Celula poate prelua din exterior gaze, apă şi substanţe dizolvate
sub formă de molecule sau ioni cu ajutorul unor sisteme de transport
de la nivelul membranelor. Acest transport se poate realiza în diferite
forme:
- transport pasiv prin permeabilitate şi difuzie (simplă şi facilitată)
- transport activ prin preluarea şi eliminarea activă de substanţe
Transportul pasiv prin membrana plasmatică se realizează fără
consum de energie din partea celulei. Cu toate că membrana celulară
este hidrofobă, constituind o barieră pentru substanţele hidrosolubile,
unele molecule pot pătrunde în celulă prin difuzie simplă sau prin
modificarea hidrofobiei membranei plasmatice prin difuzie facilitată.
Permeabilitatea reprezintă difuzia moleculelor mici şi/sau a celor
lipofile. Premiza procesului de permeaţie este semipermeabilitatea
membranei celulare- direct legată de existenţa porilor membranei şi
responsabilă pentru toate procesele osmotice. Forţa motrice a
permeabilităţii este dată de diferenţa de concentraţie dintre cele două
părţi ale membranei plasmatice.
Difuzia rezultă din intrepătrunderea reciprocă a două substanţe
lichide sau gazoase datorită energiei cinetice a particulelor din care
sunt constituite. Apare datorită diferenţei de concentraţie care
determină stabilirea unui echilibru între concentraţii. Viteza depinde
de diferenţa de concentraţie, temperatură şi natura particulelor
constituente. Difuzia simplă este condiţionată de o serie de factori,
precum: mărimea moleculei, polaritatea, sarcina electrică, gradul de
divizare, gradientul de concentraţie.
Difuzia facilitată este o modalitate de transport pasiv transmembranar
a substanţelor, fără consum de energie, în care intervin proteinele
purtătoare (proteine transportatoare, permeaze sau translocaze).
Proteinele transportatoare sunt proteine membranare
plasmatice care acţionează ca transportatori pentru fixarea unui ligand
determinat (de ex. o moleculă extracelulară) pe care-l transferă din
mediul extracelular către mediul intracelular. În acest caz nu are loc
modificarea structurii substanţei transportate.
Proteinele transportatoare sunt reprezentate de:
-permeaze membranare ;
-unipurtători, care vehiculează o soluţie unică dintr-o parte a
membranei in cealaltă;
- sistemele de co-transport.
Transportatorul anionilor hematiilor umane este denumit banda
3 şi funcţionează ca un antipurtător pentru a schimba Cl- impotriva
HCO-2. În timpul transportului membranar, proteinele transportatoare
îşi modifică conformaţia structurală. Este un proces reversibil pentru
că sunt expuse alternativ locurile de legătură de pe o faţă a membranei
pe cealaltă.
Transportul activ prin membrana plasmatică are loc împotriva
gradientului de concentraţie, cu consum de energie (ATP) de origine
celulară. Depinde de tipul de molecule proteice transportatoare
(transportatori, translocaze sau permeaze). Transportul activ se
realizează mai rapid în comparaţie cu difuzia liberă.
Pompa de ioni Na+ K+ reprezintă mecanismul de transport activ
prin membrana plasmatică a ionilor de Na+ şi K+. În mediul
extracelular concentraţia de Na+ este mai mare decât cea de K+, iar în
mediul intracelular este inversă (fig. 16).
Fig. 16 Permeabilitatea membranei hematiei faţă de ionii de Na+ şi
K+ în funcţie de temperatură (după M. Maillet, 1970)
La temperatura de 37°C hematiile conţin o cantitate mare de
ioni de K+ în mediul intracelular şi o cantitate mare de ioni de Na+ în
mediul extracelular.
În hematiile conservate la 0°C, ionii de K+ trec din mediul
intracelular în mediul extracelular iar ionii de Na+ trec din mediul
extracelular în mediul intracelular, până când concentraţia ionilor de
Na+ şi K+ intracelular este egală cu concentraţia ionilor de Na+ şi K+
extracelular.
Prin readucerea hematiilor la temperatura de 37°C ionii de K+
trec din mediul extracelular în mediul intracelular iar ionii de Na+ trec
din mediul intracelular în mediul extracelular. Procesul stagnează prin
inhibiţia fenomenului de glicoliză care asigură energia celulei
(Margareta Confederat, 2002).
Transportul ionilor de K+ şi de Na+ prin membrana plasmatică
se efectuează împotriva gradientului de concentraţie cu consum de
energie provenită din degradarea glucozei. Este un transport activ şi
termosensibil, fiind condiţionat de prezenţa factorului temperatură
(scăderea temperaturii sub 0°C inhibă procesul).
Transferul activ al ionilor de Na+ şi de K+ se desfăşoară
permanent în toate celulele. Pompa ionică Na+-K+ este reprezentată
de un oligomer tetrameric (α-2-β-2) proteic transmembranar denumit
re`nc\lzire la 37°C
Na+-K+-adenozin-trifosfataza (Na+-K+-ATP-aza) şi are o greutate
moleculară de 270 kdal (fig. 17).
Subunitatea α (mare) are o greutate de 95 kd, conţine un loc de
fixare şi de hidroliză a ATP-ului pe faţa intracelulară şi un loc de
fixare pe faţa externă a substanţelor steroide cardiotonice.
Subunitatea β (mică) are o greutate de 40 kd şi este legată la
grupele hidrocarbonate. Aceste molecule extrag 3 ioni de Na+ din
celulă şi determină pătrunderea a 2 ioni de K+.
Fig. 17 Pompa ionică Na+-K+ (Na+-K+-ATP-aza)
(după Margareta Confederat, 2002)
Funcţionarea pompei ionice Na+-K+ are loc în următoarele etape
succesive:
1. Fosforilarea enzimei prin hidroliza ATP-ului în prezenţa ionilor de
Mg+2 şi a 3 ioni de Na+ , care se fixează la un receptor localizat pe
faţa intracelulară a moleculei de Na+-K+-ATP-ază;
2. Modificarea configuraţiei enzimei fosforilate şi transportul celor
cei 3 ioni de Na+pe faţa externă;
3. Defosforilarea enzimei şi eliberarea celor 3 ioni de Na+ la
exteriorul celulei şi abordarea a 2 ioni K+;
4. Reluarea formei iniţiale a moleculei de Na+-K+-ATP-ază prin
eliberarea ionilor K+în interiorul celulei.
Funcţionarea pompei ionice Na+-K+ este inhibată prin fixarea
unor substanţe (de ex. digitalina) la locul receptorului steroizilor
cardiotonici care determină creşterea concentraţiei ionilor de Na+
intracelular. Mărirea concentraţiei ionilor de Na+ intracelular
determină creşterea concentraţiei ionilor de Ca+2 intracelular ce este
implicat în intensificarea contracţiei muşchiului cardiac.
membrana
plasmatică
mediul extracelular
Loc de fixare si hidroliza a ATP
Loc de fixare
a celulelor
cardiotonice
Locul de fixare a
substantelor
cardiotonice
Pompa ionică Na+-K+ prezintă o importanţă deosebită, deoarece
asigură homeostazia citosolului prin raportarea la plasma sanguină,
menţinerea compoziţiei ionice celulare prin raportarea la sânge,
contribuie la menţinerea ionilor osmotic activi în mediul intracelular,
crează un potenţial electric denumit potenţial electric di-membranar
între suprafaţa externă şi internă a membranei, permite funcţionarea
canalelor voltaj-dependente.
Pompa de ioni Ca+2-Mg+2 are acelaşi principiu de funcţionare
ca şi pompa de ioni Na+-K+. Acest sistem asigură menţinerea unei
concentraţii scăzute de ioni de Ca+2 în mediul intracelular (citosolul
citoplasmei) şi a unei concentraţii ridicate de ioni de Ca+2 în mediul
extracelular (la nivelul glicocalixului). Pompa este în acest caz o
proteină-enzimă cu acţiune adenozin-trifosfatazică (Ca+2-ATP-aza),
care transportă în mod activ (impotriva gradientului de concentraţie)
ionii de Ca+2 la exteriorul celulei. Această pompă ionică este
caracteristică plasmalemei celulei musculare sau sarcolemei. Din
punct de vedere chimic, este un polipeptid alcătuit din 1 000 resturi de
aminoacizi. Această pompă ionică este capabilă să transporte activ
câte 2 ioni de Ca+2 la fiecare moleculă de ATP hidrolizată şi poate
hidroliza 10 molecule de ATP într-o secundă.
Transportul activ al glucozei este dependent de prezenţa ATPului,
ionilor de Na+ şi a unei permeaze specifice. Transportul glucidelor
şi amino-acizilor are loc pe baza energiei furnizate prin hidrolizarea
ATP-ului, dar fără cuplarea directă cu acesta. Acest proces are loc cu
un aflux de ioni ce succede un gradient electrochimic: ionii de Na+ şi
glucoza se leagă la o proteină specifică de transport şi pătrund
împreună în celulă. Această mişcare simultană a 2 substanţe reprezintă
un co-transport şi se desfăşoară cu energia furnizată de ATP (fig.18 ).
Un exemplu clasic de transport activ este procesul de resorbţie a
glucozei de la nivelul tubului contort al rinichiului.
Fig. 18 Transportul cuplat al moleculelor de glucoză şi aminoacizi
împreună cu ionii de Na+ prin membrana celulară (după Teuşan, V.,
2000) (A – transportul glucozei; B – transportul aminoacizilor)
Transportul în masă
O modalitate deosebită de transport prin celule şi prin
membranele celulare, este transportul în masă, realizat prin
intermediul unor vezicule formate din şi pe seama membranei celulare
şi care se deplasează în direcţii diferite în masa de citoplasmă. Se
deosebesc trei procese specifice acestui tip de transport celular, în
funcţie de direcţia în care se deplasează aceste vezicule, şi anume:
exocitoza, endocitoza, transcitoza.
Endocitoza este procesul prin care celulele preiau din mediul
extern molecule mari (cu greutate moleculară mai mare decât 10
Kdal.), prin intermediul unor vezicule formate din membrană- ca
urmare a emiterii unor pseudopode, văluri sau membrane ondulate,
sau prin invaginări. Endocitoza este importantă în desfăşurarea unor
procese fiziologice celulare precum: nutriţia, purificarea mediului
extracelular sau procesul de apărare a organismului. Se disting două
tipuri de endocitoză şi anume: endocitoza particulelor solide (fără
fluid) şi endocitoza particulelor cu fluid. Endocitoza particulelor fără
fluid (Fagocitoza) este procesul prin care celulele preiau din mediul
extracelular diverse particule solide de natură foarte diferită (agregate
bacteriene sau virale, particule interne, macromolecule alterate, resturi
celulare, celule şi virusuri în întregime). Preluarea din exterior a
acestor particule, are loc numai la nivelul unor regiuni purtătoare de
receptori specifici. Celulele care realizează procesul de fagocitoză se
numesc fagocite. În funcţie de mărimea particulelor fagocitate,
fagocitele pot fi microfage şi macrofage. Microfagele sunt leucocitele
sanguine de tipul neutrofilului, bazofilului şi eozinofilului (cele mai
active fagocite, care reprezintă 60-70% din totalul leucocitelor).
Macrofagele la rândul lor pot fi fixe şi mobile. Cele fixe sunt
reprezentate de histiocit (din ţesuturile conjunctive), celulele Kupffer
din ficat, celulele sinusoidale din splină, etc. Macrofagele mobile sunt
reprezentate, în special, de monocitele şi limfocitele din ţesutul
sanguin. Pentru înglobarea particulelor străine (din mediul
extracelular), fagocitele dispun la suprafaţa membranei lor de un
sistem de receptori specifici cu ajutorul cărora ele recunosc ceea ce
este propriu organismului (“self”) de ceea ce este “non-self”, adică
străin organismului (Teuşan, V, 2000).
Non-self-ul este definit cu termenul generic de “antigeni”. Mai
mult decât atât, fagocitele (prin intermediul receptorilor) recunosc
ceea ce este”self-sănătos” de ceea ce este “self-alterat” (celule
degenerate, îmbătrânite, maligne, resturi de macromolecule alterate,
etc.). Uneori, însă, celulele sistemului fagocitar pierd această abilitate
de diferenţiere a “self-ului” de “non-self” şi atunci acţionează
împotriva celulelor propriului organism. În astfel de situaţii iau naştere
reacţiile autoimune care pot genera entităţi neoplasmice (tumori) ce au
cel mai adesea un final letal. (Exemplu-leucemia este situaţia când
fagocitele îşi distrug propriile hematii). Deoarece antigenii sunt de
natură foarte diferită, recunoaşterea lor (de către receptorii de
membrană) este înlesnită de prezenţa în mediul extracelular, a unor
proteine plasmatice numite ”opsonime” sau anticorpi care sunt
recunoscute de către receptorii de membrană pe de o parte şi respectiv
se combină cu antigenii, formând complexele ”antigen-opsonimă”, pe
de altă parte. Opsonimele sunt deci anticorpi, dintre care cel mai des
înţâlniţi sunt imunoglobulinele “G” (Ig.G.) şi mai ales fracţiunea
cristalizabilă a imunoglobulinelor “G”. Receptorul de membrană
pentru imunoglobulinele “G” (Ig.G.) este de tipul Fc. Mai sunt
cunoscuţi şi alţi receptori precum:-receptorul C3 (pentru a recunoaşte
antigenii opsonizaţi cu cel de-al treilea component al
complementului);- receptori nespecifici (pentru recunoaşterea şi
fixarea self-ului alterat, etc.). Opsonizarea, care înseamnă de fapt o
modificare a suprafeţei antigenului (o învelire), este o operaţie care
pregăteşte antigenul în vederea fagocitării lui (cuvântul opsonizare
derivă din grecescul “opsoneim”care s-ar traduce prin a pregăti pentru
mâncare). În cele ce urmează vom descrie fagocitoza la neutrofil căci
este celula cea mai activă din acest punct de vedere, fagocitoză care se
produce în cinci etape după cum urmează: a) chemotaxia şi
motilitatea; b) opsonizarea; c) înglobarea sau ingestia; d) degranularea
(neutrofilului) şi e) digestia intracelulară (Teuşan, V., 2000) (fig. 19).
a) Ghemotaxia şi motilitatea reprezintă capacitatea fagocitei
(neutrofilului) de a repera de la distanţă particula ”ţintă” şi de a se
deplasa la locul ei de staţionare. Neutrofilul şi alte fagocite din ţesutul
sanguin au proprietatea de a trece prin porii capilarelor sanguine (prin
diapedeză) şi de a migra prin ţesuturile conjunctive subdiacente,
datorită unor semnale chemotactice (lipide şi proteine bacteriene,
proteine serice precum Kallicreina, sau o serie de factori eliberaţi de
fagocitele în cauză.
b) Opsonizarea este procesul de acoperire (învelire) a
particulei ce va fi fagocitată, de către anticorpi precum
imunoglobulina G1 (I.g.G1) şi imunoglobulina G5 (I.g.G5) sau de
către componente ale complementului C3 şi C5 ( în special C15a). Ca
urmare a opsonizării, particula respectivă va fi recunoscută de către
receptorii din membrana neutrofilului şi aceştia vor fi astfel activaţi.
Activarea receptorilor de membrană determină emiterea de
pseudopode la suprafaţa celulei.
c) Înglobarea sau ingestia are loc atunci când pseudopodele
emise de membrana celulei înconjură strâns particula solidă ce
urmează a fi fagocitată, după care se unesc, se contopesc şi formează
vezicula ce se va deplasa spre interiorul celulei. Această veziculă se
numeşte “fagozom” şi poartă în ea particula ce va fi ulterior digerată.
Digerarea este posibilă doar după ce fagozomul întîlneşte un lizozom
prim, ce conţine un echipament enzimatic complex .
d) Degranularea neutrofilului este procesul în care lizozomii
primari se unesc cu fagozomii şi se formează fagolizozomii.
e) Digestia intracelulară este etapa în care particula înglobată
este supusă acţiunii hidrolazelor acide conţinute în lizozomi, hidrolaze
care pot descompune practic toate substanţele conţinute în particula
fagocitată. Această digestie se produce şi datorită acţiunii unei
oxidaze, care catalizează reacţii din care rezultă în final radicalul liber
OH şi O2, acesta din urmă fiind foarte toxic pentru microbi şi deci va
cauza moartea acestora. Ca urmare a producerii reacţiilor catalizate de
oxidază în timpul fagocitozei, se înregistrează o creştere bruscă a
consumului de oxigen de către fagocite.
Endocitoza particulelor cu fluid (pinocitoza)
Pinocitoza (“pinos”=a bea) este procesul de transport celular în
masă a unei cantităţi variabile de fluid tisular (însoţit şi de particule
solide), cu ajutorul unor vezicule formate din membrana celulară.
Pinocitoza o modalitate prin care celulele preiau din mediul extern o
varietate de substanţe necesare metabolismului celular. În funcţie de
mecanismele care intervin în procesul de înglobare, se deosebesc două
forme de pinocitoză:
- Pinocitoza independentă de receptori
- Pinocitoza mediată de receptori.
Pinocitoza independentă de receptori este forma pinocitozei,
prin care particulele lichide sunt preluate din mediul extracelular (prin
intermediul veziculelor) fără ca, în prealabil, acestea să fie fixate pe
receptorii din membrană.
Această variantă este frecvent întâlnită la celulele organismului
animal, celulele putând utiliza în acest scop suprafeţe mai mari din
plasmalema lor (care nu trebuie să fie specializate pentru transport, în
sensul că nu prezintă receptori de membrană). Acest tip de pinocitoză
are următoarele etape: a) contactul particulelor fluide din mediul
extracelular cu membrana celulară; b) invaginarea membranei
celulare; c) formarea pinozomilor; d) apariţia pinolizozomilor şi
digestia intracelulară.
a) Contactul particulelor fluide din mediul extracelular cu
membrana celulară determină activarea unor situsuri anionice
de suprafaţă (în membrana celulară) care, la rândul lor vor
determina nişte procese de flexibilizare accentuată a
membranei.
b) Prin flexibilizarea membranei celulare se realizează invaginarea
acesteia cu formarea unor cripte adânci sau chiar a unor canale
intracelulare, în care sunt absorbite particulele fluide ce vor fi
pinocitate.
c) Din aceste cripte sau canale se vor forma vezicule (care au în
interior particula înglobată), care se numesc pinozomi.
Pinozomii vor fi antrenaţi spre interiorul celulei de către
curentul intracitoplasmatic.
d) În citoplasmă pinozomii întâlnesc lizozomii încărcaţi cu
hidrolaze acide, se unesc cu aceştia şi formează pinolizozomii.
Pinolizozomii conţin "picătura" pinocitată şi hidrolazele acide
care vor realiza descompunerea (digestia) intracelulară (fig. 20).
În funcţie de mărimea particulelor pinocitate se deosebesc
macropinocitoza şi micropinocitoza. Macropinocitoza constă în
înglobarea unor picături mai mari în celule, iar micropinocitoza este
calea de transport şi de înglobare a moleculelor mici în interiorul unor
vezicule mici.
Pinocitoza mediată de receptori (pinocitoza adsorbtivă sau
selectivă şi concentrativă) constă în înglobarea unor molecule lichide
variate, prin invaginarea unor zone specializate ale membranei celulare.
În aceste zone specializate membrana celulară conţine receptori speciali
(liganzi), care determină formarea unor vezicule numite caveole
acoperite (pe faţa lor internă au un înveliş proteic numit clatrină). După
formarea lor, caveolele acoperite se îndreaptă spre interiorul celulei,
pierd invelişul de clatrină şi se numesc receptozomi.
Receptozomii, întâlnesc lizozomii primari şi sunt degradaţi
(digestie intracelulară) de către hidrolazele acide conţinute în lizozomi.
În unele situaţii receptozomii traversează celula fără a întâlni
lizozomii, caz în care sunt exocitaţi. Acest procedeu este folosit de către
celulele endoteliale pentru a capta din mediul extracelular (sânge)
moleculele de lipide de mică densitate, precum moleculele de colesterol.
Exocitoza şi transcitoza
Exocitoza este fenomenul prin care unele substanţe (proteinele,
glicoproteinele sau lipoproteinele) produse în vederea eliminării la
exteriorul celulei, sunt înglobate în nişte vezicule speciale (granule de
secreţie). Granulele de secreţie se mişcă dinspre aparatul Golgi (unde
aceste substanţe sunt maturate şi împachetate) spre plasmalema
polului apical al celulei, mişcare care are loc fie spontan, fie la
stimularea celulei de către un factor “secretagog” (hormoni, factori de
eliberare, neurotransmiţători).
Transcitoza este fenomenul prin care veziculele rezultate din
endocitoză şi pinocitoză străbat citoplasma celulelor respective, fără a
interacţiona cu lizozomii primari, fiind exocitate la capătul celălalt al
celulei. Transcitoza poate fi distributivă sau conectivă. Transcitoza
distributivă constă în tranzitarea celulei prin intermediul unor mai
multe vezicule care se dispun sub formă de şiraguri, iar aceste şiraguri
se întind dintr-o parte în alta a celulei. Transcitoza conectivă constă în
faptul că veziculele ce s-au format se vor uni între ele şi vor forma
nişte canale care vor tranzita citoplasma celulei respective.
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu