomplexul Golgi a mai fost implicat in celula nervoasa si in fenomenele oxidoreductoare.

5 Microzomii

Microzomii sunt formatiuni constituite din vezicule inchise, delimitate de o membrana bogata in lipide, proteine si mai ales ARN, rezultate probabil din distrugerea reticulului endoplasmic.

Lizozomii

Lizozomii obisnuit localizati in corpul celular, apar la microscop ca niste sfere dense, mici, cu diametrul intre 0,25 si 0,2, delimitate de o membrana lipoproteica bogata in enzime hidrolitice (fosfataza acida, catepsine, esteraze, ribonucleaza, dezoxiribonucleaza, arilsulfataza, β-glucuronidaza, uricaza etc.), capabile sa catalolizeze proteine, acizi nucleici si anumite glucide.

Enzimele lizozomale sunt inactive atata timp cat memebrana este intacta, dar dein active odata cu ruperea acesteia, fiind capabile sa degradeze macromoleculele celulei (prin hetero- si autofagie), din care cauza au fost denumite "sistemul digestiv" al celulei. Exista in celula lizozomi primari (neangajati in enomenele de autoliza sau fagocitoza), lizozomi secundari (angajati in aceste fenomene) si postlizozomi (care nu sunt altceva decat corpusculi reziduali inerti).

Substanta (corpii) Nissl

Substanta (corpii) Nissl, identificata cu microscopul optic, nu reprezinta altceva decat mase dense de membrane endoplasmice (reticulul endoplasmic), asociate cu unele graulatii tipice, identificete pe baza reactiilor biochimice ca fiind ribozomi. Ribozomii, alcatuiti la randul lor din ARN si ribonucleoproteine, sunt sediul sintezei proteice neuronale. ADN localizat in nucleu codifica informatia necesara sintezei proteinelor specifice neuronale, informatie care este transcrisa pe matritele ARN, iar ribozomii traduc aceste tipare mai intai intr-o secventa specifica de aminoacizi si apoi in molecule proteice.

Substanta Nissl este mai concentrata in soma si partile adiacente ale dendritelor, lipsind din conul de emergenta al axonului.

8 Neurofibrilele

Neurofibrilele, a caror existenta si functii au fost mult discutate, au fost confirmate indubitabil prin cercetari de microscopie electronica. Spre deosebire de microscopia optica, care evidentia neurofibrilele ca o retea omogena de fibre cu grosimea de 100 tranversand intreaga citoplasma si corpusculii Nissl, microscopia electronica a diferentiat neurotubii, lungi de 22030 si cu grosimea de 60 - 70, predominand in dendrite si hilul axonului, si neurofilamente cu grosimea de 100 mult mai numeroase in axon si mai rare in dendrite si celulele gliale.

Cercetarile au sugerat ca microtubii sunt formatiuni implicate in transportul metabolic (posibil si trnsmiterea impulsului nervos), in timp ce filamentele au rol de sustinere, formand citoscheletul neuronal, si participa de asemenea si la procesele de regenerare.

Nerofilamentele si microtubii sunt implicati, direct sau indirect, in mentinerea formei celulelor, in fenomenele de motilitate celulara, in miscarile organitelor si in transportul intracelular.

9 Icluziile citoplasmatice

Incluziile citoplasmatice sunt multiple, asfel incat dintre ele vom mentiona:

lipofuscina (lipocromul) este un pigment galben a carui concentratie celulara creste odata cu innaintarea in varsta.Din punct de vedere biochimic lipofuscina este constituita din proteine insolubile, inactive, sau lipoproteine cu un complex cromofor de tipul pteridinelor, rezultate prin traumatizarea celulei sau degenerarea mitocondriilor;

melanina, prezenta in anumite celule (substanta neagra, locus coeruleus etc.) si a carei semnificatie este de asemenea necunoscuta, este formata din greutatea uscata a celulei din proteine (30%), lipide (1 - 5%), ARN (8,3%), glucide (5 - 10%) si cantitati remarcabile de cupru, fier si zinc;

glicogenul, evidetiat electromicroscopic sub forma unor rozete dense mult mai mari decat rozetele de ARN, constituie probabil sursa locala de energie;

picaturilede lipide, mai ales din soma, reprezinta o sursa de lanturi de carbon pentru formarea membranei.

10 Centrul celular

Centrul celular este o masa rotunda, fara memebrana, care cuprinde in interiorul ei un corpuscul mic - centrozomul - in centrul caruia se afla centriolul (corpusculul central). Se gaseste in celulele imature, in neuroblastii ce se divid, dar si in celulele nueronale adulte care nu se mai divid.

Rolul sau in neuronii adulti este nelamurit, cu atat mai mult, cu cat refacerea activa a continutului neuronilor prin metabolismul lor activ dispenseaza organismul de necesitatea regenerarii lor prin diviziune.

2. Nucleul

Nucleul, situat de obicei central, este delimitat de o membrana dubla, prevazuta cu pori prin care se efectueaza transportul nucleoplasmatic de acizi nucleici (ARN), mesageri ai informatiei sintezei proteice.

In constitutia nucleului intra mase de cromatina, cariolimfa (suc nuclear) si nucleolul. Masa nucleolului apare omogena, refringenta, cu un indice de refractie diferit de cel al citoplasmei si cu o vascozitate superioara acesteiadatorita prezentei proteinelor si acizilor nucleici.

2.1 Membrana nucleara are o activitate mai restransa comparativ cu membrana celulara (fiind o bariera de gradul II, deoarece i se rezolva o parte din sarcini de catre membrana citoplasmatica), dar este mi vulnerabila, lezarea ei avand ca urmari degenerescenta si moartea neuronului.Membrana nucleara este formata din doua foite - interna si externa -, ambele cu structura trilamelara si o grosime de 75, separate de un spatiu de 130 si intrerupte din loc in loc de pori (500 - 700), in dreptul carora se afla portiunile interne lae reticulului endoplasmic, ceea ce explica posibilitatea de comunicare intre citoplasma si nucleu. Foita interna adera la masa nucleului atat de puternic, incat, nu poate fi separata nici prin ultracentrifugari repetate. Foita externa prezinta numeroase prelungiri digitiforme inspre reticulul endoplasmic din citoplasma. Microcinematografia accelerata a evidentiat existenta unor miscari ale nucleului in interiorul foitei nucleare externe, miscari ce prezinta anumite particularitati bioritmice, determinate de expulzarea de catre nucleu a anumitor substante, de existenta unor curenti nucleo-citoplasmatici sau a unor fenomene bioelectrice ce au loc in nucleu sau, mai ales, in citoplasma.

2.2 Sucul nuclear (nucleoplasma sau carioplasma) prezinta o structura formata din filamete constituite din ADN (in medie aproximativ 20pg), purtator a informatiei genetice, cu grosimea de 200, anastomozate intr-o masa compacta care a primit numele de cromatina. Nucleul mai contine histone, cantitati mici de ARN, mucopolizaharide si lipide, care variaza intre 5 si 10% (dupa unii autori chiar 20 - 30%) si sunt reprezentate de cerebrozide, fosfolipide si colesterol. In nucleu se mai gasesc, in proportie de aproximativ 20%, numeroase enzime care iau parte la metabolismul nuclear (enzime de polimerizare si depolimerizare a acizilor nucleici, citocromoxidaza, andidraza carbonica, colinesteraza, fosfataze etc.).

2.3 In interiorul nucleului exista un nucleol, cu un volumde 2 - 60, ceva mai voluminos in celulele mature, decat in cele tinere. Desi lipsit de membrana, nucleolul este net delimitat de restul carioplasmei si are aspectul unui burete format din cordoane groase si anastomozate ce delimiteaza spatii clare. In structura nucleolului se pot diferentia trei elmente: corpusculii ribozomali (150 - 300 diametrul), fibrilele de nucleoproteine (50 - 100) si substata amorfa (matricea). Cordoanele formeaza nucleolema, care contine in majoritate ADN, iar spatiile clare (numite in contrast cu nucleolema si pars amorpha), sunt pline cu macromolecule de ARN. Nucleolul contine un procent mare de substante solide, care iii confera o densitate mai mare decat a altor elemente celulare. Structura biochimica a nucleolului este caracterizata prin prezenta de ARN (pana la 20%), cantitati mai mici de ADN - care ar reprezenta "organizatorul nucleolar" si care in celulele neuronale provenite de la femei ar forma un corpuscul legat de cromozomul X (corpusculul Barr) - proteine (intr-o stare considerabila de deshidrataresi bogate in grupari SH) si enzime (APT-aze, nucleofosforilaze etc.) dar nu si lipide. Cercetarile autocitoradiografice au demonstrat ca la nivelul nucleolului exista un turnover rapid de ARN, legat de faptul ca ARNm preia direct informatia genetica de la ADN nuclear.

In timp ce intre nucleu si citoplasma se stabileste un echilibru dinamic bine determinat (raportul nucleo-citoplasmatic, nucleul reprezentand - ⅓ din volumulcelulei), intre volumul nucleolului si cel al nucleului nu exista nici o relatie stabila, nucleolul fiind totusi mai bine reprezentat volumetric in celulele c activitate metabolica mai intensa. S-au descris miscari de expansiune si retractie a nucleolului, a caror semnificatie nu a fost inca precizata.

3. Date asupra metabolismului neuronal

3.1 Glucoza pare a fi singurul material energetic utilizat de neuron in vivo, tesutul cerebral avand un coeficient respirator egal cu unitatea. Glucoza strabate bariera hemato-encefalica printr-un mecanism acti, iar utilizarea ei este asigurata de aceleasi enzime ca si in toate celelalte celule, desi exista unele diferente enzimatice, a caror semnificatie nu a fost inca stabilita.

3.2 Lipidele neuronale prezinta cele mai importante caracteristici, neavand nimic in comun cu restul organismului. Astfel, neuronul nu contine trigliceride (lipidele majoritare in alte celule) in schimb are un continut ridicat (50 - 54% din greutatea uscata a creierului) de lipide mai complexe (fosfolipide, sfingozine, strandin, proteolipide, colesterol - in ce mai mare parte neesterificat etc.) Lipidele sunt sintetizate in inregime in neuron, deoarece nici un material "prefabricat" nu poate strabate bariera hemato-encefalica. Spre deosebire de alte tesuturi, in neuroni catabolismul lipidic nu pare a fi utilizat pentru furnizarea de energie.

3.3 Aminoacizii, bogat reprezentati in neuron, in parte sintetizati local si in parte transportati prin bariera hemato-encefalica (acidul glutamic, serina, leucina, fenilalanina), indeplinesc numeroase functii: sinteza de proteine, acizi nucleici, amine biogene etc. Sinteza proteica este foarte importanta in neuron, existand proteine de "structura" si proteine "functionale" (enzime, polipeptide, unele cu functie hormonala).