curs 1 bfkt membrana celulara _2011

CURS 1 FIZIOLOGIEBFKTR ANUL I (2011)

1

Şef.lucr.Dr. LAVINIA NOVEANU

2011

1

FIZIOLOGIE

Curs 1.

Fiziologia

membranei celulare

Universitatea

de Medicină și

Farmacie “Victor Babes”

TimișoaraDisciplina

de Fiziologie


2

CUPRINS

1. Componentele principale ale celulei

1.1. Membrana celulară (plasmalema)1.2. Citoplasma (citosolul)1.3. Nucleul

2. Funcţiile şi proprietăţile celulei2.1. Funcţia de transport a membranei celulare 2.2. Funcţia membranei celulare în transferul de

informaţie2.3. Excitabilitatea membranară. Potenţialele de

membrană


3

1.

COMPONENTELE PRINCIPALE ALE CELULEI

MEMBRANA CELULARĂ

lipide

proteine

glucide

CITOPLASMA

hialoplasma (faza lichidă)

organite celulare comune

organite celulare specifice

NUCLEUL

membrana nucleară

carioplasma

nucleolul


4

1.1.MEMBRANA CELULARĂ (plasmalema)DEFINIŢIE

-

complex molecular lipidoproteic care delimitează celula de

mediul extracelular

FUNCŢIE

-

membrana celulară este o barieră cu permeabilitate selectivă

şi

dinamică care controlează schimburile dintre celulă şi mediul extracelular

COMPONENTE

fosfolipide, colesterol, glicolipide

proteine, glicoproteine

ORGANIZARE

-

“modelul mozaicului fluid

lipidoproteic”

(Singer

şi Nicholson, 1972)


5

(a) LIPIDELE MEMBRANARE –

matricea fosfolipidică

MATRICEA FOSFOLIPIDICĂ

-

este alcătuită din două straturi

de fosfolipide

dispuse cu:

extremitatea hidrofilă

-

spre porţiunea periferică a membranei

extremitatea hidrofobă

-

spre porţiunea mijlocie a membranei

MIEZ HIDROFOB

MIEZ HIDROFOBExtremităţi hidrofile


6

FUNCŢIILE MATRICEI FOSFOLIPIDICE1. Determină permeabilitatea selectivă a membranei

membrana este permeabilă pentru molecule liposolubile (ex: uree, etanol,

hormoni steroizi) şi pentru gaze (O2

şi CO2

)

membrana este impermeabilă

pentru H2

O, ioni şi substanţe hidrosolubile

2. Sursă de mesageri intracelulari şi extracelulari


7

SURSĂ DE MESAGERI INTRACELULARI

- sub acţiunea fosfolipazei

C (PLC)

membranare, inozitol-fosfolipidele

membranare

(PIP2

) generează:

IP3 (inozitol-trifosfat)

DAG (diacil-glicerol)

RS = reticul sarcoplasmatic reprezintă depozitul de Ca2+

în celula musculară netedă


8

SURSĂ DE MESAGERI EXTRACELULARI - sub acţiunea fosfolipazei

A2

(PLA2

)

membranare, acidul arahidonic

membranar generează:

pe calea ciclooxigenazei

PROSTAGLANDINE (PG)

TROMBOXAN A2 (TxA2

)

pe calea lipooxigenazei

LEUCOTRIENE (LT)

PG, TxA2

, LT = metaboliţii acidului arahidronic, cu funcţii biologice multiple


9

(b) PROTEINELE MEMBRANARE

CARACTERISTICĂ

-

reprezintă elementul activ al membranei care determină proprietăţile şi funcţiile specifice ale membranei

CLASIFICARE

-

în funcţie de relaţia cu matricea fosfolidică

şi rolurile îndeplinite se descriu:

proteine periferice (extrinseci)

proteine integrale (intrinseci)


10

PROTEINELE PERIFERICE

rol de enzime membranare

acetilcolinesteraza (inactivează acetilcolina)

adenilatciclaza

(generează AMPc)

PROTEINELE INTEGRALE

canale pentru ioni şi apă

proteine “transportoare”

(“carrier”)

receptori membranari


11

1.2.CITOPLASMA

(citosolul)DEFINIŢIE

- masa celulară extranucleară cu o structură complexă lanivelul căreia se desfăşoară funcţiile vitale ale celulei

ORGANIZARE

1.PARTE NESTRUCTURATĂ

(hialoplasma)

= sistem coloidal în care mediu

de dispersie este apa

2. PARTE STRUCTURATĂ

–

cuprinde:

organite celulare comune

organite celulare specifice

incluziuni citoplasmatice (temporare)

substanţe de rezervă

componente ale citoscheletului

celular


12

Neurofibrile

Corpii Nissl

ORGANITELE CELULARE

Miofibrile

COMUNE SPECIFICE


13

Organite celulare comune (se găsesc în toate celulele)

Ribozomii Sinteza de proteine celulare

Reticulul endoplasmatic- neted (REN)- rugos (RER)

REN -

transportul intracelular al produşilor de secreţie celularăRER –

sinteza de proteine şi transportul produşilor se secreţie

Aparatul Golgi Asamblează în vezicule produşii de secreţie celulară

Lizozomii Digestia intracelulară (mai numeroşi la nivelul leucocitelor)

Mitocondriile Producţia de energie (ATP)

Centrul celular Diviziunea celulară

Organite celulare specifice(se găsesc numai în neuron şi celula musculară)

Neurofibrilele Suport mecanic şi transport intracelular la nivelul neuronului

Corpii Nissl= RER

Sinteza de proteine la nivelul neuronului

Miofibrilele Contracţia celulei musculare


14

1.3.NUCLEUL

ROLURI

coordonează procesele biologice celulare fundamentale

conţine materialul genetic şi transmite informaţia genetică

controlează metabolismul celular

STRUCTURĂ

membrană nucleară - structură poroasă, dublă, cu permeabilitate crescută

carioplasmă

- soluţie coloidală cu aspect omogen, care conţine o reţea fină de cromatină

unul sau mai mulţi nucleoli - corpusculi de cromatină condensată


15

În raport cu

NUMĂRUL DE NUCLEI

-

celulele pot fi: anucleate

eritrocitele adulte uninucleate

neuron, celula musculară cardiacă şi netedă binucleate

celulele hepatice (hepatocitele) multinucleate

macrofagele şi celula musculară striată

Eritrocite Neuroni Hepatocite

Macrofag


16

2. FUNCŢIILE ŞI PROPRIETĂŢILE MEMBRANEI CELULARE

PROPRIETĂŢI GENERALE ALE CELULEI

1. TRANSPORTUL TRANSMEMBRANAR

funcţie a proteinelor “carrier”

membranare

2. TRANSFERUL DE INFORMAŢIE

funcţie a proteinelor receptoare membranare

şi de semnalizare

intracelulară

3. METABOLISMUL CELULAR

funcţie a nucleului (de control), participarea RER, aparat Golgi,

mitocondrii, lizozomi

4. REPRODUCEREA CELULARĂ

funcţie a nucleului (conţine materialul genetic), participarea

centrului celular


17

PROPRIETĂŢI SPECIFICE ALE CELULEI

1.

EXCITABILITATEA -

proprietatea de a răspunde la acţiunea unui excitant printr-un potenţial de acţiune propagat

neuron, celula musculară

2.

CONTRACTILITATEA -

proprietatea de a se scurta sub acţiunea unui

stimul

celula musculară (striată scheletică, striată cardiacă, netedă)

3. ACTIVITATEA SECRETORIE -

proprietatea de a elibera în mediul

extracelular produşi de secreţie (substanţe biologic active)

celula

epitelială

care intră în structura:

glandelor endocrine - eliberează produsul de secreţie direct în sânge

glandelor exocrine - eliberează produsul de secreţie)

în cavităţile organismului

glandele salivare în cavitatea bucală

înafara organismului

glandele sudoripare la suprafaţa pielii


18

2.1. FUNCŢIA DE TRANSPORT A MEMBRANEI CELULARE

DEFINIŢIE

-

transportul membranar reprezintă procesul de traversare

a substanţelor prin membrana celulară

CLASIFICARE

-

după natura forţelor care asigură transportul: transport pasiv transport activ transportul vezicular

TRANSPORT VEZICULAR


19

2.1.1.TRANSPORTUL PASIV

CARACTERISTICI

este spontan

are loc fără consum de energie (ATP)

se desfăşoară sub acţiunea unor forţe fizice şi în sensul reducerii unor gradiente fizice:

de potenţial electrochimic

de presiune osmotică

de presiune hidrostatică

MECANISME DE TRANSPORT PASIV

Difuziunea

Osmoza

Filtrarea


20

DEFINIŢIE:

transportul substanţelor printr-o

membrană permeabilă

pe

baza

gradientului electrochimic

GRADIENTUL CHIMIC

- asigură

difuziunea

substanţei

dinspre

partea cu

concentraţia mai mare spre suprafaţa cu concentraţie mai mică

GRADIENTUL DE POTENŢIAL ELECTRIC

- asigură

difuziunea ionilor

către

faţa membranei încărcată electric cu sarcina de semn contrar

I. DIFUZIUNEA

extracelular

intracelular

K+

= 4 mEq/l

K+

= 140 mEq/l Gradient chimic

Gradient electric


21

(a) DIFUZIUNEA PRIN MATRICEA FOSFOLIPIDICĂDEFINIŢIE –

transportul moleculelor

liposolubile (uree, etanol, hormoni

steroizi) pe baza gradientului electrochimic

şi a gaze respiratorii (O2

şi

CO2

) pe baza gradientului de presiune parţială a gazului

(PO2

, PCO2

)


22

(b)

DIFUZIUNEA PRIN CANALE IONICE

CANALELE

-

sunt proteine integrale care asigură transportul pasiv

al

ionilor în sensul gradientului electrochimic

Pasive

–

de scurgere: canalul de Na+

şi K+

Active

–

operate prin porţi:

canale de Na+

canale de K+

canale de Ca2+

canale de Cl-

CLASIFICARE

-

în raport cu

dinamica porţilor:

canale ionice voltaj –

dependente

canale ionice operate de ligand

1. Filtrul de selectivitate

2 Porul sau canalul de trecere

3. Una/două porţi

4. Senzorul de voltaj sau situsul

de

fixare a ligandului


23

Canalele ionice voltaj-dependente

DINAMICĂ - determinată de modificările conformaţionale induse proteinei

integrale prin

variaţia de potenţial transmembranar

de la nivelul

NEURONULUI sau a

CELULEI MUSCULARE

TIPURI DE CANALE

VOLTAJ –

DEPENDENTE canale rapide de Na+

canale de K+

canale lente de Ca2+

canale de Cl-


24

DINAMICĂ: modificările conformaţionale ale proteinei integrale

induse sub

acţiunea unei

molecule care se fixează pe un situs

specific din membrana

NEURONULUI

sau a

CELULEI EPITELIALE

TIPURI DE CANALE OPERATE DE LIGAND

operate de

liganzi extracelulari

canalul

în membrana neuronului

ligandul

= mediator chimic

operate de

liganzi intracelulari

canalul

în

membrana celulei epiteliale

ligand

= mesager secundar

Canalele ionice operate de ligand

Canal de Na+

din structura receptorului nicotinic

Ligand

= acetilcolina

Canal de Na+, K+

sau Cl+

din membrana celulei epiteliale

Ligand

= AMPc, Ca2+


25

asigură transportul GLUCOZEI a AMINOACIZILOR

se desfăşoară cu ajutorul unei proteine “transportoare”

transportul este limitat până la o valoare maximă (Tmax

)

poate fi influenţat de hormoni: insulina creşte difuziunea facilitată a

glucozei de 10-20 x prin creşterea numărului de proteine

“transportoare”

(c) DIFUZIUNEA FACILITATĂ


26

II.

OSMOZA

DEFINIŢIE

--

difuziunea APEI

dintr-o soluţie osmotic activă, printr-o membrană semipermeabilă, pe baza gradientul de presiune osmotică.

Membrana semipermeabilă = permeabilă pentru solvent (APA) şi

impermeabilă pentru solviţii care atrag apa (NaCl, glucoză, uree)

Concentraţia osmotică (Cosm

)

= numărul de particule osmotic active dizolvate în unitatea de volum

Presiunea osmotică

(Posm

)

= forţa care se opune osmozei (transferului de apă) printr-o membrană semipermeabilă

Posm

= Cosm

x R x T Cosm

= Osmol/L

R = constanta gazelor (0,082)

T = temperatura soluţiei (K)


27

Presiunea hidrostatică (Ph)

= presiunea exercitată de o coloană de lichid pe o suprafaţă

de schimb, datorită diferenţei de nivel:

III.

FILTRAREADEFINIŢIE:

reprezintă transportul

apei

şi a

substanţelor micromoleculare

prin membrane permeabile, pe baza gradientul de presiune hidrostatică

Gradientul de presiune hidrostatică

-

asigură transferul dinspre partea cu

Ph

mai mare spre partea cu Ph mai mică

Ph

=

x g x h ρ= densitatea lichidului

g = acceleraţia gravitaţională

h = înălţimea coloanei de lichid


28

2.1.2.TRANSPORTUL ACTIV

CARACTERISTICI

se desfăşoară împotriva gradientului electrochimic

necesită o proteină “transportoare” specifică

(“carrier”)

necesită consum energetic

(ATP)

are caracter limitativ până la Tmax

ROLURI

asigură transportul ionilor şi a moleculelor organice

asigură gradientul electrochimic

al substanţelor între mediul intracelular şi extracelular (mecanismele de transport pasiv)

CLASIFICARE

-

după modalitatea de utilizare a energiei

(a) TRANSPORT ACTIV PRIMAR -

utilizare directă de ATP

(b) TRANSPORT ACTIV SECUNDAR - utilizare indirectă de ATP


29

(a)

TRANSPORTUL ACTIV PRIMAR

CARACTERISTICI

este specific pentru transportul ionilor

proteina “carrier”

se numeşte pompă ionică

proteina “carrier”

este o ATP-ază

ATP

ADP + Pi + E

energia (E) este utilizată pentru modificările de conformaţie ale proteinei “carrier”

PRINCIPALELE POMPE IONICE

Pompa Na+/K+ - scoate din celulă 3Na+

şi introduce în celulă 2K+

pentru 1 ATP

Pompa de Ca2+ - scoate din celulă 2Ca2+

pentru 1 ATP


30

(b)

TRANSPORTUL ACTIV SECUNDAR

CARACTERISTICĂ

asigură transportul unei substanţe organice

sau a unui ion cuplat cu

Na+,

pe baza gradientului electrochimic al Na+

întreţinut de pompa

Na+/K+

(Na+

extracelular

Na+

intracelular)

TIPURI DE TRANSPORT ACTIV SECUNDAR

COTRANSPORT

–

are loc în aceeaşi

direcţie cu tranportul

de Na+

ex: cotransport

Na+/glucoză

SCHIMBĂTOR IONIC

–

are loc în direcţie

opusă faţă de transportul de Na+

ex: schimbător Na+/H+


31

2.1.3.TRANSPORTUL VEZICULAR

CARACTERISTICĂ - este o formă de transport activ bazat pe includerea substanţei (proteină) într

–

o VEZICULĂ

(a)

Endocitoză

–

materialul extracelular este captat într

– o veziculă prin

invaginarea membranei celulare şi transferat intracelular

(b)Exocitoză

–

materialul intracelular este captat în vezicule care vor fuziona cu membrana celulară, urmată de eliminarea conţinutului în exteriorul celulei

(c)

Transcitoză


32

2.2. FUNCŢIA MEMBRANEI CELULARE ÎN TRANSFERUL DE

INFORMAŢIE

MESAGERII PRIMARI sau liganzii

– substanţe care sunt recunoscute şi

interacţionează cu receptori celulari, având ca rezultat un răspuns celular

specific

Mesageri primari hidrosolubili

nu pot străbate matricea fosfolipidică

se fixează pe receptori membranari

Mesageri primari

liposolubili

străbat matricea fosfolipidică

se leagă de receptori citoplasmatici sau nucleari

TIPURI DE MESAGERI PRIMARI


33

RECEPTORII MEMBRANARI

–

proteine integrale capabile să recunoască

şi să

interacţioneze

cu un mesager primar specific şi să activeze o cale de semnalizare intracelulară

Tipuri de interacţiuni LIGAND –

RECEPTOR

Tip AGONIST -

formarea complexului ligand-receptor determină

răspunsul celular specific

Tip ANTAGONIST

-

formarea complexului ligand-receptor NU determină răspunsul celular specific (agonism

0%)


34

I. Mesagerul PRIMAR

(de ordinul I)

acţionează pe

receptori membranari

specifici

determină activarea

mesagerilor secundari

II.

Mesagerul SECUNDAR (ordinul II) amplifică informaţia de

10 x activează

mesagerii terţiari

CALEA DE SEMNALIZARE INTRACELULARĂ –

cuprinde:

III.

Mesagerul TERŢIAR (ordinul III)

amplifică informaţia de

100 x

prin activarea

“masei critice”

de proteine intracelulare asigură

RĂSPUNSUL CELULAR modificări FUNCŢIONALE METABOLICE şi STRUCTURALE ale celulei


35

2.3. EXCITABILITATEA MEMBRANARĂ. POTENŢIALUL

TRANSMEMBRANAR

DEFINIŢIE

- excitabilitatea este proprietatea membranei de a răspunde

rapid

şi localizat

la o variaţie de energie (mecanică, electrică, termică,

chimică) din mediul extracelular printr-un potenţial de acţiune propagat

METODA DE STUDIU

–

tehnica microelectrozilor

POTENŢIALUL TRANSMEMBRANAR

reprezintă diferenţa

dintre potenţialul de la

nivelul electrodului explorator

(plasat la

interior) şi potenţialul de la nivelul

electrodului indiferent

(plasat la exterior)


36

2.3.1.POTENŢIALUL DE REPAUS

DEFINIŢIE

-

diferenţa de potenţial dintre

suprafaţa internă

– electric

negativă şi suprafaţa externă

–

electric pozitivă, în condiţii de repaus

VALOARE:

între -

60 mV şi -

90 mV, în funcţie de tipul de celulă excitabilă

FACTOR DETERMINANT

- repartiţia inegală a ionilor de Na+

şi K+

de o

parte şi de alta a membranei

IONI Intracelular Intracelular

Na+ 14 mEq/l 140 mEq/l

K+ 140 mEq/l 4 mEq/l


37

FACTORII CARE MENŢIN POTENŢIALUL DE REPAUS

PASIV - permeabilitatea selectivă a membranei în repaus

datorită canalelor de “scurgere”

de Na+/K+ permeabilitatea este de 50

–

100 de ori mai mare pentru K+

decât pentru Na+

ACTIV

-

pompa Na+/K+

care transportă 3Na+

spre exterior şi 2K+

spre interior pentru 1 ATP

întreţine fluxul de ioni prin canalele de “scurgere”

Na+/K+


38

VALOARE: între

0 mV şi

+45 mV, în funcţie de tipul de celulă excitabilă

FACTOR DETERMINANT -

atingerea potenţialului prag de

- 55 mV

DEFINIŢIE

-

modificarea rapid reversibilă

a diferenţei de potenţial sub

acţiunea unui stimul prag (intensitate minimă necesară)

la locul excitaţiei

membrana devine electric pozitivă la interior şi electric

negativă la exterior

2.3.2.POTENŢIALUL DE ACŢIUNE


39

FAZELE POTENŢIALULUI DE ACŢIUNE

REPOLARIZAREA (panta descendentă)

inactivarea bruscă a canalelor Na+

sau Ca2+

creşterea efluxului de K+

prin canale voltaj-dependente

DEPOLARIZAREA (panta ascendentă)

creşterea bruscă a

influxului de Na+

sau de Ca2+

prin canale ionice voltaj

–

dependente

OBSERVAŢIE

-

mecanismele de producere, aspectul grafic şi durata potenţialului de acţiune sunt diferite în funcţie de tipul de celulă excitabilă: neuron celula musculară scheletică, cardiacă, sau netedă

NEURON


40

PERIOADELE EXCITABILITĂŢII MEMBRANARE

(a) PERIOADA REFRACTARĂ ABSOLUTĂ (PRA)

membrana este inexcitabilă corespunde cu depolarizarea şi prima parte a repolarizării

(b) PERIOADA REFRACTARĂ RELATIVĂ (PRR)

(c) PERIOADA CU EXCITABILITATE NORMALĂ

membrana este normal excitabillă

răspunde maximal la stimuli prag

respectă legea “totul sau nimic”

membrana este hipoexcitabilă

răspunde submaximal

la stimuli supraprag

corespunde cu ultima parte a repolarizării

curs 1 bfkt membrana celulara _2011

Documents