PARTEA I

CAPITOLUL 1

- Fiziologia este stiinta care studiaza factorii fizici si chimici responsabili de originea si dezvoltarii vietii. -Fiziologia umana studiaza mecanismele fizico-chimice care definesc organismul uman.

-Omul este un organism capabil sa se adapteze in cele mai variabile conditii prin integrarea mecanismelor de perceptie, sentimente si constiinta care actioneaza ca un macrosistem automat.

-Celula este unitatea elementara a organismului, care prin numeroasele sale variante si alaturi de structurile intercelulare de suport alcatuieste tesuturile, organele si sistemele de organe. -Din totalul de 100 de triliarde de celule, 25 de triliarde sunt eritrocite.

-Desi celulele difera mult intre ele, toate au in comun anumite caracteristici elementare, cum ar fi nutritia prin mecanismele chimice responsabile de transformarea elementelor nutritive in energie, datorita interactiunii O2 cu carbohidratii, lipidele si proteinele. - Reproducerea este alta caracteristica comuna majoritatii celulelo, care determina dezvoltarea si regenerarea tisulara.

Organismul uman contine 60% lichid alcatuit din apa, ioni si alte substante. 2/3 este intracelular. Lichidul extracelular sau mediu intern (fiziologul francez Claude Bernard) contine ioni si elemente nutritive necesare celulelor si este permanent in miscare in interiorul organismului, transportat rapid in sange si ulterior distribuit prin difuzie intre capilar si interstitiu. Astfel, celulele functioneaza optim daca mediul intern prezinta concentratiile adecvate de ioni, glucoza, aminoacizi si lipide.

Diferentele dintre lichidul intracelular si cel extracelular: lichidul extracelular contine cantitati mari de ioni de Na, cl si bicarbonat iar lichidul intracelular contine cantitati mari de ioni de K, Mg si fosfat.

Diferentele de concentratie intra- si extracelulara ale ionilor sunt mentinute de mecanismele speciale de transport transmembranar.

Homeostazia inseamna mentinerea constanta a parametrilor mediului intern, la care contribuie toate tesuturile si organele prin sistemele de control ale organismului, care permit sistemelor functionale sa isi desfasoare activitatile, interdependent. Astfel sunt mentinute constante concentratiile: de O2 si CO2 prin plamani; de ioni prin rinichi si de substante nutritive prin aparatul digestiv.

Lichidul extracelular este transportat in tot corpul prin doua etape: circulatia sangvina si deplasarea bidirectionala intre capilare si spatiile interstitiale.

In circulatia sangvina, tot sangele circulant parcurge intregul circuit corporal intr-un minut in repaus, sau de pana la 6 ori pe minut in activitate intensa.

Membrana capilara are permeabilitate pentru majoritatea moleculelor, cu exceptia proteinelor plasmatice. Aceasta permeablitate permite schimbul bidirectional sange-interstitiu datorita difuziei: miscarile moleculelor care tind sa se distribuie omogen in tot lichidul extracelular din corp.

In obtinerea elementelor nutritive din lichidul extracelular intervin:

-Sistemul respirator care furnizeaza O2, ce va difuza prin membrana alveolara, din alveola in capilare, datorita gradientului de concentratie.

-Tractul gastrointestinal care va furniza elemente nutritive dizolvate precum carbohidratii, acizi grasi si aminoacizii.

-Ficatul si alte organe ale metabolismului care vor prelucra elementele nutritive preluate de tubul digestiv, care nu pot fi utilizate direct.

-Sistemul musculo-scheletic care intervine indirect, furnizand forta si mecanismele nutritiei si respiratiei.

In urma nutritiei, apar produsii finali de metabolism, care vor fi epurati prin:

-Aparatul respirator care va elimina CO2 simultan si invers procesului de absorbtie a O2.

-Rinichi, care vor elimina din plasma ceilalti produsi de catabolism afara de CO2: ureea si acidul uric, ionii si apa in exces. Astfel, rinichii filtreaza plasma la nivel glomerular, reabsorb substantele necesare si elimina resptul sub forma de urina la nivelul tubilor renali.

Functiile organismului sunt reglate de:

-Sistemul nervos care consta din cale aferenta senzoriala, componenta integrativa sau SNC si cale eferenta motorie. Calea aferenta culege informatii despre mediu sau despre organism, prin cele 5 simturi, pe care le trimite la nivelul SNC care elaboreaza raspunsurile pe care le trimite apoi prin calea eferenta motorie. SNC este responsabil de toate procesele cognitive caracteristice speciei umane. O parte a sistemului nervos denumita sistem autonom opereaza subconstient controland activitatea organelor interne: functia cardiaca, peristaltismul tubului digestiv si activitatea secretorie a glandelor.

-Sistemul hormonal de reglare este reprezentat de principalele 8 galnde endocrine care regleaza functiile celulelor organismului prin intermediul produsilor lor de secretie, hormonii. Sistemul endocrin sau hormonal este subordonat si complementar sistemului nervos. Astfel, sistemul nervos regleaza activitatea musculara si secretorie, iar cel endocrin regleaza functiile metabolice. Astfel, hormonul tiroidian creste rata reactiilor chimice (metabolismul), insulina regleaza glucoza, hormonii corticosuprarenali regleaza Na, K si proteinele iar hormonul paratiroidian regleaza Ca si fosfatul.

Reproducerea intervine indirect in homeostaza prin perpetuarea speciei, iar mentinerea homeostaziei tinde sa duca la reproducere.

Sistemele de control ale organismului sunt numeroase, insa cele mai complexe sunt cele genetice (cod genetic), desfasurate la nivel celular. Alte sisteme actiuneaza la nivel de organe sau chiar de sisteme de organe:

-Reglarea concentratiilor O2 din lichidul extracelular se bazeaza in principal pe caracteristicile chimice ale Hemoglobinei care realizeaza functia de tampon pentru O2, care prin marea sa afinitate pentru acesta, il leaga la nivel pulmonar si il cedeaza la mivel tisular in cantitatile necesare acoperirii cerintelor tisulare.

-Reglarea concentratiilor de CO2 in lichidul extracelular decurge astfel: cresterea concentratiei sangvine de CO2 stimuleaza centrul respirator care va raspunde prin respiratii mai rapide si profunde, pana ce concentratia a revenit la normal.

-Reglarea presiunii arteriale este controlata de mai multe sisteme, dintre care cel baroreceptor actioneaza rapid atunci cand presiunea arteriala este crescuta, prin scaderea frecventei cardiace si dilatarea arterelor, iar cand presiunea este scazuta actioneaza invers. Baroreceptorii care se gasesc in peretii arcului aortic si a bifurcatiei carotidiene, in caz de presiune crescuta se activeaza si vor inhiba centrul vasomotor, determinand reducerea influentei simpaticului asupra inimii si vaselor. Daca insa presiunea este scazuta, baroreceptorii se relaxeaza, activand centrul vasomotor care permite actiunea simpaticului asupra inimii si vaselor.

Pentru functionarea optima a organismului,concentratiile constituentilor lichidului celular si factorii fizici trebuie mentinuti in parametri normali: O2 40mmHg; CO2 40mmHg; Na 142mmol; K 4,2mmol; Ca 1,2mmol; cl 108mmol; bicarbonat 28mmol; Glucoza 85mg; temperatura corporala 37o si echilibru acido-bazic 7,4.

Variatiile de:

-temperatura peste 7C duce la cresterea metabolismului si distrugerea celulelor.

-pH cu + sau - 0,5 duc la moarte.

-K cand scade la 1/3 avem paralizie datorita incapacitatii transmiterii impulsurilor nervoase; cand creste de 2x deprima puternic functia miocardului.

-Ca scade la 1/2 avem contractii tetanice datorita impulsurilor nervoase in exces.

-Glucoza scade la 1/2 avem iritabilitate psihica pana la convulsii.

Majoritatea sistemelor de control ale organismului actioneaza prin mecanismul de feedback negativ, prin care o actiune, de exemplu cresterea concentratiei de CO2, este contrabalansata de un raspuns antagonic, in acest caz cresterea ventilatiei pulmonare, care determina revenirea la mormal, in acest caz scazand concentratia de CO2 pana la parametrii normali.

Eficacitatea unui sistem de control este reprezentat de eficacitatea mecanismului de feed-back.

Eficacitatea = corectie/eroare, deci daca de exemplu transfuzam unei persoane un volum mare de sange si presiunea creste cu 25mmHg, stiind ca daca sistemul baroreceptor nu ar functiona ar creste cu 75mmHg, atunci eficacitatea = -50mmHg corectie/25mmHg eroare = -2.

Eficacitatea altor sisteme de control este mai mare decat cea a sistemului baroreceptor, de exemplu sistemul de reglare al temperaturii.

Mecanismul de feedback pozitiv consta intr-un stimul initiator care determina reactii similare dar cu amplitudine mai mare. De cele mai multe ori are efect negativ asupra organismului, de exemplu pierderea a 2 litri de sange, care ingreuneaza activitatea inimii determina mai departe vasodilatatie si scaderea vascularizarii inimii, care nu isi mai poate desfasura functia de pompa si survine moartea. Feedback-ul pozitiv este deci, de cele mai multe ori, sinonim cu cerc vicios. Sunt insa exceptii cand feedback-ul pozitiv este benefic: in coagulare, in efortul de nastere si in generarea impuldurilor nervoase. Astfel, stimularea membranei unei celule nervoase, determina patrunderea unui numar mic de ioni de Na intracelular, care provoaca deschiderea canalelor de sodiu, urmata de patrunderea masiva a ionilor de Na, astfel aparand potentialul de actiune.

Procesele de feedback pozitive fac parte dintr-o serie mai ampla de mecanisme de feedback negativ, fiind complementare acestora.

La nivelul sistemului nervos, se folosesc mecanismele de feedback dar si cele de feed forward, adica de reglare anticipatorie, rapida, datorita necesitatii de promptitudine in efectuarea anumitor actiuni (reflexe).

CAPITOLUL 2

Celula este structura vie elementara a organismului, care poate supravietui independent daca lichidul extracelular contine substantele necesare acesteia. Celula este alcatuita din nucleu si citoplasma, cele doua componente fiind separate de membrana nucleara, iar citoplasma este separata de lichidul extracelular prin intermediul membranei plasmatice. Substantele celulei alcatuiesc protoplasma, care este compusa din cele 5 substante elementare: apa, electroliti, proteine, lipide si carbohidrati.

-Apa reprezinta 70-85%din protoplasma, este prezenta la toate celulele cu exceptia adipocitelor si contine substante dizolvate sau solide aflate in suspensie.

-Ionii intracelulari sunt: K, Mg, Fosfatul, Sulfatul si Bicarbonatul, iar in concentratii mici si Na, cl si Ca. Acestia au rol in derularea reactiilor celulare si in functionarea mecanismelor celulare de control, actionand asupra membranei celulare in transmiterea impulsurilor.

-Proteinele reprezinta 10-20% din masa celulara si pot fi: structurale sau functionale. Proteinele structurale se organizeaza in filamente lungi de polimeri si dau nastere mocrotubulilor care alcatuiesc citoscheletul, cililor, axonilor si fusului de diviziune in mitoza.

Proteinele functionale sunt enzime celulare, mobile sau aderente membranei intracelulare, care vin in contact cu diverse substante catalizand astfel diferitele reactii chimice intracelulare.

-Lipidele sunt substante liposolubile si insolubile in apa si sunt de doua categorii: structurale si neutre. Lipidele structurale sunt fosfolipidele si colesterolul, care reprezinta 2% din masa celulara si care intra in structura membranelor plasmatica si intercelulare, iar lipidele neutre sunt trigliceridele, cu rol energetic (95% din masa adipocitelor).

-Carbohidratii au rol major energetic si rol minor structural, prin participarea la formarea glicoproteinelor. In medie reprezinta 1% din masa celulara, in fibrele musculare 3%, iar in hepatocite 6/suta. Cea mai mare parte se gaseste sub forma de glucoza, care poate fi utilizata imediat, iar o mica parte sub forma de glicogen (polimer insolubil al glucozei).

Celula prezinta, pe langa compartimentul lichidian, niste structuri de organizare superioara, -organitele, dintre care nucleul, reticulul endoplasmatic mitocondria lizozomii si aparatul Golgi sunt delimitate de membrane alcatuite din lipide si proteine. Componenta lipidica a membranei constituie o bariera pentru deplasarea apei si a substantelor hidrosolubile dintr-un compartiment in altul, iar componenta proteica asigura transportul acestor substante care nu sunt liposolubile.

Membrana celulara este subtire, pliabila si elastica, delimiteaza celula si este contine: 55% proteine, 25% fosfolipide, 13%, 4% alte lipide si 3% carbohidrati. Structura sa elementara este reprezentata de dubla pelicula lipidica (bistrat lipidic), in care sunt incluse proteine globulare mari. Bistratul fosfolipidic este alcatuit din molecule de fosfolipide, care au fiecare o extremitate hidrosolubila (hidrofila), corespunzatoare componentei fosfat si o extremitate liposolubila (hidrofoba), corespunzatoare componentei acizilor grasi. Componentele hidrofobe ale bistratului lipidic se afla pe suprafata interna a celor doua pelicule lipidice, deoarece sunt respinse de apa dar se atrag intre ele, in timp ce componenta hidrofile se gaseste pe suprafetele externe ale peliculelor lipidice, in contact cu lichidele intracelular, respectiv extracelular. Astfel, zona centrala hidrofoba a bistratului este impermeabila pentru substantele hidrosolubile precum apa, ionii, glucoza si ureea, dar este permeabila pentru substantele liposolubile precum O2, CO2 si alcoolul.

Moleculele de colesterol din compozitia membranei se gasesc dizolvate in bistratul lipidic, avand rol in reglarea permeabilitatii acestuia pentru substantele hidrosolubile si in controlul fluiditatii membranei celulare.

Proteinele membranei celulare sunt in general glicoproteine, care pot fi integrale, care traverseaza complet bistratul lipidic, sau periferice, atasate fie pe suprafata interna , fie pe cea externa a membranei. Majoritatea proteinelor integrale sunt canale transmembranare (pori), care asigura difuzia apei si a substantelor hidrosolubile prin membrana, intr-un mod preferential pentru unele substante fata de altele. Restul proteinelor integrale sunt proteine de transport, enzime sau receptori membranari, pentru substantele hidrosolubile. Astfel, hormonii peptidici interactioneaza cu acesti receptori, determinand activarea enzimatica a componentei intracelulare a proteinei receptor, astfel, transmitandu-se informatia din mediul inconjurator spre interiorul celulei.

Proteinele periferice sunt frecvent atasate de proteinele integrale de tip pori, actionand ca enzime sau reglatori ai transportului substantelor specifice porilor.

Carbohidratii din membrana se gasesc in componenta glicoproteinelor (majoritatea proteinelor), a glicolipidelor (10% din lipide), si a proteoglicanilor (componenta majoritara de carbohidrati atasati la un miez proteic cu dimensiuni reduse). Componenta glico- se gaseste la exteriorul suprafetei celulare si are rol structural reprezentat de glicocalix care se poate atasa de glicocalixul altor celule, confera sarcina negativa suprafetei externe a celulei, actioneaza ca receptori pentru hormoni si participa la reactiile imunologice.

Citoplasma contine: citosol (mediul lichidian de dispersie al particulelor), globule de lipide neutre, glicogen, vezicule secretorii si organite celulare. Principalele organite celulare sunt: ribozomii, reticulul endoplasmatic, aparatul Golgi, mitocondriile, lizozomii si peroxizomii.

-Reticulul endoplasmatic este o retea citoplasmatica de vezicule si tubuli aplatizati, interconectati intre ei, si ai caror pereti sunt similari plasmalemei, alcatuiti din bistrat lipidic si proteine. Spatiul interior cuprinde matricea endoplasmatica, diferita de citosol, dar aflata in legatura cu spatiul dintre bistratul lipidic al membranei nucleare. Rolul reticulului endoplasmatic este de a conduce diferitele substante sintetizate dintr-o parte intr-alta a celulei. Daca pe suprafata externa a reticulului endoplasmatic se gasesc atasati ribozomi, se va numii reticul endoplasmatic rugos. Reticulul endoplasmatic neted (fara ribozomi atasati) are rol in sinteza lipidelotr si intervine in procese celulare catalizate de enzime intrareticulare.

-Ribozomii sunt particule granuloase, libere sau atasate reticulului endoplasmatic, alcatuite dintr-un amestec de ARN si proteine, cu rol in sinteza proteinelor celulare.

-Aparatul Golgi este asemanator reticulului, cu membrane asemanatoare, insa alcatuite din 4 sau mai multe straturi, reprezentate de vezicule subtiri si aplatizate. Aparatul Golgi este bine reprezentat in celulele secretorii, este asezat la polul exocitozei si functioneaza in asociere cu reticul, din care se desprind vezicule care fuzioneaza cu aparatul Golgi, unde ajung substantele din vezicule. Acestea vor fi procesate la acest nivel in: lizozomi, vezicule secretorii si alte componente citoplasmatice.

-Lizozomii se desprind din aparatul Golgi si sunt organite veziculare acoperite de o membrana de bistrat lipidic, care au rol in digestia diferitelor substante, proprii lezate, alimentare sau patologice, prin faptul ca prezinta numeroase granule de pana la 40 de enzime hidrolitice. Aceste enzime scindeaza un compus organic in doua sau mai multe parti, prin combinarea hidrogenului din apa, la o grupare hidroxil din compusul organic si prin cuplarea gruparii hidroxil din apa la hidrogenul compusului.

-Peroxizomii difera de lizozomi prin faptul ca se formeaza prin autoreplicare si ca in loc de hidrolaze, contin oxidaze, care combina oxigenul cu ioni de hidrogen formand peroxid de hidrogen. Acesta in asociere cu catalaza, oxideaza substante toxice pentru celule (alcoolul oxidat de peroxizomii din hepatocite).

-Veziculele secretorii sunt eliberate in citoplasma de la nivelul aparatului Golgi si contin substante sintetizate de sistemul reticul-aparat Golgi, de exemplu proenzimele din celulele acinare pancreatice.

-Mitocondriile sunt organite generatoare de energie, se formeaza prin autoreplicare deoarece contin ADN si sunt prezente in intreaga citoplasma, cu forme si dimensiuni variabile: mici si globulare, alungite sau filamentoase. Mitocondriile sunt acoperite de doua bistraturi lipidice. Invaginarile membranei interne formeaza rafturi pe care sunt atasate enzime oxidative. In matricea mitocondriala se gasesc cantitati mari de enzime, care in cooperare cu enzimele oxidative din rafturi, reduc nutrientii pana la CO2 si H2O, cu eliberare de energie care va fi folosita pentru sintetizarea ATP, ATP-ul este o sursa de inalta energie care va fi eliberata in citoplasma pentru a elibera energia necesara functionarii celulei.

-Structurile filamentoase si tubulare sunt elemente structurale ale celulei, alcatuite din proteine fibrilare polimerizate, sintetizate de ribozomi. Astfel, la nivelul ectoplasmei (periferia citoplasmei), un numar mare de filamente formeaza un suport elastic pentru plasmalema in timp ce la nivelul cililor, flagelilor, centriolilor si fusului de diviziune, filamentele de tubulin polimerizat formeaza microfilamentele care au rol de citoschelet. In fibrele musculare, filamentele de actina si miozina stau la baza mecanismului contractiei.

-Nucleul este centrul de control al celulei si contine genele, alcatuite din ADN, care determina caracteristicile proteinelor celulare, atat structurale cat si cele enzimatice care controleaza activitatile citoplasmatice si nucleare. Genele controleaza si diviziunea celulara, care se desfasoara astfel: duplicarea genelor si impartirea celulei in doua parti, cate una pentru fiecare din cele doua seturi de gene (mitoza). In timpul diviziunii, ADN in forma de cromatina se organizeaza in cromozomi.

-Membrana nucleara este alcatuita din doua membrane de bistrat lipidic brazdate de proteine membranare numite pori nucleari. Membrana externa se va continua cu peretii reticulului endoplasmatic, ceea ce rezulta ca si spatiul intern al reticulului se va continua cu spatiul perinuclear (dintre cele doua membrane nucleare).

-Nucleolii sunt structuri intens colorate, nemembranare, localizate in nuclei (1 sau mai multi/nucleu), formate prin acumularea de cantitati mari de ARN si proteine ribozomale. Sinteza ARN-ului este controlata de cromozomii nucleari, iar din acesta, o mica parte intra in alcatuirea nucleolilor, iar restul ARN-ului trece in citoplasma, prin porii nucleari,unde reactioneaza cu proteine specifice si formeaza ribizomii.

Pentru a supravietuii, orice celula depinde de ingestia de elemente nutritive, care se poate face prin: difuzie, transport activ sau endocitoza.

-Difuzia consta in deplasarea moleculelor prin membrana celulara datorita gradientului de concentratie, pentru substantele liposolubile direct prin matricea lipidica iar pentru cele hidrosolubile prin porii membranari.

-Transportul activ consta in deplasarea substantei prin membrana celulara cu ajutorul unei proteine transportoare.

-Endocitoza consta in invaginarea plasmalemei in vezicule, care inglobeaza particule de dimensiuni mari, care altfel n-ar putea patrunde in celula. Endocitoza poate fi de doua tipuri: pinocitoza sau fagocitoza.

-Pinocitoza asigura patrunderea macromoleculelor de dimendiuni mari, cum ar fi proteinele si depinde: de receptorii specializati concentrati in depresiuni pe suprafata membranei (la care se ataseaza macromoleculele), de energia asigurata de ATP-ul din celula si de ionii de Ca din lichidul extracelular, care interactioneaza cu proteinele fibrilare (clatrinele) si contractile filamentoase, determinand inchiderea invaginarilor plasmalemei in vezicule care contin respectivele macromolecule.

-Fagocitoza difera de pinocitoza prin faptul ca inglobeaza particule mari (bacterii, celule moarte) si este desfasurata de doar de macrofage si unele limfocite. Fagocitarea bacteriilor este mediata de opsonine, adica anticorpi, care se ataseaza la un cap antigenelor bacteriene iar la celalalt, receptorilor specifici ai membranei celulelor fagocitare.

Lizozomii intervin in: digestia intracelulara, regresia tisulara, autoliza si au actiune bactericida.

-Digestia intracelulara a substantelor endocita este mediata de lizozomi, care se ataseaza veziculelor de endocitoza, in care isi descarca hidrolaze acide, care vor scinda proteinele, carbohidratii, lipidele, etc. Astfel, se formeaza veziculele digestive care contin produsii digestiei (glucoza, aminoacizi, fosfati) si compusi reziduali. Dupa ce produsii de digestie parasesc vezicula prin difuzie, raman corpii reziduali, care vor fi eliminati din celula prin exocitoza.

-Regresia tisulara este un proces opus hipertrofiei, mediat de lizozomi, exemplificat de: regresia uterului post-partum, regresia muschilor dupa perioade lungi de inactivitate si regresia glandelor mamare la sfarsitul lactatiei.

-Autoliza consta in distrugerea celulelor lezate, prin ruptura lizozomilor si elibereaza hidrolazelor, care vor digera substantele organice din matricea celulara. Celula distrusa si indepartata va fi inlocuita prin diviziunea mitotica a unei celule adiacente. Daca leziunea celulara este usoara, numai o parte din celula este indepartata.

-Actiunea bactericida a lizozomilor consta in distrugerea bacteriei inainte ca aceasta sa produca leziune, prin intermediul urmatorilor agenti: lizozimul (dizolva membrana bacteriana), lizoferina (leaga fierul pentru a nu putea fi folosit de bacterie) si acidul la pH de 5 (activeaza hidrolazele si inactiveaza metabolismul bacteriei).

Reticulul endoplasmatic are rol in procesele de sinteza, care incep la acest nivel, dupa care sunt transportati la nivelul aparatului Golgi, unde se complexeaza produsii de sinteza ai reticulului, dupa care sunt eliberati in citoplasma. Reticulul endoplasmatic rugos, prin ribozomii atasati peretilor sai, are rol in sinteza de proteine, in timp ce reticulul endoplasmatic neted sintetizeaza lipide.

Reticulul endoplasmatic furnizeaza enzime care scindeaza glicogenul si contine un numar mare de enzime care detoxifica diverse substante, prin reactii de coagulare, oxidare, hidroliza, etc.

Aparatul Golgi are rol in procesarea suplimentara a substantelor formate in reticul si in sinteza de polimeri glucidici de dimensiuni mari, care se vor atasa la o proteina de dimensiuni mici, formand acidul hialuronic si condroitin-sulfatul. Aceste doua molecule reprezinta componentele principale ale proteoglicanilor din mucus, ale substantei fundamentale din spatiile interstitiale si ale matricei cartilaginoase si osoase.

-Produsii de sinteza ai reticulului endoplasmatic sunt transportati prin tubuli spre REN din apropierea aparatului Golgi, de unde se vor desprinde in mici vezicule de transport, care difuzeaza spre aparatului Golgi, fuzionand cu acesta. La acest nivel, aparatul Golgi compacteaza produsii reticulului cu carbohidrati, dupa care vor fi inclusi in vezicule care abandoneaza aparatul Golgi si difuzeaza in intraga celula.

-Veziculele formate la nivelul aparatului Golgi pot fi: vezicule secretorii sau lizozomi. In celulele secretorii, veziculele formate sunt predominant secretorii, care vor elimina continutul in afara celulei prin exocitoza, care la patrunderea ionilor de Ca in celula, determina fuzionarea veziculei cu plasmalema, eliberand astfel continutul la exterior.

-Veziculele pot fuziona atat cu plasmalema cat si cu membranele organitelor, participand la regenerarea sau la cresterea suprafetei acestora.

Mitocondria este sediul sintesei ''combustibilului'' celular, adica ATP-ul, ca urmare a energiei eliberate din oxidarea glucozei, aminoacizilor si acizilor grasi, sub controlul enzimelor mitocondriale.

Initial, substantele nutritive ajung in organism sub forma de carbohidrati, proteine si lipide, dar sunt scindate de catre tractul digestiv si ficat in glucoza, respectiv aminoacizi si acizi grasi, care pot fi ulterior folositi ulterior de mitocondriile fiecarei celule, in scop energetic.

-ATP-ul este un compus macroergic, care din punct de vedere structural este un nucleotid, alcatuit dintr-o adenina (baza azotata), o riboza (pentoza) si trei legaturi de radicali fosforici, atasati restului moleculei prin legaturi fosfat-macroergice. Aceste legaturi contin fiecare cate 12.000 de calorii/mol de ATP si care pot fi scindate instantaneu pentru derularea activitatilor celulare, prin indepartarea unui radical fosforic, rezultand ADP-ului. ATP se scindeaza in continuu in ADP, cu eliberare de energie si se raface in continuu prin legarea unui radical fosforic la la ADP, cu consum de energie, provenita din oxidarea nutrientilor. Doar 5/suta din ADP este convertit in ATP in citoplasma, prin glicoliza glucozei in acid piruvic, sub actiunea enzimelor citoplasmatice. Restul de 95/suta din ADP se reintoarce in mitocondrii, unde este convertit in ATP, energia necesara provenind din energia eliberata de reducerea acidului piruvic (obtinut din carbohidrati), a aminoacizilor si a acizilor grasi, la acetil-Coenzima A, si din scindarea acesteia in CO2 si atomi de hidrogen prin reactiile Ciclului Krebs (ciclul acidului citric). CO2 va fi eliminat mai intai din mitocondrie, apoi din celula si in final din organism prin plamani, in timp ce atomii de hidrogen, foarte reactivi, se combina instantaneu cu oxigenul care a difuzat in mitocondrie, formandu-se apa si o cantitate mare de energie, necesara sintezei de ATP.

Ansamblul tuturor proceselor de sinteza a ATP se numeste mecanismul chemiosmotic al formarii ATp-ului.

-Principalele functii desfasurate prin utilizarea ATP-ului sunt: transportul transmembranar (in special al ionilor de Na, K, Ca, Mg, fosfat, Cl, H,etc), sinteza de compusi chimici (in special a proteinelor, care prin legarea a doi aminoacizi necesita desfacerea a 4 legaturi macroergice) si efectuarea de lucru mecanic (contractia fibrelor musculare, miscarile ciliare si miscarile amiboidale.

Motilitatea celulara este reprezentata de contractiile miocitelor, de miscarile amiboidale si de miscarile ciliare.

-Miscarea amiboida consta in deplasarea celulei, relativ la mediul incojurator, cum este cazul limfocitelor prin tesuturi, cu ajutorul unui pseudopod, care apare la o extremitate a celulei si care se ataseaza partial la un tesut, dupa care tracteaza intreaga celula spre pseudopod.

Mecanismul miscarii ameboidale consta in deplasarea in continuu, spre anterior a membranei celulare catre pseudopod, prin formare continua de material membranar la acest nivel, concomitent cu reducerea continua prin absorbitie, a membranei in regiunea mijlocie si la polul opus pseudopodului. Formarea continua de membrana celulara la nivelul pseudopudului se face prin endocitoza la polul opus acestuia, ai unor receptori membranari, formand vezicule care vor fi exocitate la nivelul pseudopodului, marind suprafata acestuia, concomitent cu micsorarea suprafetei polului opus. Suprafata interna a veziculei contine receptori proteici, cere prin exocitoza veziculei ajung pe suprafata externa a membranei pseudopodului, unde se vor atasa tesutului respectiv. Deplasarea corpului celular spre pseudopod depinde de retelele filamentoase de polimeri ai actinei, care apar in pseudopod, si care se contracta cand intra in contact cu miozina (proteina de legare a actinei).

Celulele care efectueaza miscari amiboidale sunt: leucocitele, macrofagele tisulare, fibroblastii si celulele embrionare in timpul dezvoltarii embriologice.

Cel mai important factor al initierii miscarilor amiboidale este chematactismul.

-Miscarile ciliare sunt miscari ''in bici'' executate de cili, care se intalnesc la celulele epiteliale ale mucoaselor respiratorie si a trompelor uterine. Miscarea cililor determina: la nivel respirator, deplasarea mucusului si a particulelor straine spre exteriorul organismului, cu o viteza de 1 cm/min iar la nivelul trompelor uterine, deplasarea lichidului care transporta ovulul dinspre ovar spre uter.

Cilul are aspect de fir de par, drept sau curbat, acoperit de o prelungire a membranei si sustinut de 11 microtubuli, din care 9 dupli si periferici si 2 simpli si centrali.

Flagelul spermatozoidului este similar cilului, are aceeasi mecanism contractil, insa este mai lung si executa miscari pseudo-sinusoidale.

Miscarea cililor consta intr-o deplasare brusca spre anterior, urmate de o revenire lenta la locul initial, cele doua miscari se succeda de pana la 20 de ori pe minut. Datorita acestor miscari rapide si a faptului ca celulele ciliare prezinte de obicei multi cili, lichidele sunt astfel eficient deplasate.

Mecanismul miscarii ciliare consta in faptul ca: eliberarea de energie din ATP, la contactul cu elongatiile de dineina (localizate intre doi tubuli adiacenti), determina deplasarea extremitatilor acestora spretubulul dublu adiacent, care duce la deplasarea celor doi tubuli dubli cei mai interiori spre anterior, in timp ce tubulii posteriori raman stationari.

CAPITOLUL 3

Genele controleaza transmiterea ereditara a informatiei genetice de la parinti la urmasi si controleaza functionarea tuturor celulelor organismului, cat si sinteza elementelor structurale si enzimelor acestora.

Fiecare gena este alcatuita dintr-o portiune de ADN (acid nucleic), care controleaza automat formarea altui acid nucleic, ARN-ul, care se va distribuii in celula si va controla formarea unei proteine specifice.

In nucleu se gasesc peste 30.000 de gene diferite, dispuse cap la cap, cateva sute de gene alcatuind 1 molecula lunga de ADN dublu catenar helicoidal, cu greutate moleculara de miliarde de daltoni si alcatuite din miliarde de secvente de nucleotide.

Nucleotida este alcatuita dintr-o molecula de acid fosforic, o molecula de dezoxiriboza si o baza azotata. Bazele azotate pot fi: purinice (adenina si guanina) sau pirimidinice (timina si citozina). Acestea sunt atasate intre cele doua catene helicoidale, alcatuite din acid fosforic si dezoxiriboza. In functie de baza azotata din componenta sa, nucleotida poate fi: acid dezoxiadenilic, acid dezoxiguanilic, acid dezoxicitidilic sau acid dezoxitimidilic.

In nucleu, exista 22 de cormozomi somatici diferiti, alcatuiti fiecare din cromatide, care contin fiecare cate o molecula de ADN.

Structura de rezistenta a fiecarei catene de ADN este alcatuita din alternanta de molecule de acid fosforic si dezoxiriboza. La fiecare dezoxiriboza se ataseaza o baza azotata, care se leaga cu baza azotata complementara a celeilalte catene prin legaturi slabe de hidrogen astfel: adenina se va lega doar cu timina si viceversa, iar guanina cu citozina si viceversa.

-Structura ADN-ului are aspect helicoidal datorita faptului ca se roteaza complet la fiecare cea de a X-a nucleotida.

Codul genetic este alcatuit din triplete succesive de baze, dupa ce acestea au fost expuse la exterior, ca urmare a separarii celor doua catene ale ADN-ului. Tripletele succesive reprezinta cuvintele cod, care desemneaza secventa aminoacizilor din proteina care urmeaza a fi sintetizata de celula.

-ARN-ul reprezinta intermediarul genelor la nivel citoplasmeatic si este sintetizat prin procesul de transcriptie al ADN-ului.

Pentru a sintetiza o molecula de ARN, cele doua catene ale ADN-ului se separa, una dintre acestea va folosii ca matrita, iar tripletele sale controleaza formarea codonilor (triplete complementare) la nivelul ARN-ului. Prin intermediul codonilor ARN-ului, va fi transmisa secventa aminoacizilor, dictata de ADN.

Diferentele ARN fata de ADN constau in inlocuirea dezoxiribozei cu riboza, care are un ion hidroxil suplimentar si inlocuirea timinei cu uracil.

Ribonucleotidele sunt sintetizate similar cu nucleotidele, dupa care sunt activate de ARN-polimeraza, prin adaugarea a doi radicali fosforici suplimentari.

Sinteza moleculei de ARN se face prin transcriptie, sub actiunea ARN-polimerazei, care recunoaste promotorul (secventa de nucleotide dinaintea primei gene), se ataseaza la acesta si incepe sa se deplaseze catre secventa de terminare a lantului, concomitent cu derularea si separarea celor doua catene de ADN. Secventa de terminare a lantului determina ARN-polimeraza si noul lant de ARN sa se separe de matricea de ADN, deoarece aceasta are afinitate crescuta pentru catena complementara de care s-a dezlipit in timpul transcriptiei.

Exista trei tipuri de ARN: mesager (transfera codul genetic in citoplasma, controland sinteza proteica), de transfer (transporta aminoacizii activati la nivelul ribozomilor pentru a fi utilizati in sinteza unei proteine) si ribozomal (care in asociere cu 75 de proteine diferite formeaza ribozomii).

-ARN-ul mesager este o catena lunga de sute pana la mii de ribonucleotide complementare tripletelor ADN, aflat in suspensie in citoplasma. Un codon al ARN-mesager corespunde unui aminoacid diferit, insa 9 din cei 20 de aminoacizi pot fi determinati de 2 pana la 4 codoni diferiti.

Sinteza proteica este initiata de semnal codonului Start si este oprita de codonul Stop.

-ARN-ul de transfer este o molecula de transport al aminoacizilor la locul sintezei proteice in ribozomi. Fiecare tip de ARN-ul de transfer prezinta in zona sa de mijloc un anticodon care-i permite recunoasterea unui anumit codon din ARN-ul mesager, combinandu-se astfel cu aminoacidul determinat de acest codon.

ARN-ul de transfer prezinta aproximativ 80 de nucleotide intr-un lant pliat in forma de frunza de trifoi si prezinta intotdeauna acid adenilic la o extremitate a sa.

-ARN-ul ribozomal reprezinta 60/suta din ribozom, restul de 40/suta este reprezentat de aproximativ 75 proteine diferite, atat structurale cat si cu rol de enzime pentru procesele de complexare ale aminoacizilor.

Sinteza ARN-ului ribozomal este controlata de genele din 5 perechi de cromozoni. Dupa ce a fost sintetizat, ARN-ul ribozomal se acumuleaza la nivelul nucleolului, unde se leaga de proteinele ribozomale, formand astfel subunitatile ribozomale primordiale care sunt eliberate in citoplasma unde vor fi asamblate sub forma de ribozomi maturi.

Sinteza proteinelor in ribozomi se face prin transcriptie: ARN-ul mesager vine in contact cu ribozomul, in care patrunde cu codonul initiator, iar pe masura ce se deplaseaza determina sinteza proteinei, care se termina odata cu aparitia codonului Stop.

Un ARN mesager poate patrunde consecutiv mai multi ribozomi, care se organizeaza in poliribozomi (3-10 ribozomi), determinand astfel sinteza aceleasi proteine in mai multi ribozomi.

Etapele chimice ale sintezei proteice sunt: activarea fiecarui aminoacid prin complexarea acestuia cu ATP (complex AMP-aminoacid), complexarea aminoacidului activat cu ARNt cu eliberarea AMP (complex AA-ARNt) si alinierea AA corespunzator in secventa proteinei sintetizate (prin atasarea anticodonului ARNt la codonul specific al ARNm la nivel ribozomal).

-Legatura peptidica consta in legarea a doi AA prin indepartarea unui radical hidroxil din gruparea COOH a unuia dintre cei doi AA si indepartarea unui ion de H din gruparea OH a celuilalt AA. Legatura peptidica se realizeaza sub influenta peptidil-transferazei (enzima ribozomala) si cu consumul a doua legaturi fosfat macroergice.

-Proteinele sintetizate cu rol de enzime controleaza reactiile chimice in urma carora sunt sintetizate celelalte substante: lipide, glicogen, purine, pirimidine, etc.

Controlul tuturor activitatilor biochimice din celula se face prin reglarea genetica si prin reglare enzimatica. Controlul gradului de activare al genelor se face printr-un mecanism de feedback, pentru fiecare din cele peste 30.000 de gene existand cel putin un astfel de mecanism.

-Reglarea genetica a sintezei unui produs biochimic se face prin intermediul unei enzime, a carei sinteza este controlata de un operon, care este o secventa de gene structurale, localizate succesiv pe aceeasi catena de ADN).

Operonul este activat de promotor (segment ADN cu nucleotide cu afinitate specifica pentru ARN polimeraza). Pentru a-si incepe deplasarea de-a lungul catenei ADN, ARN polimeraza trebuie sa se ataseze la promotor.

-Controlul activitatii enzimatice se face si prin inhibarea sau activarea, prin mecanisme de feedback, a diferitelor enzime cu scopul de a regla concentratiile intracelulare ale diferitilor produsi de sinteza. Astfel, produsul care a fost sintetizat va inactiva prima enzima care i-a determinat sinteza prin modificarea conformationala alosterica a acesteia.

Un exemplu al activarii enzimatice consta in activarea fosforilazei, ca urmare a epuizarii ATP si a acumularii de AMP ciclic (ca urmare a epuizarii ATP). Odata activata fosforilaza degradeaza glicogenul in glucoza, care va fi metabolizata pentru obtinerea energiei necesare refacerii ATP-ului.

In cazul purinelor si pirimidinelor, care trebuie mentinute in concentratii egale in vederea sintezei ADN si ARN, dupa ce o baza azotata este sintetizata, aceasta (purina sau pirimidina) inhiba sinteza alteia baze azotate din acceasi clasa dar activeaza sinteza bazei azotate din cealalta clasa.

Reproducerea celulara este controlata de gene si de mecanismele reglatoare ale acestora. Ciclul celular sau interfaza reprezinta perioada dintre doua mitoze (reproduceri), care la viteza maxima si fara inhibari, dureaza 10-30 ore, intimp ce mitoza dureaza doar 30 minute.

Debutul mitozei are loc la nivelul nucleului si consta in duplicarea ADN-ului, care incepe cu 5-10 ore inaintea mitozei si se termina dupa 4-8 ore.

-Replicarea ADN-ului consta in replicarea integrala a celor 2 catede de ADN din fiecare cromozom sub actiunea ADN-polimerazei (complex multienzimatic), care se ataseaza la matrita ADN si se deplaseaza de-a lungul acesteia, in timp Ce ADN-ligaza uneste intre ele nucleotidele succesive prin consum de ATP. Astfel, fiecare catena noua ramane atasata prin legaturi de hidrogen de catena matrita, sub forma a doua helixuri ADN rasucite impreuna, care vor fi separate sub actiunea unor enzime care intrerup periodic fiecare helix pe toata lungimea sa.

In intervalul de aproximativ o ora dintre replicarea ADN si debutul mitozei are loc corectia erorilor din ADN, in care sub influenta ADN-polimerazei si ADN ligazei, nucleotidele inadecvate din noua catena vor fi inlocuite cu nucleotidele complementare corecte.

Eroarea ramasa in urma transcriptiei se numeste mutatie si determina formarea

unei proteine anormale care poate altera functiile celulei. Desi transcriptia este foarte precisa si de acuratete foarte mare, datorita numarului enorm de gene din genomul uman si a perioadei de pana la 30 de ani dintre doua generatii, la fiecare transmitere a genomului de la parinte la copil se inregistreaza peste 10 nutatii. Insa, datorita faptului ca copilul are doua copii din toti cromozomii, este imposibil ca mutatia sa apara in ambele gene pereche, deci va avea intotdeauna o gena functionala.

Helixurile ADN-ului sunt compactate in cromozomi, in numar de 23 de perechi. Cromozomii prezinta pe langa ADN si o mare cantitate de proteine, in special histone (mici cu sarcina pozitiva), in jurul caruia se rasucesc mici segmente de ADN dublu catenar. Histonele au rol in reglarea activitatii ADN-ului pe care il compacteaza pentru a nu putea fi citite anumite segmente. Decondensarea histonelor se face prin intermediul anumitor proteine.

Pe langa proteinele histonicce, in cromozomi se mai gasesc si proteine non-hostonice cu rol structural, cu rol de activatori, de inhibitori sau de enzime in asociere cu sistemele de reglare genetica.

Replicarea integrala a cromozomilor se face in minutele urmatoare replicarii ADN-ului, formandu-se astfel doi cromozomi identici uniti prin centriol, alcatuind astfel cromatida.

Mitoza este procesul in urma caruia celula se separa in doua celule fiice, la 1-2 ore de la formarea cromatidelor (replicarea cromozomilor).

Primul eveniment al mitozei este reprezentat de formarea centrozomilor in citoplasma, alcatuiti fiecare din doi centrioli pereche dispusi intre ei in unghi drept, fiecare pereche la un pol al celulei.

Cei doi centrozomi se distanteaza unul de altul iar microtubulii din alcatuirea centriolilor polimerizeaza, uni dintre ei formand inspre nucleu asterii, care penetreaza membrana nucleara, ajutand la separarea celor doua seturi de cromatide. Complexul de microtubuli care se formeaza intre cei doi centrozomi se numeste fus de diviziune, iar intregul set de microtubuli de origine centriolara alcatuiesc aparatul mitotic.

-Profaza este prima etapa a mitozei, in care se formeaza fusul iar cromozomii se condenseaza si ajung bine definiti.

In timpul prometafazei, razele microtubulare ale asterului fragmenteaza invelisul nuclear, se ataseaza de cromatide tractionand una din fiecare pereche spre fiecare pol al celulei.

-Metafaza este cea de a doua etapa a mitozei, in urma careia cei doi asteri se indeparteaza tot mai mult unul de altul, tractionand cromatidele spre centrul celulei, care se aliniaza formand placa ecuatoriala a fusului mitotic.

-Anafaza este a treia etapa a mitozei, in care toate cele 46 de perechi de cromatide se separa formand doua seturi de 46 de cromozomi, fiecare set deplasandu-se la polul opus celuilalt set.

-Telofaza este a patra si ultima faza a mitozei, in care aparatul mitotic se dezintegreaza, se formeaza cate o membrana celulara in jurul fiecarui set de cromozomi (din resturile reticulului endoplasmatic), iar in final celula se divide in doua, ca urmare a aparitiei inelului contractil de microfilamente de actina si miozina.

Anumite celule se reproduc si cresc in permanenta (celulele hematopoietice, germinative cutanate si epiteliale intestinale) in timp ce celulele inalt diferentiate (musculare si nervoase) nu se mai reproduc. Aceasta crestere celulara este stimulata de factorii de crestere in timp ce spatiul insuficient si acumularea propriilor produsi de secretie inhiba cresterea celulara.

Fiecare celula, chiar si bine diferentiata, contine toata informatia genetica necesara pentru dezvoltarea tuturor structurilor organismului, diferentierea celulara fiind rezultatul inactivarii selective a unor operoni diferiti.

-Apoptoza este moartea programata A celulelor care nu mai sunt necesare, prin actiunea caspazelor (proteaze) care sunt sintetizate si acumulate in celula sub forma de procaspaze. Atunci cand sunt activate, caspazele determina micsorarea si condensarea celulei, dezintegrarea citoscheletului si modificarea membranei, pentru a putea fi fagocitata. Spre diferenta necrozei, in care celulele lezate se maresc si determina inflamatia si afectarea celulelor vecine, apoptoza nu afecteaza celulele vecine. Apoptoza este foarte intensa in viata intrauterina.

Cancerul se produce datorita mutatiilor sau a activarii anormale a genelor care controleaza cresterea si diviziunea celulara. Genele anormale (mutatie) se numesc oncogene, iar activarea lor este suprimata de antioncogenele specifice, iar pierderea sau inactivarea acestora duce la aparitia cancerului.

Nunai o mica parte dintre celulele care sufera mutatii duc la aparitia cancerului, deoarece majoritatea au o capacitate de supravietuire diminuata, proliferarea le este impiedicata prin mecanisme feedback de control si sunt distruse de catre sistemul imunitar. Persoanele cu supresie imunitara au o probabilitate de 5 ori mai mare de a dezvolta cancer.

De asemenea, pentru aparitia cancerului este necesara activarea simultana a mai multor oncogene.

-Desi mutatiile se produc din intamplare, probabilitatea acestora creste odata cu expunerea la factori chimici, fizici sau biologici.

Factorii chimici care stimuleaza mutatiile sunt sunstantele carcinogene precum colorantii derivati ai anilinei si substantele din fumul de tigara, responsabile pentru un sfert din decesele prin cancer.

Factorii fizici care stimuleaza mutatiile sunt radiatiile ionizante care pot determina ruperea ADN-ului si factorii fizici iritanti care lezeaza epiteliul intestinal, provocand diviziuni mitotice rapide (creste riscul producerii de mutatii).

Factorii biologici sunt reprezentati de virusuri ADN care isi insera materialul genetic in cromozomi determinand mutatii.

Factorul ereditar este reprezentat de una sau mai multe gene mutate care se transmit ereditar.

-Invazivitatea cancerului se datoreaza faptului ca calula canceroasa nu respecta limitele obisnuite ale cresterii celulare, poate patrunde in fluxul sangvin pentru a ajunge in tot organismul producand focare de proliferare si poate produce factori angiogeni care vor forma vase intratumorale care hranesc tesutul canceros.

-Mecanismul nociv al cancerului consta in faptul ca celulele sale prolifereaza indefinit si rapid, acaparand progresiv toate elementele nutritive ale organismului, ceea ce duce la moartea treptata a tesuturilor normale prin deficit nutritional.