Șoseaua „Ștefan cel Mare” nr. 11, Ia și Tel: 0232212740; 0332440728 Fax: 0232.310.112 E-mail: editurapim@pimcopy.ro http://www.pimcopy.ro EDITURĂ… [626600]

FIZIOLOGIE UMANA

CELULA SI MEDIUL INTERN

Dragomir Nicolae Serban
Ionela Lăcrămioara Serban
Walther Bild

EDITURA
Iași – 2008
PIM

EDITURA PIM
Șoseaua „Ștefan cel Mare” nr. 11, Ia și
Tel: [anonimizat]; 0332440728
Fax: 0232.310.112 E-mail: [anonimizat]

http://www.pimcopy.ro
EDITURĂ ACREDITAT Ă CNCSIS

66/01.05.2006
Descrierea CIP a Bibliotecii Naționale a României

DRAGO MIR, NICOLAE ȘERBAN
Fiziologie umană : celula și mediul intern / Nicolae
Șerban Dragomir, Ionela Lăcrămioara Șerban, Walther Bild. –
Iași : PIM, 2008
Bibliogr.
ISBN 978-606-520-186-6

I. Șerban, Ionela Lăcrămioara
II. Bild, Walther

612
Prefață

Această carte prezint ă noțiuni de baz ă din fiziologia uman ă. Prima
parte se refer ă la funcțiile generale ale celu lelor, la care am ad ăugat trans-
miterea sinaptic ă și contracția muscular ă. Partea a doua prezint ă sângele, ca
factor pasiv în asigurarea condi țiilor de via ță pentru celule și ca factor activ
în apărare și hemostaz ă. Cartea este destinat ă studenților de la Programul de
Licență în Medicin ă și de la Colegiul Medical Universitar, dar poate fi
utilizată și de către studen ții Facultăților de Biologie, ai sec țiilor de
Biofizică, și de alți cititori care au cuno ștințe de biologie, chimie și fizică la
nivel de liceu și sunt interesa ți de rolurile și mecanismele proceselor
biologice din corpul uman. Ea poate fi un instrument util și pentru persoane
implicate în sistemul de asigurare a s ănătății sau în cercetarea biomedical ă.
Considerăm că noțiunile de fiziologie celular ă și a mediului intern sunt
cea mai potrivit ă introducere în studiul fizi ologiei umane. Cuprinderea și
profunzimea informa țiilor s-a dorit a fi în conformitate cu cerin țele pregătirii
studenților la medicin ă, pentru examenele de fiziologie și nu numai, pentru a
le oferi un instrument de lucru cu informa ție suficient ă, dar accesibil
comparativ cu tratatele consacrate care le sunt destinate. In acest demers am
pornit tocmai de la necesitatea unui astf el de material, util pentru trecerea
studenților de la prelegerile și lucrările practice pe care le oferim la studiul
aprofundat, la nivel de tratate, m onografii, reviste de specialitate.
Textul nostru se bazeaz ă pe o experien ță didactică proprie de durat ă și
este natural influen țat de tradi ția școlii medicale de la Ia și, de tratatele de
fiziologie1 pe care ne-am sprijinit activitatea și de interesele noastre de
cercetare. Dedic ăm modesta noastr ă lucrare marilor dasc ăli care ne-au
îndrumat pe drumul cunoa șterii și al vieții, din școala primar ă și până azi.
Dragomir Nicolae Serban

Ionela Lăcrămioarara Serban

Walther Bild

1 Cu puține excep ții, cartea de fa ță conține numai informa ții de specialitate de uz comun
(publice și bine-cunoscute, inclusiv con ținutul ilustra țiilor), care se reg ăsesc în diverse
forme în multe lucr ări didactice (unde nu sunt citate studiile originale în cauz ă), un grad de
asemănare cu aceste lucr ări fiind inevitabil. In limitele impuse de acurate țea informa ției,
textul, tabelele și figurile din volumul de fa ță sunt originale sub aspectul formei,
asigurându-se astfel respectarea propriet ății intelectuale (indica ții bibliografice succinte au
fost introduse numai unde a fost cazul).

CUPRINS

FIZIOLOGIE CELULARA – D. N. Serban, W. Bild
1. Organizarea și propriet ățile fundamentale ale materiei vii 1
2. Organitele celulare 4
2.1. Specializ ările funcționale ale organitelor celulare 5
2.2. Stocarea energiei metabolice 7
2.3. Nucleul, ribozomii, sinteza proteic ă, diviziunea celular ă 10
3. Ciclul celular 12
3.1. Fazele ciclului celular 13
3.2. Faza G 1 15
3.3. Faza S 17
3.4. Replicarea ADN 18
3.5. Faza G 2 și punctul de control G 2/M 22
3.6. Mitoza și citokineza 22
3.7. Meioza 28
4. Apoptoza 33
4.1. Evolu ția apoptozei 35
4.2. Cauzele apoptozei 35
4.3. Semnalele și căile care induc apoptoza 37
5. Membrana celular ă și comunicarea celulei cu mediul 39
5.1. Structura membranei celulare 40
5.2. Permeabilitatea ionic ă și potențialul transmembranar 46
5.3. Clasificarea formelor de transport transmembranar 47
5.4. Difuziunea prin membrane 48
5.5. Osmoza 51
5.6. Canale ionice membranare 53
5.7. Transportori moleculari membranari 60
5.8. Poten țialul transmembranar și modificările sale 65
5.9. Receptori membranari și sisteme de semnalizare intracelular ă 72
5.10. Jonc țiuni celulare 116
5.11. Traficul celular al membranelor fosfolipidice 118
5.12. Exocitoza ca mecanism secretor 122
6. Transmiterea sinaptic ă 123
6.1. Organizarea func țională a sinapsei 123 6.2. Placa motorie 125
6.2. Mecanismul eliber ării mediatorilor sinaptici 127
6.3. Efectele postsinaptice și presinaptice ale mediatorilor 129
7. Motoarele moleculare și contrac ția muscular ă 130
7.1. Motoare moleculare 130
7.1. Fiziologia miocitului striat scheletic 130
7.2. Fiziologia miocitului neted 141

FIZIOLOGIA SANGELUI – I. L. Serban, D. N. Serban
8. Introducere în fiziologia sângelui 152
8.1. Compartimentele hidrice ale organismului 152
8.2. Rolul sângelui în sus ținerea func țiilor de nutri ție 153
8.3. Propriet ăți fizico-chimice ale sângelui 154
8.4. Alcătuirea general ă a sângelui 155
8.5. Compozi ția chimică a plasmei sanguine 156
8.6. Proteinele plasmatice 158
9. Hematopoeza 162
9.1. Celula stem și celulele progenitoare 164
9.2. Factorii de cre ștere implica ți în hematopoez ă 165
9.3. Eritropoeza 165
9.4. Leucopoeza 169
9.5. Trombopoeza 171
10. Hematiile 172
10.1. Membrana eritrocitar ă 172
10.2. Hemoglobina 174
10.3. Distrugerea eritrocitelor 177
10.4. Constante eritrocitare 178
10.5. Grupele sanguine 179
11. Leucocitele 183
11.1. Neutrofilele 183
11.2. Eozinofilele 183
11.3. Bazofilele 184
11.4. Monocitele 184
11.5. Limfocitele 185
12. Ansamblul reac țiilor de ap ărare 185

12.1. Inflama ția 186
12.2. Fagocitoza 188
12.3. Activarea sistemului complement 189
12.4. Imunitatea specific ă sau dobândit ă 189
12.5. Complexul major de histocompatibilitate și imunitatea 190
12.6. Limfocitele T 192
12.7. Limfocitele B 194
12.8. Mecanismele r ăspunsurilor imune 199
13. Hemostaza fiziologic ă 202
13.1. Aderarea, agregarea și secreția plachetar ă 203
13.2. Coagularea sângelui 207

FIZIOLOGIE CELULARA
11. Organizarea și propriet ățile fundamentale ale materiei vii
Obiectul de studi u al fiziologiei

Stiințele fiziologice reprezint ă pentru domeniul biomedical ceea ce
înseamnă fizica pentru științele naturii. In ansamblu fiziologia1 descrie
mecanismele și rolurile fenomenelor din materia vie. Ca rezultat direct al
progresului cunoa șterii, numeroase aspecte esen țialmente fiziologice sunt
descrise cu prec ădere în cadrul unor disc ipline de studiu (domenii științifice)
înrudite: biofizic ă, biochimie, biologie celular ă și molecular ă, genetică,
imunologie, etc. Pornind de la aspectele generale și particulare ale func țiilor
celulare, fiziologia pe de o parte le analizeaz ă până la nivel molecular și pe
de altă parte descrie integrarea treptat ă a acestora la nivel de organ, sistem
funcțional și organism în cadrul “marilor func ții”: de nutriti ție (digestia,
respirația, excreția, circula ția), de ap ărare împotriva microorganismelor, de
reproducere, de comand ă și control (reglarea integrativ ă neuro-endocrin ă a
funcțiilor men ționate), de integrare somato-vegetativ ă și relație cu mediul
(funcții senzitivo-senzoriale, somato-motorii, psiho-comportamentale).
Energia metabolic ă și organizarea celular ă a materiei vii

Esența vieții (a tuturor fenomenelor biologice) const ă în capacitatea
sistemelor vii de a oxida gradat diferite substan țe, utilizând ma re parte din
energia chimic ă astfel eliberat ă pentru desf ășurarea anumitor reac ții chimice
care consum ă energie (reac ții endergonice). Ansamblul acestor transform ări
de nivel molecular se nume ște metabolism și stă la baza vie ții, asigurând
condițiile energetice pentru fenomenele anti -entropice prin care sistemele vii
asambleaz ă, păstrează și dezvoltă structuri proprii, care particip ă la diverse
fenomene cu finalitate bine determinat ă (procese fiziologice).
Celula este unitatea fundamental ă a materii vii. La nivel celular se
manifestă toate propriet ățile generale, fundamentale, ale materiei vii, adic ă
metabolismul, excitabilitatea, mi șcarea și reproducerea. Aceste propriet ăți
sunt asigurate morfo-func țional la nivel subcelular în mod diferen țiat, prin
specializările organitelor celulare. Unele aspecte ale vie ții sunt prezente
(izolat și incomplet), chiar și la nivel de organite izolate și de ansambluri
supra-moleculare reconstituite artificial. Pe de alt ă parte, în organismul

1 Etimologia termenului fiziologie, introdus de Fernel în 1542, conduce spre în țelesul de
“știința principiilor vie ții”.

FIZIOLOGIE CELULARA
2uman celulele sunt diferen țiate morfo-func țional pentru roluri specifice, iar
procesele fiziologice celulare sunt integrate treptat, la nivel de țesut, organ,
aparat și organism, rezultând manifest ări cu o complexitate crescând ă.
Tesutul este o grupare de celule învecinate ce apar țin aceluia și tip tisular,
adică au aceea și specializare morfo-func țională (rezultată printr-un proces
complex de diferen țiere celular ă). Există patru tipuri tisulare majore; țesut
epitelial, muscular, nervos și conjunctiv. Organele sunt grup ări tisulare
structurate în scopul integr ării funcțiilor, care pot astfel s ă devină mai
complexe, cu elemente calitativ superioare, ce nu se manifest ă ca atare la
simplul nivel celular sau tisular. La rândul lor organele formeaz ă sisteme
funcționale de organe, numite uneori aparate. Aceast ă complex ă arhitectur ă
funcțională bazată pe celule presupune existen ța unei variet ăți de conexiuni
celulare și de spații intercelulare. Cu rare excep ții spațiile respective con țin
un lichid extracelular, o solu ție apoasă ce reprezint ă mediul de via ță al
celulelor, denumit generic mediu intern (vezi capitolul “Compartimentele hidrice ale organismului”).
Relația dintre celule și organism poate fi rezumat ă tocmai prin faptul
că, pe lângă integrarea în scopul realiz ării de procese func ționale complexe,
organismul utilizeaz ă sistemele sale func ționale pentru asigurarea condi țiilor
adecvate pentru func ționarea fiec ărei celule (fig. 1). Este esen țial faptul c ă
majoritatea celulelor nu sunt în contact cu mediul extern și deci nu pot
realiza direct cu acesta schimbul de substan țe necesar pentru metabolism.
Sistemele care asigur ă funcțiile de nutri ție sunt organizate tocmai în acest
scop, de intermediere a schimburilor dintre celule și mediul extern (fig. 2).

Fig. 1. Schema general ă de organizare func țională a celulelor în organism

Organismele sunt și ele organizate în nivele superioare, pe plan
ecologic (popula ție, biocenoz ă și ecosistem, biosfer ă) și teoretic (sistematic
și filogenetic: popula ție, specie, gen, familie, clas ă, încrengătură, regn). sisteme
funcționale compoziția
mediului intern funcții celulare integrare
FIZIOLOGIE CELULARA
3

mediu extern

material ingerat Ö Ö Ö tub digestiv Ö Ö Ö material neabsorbit

aport O 2

eliminare CO 2

a p a r a t
excretor

Øurină

inima stâng ă

inima dreapt ă

celule

mediu intern aparat respirator

Fig. 2. Sistemele func ționale și schimburile de substan țe în cadrul organismului

Proprietățile fundamentale ale materiei vii
Metabolismul cuprinde fenomene catabolice (litice) și anabolice
(sintetice). Catabolism înseamn ă scindarea substan țelor complexe, cu
eliberare de energie chimic ă de legătură, care este în parte stocat ă sub form ă
de energie metabolic ă, de fapt energia leg ăturilor fosfat macroergice din
diferiți compuși, în special adenozin-trifosfat (ATP). Lan țurile de reac ții
catabolice realizeaz ă de fapt un transfer treptat de electroni c ătre atomii de
oxigen, rezultând în final CO 2 și H 2O, precum și alți produși finali de
catabolism, ce nu mai pot fi oxida ți la nivel celular. Anabolism înseamn ă
sinteză de substan țe proprii, realizat ă cu consum de energie, adic ă pe baza
energiei furnizate de catabolism prin intermediul ATP. Alte categorii de
procese biochimice, ce se desf ășoară tot cu consum de energie metabolic ă,
nu sunt reac ții anabolice propriu-zise, ci permit realizarea la nivel molecular
a fenomenelor de mi șcare direc ționată și activă a substan țelor (transport
activ transmembranar, circuite intracelulare ale proteinelor și lipidelor, feno-
mene secretorii), precum și a manifest ărilor celulare electrice și mecanice.

FIZIOLOGIE CELULARA
4Excitabilitatea este proprietatea materiei vii de a r ăspunde, mai mult
sau mai pu țin specific, la ac țiunea unui stimul adecvat. Stimulul (excita ția)
este o varia ție energetic ă din mediu și poate induce r ăspunsul dac ă este
adecvat ca: form ă energetic ă, amplitudine, durat ă de acțiune, brusche țe (rată
de transfer energetic). O form ă particular ă este “excitabilitatea electric ă”, ce
reprezintă prin defini ție capacitatea unei membrane celulare de a genera și
conduce semnale electrice speciale numite poten țiale de ac țiune. Cuplarea
dintre “starea de excita ție” și răspunsul celular propriu-zis este un fenomen
deosebit de complex, care de obicei cuprinde o etap ă de transduc ție
membranar ă și mecanisme de semn alizare intracelular ă.
Există numeroase și variate forme de mi șcare celular ă, bazate pe
interacțiuni între proteine specializate. Cele dou ă motoare moleculare
principale sunt repreze ntate de cuplul actin ă-miozină, baza contrac ției
musculare, și de cuplul tubulin ă-dineină, baza mișcării de tip ciliar-flagelar.
Reproducerea celular ă se realizeaz ă prin diviziune. Forma somatic ă de
diviziune este mitoza, în care fiecare din cele dou ă celule fiice prime ște o
copie a întregii informa ții genetice prezente sub form ă de acid dezoxi-
ribonucleic (ADN) la nivel nuclear, în urma duplic ării acesteia în cadrul
fenomenului de replicare a ADN. Reproducerea sexuat ă a organismelor
presupune formarea zigotului (celul ă-ou) prin fuziunea game ților, celulele
reproducătoare specializate, ce rezult ă prin meioz ă și au jum ătate din
numărul de cromozomi (haploide).
2. Organitele celulare Celula este alc ătuită din membran ă, citoplasm ă și nucleu (fig. 3).
Componenta principal ă a membranei celulare este plasmalema, un bistrat
fosfolipidic în care se g ăsesc proteine periferice și integrale, la care se
adaugă la exterior glicokalixul (cu compozi ție predominant glicoproteic ă),
iar la interior specializ ări citoplasmatice submembranre (citoscheletul sub-
membranar, reticulul endoplasmic superf icial, etc.). Citoplasma e compar-
timentată prin sistemul de membrane fosfolipidice intracelulare. Organitele
delimitate de membrane sunt de tip vezicular-canalicular: mitocondriile,
veziculele de endocitoz ă, lizozomii, reticulul endoplasmic, aparatul Golgi,
veziculele de exocitoz ă. Alte organite (nedelimitate de membrane) pot fi
granulare, cum sunt ribozomii și diverse incluziuni citoplasmatice, sau
fibrilare, grupate într- un ansamblu morfo-func țional numit citoschelet.
FIZIOLOGIE CELULARA
52.1. Specializ ările funcționale ale organitelor celulare
Ribozomii sunt granule lib ere în citosol sau ata șate reticulului
endoplasmic și reprezint ă sediul sintezei proteice (transla ție). Secven ța de
aminoacizi din lan țul polipeptidic sintetizat la acest nivel este dictat ă de
succesiunea codonilor (triplete de nuc leotide) din acidul ribonucleic
mesager (ARNm). Alte forme de ARN intr ă alături de proteine în structura
ribozomilor (ARN ribozom al; ARNr) sau transfer ă aminoacizii din citosol la
ribozomi (ARN de transfer; ARNt).
Mitocondriile sunt organite delimitate de membran ă dublă, speciali-
zate pentru produc ția de ATP. In matricea mitocondrial ă se desfășoară ciclul
acizilor tricarboxilici (Krebs ), iar în cadrul membranei mitocondriale interne
funcționează lanțul enzimatic transportor de electroni (lan țul respirator), ce
realizează gradientul protonic dintre spa țiul inter-membranar și matricea
mitocondrial ă, pe baza c ăruia funcționează o ATP-sintaz ă (fosforilarea ADP
în acest caz unic se nume ște “oxidativ ă”).
Reticulul endoplasmic este un ansamb lu tubulo-vezicular cu rol în:
transportul intracelular de substan țe
2, stocarea și eliberarea calciului, sinteza
fosfolipidelor, acizilor gra și și steroizilor. Por țiunile de reticul care prezint ă

2 Rolurile reticulului endoplasmic, lizozomilor și aparatului Golgi în dinamica celular ă a
membranelor fosfolipidice sunt descrise într-un capitol separat.
Fi g. 3. Re prezentare schematic ă a structurii generale a celulelor

FIZIOLOGIE CELULARA
6ribozomi ata șați (reticulul rugos) particip ă la sinteza proteinelor ce sunt
eliberate direct în lumenul reticular.
Aparatul Golgi este o forma țiune specializat ă din reticulul endoplas-
mic, constituit ă ca un ansamblu de cisterne turtite și mici vezicule (vezicule
de transfer dinspre reticul și vezicule de exocitoz ă), cu rol în procesarea
post-transla țională a proteinelor secretorii (glicozilare și împachetare în
vezicule de exocitoz ă) și în direcționarea proteinelor proprii.
Lizozomii, forma ți la nivelul aparatului Go lgi, sunt vezicule cu
conținut bogat de hidrolaze, ce realizeaz ă procese de digestie intracelular ă a
materialului de endocitoz ă (heterofagie, dup ă fuziunea cu vezicule de
endocitoz ă) sau a structurilor proprii (auto-fagie), cea din urm ă mai ales în
cadrul procesului de înlocuire permanent ă a proteinelor pentru men ținerea
funcționalității lor. Peroxizomii sunt o cate gorie aparte de vezicule, cu
conținut bogat de enzime ce realizeaz ă procese chimice de oxidare puternic ă
a conținutului rezultat prin fu ziunea cu alte vezicule.
Citoscheletul este un ansamblu de filamente de natur ă proteică, cu
diferențieri regionale de compozi ție și arhitectur ă, ce servesc diverse roluri
funcționale. Dup ă criterii structurale (fig.4 ) se descriu patru clase de
filamente: microfilamente (implicate în men ținerea arhitecturii celulare),
filamente intermediare (cu rol de an corare a unor proteine membranare)
filamentele groase de miozin ă și microtubulii (forma ți din tubulin ă și
implicați în menținerea formei celulare, motilitatea cililor și flagelilor, în
transportul vezicular și în formarea și funcționarea fusului de diviziune).
Microfilamentele sunt cele mai mari forma țiuni ale citoscheletului
sunt alcătuite din actin ă, iar în celulele musculare și din miozin ă.
Microfilamentele reprezint ă sistemul contractil al celulei, care asigur ă
contracția celulelor musculare, mi șcările amiloide ale leucocitelor, mi șcările
filamentelor celulare.
Filamentele intermediare au dimensiuni cuprinse între cele ale
microtubulilor și microfilamentelor și se găsesc mai ales în celulele care
suportă compresiuni mecanice.
Rețeaua microtrabecular ă este alcătuită din filamente foarte sub țiri
interconectate care traverseaz ă întreaga citoplasm ă ancorându-se de fa ța
internă a plasmalemei. Organitele, microtubulii și microfilamentele par a fi
suspendate de re țeaua microtrabecular ă. Rețeaua microtrabecular ă constituie
scheletul celulei conferind în acest mod unitate func țională tuturor
constituien ților citoplasmatici.
FIZIOLOGIE CELULARA
7
In afară de organitele men ționate, comune tuturor celulelor, exist ă
varietăți ale acestora, ce sunt caracteris tice anumitor tipuri celulare. Un
foarte bun exemplu este st ructurarea ultraspecializat ă a filamentelor de
miozină și actină în miofibrile cu organizare sarcomeric ă în fibrele muscu-
lare striate. In axonii ne uronilor se constituie neur ofilamente, în care tubu-
lina particip ă la transportul axonal de substan țe. Unele celule epiteliale
prezintă evaginări membranare filiforme ale plasmalemei numite cili, ce pot
fi mobili prin prezen ța unei diferen țieri citoscheletice sp ecifice. In timpul
mitozei microtubulii formeaz ă fusul de diviziune, ce asigur ă migrarea c ătre
polii celulei a materialului genetic (cromatide în cazul mitozei sau cromo-zomi în cazul meiozei).
2.2. Stocarea energiei metabolice Desfășurarea reac țiilor anabolice și a celorlalte procese celulare
consumatoare de energie necesit ă disponibilitatea aces teia într-o form ă
direct utilizabil ă, ușor controlabil ă și în cantitate suficient ă. Aceste criterii
sunt îndeplinite de energia chimic ă din așa-numitele leg ături fosfat
macroergice (esterice fosfat-fosfa t sau fosfat-substrat), din diver și compuși
cum sunt creatin-fosfatul și nucleotidele. Cel mai important compus din
această clasă este de departe adenozin-trifosfatul (ATP). Reac țiile chimice
care se desf ăș
oară cu consum de energie metabolic ă (sub forma principal ă
de ATP) sunt catalizate direct de enzime cu activitate ATP-azic ă sau cuplate
indirect cu hidroliza ATP, care furnizeaz ă astfel energia necesar ă.
Fig. 4. Clasele princi pale de filamente citoscheletice

FIZIOLOGIE CELULARA
8Sinteza de ATP se realizeaz ă prin fosforilarea ADP, cuplat ă cu
anumite reac ții din catabolismul nutrimentelor și poate necesita sau nu
prezența oxigenului. De aici pr ovine de fapt distinc ția conceptual ă dintre
metabolismul aerob și cel anaerob, bazat ă pe diferen ța dintre mecanismele
ce permit fosforilarea ADP: fo sforilarea “de substrat” și cea “oxidativ ă”.
Cea mai mare parte a produc ției de ATP se realizeaz ă la nivel mitocondrial,
dar contribu ția acesteia difer ă în funcție de tipul celular (de fapt în func ție
de numărul mitocondriilor și încărcarea lor enzimatic ă), precum și în funcție
de statusul metabolic și de oxigenare al celulei.
In matricea mitocondrial ă se desfășoară secvența catabolic ă finală
pentru toate nutrimentele, ciclul acizilo r tricarboxilici (Krebs). Intr-un ciclu
de reacții3 este preluat un rest acetil de c ătre o molecul ă de coenzim ă A, în
final se elibereaz ă două molecule de CO 2, iar pe parcurs se fosforileaz ă o
moleculă de ADP și se reduc trei molecule de nicotinamid-adenin-di-
nucleotid (NAD+) și o molecul ă de flavin-adenin-dinucleotid (FAD). Aceste
coenzime sunt re-oxidate de c ătre citocrom-oxidaze, la nivelul membranei
mitocondriale interne, în cadrul lan țului enzimatic transportor de electroni
(lanțul respirator). Enzimele respective preiau practic câte un atom de
hidrogen de la coenzimele men ționate și îl separ ă în proton și electron.
Protonii și electronii respectivi sunt direc ționați după cum urmeaz ă (fig. 5).
Protonii sunt elibera ți în spațiul intermembranar, men ținând gradientul
electrochimic ce asigur ă funcționarea unei ATP-sintaze din membrana
mitocondrial ă internă. ATP-sintaza asigur ă un ciclu de reac ție în cadrul
căruia un proton este transferat în sensul gradientului spre matrice, simultan
cu fosforilarea unei molecule de ADP. Tot în membrana intern ă electronii
sunt transfera ți în gradient redox c ătre oxigenul molecular, reac ția finală
având forma O 2 + 4e- + 4H+ = 2H 2O.
Resturile acetil sunt intr oduse în ciclul Krebs de c ătre acetil-coenzima
A, care le preia din catabolismul nutrimentelor dup ă cum urmeaz ă2. Glucoza
este catabolizat ă până la piruvat cu producerea net ă a 2 molecule de ATP și
2 molecule de NADH, care pot fi re oxidate prin transformarea anaerob ă a
piruvatului în lactat. Conversia piruvatului în acetil-coenzim ă A mai
produce o molecul ă de NADH. Aminoacizii sunt deamina ți, iar acizii

3 Detaliile chimice referitoare la metabolismul energetic și intermediar sunt subiect clasic
de biochimie; aici sunt prezentate unele aspecte relevante din punct de vedere func țional
FIZIOLOGIE CELULARA
9carboxilici rezulta ți sunt converti ți în piruvat sau un intermediar din ciclul
Krebs. Glicerolul de provenien ță lipidică intră în calea glicolitic ă.
Acizii gra și sunt cataboliza ți în matricea mitocondrial ă prin β-oxidare,
un ciclu de reac ții în care intrarea se face pr in conversie în acil-coenzim ă A,
cu dubla defosforilare a unei molecule de ATP. Apoi al treilea atom de
carbon din lan ț este hidroxilat și oxidat, cu producerea câte unei molecule de
FADH 2 și NADH. In final se elibereaz ă acetil-CoA, iar o alt ă moleculă de
CoA reintroduce în ciclu acidul gras rezultat, mai scurt cu 2 atomi de carbon decât cel ini țial.
Calculele stoechiometrice arat ă următoarea produc ție de molecule de
ATP prin catabolizarea complet ă a unei molecule de nutriment: 30 pentru OXIDAZE Ö Ö H
+
Ø
e-e
Ø
lan ț Ø
respirator Ø
Ø
O2 +4H++4e-
= H 2O

ATP-sintaza
H+ glicoliza
citosolică
Ö piruvat ÖMATRICEA
MITOCONDRIALMEMBRANA
INTERNASIM
Acetil-CoA
CICLUL
KREBS CO 2
NAD+
FAD NADH
FADH 2
Acil-CoA
BETA
OXIDAREANAD+
FAD NADH
FADH 2
ADP + P
ATP
Fig. 5. Coenzimele respiratorii în stare redus ă furnizeaz ă energia pentru
menținerea pH-ului sc ăzut din spa țiul intermembranar (SIM). Gradientul
protonic asigur ă funcționarea ATP-sintazei din membrana intern ă.

FIZIOLOGIE CELULARA
10glucoză, 124 pentru un acid gras cu 18 atomi de carbon, maximum 12,5
pentru aminoacizi (ciclu Krebs complet).
Reglarea intrinsec ă permanent ă a metabolismului energetic se face
prin concentra ția de ATP și ADP, alosteric la nive lul etapelor enzimatice
limitante de vitez ă. Exemplul tipic este contro lul fosfofructokinazei, care
este inhibat ă de NADH, citrat și ATP și este stimulat ă de ADP. La nivelul
fosforilării oxidative ADP realizeaz ă “controlul respirator”; sc ăderea ADP
inhibă lanțul respirator datorit ă gradientului protoni c excesiv creat prin
scăderea activit ății ATP-sintazei; în mod normal aceasta permite limitarea
permanent ă a creșterii gradientului pr otonic prin calea oferit ă pentru difuzia
retrogradă (utilizată ca sursă de energie pentru sinteza ATP).
2.3. Nucleul, ribozomii, sinteza proteic ă, diviziunea celular ă
4
Toate organismele folosesc aciz ii nucleici ca suport al informa ției
genetice5. Cu excep ția hematiilor și plachetelor sanguine, anucleate, toate
celulele corpului uman prezint ă unul sau mai mul ți nuclei. Nucleul este
delimitat de o dubl ă membran ă de tip bistrat fosfolipidic, cu pori de ~100
nm, ce asigur ă selecția dimensional ă a moleculelor permeante. Con ținutul
nuclear (nucleoplasma) cuprinde cromatina, format ă din ADN și proteine
asociate. In cursul mitozei cromatina se organizeaz ă în cromozomi. Celulele
somatice umane (diploide) con țin două seturi de cromozomi, fiecare
cuprinzând 22 de cromozomi somatici și cromozomul X sau Y, ce
determină sexul: XX=feminin, XY=masculin. In multe cazuri este prezent în
nucleoplasm ă și un nucleol, format din ARNr și proteine de tip ribozomal,
reprezentând tocmai locul de asamblare a ribozomilor.
Acizii nucleici sunt lan țuri polinucleotidice m onocatenare (ARN) sau
bicatenare (ADN). Nucleotidele di n acizii nucleici sunt deriva ți glicozila ți
(riboză, respectiv dezoxi-riboz ă) și mono-fosforila ți ai unor baze purinice
(adenină, guanină) și pirimidinice (timin ă, citozină, uracil). Codul genetic
este un limbaj bazat pe trimeri nucleotidici numi ți codoni, care func ționează
prin complementaritatea (fig. 6) cat enelor ADN surori, atât în cadrul
replicării ADN (A-T, G-C), cât și al transcrip ției sale în ARN (A-U, G-C).

4 Detalii privind ciclul celular s unt prezentate separat (cap. 6).
5 Organismele unicelulare sunt eucariote sau procariote, dup ă cum materialul genetic,
reprezentat de acidul dezoxiribonucleic (ADN ), este sau nu delimitat de o membran ă, adică
celula prezint ă un nucleu tipic sau doar un nucleoid.
FIZIOLOGIE CELULARA
11
Fig. 6. Complementaritatea bazelor az otate în cadrul moleculei de ADN

Procesele de cre ștere și reparație tisulară se bazeaz ă pe diviziunea
celulară somatică (mitoză), în care fiecare din cele dou ă celule fiice
(diploide) prime ște cele dou ă seturi complete de cromozomi. Formarea
celulelor reproduc ătoare (game ți; spermatozoid și ovul) presupune un șir de
mitoze și o diviziune special ă, în care fiecare din celulele fiice (haploide)
primește numai un set de cromozomi; re facerea diploidiei se realizeaz ă în
cursul procesului de fec undare. Mitoza este posibil ă prin replicarea întregii
cantități de ADN, pe baza complementarit ății nucleotidelor și cu ajutorul
ADN-polimerazei. Replicar ea (dublarea cantit ății; duplicarea mesajului
genetic) se realizeaz ă în cursul perioadei S din interfaz ă
4, ce este încadrat ă
de perioadele numite de cre ștere, G1 și G2, în care ADN este utilizat strict
pentru transcrip ție în ARN, în vederea sinteze i proteice. Diviziunea propriu-
zisă cuprinde patru faze: profaza (individualizarea cromozomilor și disoluția
membranei nucleare), metafaza (ata șarea cromozomilor la filamentele
fusului de diviziune), anafaza (migrarea cromozomilor spre polii celulei), telofaza (formarea noilor nuclei și separarea celulelor fiice; citokinez ă).
ARNm este produs prin transcrip ția ADN sub ac țiunea unei ARN
polimeraze ADN-dependente. Aceasta determin ă separarea local ă a
catenelor ADN dup ă legare la nivelul unei regiuni promotoare și catalizeaz ă
legarea nucleotidelor, rezu ltând transcrierea primar ă. Acest ARN este
procesat post-transcrip țional, fiind înl ăturate secven țele nesemnificative

FIZIOLOGIE CELULARA
12(introni) iar cele ce codific ă secvența polipeptidic ă (exoni) sunt realipite,
rezultând produsul final, ce p ătrunde în citoplasm ă prin porii nucleari.
Sinteza proteic ă are loc la nivel riboz omal, printr-o “transla ție” a
secvenței de codoni din ARNm în secven ța polipeptidic ă. Fiecare aminoacid
este specificat de unul sau mai mul ți codoni, la care se adaug ă un codon
special de ini țiere a sintezei și trei codoni de stopare. Oricare din ace ști
codoni are semnifica ție translațională unică. La nivel ribozomal mesajul este
decodificat cu ajutorul ARNt, fiecare aminoacid fiind adus de o asemenea
moleculă specializat ă, ce recunoa ște codonul corespunz ător în ARNm (cu
ajutorul anticodonului din propria structur ă amplasat în cadrul unui situs de
recunoaștere). Legarea ARNt pe ARNm se face la situsul A (aminoacil) din
structura ribozomului. O aminoacil-transferaz ă realizeaz ă alipirea noului
aminoacid la secven ța peptidic ă preexistent ă, atașată de ARNm prin ARNt
anterior la situsul P (peptidil) al ri bozomului (fig. 7). Apoi o translocaz ă
determină mișcarea reciproc ă a ribozomului și ARNm, cu eliberarea ARNt
anterior și citirea unui nou codon.
Procesarea post-transla țională
a polipeptidelor cuprinde reac ții de
fosforilare, glicozilare, proteoliz ă.
Diferențierea celular ă, deseori și
reglarea func țională, se realizeaz ă
prin controlul ratei de transcrip ție.
Acest control implic ă mecanisme
bazate pe principiile stimul ării prin
substrat și inhibiției prin produs,
folosind gene reglatoare.
3. Ciclul celular Ciclul celular reprezint ă ciclul de via ță al unei celule, din momentul în
care ea se formeaz ă prin diviziunea celulei progenitoare pân ă când se divide
la rândul ei. Durata acestui ciclu variaz ă de la 2-3 ore la organismele
unicelulare, precum bacterii sau fungi, pân ă la aproximativ 24 ore la celulele
mamifere în cultur ă
6. Cu cât gradul de diferen țiere al celulei devine mai

6 Există diferențe semnificative între ciclul celul ar al celulelor procariote (f ără nucleu
organizat) și cel al eucariote (cu nucleu individualizat). Omul apar ținând celei din urm ă
categorii, referin țele din acest text vor fi f ăcute exclusiv la ciclul celular al eucariotelor.
ARNt situs P ARNt situs A
Fig. 7. Formarea unei
legături peptidice în
cadrul transla ției adenină adenină
FIZIOLOGIE CELULARA
13semnificativ, cu atât ciclul s ău vital este mai diferit. Organismele unicelulare
se divid f ără oprire pân ă când satureaz ă spațiul sau consum ă toate resursele
din mediu, în vreme ce celulele diferen țiate ale organismelor superioare au
cicluri celulare ce variaz ă de la câteva zile pân ă la aproape un secol (la om).
De exemplu, celulele m ăduvei hematogene, celulele spermatice sau ale epi-
teliului digestiv se divid necontenit, în vreme ce neuronii, celulele miocar-
dice sau celulele fotosenzit ive retiniene pot supravie țui de la începutul pân ă
la sfârșitul vieții individului.
Toate fenomenele care contribuie la cre șterea și dezvoltarea unei
celule, dublarea masei celulare, dublarea num ărului de organite și a
materialului genetic în vederea divi ziunii, toate acestea sunt guvernate de
către genele ce controleaz ă ciclul celular, controlând în final dezvoltarea
cantitativă și calitativ ă a unui țesut. Orice modificare în secven țele ciclului
celular, orice dereglare a controlu lui temporal pe care îl exercit ă genele
ciclului celular duce la pierderea ca racteristicilor celulare (neoplazie) și la
proliferare necontrolat ă, cunoscut ă sub denumirea generic ă de cancer.
3.1. Fazele ciclului celular Mitoza reprezint ă diviziunea unei celule somatice în 2 celule fiice.
Pentru ca fiecare celul ă-fiică să fie identic ă din punct de vedere genetic,
celula parental ă trebuie să fi realizat o copie a fiec
ărui cromosom înainte de
mitoză. Aceasta are loc în faza S din interfaz ă. Fiecare nou cromosom
conține două copii identice ale sale, numite cromatide-surori, ata șate
împreună într-o regiune specializat ă numită centromer. Cromatidele surori
nu sunt considerate a fi cromosomi de sine st ătători, și un cromosom nu
conține întotdeauna dou ă cromatide-surori. Producerea de celule-fiice care
sunt copii exacte ale progenitorului implic ă asocierea unui ciclu de cre ștere
a masei celulare cu un ciclu discontinuu de diviziune a materialului genetic,
replicarea și împărțirea genomului între celulele-fiice.
Ciclul celular este pus în mi șcare de c ătre diverse modific ări cito-
plasmatice, modific ări care se datoreaz ă fosforilării sau defosforil ării unor
enzime, sintezei sau degrad ării unor proteine. Enzimele care realizeaz ă
fosforilarea proteinelor sunt denumite generic protein-ki naze, sau simplu
kinaze. Uneori se folose ște termenul de fosfotransferaz ă, adică enzimă ce
transferă grupările fosfat din moleculele m acroergice de tip ATP sau GTP
către substrate specific. Fenomenul este numit fosforilare, și produce de

FIZIOLOGIE CELULARA
14obicei intrarea moleculei pr oteice în starea sa activ ă (activare). Indep ărtarea
grupărilor fosfat se nume ște defosforilare și este realizat ă de către fosfataze.
Kinazele esen țiale pentru ciclul celular se numesc CDK (kinaze ciclin-
dependente), deoarece necesit ă pentru a se activa o subunitate proteic ă
suplimentar ă, numită ciclină. Nivelele citoplasmice de CDK-uri sunt relativ
stabile, dar ele nu se vor act iva din lipsa ciclinelor, a c ăror proteoliz ă țintită
de către sistemul digestiv celular reprezint ă una din modalit ățile de control
ale prolifer ării celulare.
Componentele temporale care alc ătuiesc ciclul celular sunt
reprezentate de faza de sintez ă proteică și creștere celular ă, care dureaz ă
aproximativ 90% din ciclul celular și se nume ște interfaz ă și faza de
duplicare a materialului genetic și în final a întregii celule, care se nume ște
mitoză. Aceste componente și fazele lor intermediare sunt realizate prin
intermediul unei serii de evenimente moleculare conservate în întreaga lume animală și foarte strict controlate.
Interfaza cuprinde trei faze denumite gap (pauză, interval), perioade în
care celula nu se divide. Faza G
0 sau de repaus, reprezint ă perioada în care
celula are activitate proprie și-și îndepline ște funcțiile, dar nu se preg ătește
în nici un fel pentru diviziune. Cea ma i mare parte a celulelor organismului
uman (adult) sunt în G 0 și nu se vor divide niciodat ă. Unele dintre ele pot s ă
revină în starea de celule proliferante dac ă și numai dac ă sunt supuse unor
factori numi ți „mitogeni”, care s ă le stimuleze proliferarea. In interfaz ă
nucleul celulelor animale are o membran ă dublă, cea exterioar ă fiind practic
o extensie a reticulului endoplasmic și făcând corp comun cu acesta.
Cromatina nu este individualizat ă, ci este un filament continuu de
eucromatin ă și heterocromatin ă.
Factorii mitogeni sunt substan țe circulante eliberate de sistemele de
reglare, sau substan țe eliberate de celulele din vecin ătate, care stimuleaz ă
intrarea celulelor în divizi une. Pentru ca un mitogen s ă poată acționa, el
trebuie să aibă receptori capabili s ă declanșeze cascade de semnalizare
intracelular ă care să activeze punctele de control.
Ciclul celular de la mamifere este alc ătuit din interfaz ă (cu 4 subfaze,
G0, G 1, G 2, S) și mitoză (fig. 8). Mitoza propriu-zis ă reprezint ă separarea
cromosomilor celulelor fiice, aceasta fiind înso țită de împărțirea citoplasmei
și organitelor și fisiunea celular ă, grupate sub denumirea de citokinez ă.
FIZIOLOGIE CELULARA
15Fiecare dintre aceste subfaze
este precedat ă de un punct de control
(checkpoint ). Punctele de control
înseamnă d e f a p t r e a c ții enzimatice
obligatorii pentru trecerea ciclului celular spre faza urm ătoare. Aceste
reacții nu pot îns ă continua dac ă nu
sunt întrunite multiple condi ții care
certifică utilitatea și necesitatea pro-
liferării celulare. Cel mai important
din punctele de control este punctul R (restric ție), situat la sfâr șitul fazei
G
1, care odat ă depășit obligă celula
să intre în diviziune.
3.2. Faza G
1
În celulele proliferante G 1 este perioada dintre apari ția celulei și
inițierea sintezei de ADN. La vertebrate celulele în G 1 au un num ăr diploid
de cromozomi (2n), câte unul mo ștenit de la fiecare p ărinte. Dup ă cito-
kineză, celulele sunt de obicei la jum ătatea dimensiunilor celulei-mam ă, și
în timpul fazei G 1, vor cre ște până la dimensiunile normale. In aceast ă
perioadă cea mai mare parte a genelor impli cate în progresia ciclului celular
sunt inactive. Dac ă se primesc stimuli antiproliferativi, sau aportul de
nutrimente este deficitar, celulele vor evolua c ătre diferen țiere terminal ă,
sau vor ie și din ciclu pentru a intra în G 0.
Tranziția G 0/G1 este dependent ă de existen ța de semnale mitogene
exterioare și de responsivitatea celulei la acestea. Cea mai comun ă cale de
transducție a semnalului mitogen este calea protein-kinazei activate de
mitogeni (MAP-kinaza). MAPK va activa o cascad ă enzimatic ă ce va duce
la activarea c ăii CDK (kinaze ciclin-dependente) . Ciclinele sunt o serie de
subunități reglatoare ale protein-kinazel or heterotrimerice ce controleaz ă
secvența evenimentelor ciclului celular. Ele se cupleaz ă pe niște subunit ăți
catalitice numite kinaze ciclin-depe ndente (CDK-uri), care altfel nu au
activitate kinazic ă. Fiecare CDK se poate asocia cu mai multe cicline, iar
această asociere determin ă care din proteinele ciclului celular vor fi
fosforilate de acel complex anume. M
G2 S R
PC PC G1 G0
Fig. 8. Fazele ciclul celular la eucariote și
punctele de control (R, S/G 2și G 2/M)

FIZIOLOGIE CELULARA
16Calea Ras/MAPK controleaz ă intrarea celulei în G 1, progresia G 1/S și
recent s-a dovedit implicarea ei și în tranzi ția G 2/M. Ca urmare, dac ă
activitatea c ăii MAPK ar fi s ă fie menținută la nivele înalte printr-un nivel
foarte ridicat al mitogenilor ex tracelulari, aceasta ar putea duce la
transformare celular ă și tumorigenez ă.
Către sfârșitul fazei G 1 apare primul punct de control și cel mai
important. Se nume ște punctul de restric ție (R) și decide începerea sintezei
de ADN. Este cel mai important punct de contro l deoarece dac ă celulele î și
replică ADN-ul dar nu pot intra în divizi une vor fi distruse prin apoptoz ă,
întrucât starea de poliploidie nu este în general acceptabil ă pentru celulele
de la mamifere.
Replicarea ADN necesit ă un set de gene aparte , care sunt inactive în
celulele G 0. Această stare de inhibi ție este păstrată de lipsa unui factor de
activare numit E2F-1 (fig. 9). Acesta exist ă în citoplasm ă dar este cuplat cu
o proteină numită RB (se nume ște astfel pentru c ă a fost descoperit ă inițial,
ca formă mutantă, într-un tip de can cer numit retinoblastom). RB este
fosforilată de către o enzim ă numită CDK-4, ceea ce o decupleaz ă de pe
E2F-1. E2F-1 se activeaz ă, stimulând replicarea ADN. CDK-4, împreun ă cu
CDK-2 și CDK-6 sunt activate de c ătre factorii de cre ștere. RB va fi
defosforilat ă după ce a început faza S, pentru a nu mai permite activarea din
nou a căii E2F-1. O protein ă RB anormal ă nu se va defosforila complet și nu
va fi capabil ă sa blocheze E2F-1, ceea ce va produce o diviziune continu ă și
necontrolat ă a celulelor cu proteina defect ă, celule tumorale.
Pe lângă mecanismul RB de control al ciclului celular, la nivelul
kinazelor ciclin-dependente din grupul CDK 2, 4, 6 mai intervin și alte
mecanisme de evitare a prolifer ării necontrolate sau de propagare a celulelor
cu ADN defect sau mutant. C DK-urile vor fi inhibate și de către un alt grup
de substan țe, care au denumirea generic ă de CKI (inhibitori ai ciclin-
kinazelor). Exist ă o multitudine de proteine de tip CKI, și toate cu acela și
scop: oprirea diviziunii celular e. Unul dintre cele mai r ăspândite semnale de
oprire a diviziunii este inhibi ția de contact. Atunci când celulele unui țesut
prolifereaz ă, pe marginea unei pl ăgi sau pe o plac ă de cultur ă, în momentul
când se ating (fenomenul de confluen ță) se opresc din cre ștere. Aceasta se
datorează secreției unor proteine, p16INK4a și p27kip1, care inhib ă CDK-1; fac
parte din CKI-uri. Pierderea inhibi ției de contact este una din primele
transform ări petrecute cu celulele normale ce devin celule canceroase.
FIZIOLOGIE CELULARA
17Toxici Celulari
p53
CKI INHIBIȚIE de
CONTACT
inhibiție CDK 4 MAPK Ras Receptor pt. GF FACTOR DE CRE ȘTERE (GF)
fosforilare
RB+
E2F-1
RB+P
E2F-1
ADN
Fig. 9. Mecanismele de oprire a prolifer ării celulare în punctului de control R;
CKI – inhibitori de ciclin-kinaze; GF – factor de cre ștere; RB – proteina retinoblastom

Un alt mod de inhibi ție a prolifer ării celulare este oprirea diviziunii
celulelor cu ADN lezat sau mutant. La nivelul punctu lui de control R, dar și
al celorlalte puncte de control, integritatea AD N-ului este verificat ă de o
serie de enzime, din care cele mai importante sunt ATM, CHK-1 și CHK-2.
Acestea fosforileaz ă o protein ă numită p53, supranumit ă și „gardianul
genomului”, deoarece acesta va activa mai multe proteine, printre care și
p21, care se cupleaz ă cu CDK-urile promotoare ale tranzi ției de faz ă G1/S,
inhibându-le. Deci, orice fel de leziune a materialului genetic va inhiba
diviziunea și va activa, pe calea p53, apoptoza. Calea p53 reprezint ă una din
cele mai eficiente modalit ăți de protec ție împotriva cancerului. Odat ă
depășit punctul de restric ție, celula intr ă în faza S, faza de sintez ă a ADN-
ului, o ma șinărie molecular ă de o complexitate atât de mare, încât nici pân ă
la ora actual ă nu a fost elucidat ă complet.
3.3. Faza S Faza S se nume ște astfel datorit ă fenomenelor de sintez ă de ADN care
au loc în aceast ă perioadă. Este cea mai important ă fază a ciclului celular;
mitoza nu se poate realiza f ără un număr corect și complet de cromosomi.

FIZIOLOGIE CELULARA
18Faza S trebuie s ă fie urmat ă de faza M, în ordinea corect ă și o singur ă
dată pe ciclu. Pentru a se verifica aceast ă corectitudine, faza S nu este
urmată imediat de mitoz ă, ci sunt separate de faze gap (pauze) în care celula
verifică corectitudinea replic ării și a cantității de material genetic. Intre faza
M și faza S exist ă faza G 1, iar între S și M există faza G 2.
In afară de duplicarea cromosomal ă în faza S mai apare duplicarea
centrozomului. Centrosomul reprezint ă centrul primar de organizare al
microtubulilor, iar erorile de coordonare ale duplic ării centrosomale cu
duplicarea ADN vor duce la separarea anormal ă a cromosomilor, cu insta-
bilități genomice, care pot evolua c ătre proliferarea anarhic ă (cancer).
Sinteza de ADN este ini țiată de activarea CDK2, care se asociaz ă cu
ciclina E imediat înainte de instalarea fazei S. Substratul pentru ciclina E/
CDK2 este o protein ă nucleară numită NPAT, care este implicat ă în reglarea
expresiei genice a hist onelor, proteine esen țiale pentru si nteza de ADN.
Cromozomii mamiferelor sunt atât de mari, încât replicarea lor ar dura
extrem de mult dac ă ar porni dintr-un singur loc. Exist ă circa 150 x 106
perechi de baze pe un singur cromosom, ce trebuie replicate, și fiecare
regiune a unui cromosom ce se dubleaz ă provenind de la un singur punct de
origine se nume ște replicon. Celulele diploi de proliferante trebuie s ă-și
replice ADN-ul o dat ă și numai o dat ă într-un ciclu. Pentru aceasta, în
timpul fazei G 1 se formeaz ă ceea ce se nume ște un complex de prereplicare
(fenomen numit licen țiere). Acest complex se dezactiveaz ă prin proteoliz ă
imediat dup ă inițierea replic ării, și astfel replicarea nu se mai poate repeta.
3.4. Replicarea ADN Replicarea ADN reprezint ă procesul prin care un dublu helix de ADN
este copiat și se formeaz ă 2 helixuri duble. Fiecare helix este complementar
cu cel alăturat, și astfel poate fi copiat de pe unul pe cel ălalt. Fiecare lan ț ce
compune dublul helix este alc ătuit din 4 tipuri de nucleotide. Un nucleotid
(fig. 10) este alc ătuit dintr-un complex fosfo-glucidic
format dintr-o pentoz ă (deoxiriboz ă esterificat ă cu un
fosfat) care formeaz ă coloana lan țului și o bază
azotată orientată spre interiorul helixului. Bazele
azotate sunt de 2 tipuri, purinice și pirimidinice (tab.
1). Cuplarea fiec ăreia din componentele nucleotidului
se face la atomii de carbon 3` și 5` ai (dezoxi)ribozei.

Fig. 10. Nucleotid
FIZIOLOGIE CELULARA
19
Tab. 1. Sructura baze lor azotate din compozi ția acizilor nucleici
Baza azotat ă Structura Acid nucleic
ADENINA
(purinică)
ADN, ARN
GUANINA
(purinică)

ADN, ARN
CITOZINA
(pirimidinic ă)
ADN, ARN
TIMINA
(pirimidinic ă)
ADN
URACIL
(pirimidinic ă)
ARN

Fiecare baz ă azotată purinică se
cuplează prin legături fizice (leg ături de
hidrogen) cu una pirimidinic ă (fig. 11),
adenina cu timina (2 leg ături) și guanina
cu citozina (3 leg ături), cuplând și soli-
darizând lan țurile în helixul ADN. Fie-
care lanț de ADN are o direc ție, fiind
Fig. 11. Leg ături între bazel ea z o t a t e

FIZIOLOGIE CELULARA
20numit lan țul 5` sau lan țul 3`, în func ție de cuplarea fosfatului. Lan țurile sunt
antiparalele și redundante. Sursa de nuc leotide pentru sintez ă este repre-
zentată de nucleotide libere din c itosol, trifosforilate. Leg ăturile fosfat
macroergice din pozi țiiile 5` și 3` își transfer ă energia cu ajutorul poli-
merazei dedicate, pentru cuplar ea bazei azotate la locul ei.
Replicarea lan țului se face pornind din puncte bine stabilite, numite
origini. Exist ă multe puncte de origine pe ADN-ul uman. Din aceste puncte,
lanțul se desface sub ac țiunea helicazei, ducând la „bifurca ția de replicare”
(fig. 12), care se mi șcă pe măsură ce lanțul este sintetizat și apoi reasamblat.
Enzimele care sintetizeaz ă ADN se numesc
ADN-polimeraze. Acestea sunt capabile de a ad ăuga
noi baze azotate numai pe bra țul 5` → 3`, în așa fel
încât un bra ț crește continuu iar cel ălalt rămâne în
urmă, numit „lan ț rămas în urm ă” (lagging strand ),
pentru că polimerazele nu pot sintetiza ADN în
direcție 3` → 5`. Ca urmare, se sintetizeaz ă bucăți de
ADN, numite fragmente Okazaki, ce sunt completate cu ARN, sunt întoarse și cuplate la lan țul rămas în
urmă cu ajutorul unor enzime numite „ligaze”.
Această etapă este cea mai supus ă riscului de defecte.
Fenomenul este mult mai complicat decât descrierea de mai sus, întrucât intervin și complica ții sterice,
tendințe de spiralizare prematur ă, apariția de structuri
secundare etc. care se rezolv ă cu ajutorul topoizo-
merazelor, proteinelor-pens ă și altele.
Deoarece un singur cromosom uman poate ajunge la 150 x 10
6 perechi
de baze, iar viteza medie de rep licare este de 20 – 100 baze/secund ă, pentru
a se replica un cromosom ar trebui o durat ă de minim 2000 de ore, în vreme
ce faza S la celulele umane dureaz ă în jur de 8 ore, ca urmare exist ă mai
multe puncte de origine. Secven ța dintre dou ă puncte de origine vecine se
replicon. Exist ă aproximativ 60.000 de origini în întregul genom uman.
Replicarea ADN nu este neap ărat sincron ă în totalitatea sa. Numai 10-15%
din replicani sunt activi la un moment dat din faza S și există în genomul
uman ~1000 zone cu caractere tempor ale distincte în timpul fazei S.
La eucariote replicarea porne ște de la origini și se oprește când ajunge
la alt punct de origine. Dar, deoarece la mamifere cromosomii sunt liniari,
Fig. 12. Bifurca ție
de re plicare
FIZIOLOGIE CELULARA
21replicarea nu mai ajunge pân ă la sfârșitul cromosomilor (telomere) deoarece
mai au punct de origine. Aceasta duce la scurtarea telomerelor. La celulele
somatice acesta este un proces normal, care face ca celulele s ă fie capabile
să se dividă numai de un num ăr limitat de ori pân ă ce pierderea de ADN
oprește diviziunea (limita Hayflick). A cest fenomen a fost descoperit în
1965 de c ătre Leonard Hayflick, care a observat c ă celulele normale se divid
doar de 52 de ori în aer cu 20% oxigen (aer obi șnuit) sau de 70 de ori într-o
atmosferă cu 3% oxigen (condi ții normale ale mediului intern la om), dup ă
care intră într-o faz ă de senescen ță. Enzima telomeraz ă funcționează în
celulele stem sau în celulele germinale, care nu au limit ă Hayflick, pentru a
lungi telomerele și a limita pierderea de ADN. Lungimea telomerelor poate
fi o metod ă de a afla vârsta genetic ă a unei celule. Dac ă telomeraza
funcționează defectuos, poate activa proliferarea în celulele somatice,
ducând la apari ția cancerelor.
Pe lângă sinteza de ADN, pentru o func ționalitate normal ă a croma-
tinei nou sintetizat e trebuie produse și histonele aferente. Histonele sunt
niște proteine ce au rol de „mosor” pe care se înf ășoară ADN-ul din ra țiuni
de spațiu și funcționalitate. Fiecare celul ă umană are aproximativ 1,8 metri
de ADN, dar înf ășurat pe histone se reduce la 90 mm, apoi condensat în
cromosomi coboar ă la 120 μm de cromatin ă. Mai multe subunit ăți histonice
se agregă formând o bobin ă împreună cu ADN-ul înf ășurat pe ele, ce se
numește nucleosom. Celulele umane au nevoie de aprox. 60 x 106 unități
histonice, astfel c ă că într-un timp scurt (faza S normal ă = 8 ore) trebuie
sintetizate cantit ăți enorme de astfel de protei ne. Acest lucru este posibil
deoarece exist ă 40 de gene pentru histone, ce se activeaz ă simultan.
Punctele de control intra-S

Datorită complexit ății procesului de replicare, num ărului mare de
enzime și proteine implicate în acest proces și faptului c ă se cupleaz ă peste
150 miliarde de perechi de baze la fiecare cromozom uman, rata de erori este semnificativ ă. Pentru acestea exist ă mecanisme de repara ție, dar pentru
eventualitatea c ă acestea nu reu șesc să readucă ADN la normal, la sfâr șitul
fazei S mai exist ă o serie de puncte de contro l, numite generic intra-S.
Există două enzime, ATM- și ATR- kinazele care detecteaz ă rupturi
ale ADN-ului și care inhib ă apoi CDK, blocând ini țierea de noi bifurca ții de
replicare. Aceasta nu permite trecerea de rupturi ADN de bifurca țiile de

FIZIOLOGIE CELULARA
22replicare, ceea ce ar produce cromosomi rup ți și riscurile aferente.
„Intârzierile” bifurca țiilor de replicare pot ap ărea atunci când complexul de
replicare întâlne ște o bază avariată sau pe care nu o poate citi. Pân ă când nu
se repară defectul, nici cel ălalt braț al bifurca ției nu se va mai elonga.
Printr-un mecanism necunoscut bifurc ările existente nu se dezasambleaz ă
prematur, pentru a nu elibera ADN incomplet.

3.5. Faza G 2 și punctul de control G 2/M
La sfârșitul fazei S, celula și-a replicat întregul genom și ar trebui s ă
intre în mitoz ă. Faza G a fost definit ă inițial ca un intersti țiu între
completarea sintezei de ADN și începerea mitozei, dar pentru ca eveni-
mentele de control ce au loc la nivelu l acestei faze sunt graduale, biologia
celulară modernă consideră faza G 2 ca fiind perioada de la sfâr șitul fazei S
până la mijlocul profazei, când se petrece evenimentul esen țial al intrării în
mitoză, și anume activarea complexului CDK1-ciclina B 1.
Asamblarea acestui complex duce la transportul s ău în afara nucleului,
unde va activa sinteza microtubulil or fusului de diviziune. Pe m ăsură ce se
avansează către profaz ă, complexul CDK1/cB 1 se acumuleaz ă pe fața
externă a nucleului și declanșează liza anvelopei nucleare (a membranei
nucleare externe) și intrarea în mitoz ă. Procesul este mult mai complicat,
implicând un sistem foarte ela borat de proteine activatoare și inhibitoare.
Rațiunile unui astfel de complex ce regleaz ă tranziția G 2/M par a fi dou ă: pe
de o parte, nu se va activa decât at unci când toate compon entele sistemului
sunt complexe și în relație funcțională și pe de alt ă parte, acumularea în timp
de factori ai sint ezei duce la tranzi ție rapidă, practic exploziv ă către mitoză.
In sfârșit, orice leziune a ADN-ului poa te bloca una sau mai multe c ăi,
astfel oprind mitoza unor celule defecte. Scopul punctului de control este de
a bloca intrarea în mitoz ă dacă una din cromatidele surori este lezat ă.

3.6. Mitoza și citokineza
Cea mai scurt ă fază a ciclului celular, 1-2 h la om, mitoza are 5 faze:
1. Profaza, de la condensarea cromos omilor la liza anvelopei nucleare;
2. Prometafaza, formarea fusului mitotic; 3. Metafaza, cromosomi biorienta ți, poziționați către ecuatorul celulei
4. Anafaza, împ ărțită în două faze: anafaza A și B
5. Telofaza, faza final ă
FIZIOLOGIE CELULARA
23La acestea se adaug ă o a șasea etapă, numită citokinez ă, ce reprezint ă
separarea elementelor citoplasmatice, fisiunea celular ă.
Profaza

Incepe cu condensarea cromosomilor și dispariția nucleolului. Re țeaua
citoplasmic ă de microtubuli se transform ă în două agregări radiale de
microtubuli de form ă stelată, numite asteri (fig. 14). De și condensarea
cromosomial ă a fost observat ă cu mai
mult de un secol în urm ă, mecanismul
biochimic nu este înc ă elucidat. Se
produce și migrarea centrosomilor, ce
se mișcă în direcția polilor opu și ai
celulei. Exist ă sute de proteine ce se
fosforileaz ă în cascad ă: histone, com-
plexe pentamerice numite condensine, kinaza Aurora-B. La exteriorul nucle-
ului asterii se transform ă în polii fusului mitotic. Microtubulii fusului
mitotic cresc prin adi ția de unit ăți de tubulin ă. Aparatul Golgi și reticulul
endoplasmic se fragmenteaz ă și se veziculeaz ă în timpul profazei. Toate
celelalte fenomene membra nare, precum endocitoza și exocitoza, sortarea
intracelular ă de componente sunt foarte mult reduse.
Prometafaza

Incepe cu dezasamblarea membranei nucleare. Microtubulii care cresc
de la nivelul polilor fusului penetreaz ă găuri în anvelopa nuclear ă, iau
contact cu cromosomii și se atașează de aceștia prin intermediul structurilor microtubuli
centrozom
Membran ă
nucleară
Fig. 13. Schema aparatului mito tic înainte de începerea mitozei
cromatide
kinetocor
Fig. 14. Condensarea cromosomilor
și apariția asterilor

FIZIOLOGIE CELULARA
24numite kinetocori (fig. 15). Kinetocorii sunt
complexe proteice bazate pe centromeri ce captureaz ă
și ajută la transportul cromosomial.
Fiecare cromosom are o por țiune de ADN
special care se nume ște ADN centromeric, pe care se
atașează proteinele de legare pe microtubuli (CLIP-
170, CENP-E). La acestea se leag ă proteinele
motoare ale fusului mitotic (ce mi șcă cromosomii în
direcții opuse) și anume kinezina microtubular ă
(MCAK) și dineina citosolic ă.
Aceste forma țiuni separ ă cromatidele-surori și
încep să migreze c ătre polii fusului mitotic, produ-
când o aliniere a cromosomilor în drumul c ătre poli.
La acest nivel mai exist ă un punct de control, care se
numește punctul fusal, care întârzie instalarea
segregării cromosomiale dac ă există erori de ata șare.
Organizarea fusului mitotic

Acesta este o forma țiune de aspectul une i mingi de rugby, alc ătuit din
trei seturi distincte de microtubuli. – microtubuli asteriali → radiază extern dinspre centrosom c ătre exteriorul
celulei, unde pozi ționează aparatul mitotic și ajută la citokinez ă.
– microtubulii kinetochoriali se ata șează de cromosomii prin intermediul
kinetochorilor. – microtubulii polari nu interac ționează cu cromosomii, ci vor solidariza
fusul mitotic; aderen ța între cromosomi și microtubuli se realizeaz ă prin
intermediul unor forma țiuni proteice numite coezine.
Structura tubular ă este determinat ă de dinamica agreg ării subunit ăților
de tubulin ă și de cel pu țin șapte proteine motorii tubulare, denumite generic
kinezine, la care se adaug ă o protein ă motorie citoplasmic ă, numită dineină.
Fiecare aster ac ționează ca un centru de organizare microtubular ă. Kinezina
-5 va tracta asterii c ătre polii opu și ai celulei, îndep ărtând polii fusului și
alungindu-l. Segregarea cromosomilor trebuie s ă fie perfect ă, altfel pot
apărea celule cu trisomii sau cu cromosomi lips ă. Pentru a nu ap ă
rea aceast ă
eventualitate, exist ă punctul de control fusal, dar cunoa șterea exact ă a
modului în care sistemul de control percepe num ărul de cromosomi nu este Fig. 15.
Dezasamblarea
membranei nucleare,
atașarea filamentelor
tubulare de
kinetochori
FIZIOLOGIE CELULARA
25încă complet ă. Depășirea punctului de control fusal produce o anafaz ă
catastrofic ă, ceea ce duce la o distribu ție inegală a cromatidelor surori la
celulele fiic ă, numită aneuploidie → ex. trisomia 21 (sindromul Down), sau
monosomia 45X0 (sdr. Turner).

Metafaza
Este faza cea mai stabil ă și mai organizat ă a
mitozei. Cromosomii sunt orienta ți către polii
celulari, iar kinetochorii îi țin ancora ți de fus,
adunați la ecuatorul celulei. Fusul metafazic este
alcătuit din 2 grupuri majore: filamentele ce conec-
tează cromatidele cu polii fusului și cele care se
extind de la un pol la altul (fig. 16). Dac ă o singură
cromatidă se detașează de fus, acesta nu porne ște
migrația anafazic ă fără aceasta. To ți cromosomii
așteaptă să fie alinia ți pentru a începe anafaza .

Anafaza
Cea mai dramatic ă serie de evenimente este
separarea cromatidelor surori. Ele migreaz ă către
polii fusali opu și (Anafaza A) și apoi polii se
îndepărtează (Anafaza B). In acela și timp, fusul
mitotic activeaz ă complexele proteice citosolice
pentru începerea citoki nezei. Separarea cromo-
somilor în câte 2 cromatide surori (fig. 17) este controlată de către cromosomii în șiși, nu de fusul
mitotic. Fenomenul este dependent de 3 factori: complex de patru proteine numit coezin ă (fig.
18); acționează c a u n l a n ț ce înconjoar ă cele 2 cromatide surori,
menținându-le apropiate; o enzim ă numită separază, ce rupe lan țul proteic al
coezinei; o protein ă numită securină, care este un inhibitor de separaz ă.
Când s-a dep ășit punctul de control fusal, o serie de proteine de
control marcheaz ă securina cu o protein ă numită ubiquitin ă, a cărei funcție
este de a atrage proteosomii (vezic ule cu enzime proteolitice). Aceste
proteaze distrug securina, ceea ce va elibera separaza, care rupe leg ăturile
dintre subunit ățile coezinei, eliberând astfel cele 2 cromatide-surori.
Fig. 16. Placa metafazic ă
Fig. 17. Segregare cromatide

FIZIOLOGIE CELULARA
26
Supraexpresia securine i poate duce la tulbur ări în segregarea
cromosomial ă, ceea ce poate duce la muta ții cromosomiale sau chiar cancer.
Anafaza A reprezint ă mișcarea cromatinelor de la ecuatorul celulei
către poli. Aceasta se realizeaz ă prin dezintegrarea controlat ă a micro-
tubulilor fusali la nivelul citoki nelor. Astfel, cromatinele urc ă spre poli.
Dezasamblarea micro-tubulilor se face cu interven ția kinezinelor și dineinei.
Anafaza B se realizeaz ă prin apropierea polilor fusului c ătre membran ă,
fenomen realizat cu ajutor ul kinezinelor, ce interac ționează cu dineina
ancorată în citoplasm ă. La sfârșitul acestei faze, cromatidele surori devin
cromosomi-fra ți, în așa fel încât sunt aduna ți în jurul centrosomului.
Telofaza

Este revenirea la normal a mai multor
evenimente: cromosomii se decondenseaz ă,
fusul se dezasambleaz ă (fig. 19), membrana
nucleară reapare, se reasambleaz ă și aparatul
Golgi și reticulul endoplasm ic iar nucleolul
reapare. Fiecare nucleu con ține o copie
completă a genomului patern și una a
genomului matern (diploidie).
Citokineza

Este procesul ce divide celula în 2
celule-fiic ă. Acest fenomen necesit ă apariția
unui „șanț de clivare”, o band ă îngustă de coezină
cromatină
Fig. 18. Aspect schematic al mecanismului ce ține le gate filamentele de ADN ale
cromatidelor-surori de-a lungul întregii mitoze, pân ă când coezina este lizat ă de
către se parază și cromatidele sunt trac ționate de c ătre microtubulii fusali.
Fig. 19. Reor ganizarea nucleilor și
retracția fusului
FIZIOLOGIE CELULARA
27proteine contractile (actin ă/miozină), care înconjoar ă mijlocul celulei și
începe să se contracte, strangulând celula la mijloc. Mecanismul exact nu
este încă perfect cunoscut, dar se știe că este vorba de o cascad ă kinazică
dependent ă de fusul mitotic ce activeaz ă actina și miozina II.
In fine, când celula e complet strangulat ă, se
produce fenomenul de absciz ie (fisiune) care separ ă
definitiv celulele-fiic ă (fig. 20). Membrana suplimen-
tară necesară pentru a acoperi zona de abscizie este
inserată adiacent șanțului de clivare, sursa fiind cel
mai probabil veziculele deri vate din aparatul Golgi.
Inainte de abscizie, între cele 2 celule-fiic ă rămâne o
punte intercelular ă subțire, ce con ține microtubuli și o
formațiune proteic ă complex ă, numită corp medial.
Uneori în anumite țesuturi, pun țile intercelulare r ămân
deschise sub form ă de canale inelare. La mamifere
acest fenomen este întâlnit la testicul, unde canalele inelare conecteaz ă mai multe sute de celule
spermatice înrudite.
Endomitoza este o variant ă de mitoz ă fără cito-
kinez
ă și fără separare nuclear ă, ceea ce duce la
apariția de celule cu nucleu unic, foarte mare, ce con ține mai multe garnituri
complete de cromosomi. Fenomenul este întâlnit la organismele umane în măduva osoas ă hematogen ă, la celulele numite mega kariocite, precursoare
ale plachetelor sanguine. Consecin țe ale erorilor mitozei: non-disjunc ția este
situația când cromosomii nu se separ ă în timpul anafaze i. Rezultatul este
fenomenul de aneuploidie, cu trisomii sau monosomii.
Mitoza este un fenomen foarte dinamic, în care membranele orga-
nitelor se distrug și se refac în câteva ore, cromosomii sunt „ag ățați” și
tracționați de către microtubuli, fusul mitotic se mi șcă rapid, ceea ce poate
produce rupturi ale unor bra țe ale cromatidelor, cu pierderea fragmentelor,
fenomen numit dele ție. Sau fragmentul se poate reata șa la un alt cromosom
decât cel originar, producând transloca ții. Se poate reata șa la cromosomul
originar, dar invers, producând invers iuni, sau poate fi tratat ca un
cromosom de sine st ătător, producând duplicare cromosomial ă. Gravitatea
consecințelor este variabil ă, producând efecte de la foarte reduse pân ă la
moartea celulei și până la cancer. Fig. 20. Șanțul de
clivare și abscizia

FIZIOLOGIE CELULARA
283.7. Meioza
Denumită și „diviziune reduc țională”, meioza este un program special
de menținere a num ărului normal de cromosomi în timpul reproduc ției
sexuate la eucariote. Reproducerea sexuat ă implică cuplarea unor celule
germinale (game ți) pentru a se produce o celul ă ou (zigot) din care s ă se
dezvolte un nou organism. Reproducerea sexuat ă a apărut din necesitatea de
evoluție a speciilor animale și vegetale de pe planet ă. Procariotele și unele
eucariote primitive nu au decât diviziune simpl ă, mitotică, ceea ce înseamn ă
că celulele fiic ă sunt copii identice ale celulelor progenitori, lucru ce face
evoluția (apariția unor caractere noi) foarte dificil ă sau chiar imposibil ă.
Pentru a se dep ăși aceste dificult ăți, a apărut reproducerea sexuat ă, prin care
materialul genetic de la 2 organisme se combin ă pentru a ap ărea un
organism nou, diferit de progenitori. Prin dispersia materialului genetic
(spori, polen, spermatozoizi, etc) se realizeaz ă fertilizarea și schimbul de
material genetic la distan țe mari, precum și selectarea exemplarelor cele mai
bine dotate pentru supravie țuire (selec ție naturală).
Dacă pentru reproducerea sexuat ă s-ar folosi celule de tip somatic, cu
garnituri duble de cromosomi (diploid e), atunci progenitura ar deveni
tetraploid ă, celulele germinale ar fi tetr aploide ce s-ar cupla rezultând
descenden ți cu num ăr crescând de garnituri cromozomale. Ca urmare,
numărul de cromosomi trebuie redus la jum ătate, pentru ca din 2 game ți
haploizi s ă se obțină un zigot diploid, care la rândul lui s ă producă gameți
haploizi care s ă reia ciclul, s.a.m.d. aces t deziderat se realizeaz ă cu ajutorul
meiozei sau diviziunii reduc ționale.
Meioza este un proces alc ătuit dintr-o serie de etape similare sau
diferite de mitoz ă:
G1, celula sintetizeaz ă proteinele și enzimele pentru replicarea ADN
S, se produce sinteza și replicarea materialului genetic
G2, ste absent ă în meioză.
Meioza are 2 componente: – meioza I, care const ă în separarea arbitrar ă a perechilor de
cromosomi omologi în 2 celule: adic ă împărțirea numărului de cromosomi
la 2, cu apari ția a 2 celule haploide. Pentru c ă se reduce num ărul de
cromosomi, meioza I se nume ște diviziune reduc țională.
FIZIOLOGIE CELULARA
29- meioza II este similar ă cu mitoza prin aceea c ă cromatidele-surori se
separă între ele, iar num ărul de cromosomi r ămâne acela și (haploid). Se mai
numește și diviziune equa țională.
Impărțirea cromosomilor materni și paterni între cele 2 celule fiic ă în
meioza I este total aleatorie. Astfel pentru fiecare gamet uman, exist ă 223
combinații cromosomiale (>8 milioane). Combina ți cu cromosomii celuilalt
sex obținuți în acela și mod, num ărul combina țiilor posibile devine astro-
nomic, garantând apari ția de progenituri complet diferite de p ărinți.
Pe lângă această distribuție aleatorie, în timpul meiozei se mai produc
și fenomene de recombinare genetic ă (crossover) în timpul anafazei meiozei
I, ceea ce transfer ă aleator buc ăți de dimensiuni variabile între cromatidele
cromosomilor omologi. Efectul recombin ării și a asortărilor aleatorii produc
cantități uriașe de game ți diferiți și produce un bazin inepuizabil de
diversitate genetic ă ce permite evolu ția organismelor și a speciilor.
Procesele biologice esen țiale ce au loc în timpul meiozei sunt:
1. Imperecherea cromosomilor este un fenomen cu 2 faze. Prima faz ă
este alinierea, în care secven țele ADN de pe un cromosom î și găsesc
secvențele omoloage de pe cel ălalt cromosom. Dup ă aliniere bra țele cromo-
somilor se lipesc strâns între ele, faz ă numită de sinaps ă (alipire), fenomen
mediat de complexul proteic sinaptonemal.
2. Recombinarea este schimbul fi zic de segmente de ADN între
cromosomii omologi lipi ți. In urma acestui fenome n apar structuri croma-
tinice specializate, numite chiasme, ce p ăstrează împerechea ți cromosomii
care s-au recombinat pân ă în anafaza meiozei I.
3. segregarea reprezint ă împărțirea cromosomilor între celulele fiic ă.
Împerecherea și recombinarea cromosomilor omologi are loc în timpul
profazei meiozei I. Cromosomii replica ți și împerechea ți sunt numi ți
cromosomi bivalen ți sau „tetrade”, pentru c ă au 4 cromatide.
Deoarece profaza meiozei I e un proces complicat, se descriu subfaze: Leptoten → de la cuvântul grecesc leptonema, ce înseamn ă „fire
subțiri”. Cromosomii se individualizeaz ă, dar sunt înc ă subțiri. Recom-
binarea începe prin apari ția de rupturi ale d ublului helix. La sfâr șitul
leptotenului, cromosomii omologi sunt alinia ți la cca. 400 nm distan ță.
Zigoten → de la cuvântul grecesc zygonema, care înseamn ă „fire
împerecheate” și se datoreaz ă apariției de cromosomi împerechea ți, prin
intermediul complexului sinaptonemal.

FIZIOLOGIE CELULARA
30Pachyten → de la cuvântul grecesc pachytema, ce înseamn ă „panglică
groasă”, sinapsele sunt complete, cromosomi sunt cupla ți, se produc
recombin ările, cu ajutorul stru cturilor de tip chiasm ă. Recombin ările apar
mai ales la autosomi, deoarece gonosomii nu sunt identici și pot schimba
ADN doar pe por țiunile analoage.
Diploten → de la diplonema → ”2 fire” → complexul sinaptonemal se
degradeaz ă iar cromosomii omologi se separ ă. Chiasmele r ămân pe
cromosomii ce s-au recombinat.
In cazul reproducerii umane, toate oocitele din ovarul fetal se opresc
înainte de na ștere în acest stadiu. Aceast ă stare suspendat ă se nume ște
dictyoten și rămâne astfel pân ă la pubertate, când oocitele se matureaz ă,
doar unul pentru fiecare cicl u estral. Fenomenul se nume ște oprire în
diviziune și se datoreaz ă intervenției unei proteine numit ă CSF (factorul
citostatic), care ac ționează prin intermediul MAP-kinazei.
Diakineza → din cuvintele grece ști pentru „traversare”, reprezint ă
prometafaza meiozei I.
După îndepărtarea membranei nucleare, începe fenomenul de
disjuncție, adică de separare a cromatidelor di n cromosomi. Restul stadiului
este foarte similar cu prometafaza de la mitoz ă: nucleolii dispar, membrana
nucleară se dezintegreaz ă și începe formarea fusului mitotic. In cursul fazei
S au fost sintetiza ți centrosomii, ce migreaz ă către polii celulelor și
acționează ca centrii de organiza re ai microtubulilor.
METAFAZA I. Diviziunea continu ă cu acelea și faze ca la mitoz ă.
Cromosomii se ordoneaz ă în placa metafazic ă ecuatorial ă.
ANAFAZA I. Scurtarea microtubul uilor kinetocoriali va produce
îndepărtarea cromosomilor omologi. Deoarece fiecare cromosom are o
singură unitate de cuplare kinetocorial ă în loc de 2, cromosomii se vor
separa complet și nu cromatidele surori, formând 2 seturi haploide.
Centriolii continu ă mișcarea către polii opu și trăgând cromosomii dup ă ei.
TELOFAZA I. Fiecare celul ă-fiică are un set înjum ătățit de
cromosomi, dar fiecare dintre cromosomi este alc ătuit din 2 cromatide.
Fusul meiotic dispare, nucleul se reorganizeaz ă sau nu, apare șanțul de
clivaj și celulele se separ ă.
Celulele pot intra într-o faz ă de repaus numit ă de interkinez ă sau
interfaza II. Aici nu se produce sintez ă de ADN.
FIZIOLOGIE CELULARA
31Meioza II este similar ă cu mitoza, dar cu un num ăr de cromosomi
redus la jum ătate (fig. 21).
PROFAZA II. Cromatina condenseaz ă din nou, nucleii î și pierd din
nou anvelopa și apar din nou cromosomii în set haploid. Centriolii se
îndreaptă către regiunile polare și aranjeaz ă fibrele fusale pentru cea de a
doua diviziune.
METAFAZA II. Apare noua plac ă ecuatorial ă, aranjată perpendicular
față de prima plac ă.
ANAFAZA II. Centromerii sunt deta șați, microtubulii fusului
tracționează și despart cromatidele surori.
TELOFAZA II este similar ă cu telofaza I, cromosomii se
despiraleaz ă, se lungesc, fusul mitotic dispare, se reformeaz ă anvelopa
nucleară și se produce citokineza, formându-se 4 celule-fiic ă haploide.
Meioza este complet ă.
Caracteristicile meiozei la om

Soarta celulelor ce trec prin meioz ă diferă în mod semnificativ de la
un sex la altul. De-a lungul întregii vie ți, la bărbat se produc aproximativ
100 de milioane de spermatozoizi pe zi, printr-un proces numit
spermatogenez ă. Celulele stem de la care porne ște spermatogeneza sunt
Fig. 21. Meioza I: duplicarea cromosom ilor, selectarea cromosomilor materni-
paterni și recombinarea cromatidelor și reducerea num ărului de cromosomi.
Meioza II readuce cromosomii la stadiul de cromatide, pentru în vederea fertiliz ării.

FIZIOLOGIE CELULARA
32numite spermatogonii și înainte de a intra în meioz ă vor trece prin opt
diviziuni mitotice, care prezint ă o caracteristic ă neobișnuită: citokineza este
incomplet ă și celulele r ămân unite printr-un canal in elar. Teoretic, aceste opt
mitoze ar , pornind de la o singur ă celulă, ar trebui s ă producă 256 de celule,
dar multe dintre acestea nu supravie țuiesc, în a șa fel încât un „bloc” de
spermatogonii identice din punct de vedere genetic are cam 200 de celule. Aceste spermatogonii intr ă simultan în meioz ă, în așa fel încât se vor ob ține
în jur de 800 de celule post-meiotice numite spermatide. Spermatidele nu se mai divid apoi, ci se vor diferen ția și matura, producând o celul ă haploidă
ultraspecializat ă, numită spermatozoid. Întregul proces dureaz ă aproximativ
64 de zile. La femeie, fiecare ovar con ține aproximativ o sut ă de mii de
foliculi primordiali, fiecare con ținând un ovocit oprit în diplotenul meiozei,
care are loc între s ăptămânile 12 și 16 de via ță intrauterin ă. De la stadiul de
embrion și până la pubertate, game ții femeli se afl ă în aceast ă stare de
animație suspendat ă. O dată cu declan șarea semnalelor endocrine ce
însoțesc apariția ciclului menstrual, în fiecare lun ă se activeaz ă un singur
ovocit (rarisim doi sau mai mul ți), ceilalți intră în apoptoz ă și degenereaz ă
printr-un proces numit atrezie. Dup ă ce este eliminat din foliculul ovarian la
sfârșitul fazei de ovula ție, se completeaz ă meioza I și se oprește în metafaza
meiozei II de c ătre CSF (factorul citostatic), și rămâne în acest stadiu pân ă
la fertilizare. Ca urmare a complet ării meiozei, se produce un singur ovul,
celelalte trei celule fiind foarte mici și cu viață scurtă, rămânând încastrate
în citoplasma ovular ă sub forma corpilor polari.
Aneuploidii

Deși la om sunt destul de comune, ele nu sunt foarte frecvente în
populație, deoarece consecin țele lor sunt atât de gr ave pentru embrion încât
de obicei nu supravie țuiește peste primul trimestru de sarcin ă. Cea mai
frecventă aberație o reprezint ă triploidia (1-3% din sarcinile umane).
Aceasta se datoreaz ă fertilizării unui gamet normal cu unul nesegregat
(diploid). Embrionii triploizi se opresc în evolu ție în jurul s ăptămânii 3.
Majoritatea abera țiilor cromosomiale sunt aneu ploidii (trisomii, monosomii,
etc). Aneuploidiile bicromosomia le sunt avortate imediat, și la ora actual ă ca
60% din sarcinile avortate sunt datora te aneuploidiei fe tale. Aneuploidii
comune sunt sindroamele Down (triso mia 21), Patau (trisomia 13), Edward
(trisomia 18), Klinefelter (XXY, XXXY, XXXXY).
FIZIOLOGIE CELULARA
334. Apoptoza
Un om la maturitate este alc ătuit din aproximativ 3×1013 celule, toate
provenind dintr-un singur zigot. Dac ă se respect ă progresia geometric ă ar fi
suficiente aproximativ 45 de diviziuni pentru a se atinge acest num ăr. In
realitate, cea mai mare pa rte a celulelor din corpul omenesc se divid în
permanen ță, în așa fel încât aproximativ la fiecare 2 s ăptămâni se va genera
un număr complet de 30 de trilioane de celule. Dac ă celulele nu ar muri într-
un fel sau altul, atunci fiecare organism ar cre ște la infinit, pân ă ar satura
mediul înconjur ător. Astfel, proliferarea necontenit ă a celulelor din corpul
omenesc trebuie balansat ă de moartea unui num ăr echivalent de celule. Pe
de altă parte, de la embrion pân ă la adult, organismul trece printr-o
multitudine de faze intermediare, ale c ăror caracteristici trebuie eliminate.
Astfel, am r ămâne cu membrane interdigitale, coad ă, sistemul imun ar ataca
propriile celule, iar creierul ar fi inundat de sinapse inutile.
Moartea celular ă se produce în 2 modalit ăți: moartea accidental ă
datorită intervenției factorilor exteriori, și moartea programat ă, atunci când
necesitățile organismului o cer.
Moartea accidental ă, numită și necroză, se datoreaz ă traumelor
mecanice și chimice, expunerii la agen ți chimici și fizici toxici, inani ție și
așa mai departe. Este singura modalitat e prin care organismele unicelulare
își sfârșesc ciclul vital. Ca urmare, ele sunt practic „nemuritoare”, deoarece
în condiții optime nu au motive s ă moară. Pe de alt ă parte, nici nu- și mențin
„individualitatea”, deoarece se divid în permanen ță, deci, în cazul orga-
nismelor unicelulare, imortalit atea este doar o caracteristic ă a speciei.
Pe de alt ă parte, odat ă cu diferen țierea celular ă și specializarea
diverselor tipuri de celule, intervine și necesitatea îndep ărtării unor celule
sau țesuturi care au fost necesare pân ă la un moment dat, dup ă care își pierd
utilitatea sau devin chiar d ăunătoare. Ca urmare, se implementeaz ă un
mecanism de îndep ărtare a acestor celule care se nume ște „moarte celular ă
programat ă” sau apoptoz ă. Termenul provine din limba greac ă, în care
înseamnă cădere, eliminare, dar treptat ă și netraumatic ă precum c ăderea
frunzelor dintr-un copac, toamna.
Indiferent de evenimentul declan șator, apoptoza se realizeaz ă prin
intermediul unei secven țe moleculare comune. Acest fenomen se poate
realiza pe mai multe c ăi, sau se poate datora mai multor factori declan șatori.
1. Cea mai mare parte a celulelor umane au nevoie de semnale

FIZIOLOGIE CELULARA
34extracelulare pentru a r ămâne în via ță. Aceste semnale de supravie țuire, sau
„semnale trofice” sunt produse de c ătre sistemul vegetativ al organismului și
transmise pe cale nervoas ă sau endocrin ă. Absența unor astfel de factori
trofici declan șează la nivelul celulelor- țintă un program de sinucidere.
2. Anumite tipuri celulare, ca de exemplu cele ale sistemului imun,
sunt necesare numai în anumite perioa de. Atunci când nu mai sunt necesare,
ele sunt îndep ărtate prin eliberarea în circula ție a unor semnale specifice ce
induc programe „uciga șe” în interiorul celulelor, prin intermediul
receptorilor „domeniilor mor ții”.
Diferențe între necroz ă și apoptoză

Necroza este un tablou dramatic, care ofer ă o imagine foarte potrivit ă
de „traumatism”. Când o celul ă își pierde, din diferite cauze, capacitatea de
a-și menține homeostazia, apa intr ă în celulă, echilibrul osmotic se pierde,
organitele și întreaga celul ă explodeaz ă, eliberând enzime litice care produc
un proces generalizat de distrugere și disoluție. Acest proces va culmina cu
ruperea membranei și revărsarea con ținutului celular în mediul intersti țial.
Fragmentele celulare sunt factori proinflamatori, care atrag celulele
fagocitare din împrejurimi, se produc manifest ările caracteristice ale
inflamației, crește permeabilitatea capilar ă, se produce edem, cre ște
metabolismul local ș.a.m.d. Datorit ă faptului c ă de obicei, agentul vulnerant
acționează pe o zon ă mai important ă a organismului, mai multe celule sunt
afectate simultan.
Spre deosebire de necroz ă, apoptoza nu ac ționează în masă, ci câte o
celulă odată, și de cele mai multe ori celula ce intr ă în apoptoz ă părea
perfect sănătoasă.
De altfel, este forma sub care apoptoza a fost descris ă acum aproape
un secol, sub denumirea de „necroz ă unicelular ă”. În diagnosticul
histopatologic al febrei galbene, Counc ilman a descris corpi hialini în ficatul
pacienților deceda ți, descriși ca „corpi hialini” sau „corpi acidofili”. Ace ști
corpi disp ăreau pe testele de urm ărire la pacien ții ce supravie țuiau, fiind
fagocitați de macrofage. Când termenul de „apoptoz ă” a fost introdus de
Kerr și colaboratorii s ăi în 1972, s-a descoperit c ă această formă de moarte
se potrivea perfect cu defini ția.

FIZIOLOGIE CELULARA
354.1. Evolu ția apoptozei
Apoptoza are loc în 2 etape: la primirea unui semnal „uciga ș”
sau când concentra ția de factori
trofici scade sub un nivel, se activează „faza latent ă” a apop-
tozei. In aceast ă fază, celula
pare normal ă, dar cascadele
enzimatice apoptotice încep deja să intre în ac țiune. Durata
fazei latente este extrem de variabilă, variind de la câteva
ore la mai multe zile, din motive înc ă necunoscute. Faza
de execuție dureaz ă ~1h, timp
în care celula sufer ă modificări dramatice, similare în toate cazurile de
moarte celular ă, indiferent de tipul de țesut, după cum urmeaz ă (fig. 22):
• pierderea microvilozit ăților și ruperea jonc țiunilor celulare
• ratatinarea citoplasmei
• apariția de macrovezicule ce vor îngloba întreaga citoplasm ă (blebbing)
• pierderea asimetriei de compozi ție a membranei cu distrugere în „petece”
• hipercondensarea cromatinei (kariorexis)
și lipirea de membrana nuclear ă (picnoză)
• fragmentarea exploziv ă a celulei cu formarea de corpi apoptotici,
ce vor fi apoi fagocita ți de macrofagele tisulare.
Exprimarea fosfatidil-serinei pe stra tul extern al membranei celulare
apoptotice atrage macrofagele, dar le împiedic ă de a secreta mediatori
inflamatori; moartea apoptotic
ă a celulelor nu produce reac ții inflamatorii.
4.2. Cauzele apoptozei Moartea celular ă programat ă intervine în șase instan țe, situații în care
celulele respective și-au depășit utilitatea, sunt anormale sau periculoase.
Celulele care î și pierd utilitatea în cursul dezvolt ării ontogenetice.
Embrionii trec prin variate stadii de evolu ție până la formarea unui f ăt uman
perfect format. De exemplu, cel ulele ductului Muller trebuie s ă moară la

Fig. 22. Fazele apoptozei:
1. Izolarea celulei;
2. Ratatinare și blebbing
3. Kariorexis și picnoză,
fragmentare în corpi apoptotici;
4. Fagocitare de c ătre macrofag
1 2 3 4

FIZIOLOGIE CELULARA
36masculi, membranele interdigitale di spar, mugurii maxilari se dezepi-
telizează pentru a putea fuzi ona, timusul involueaz ă și dispare etc.
Celule în exces. Exist ă o serie de situa ții în care în cursul organo-
genezei se produc o multitudine de celu le redundante, pentru a se asigura o
funcționalitate corect ă și complet ă. De ex., în cursul dezvolt ării sistemului
nervos exist ă mult mai mul ți neuroni motori care inerveaz ă mușchii decât
sunt necesari, tocmai pe ntru ca cei ce vor r ămâne neuroni motori pentru tot
restul vie ții să aibă caracteristici optime. To ți ceilalți neuroni suplimentari
mor prin apoptoz ă. Altă situație când apar celule în exces este în cazul
răspunsului imun, când plasmocitele activate secret ă anticorpi în cantit ăți
foarte mari, chiar și după ce agentul infec țios a fost îndep ărtat. Pentru a opri
producția de anticorpi, singura modalita te este ca celulele T-supresor s ă
elibereze o serie de citokine pro-a poptotice care distrug limfocitele B
activate, cu excep ția câtorva numite limfocite B cu memorie.
Celule care nu mai au func ție. Celulele lactogene ale glandelor
mamare necesit ă o constant ă stimulare hormonal ă pentru a- și menține
funcția și viața. Celulele prostatice la rândul lor vor involua și dispărea dacă
nu sunt stimulate de testosteron. Ep iteliul uterin, vasele de neoforma ție
endometriale sunt alte exemple de celule ce vor intra în apoptoz ă fără o
permanent ă susținere hormonal ă.
Celule al c ăror ciclu celular este perturbat. Dac ă un punct de control al
ciclului celular este ac tivat, se vor elibera 2 mecanisme de control:
mecanismele de reparare ale ADN-ului și mecanisme pro-apoptotice. Dac ă
ADN-ul este lezat ireparab il, celula este orientat ă către apoptoz ă.
Celule infectate viral. Când virusurile infecteaz ă o celulă, mecanismul
genetic al acesteia este „confiscat” în favoarea genomului viral. De cele mai
multe ori, aceste celule nu- și mai produc markerii de suprafa ță care le
identifică față de sistemul imun sau ei sunt defec ți; celulele T citotoxice vor
elibera citokine pro-apoptotice care vor distruge celulele infectate.
Expunerea celulelor la agen ți chimioterapici pro-apoptotici. Un num ăr
important de plante, ciuperci și alge produc o serie de toxine ce induc
apoptoza, pentru a se proteja de parazi ți și alte infec ții. Cele mai cunoscute
sunt ochratoxinele secretate de fungi din genul Penicillium, ce produc
hepatoliză prin apoptoz ă, precum și citrinina, trichotecen, fumarizin ă și alte
substanțe care produc degenerescen ță limfoidă și renală la animalele de
curte hrănite cu cereale muceg ăite.
FIZIOLOGIE CELULARA
374.3. Semnalele și căile care induc apoptoza
Există 2 căi, intrinsec ă și extrinsec ă (fig. 23). Dup ă cum îi spune și
numele, calea intrinsec ă se declan șează intracelular de c ătre mecanismele de
supraveghere intern ă sau de către lipsa unor factori tr ofici. Lipsa de nutrien ți
din mediul extern poate de asemenea s ă fie un stimul. Calea extrinsec ă
reprezintă activarea c ăilor pro-apoptotice de c ătre semnalele ce provin de la
alte celule. Protei nele efector ale c ăii apoptotice sunt o serie de enzime
proteolitice numite caspaze7. Denumirea provine de la faptul c ă ele au
activitate proteazic ă selectivă la capătul C-terminal al reziduului Aspartat
(C-Asp-aze). La om exist ă 15 caspaze, dormante în citiosol sub form ă de
pro-caspaze, ce trebuie clivate pentru a deveni active. Secven ța de
evenimente este urm ătoarea.
1. Există o serie de enzime ce se numesc ini țiatori și care se activeaz ă
prin autoproteoliz ă indusă de către alte tipuri de protein ă, care ajut ă la
agregarea ini țiatorilor. Caspazele-ini țiator produc activarea prin clivare a
caspazelor-efector (ex. Caspaza 3), ceea ce la rândul s ău amplific ă
activitatea caspazic ă totală intracelular ă în interiorul celulei muribunde.
Fiecare caspaz ă aparte are alte ținte, dintre care cele mai importante
sunt lamina nuclear ă și citoscheletul, ceea ce duce la distrugerea celulei. O
țintă important ă este ADN-ul, care este distrus de c ătre nucleazele
autonome, dintre care cea mai cunoscut ă este CAD (ADN-aza activat ă de
caspaze), precum și o enzim ă mitocondrial ă numită endonucleaza G. Aceste
nucleaze au evoluat ca mecanism de ap ărare, pentru eliminarea ADN-ului
contaminat viral prin r ăspuns defensiv suicidar.
Alți efectori importan ți ale căii intrinseci sunt protei nele Bcl, ce pot fi
grupate în trei subfamilii: Bcl-2 protectori, Bcl-2 ucigași (Bax și Bak) și
Bcl-2 reglatori. S-a demonstrat recent c ă proteinele Bcl- 2 protectori sunt
responsabile, ca oncogene, de o seri e de tumori maligne de tipul
limfoamelor, tocmai printr-o activitate exagerat ă, ce protejeaz ă celulele
limfatice defecte de apoptoz ă și le permite continuarea prolifer ării.
Declanșatorii apoptozei intrinsece s unt acumularea de semnale pro-
apoptotice celulare sau lips a de factori trofici, ce ac ționează prin intermediul
apoptosomului. Acesta este o structur ă ternară mare, alc ătuită din
citocromul C eliberat de m itocondrie, proteina citosolic ă Apaf-1 și d-ATP.

7 Caspaze ini țiator (2 , 8, 9, 10), efector (3, 6, 7), non-apoptotice pro-inflamatorii (1, 4, 5,
11, 12, 14, 15)

FIZIOLOGIE CELULARA
38Apare o structur ă cu aspect de roat ă cu 7 spițe. Stimulii pot varia de la
leziuni ale ADN, la acumularea de factori proliferativi datorit ă opririi
ciclului celular la un punc t de control sau anormalit ății ADN din cauza
contaminării virale.
Deși apoptoza apare de obicei ca r ăspuns la stimuli negativi, ea poate
fi indusă și de către semnale „pozitive” (semnale „uciga șe”). Printre cele
mai cunoscute sunt TNF (Factorul de Necroz ă Tumoral ă) și ligandul Fas.
TNF este o citokin ă eliberată de către macrofage și declanșează moarte
celulară și distrugere tisular ă ce poate fi observat ă uneori în unele boli Fig. 23. Cascada apoptotic ă.
TNFr (receptorul TNF); SRO (radicali liberi); IAP (Proteina inhibitorie a
apoptozei); PARP (Poli-ADP-Riboz-Po limeraza); DFF (Factor fragmentare ADN)

FIZIOLOGIE CELULARA
39inflamatorii. Ligandul Fas este o protein ă membranar ă externă exprimat ă de
celulele NK și de limfocitele T citotoxice. Acest semnal necesit ă contigu-
itatea celular ă și va declan șa apoptoza în celulele infectate viral, în unele
tipuri de celule tumorale și în celulele de alogref ă.
Atât TNF cât și ligandul Fas ac ționează printr-un receptor membranar
trimeric cu un singur domeniu transmembranar. Activarea receptorului cuplează o protein ă numită FADD (domeniu letal asociat cu Fas), care va
recruta și activa caspaza 8, una din caspazele ini țiator, care la rândul ei
activează alte caspaze și pornește cascada de amplificare.
Granzyma B este o serin-proteaz ă eliberată de către granulele
citoplasmice produse de celulele T citot oxice sau celulele NK. Efectul sau
este de a activa apoptoza prin clivar ea pro-caspazei 3 la caspaza 3 activ ă.
Inhibitori naturali ai caspazelor

Deoarece cea mai mare parte a celulelor s ănătoase exprim ă o cantitate
semnificativ ă de pro-caspaze de tip ini țiator și există un risc de
oligomerizare eronat ă, care ar putea s ă omoare celula, exist ă o serie de
mecanisme care reduc sensibilitatea c ăii pro-apoptotice. Aceasta este
reprezentat ă de familia de Proteine Inhibi toare ale Apoptozei (IAP), care
inhibă caspazele pe dou ă căi. Pe de o parte se cupleaz ă cu caspazele și le
acoperă siturile active, astfel bl ocându-le accesul la substrate și pe altă parte,
mai multe dintre IAP-uri sunt ubiqu itin-ligaze. Ubiquitina este o protein ă
marker ce atrage complexul proteasomic citoplasmatic, ce distruge proteinele inutile, deci o caspaz ă ubiquitinat ă va fi distrus ă în scurt timp.
5. Membrana celular ă și comunicarea celulei cu mediul
Lichidul intracelular al celulel or vii (citosol) are o compozi ție foarte
diferită de a lichidului extracelular. K
+ și PO 43- sunt prezen ți în cantit ăți mai
mari înăuntru decât în afar ă, în vreme ce Na+, Ca++, Cl- sunt mult mai
abundenți în afara celulei. Aceasta se datoreaz ă funcționării diverselor
mecanisme intracelulare, dintre care de departe cele mai importante sunt
cele membranare. Plasmalema p ăstrează aceste diferen țe prin crearea unei
bariere de permeabilitate în jurul citosolului. In mod necesar, aceasta prezintă permeabilitate selectiv ă, pentru a- și realiza func țiile multiple:
primirea nutrien ților și eliminarea cataboli ților, primirea și trimiterea infor-
mației sub form ă de hormoni, factori de cre ștere și neurotransmi țători

FIZIOLOGIE CELULARA
40Membrana celular ă cuprinde plasmalema propriu-zis ă și glicoprote-
inele de pe fa ța sa extern ă (glicokalix, zon ă de microvecin ătate) și este
strâns legat ă morfo-func țional cu structuri asocia te submembranare (specia-
lizări ale citoscheletului și reticulului endoplasmic). Plasmalema este un
bistrat fosfolipidic ce con ține și alte lipide, precum și proteine intrinseci
(integrale, ce str ăbat ambele straturi) sau extrinseci (periferice, apar ținând
unui singur strat). Plasmalema delimiteaz ă celula, asigurând schimburi
controlate de substan ță și informa ție cu mediul extracelular. Ea prezint ă
structuri specializate pe ntru diverse aspecte func ționale: transferul substan-
țelor hidrofile (pori, cana le, transportori), recunoa șterea semnalelor bio-
chimice (receptori), leg ătura cu celulele învecinate (jonc țiuni strânse și
comunicante), mi șcarea celulei sau a lichidului extracelular (cili și flageli).
Joncțiunile celulare sunt alc ătuite din alipiri ale plasmalemei celulelor
învecinate, simple în cazul jonc țiunilor strânse (aderente), str ăbătute de
filamente ancorate submembr anar în cazul desmozomilor și de canale în
cazul jonc țiunilor comunicante. Aceste canale sunt permeabile pentru ioni și
molecule mici (de exemplu ATP), sunt formate din dou ă seturi pereche de
câte șase proteine numite conexoni și sunt reglate de concentra ția locală de
calciu și protoni.
5.1. Structura membranei celulare Structura general ă a membranei a fost b ănuită încă din anii 1930,
datorită naturii sale lipidice. Pornind de la conceptul de bistrat fosfolipidic
(fig. 24), care îns ă nu explica traficul transmembranar, în 1973 Lenard,
Singer și Nicholson au folosit microscopia electronic ă pe replici ob ținute
prin criodecapaj ( freeze-itching ) pentru a pune în eviden ță dispunerea
proteinelor în bistratul lipidic. Astfel a fost introdus pentru plasmalem ă
modelul mozaicului fluid, p ăstrat cu modific ări până astăzi. Lipidele
membranare sunt majoritar fosfolipide (fig. 25). Mai precis esteri fosaforici ai trigliceridelor, adic ă fosfogliceride (glicerofosfolipide). Ele sunt alc ătuite
din 3 părți: o coloan ă (backbone ) alcătuită din glicerol, 2 acizi gra și alifatici
esterificate la C
1 și C 2 ai glicerolului, un radical fosfat esterificat cu un
alcool. Fiecare dintre aceste molecule complexe are o form ă caracteristic ă și
caracteristici fizico-chimice de osebite, pe care le datoreaz ă acestei structuri.
FIZIOLOGIE CELULARA
41Cele 2 resturi de acizi esterificate la
C1 sau C 2 pot avea de la 13 la 19
atomi de carbon. Unul sau mai multe dintre resturile alifatice poate prezenta leg ături duble, ceea ce
oferă un anume grad de „curbare” a
moleculei ceea ce va conferi la rândul său fluiditate membranei cu
cât gradul de nesaturare al lipidelor membranare este mai mare. Grupa-rea fosfoalcoolic ă d e l a C
3 are o
încărcare electric ă negativă ce poate
fi neutralizat ă sau nu de înc ărcarea
restului moleculei, rezultând glice-rofosfolipide negative sau neutre. Acest cap polar se poate cupla cu sarcinile par țiale ale moleculei de
apă; caracter hidrofil. Pe de alt ă
parte, polul lipidic este hidrofob, astefel că molecula în ansamblu are
caracter amfifil (hidrofil la un pol și
hidrofob la cel ălalt).
Această caracteristic ă duce la organizarea caracteristic ă a lipidelor
membranare în contact cu apa. Când exist ă o interfa ță aer-apă, lipidele se
organizeaz ă într-un monostrat cu polii hidrofobi
către aer și cei hidrofili c ătre apă (fig. 26). Dac ă însă
nu există o interfa ță aer-apă, și lipidele sunt sub
formă de picături în apă, vor lua o form ă sferică, cu
polii hidrofobi spre interior și cei hidrofili spre
exterior. Un astfel de amestec neomogen se nume ște
emulsie. O a treia posibili tate de organizare spa țială
a glice-rofosfolipidelor în ap ă este de pic ătură
complexă
, cu centru apos și pereți lipidici. Aceast ă
formă se nume ște liposom și este forma esen țială
care va evolua c ătre celulă. Un liposom este o
picătură de apă, înconjurat ă de o membran ă lipidică, Fig. 25. Glicerofosfoli pid
Fig. 24. Evolu ția modelelor de mebrane

FIZIOLOGIE CELULARA
42la rândul s ău imersat ă în apă. Singura configura ție
non-entropic ă posibilă este cea de bistrat lipidic,
adică organizarea lipidelor în dou ă straturi, cu polii
hidrofili orienta ți către apa exterioar ă și interioar ă
și cei hidrofobi orienta ți unul către celălalt, în
interiorul membranei. Acest aspect generic de membran ă este prezent la toate celulele animale
sau vegetale, cu varia ții de compozi ție.
Printre glicerofosfolipide se mai pot reg ăsi și
lipide ce con țin glucide, numite generic sfingo-
lipide. Acestea î și iau numele de la baza azotat ă
sfingozină, care înlocuie ște unul dintre acizii gra și
din fosfogliceride. Capetele hidrofile sunt alc ătuite
din unul sau mai multe glucid e, unele neutre, altele
încărcate negativ. Cele esterificate cu alcooli se
numesc sfingomieline.
Cea de-a treia
clasă de lipide membranare sunt sterolii. Cea
mai mare parte din membranele lipide animale prezintă în componen ța lor colesterol, în vreme
ce membranele vegetale prezint ă diverse alte
variante, numite fitosteroli.
Colesterolul (fig. 27) este un polialcool, cu o structur ă rigidă și plată,
cu 4 inele, ce se intercaleaz ă între lan
țurile acizilor gra și ai fosfolipidelor și
a cărui funcție este de a stabiliza membrana , reducându-i fluiditatea. Este un
component important plasmalemal, 10-15% din totalul lipidelor mem-
branare. Deoarece lungimile și caracteristicile lan țurilor fosfolipidice sunt
variabile, leg ăturile sunt laxe, ceea ce duce la o fluiditate foarte mare.
Intercalarea de colesterol cre ște rigiditatea. Exist ă și trigliceride în celule,
dar nu pot fi încorporate în bistra turile lipidice deoarece le lipse ște capul
hidrofil. Apar ca pic ături în citoplasm ă, rezerve de energie pentru celulele
animale. Celulele adipoase au interi orul aproape complet astfel ocupat.
5.1.1. Caracteristici fizice ale bistratului lipidic Compoziția membranelor biologice variaz ă foarte mult. Membranele
situate la exteriorul celul ei au cea mai mare propor ție de colesterol, în vreme
Fig. 27. Colesterolul Inter
ExteLip AA
A
Fig. 26. Fosfolipide
dispersate în ap ă miceliu

liposom monostrat

monostrat
FIZIOLOGIE CELULARA
43ce membranele ce fac parte din organitele celulare au o cantitate redus ă de
colesterol. Ca urmare, plasmalema are o rigiditate mai mare decât membranele intracelulare. De asemenea, structura membranelor trebuie s ă
conțină lipide nesaturate, întrucât acizii gra și cu caten ă alifatică peste 16
atomi de carbon sunt solizi la temperaturile corpului,.
Aceste caractere duc la fenomenul de
fluiditate membranar ă, care semnific ă gra-
dul de mobilitate al moleculelor din mem-brană. Cu cât exist ă mai puțin colesterol, cu
atât mobilitatea molecular ă este mai redus ă.
O molecul ă liposolubil ă se distribuie în
membrana unei bacterii în secunde datorit ă
mobilității laterale a moleculelor, dar va
trece mai dificil c ătre interiorul celulei,
datorită mișcărilor rare de basculare.
Membranele lipidice ar trebui s ă fie teoretic impermeabile pentru ap ă
și solviți. Totuși, există un trafic transmembranar de ap ă și ioni, deoarece
moleculele și ionii mici se pot „strecura” printre moleculele mai mari ale
lipidelor membranare. La scara de ti mp ale fenomenelor biologice, acest
tranzit este nesemnificativ. Substan țele liposolubile tranziteaz ă liber mem-
brana celular ă, dizolvându-se cu rapiditate. Fluiditatea membranar ă crescută
determină și tranzitul intens al substan țelor liposolubile. Identificarea cu
înalt
ă rezoluție a lipidelor în compartimente distincte ale membranei a dus la
observarea mi șcărilor de rota ție, difuzie transversal ă și laterală (fig. 28);
moleculele se mi șcă diferit unele de altele și nu la întâmplare.
5.1.2. Plutele lipidice Deoarece colesterolul interac ționează mai rapid și mai puternic cu
sfingolipidele, exist ă o tendință de agregare a acestora, formând grup ări mai
rigide în foi ța externă a membranei celulare, care au fost numite „plute”
lipidice ( lipid rafts ). La nivelul acestora se pare c ă se agregă și glicolipide
membranare și unele proteine, oferind și specializare func țională acestor
agregate lipidice (fig. 29). Acestea ar putea avea mai multe roluri. Ar putea
fi parțial complexe de semnalizare, par țial motive structurale membranare
repetitive. Plutele lipidice ar putea aduna moleculele semnal pentru o
semnalizare mai eficient ă.
Fig. 28. Mi șcările realizate de
moleculele bistratului li pidic

FIZIOLOGIE CELULARA
44Plutele lipidice sunt subdomenii
plasmalemale distincte (submicronice), alcătuite în principal din glicosfingo-
lipide și colesterol și prezintă proteine
cu ancora GPI, mai groase și agregate
mai compact decât restul membranei. Cercetătorii au testat prezen ța și impor-
tanța plutelor în semnalizarea celular ă,
întâi identificând procesele de semnali-zare și apoi producând distrugerea loca-
lizată a plutelor cu detergen ți, notând în
final modific ările în func ția celular ă.
Plutele sunt implicate într-o multitudine de procese și sisteme fiziologice, cât și
patologice. Acestea includ semnalizarea celulară, traficul molecular, func ția sistemelor imun, vascular și reproductiv.
Unii patogeni precum HIV (virusul SIDA), salmonella (bacil al febrei
tifoide) sau protozoarul malariei (ce paraziteaz ă interiorul hematiilor) au
capacitatea de a „deturna” func țiile plutelor pentru scopurile proprii, de
exemplu pentru a putea avea acces la interiorul unei celule.
5.1.3. Proteinele Membranare Există 2 categorii: proteine integrale (intrinseci) care sunt monotopice,
multisubunitare, uni- sau multi pasaj, și proteine periferi ce (extrinseci),
ancorate în lipide.
Proteinele integrale au unul sau mai multe segm ente incorporate în
bistratul lipidic, pe care-l traverseaz ă o dată sau de mai multe ori.
Majoritatea proteinelor con țin reziduuri aromati ce (hidrofobe), care
interacționează cu lanțurile fosfolipidice, ancorându- le în bistratul lipidic.
Există trei tipuri de traversare transmembranar ă, adică de tip: glicoforin
ă,
bacteriorodopsin ă, porină. Toate acestea formeaz ă canale ce permit pasajul
apei sau substan țelor ionizate si hidro solubi le dintr-o parte într-alta a
membranei. Interiorul canalului este hi drofil, ceea ce face ca aceste proteine
să fie optime pentru transportul apei sau ionilor. La toate proteinele
transmembranare cunoscute, domeniile ce traverseaz ă membrana sunt α-
helixuri sau benzi β multiple. Proteinele intrinseci prezint ă unul sau mai
Fig. 29. Aspectul unei plute lipidice
FIZIOLOGIE CELULARA
45
Fig. 30. Moduri de pasaj și ancorare a proteinelormulte domenii transmembranare. Acest ea sunt domenii extracelulare, care
pot fi de la câteva reziduuri pân ă la mai multe sute de aminoacizi, ce se
extind în mediul extracelular.
Proteinele extrinseci nu interac ționează cu nucleul hidrofob al
bistratului lipidic, ci su nt de obicei cuplate indi rect, prin intermediul unor
proteine integrale sau prin interac țiuni cu capetele polare. Proteinele
periferice sunt proteine ancorate (fi g. 30) în bistratul lipidic, fie pe fa ța
externă, fie pe fa ța internă. Se cunosc 6 modalit ăți de ancorare a proteinelor:
coada izoprenoid ă (coadă de farnezil cu 15 C, ancoreaz ă GTP-aza pe fa ța
citoplasmic ă), coada miristoil (14 C, ancoreaz ă tirozin-kinaza STC pe fa ța
citoplasmic ă a membranei), coada inozitolfosfat (ancoreaz ă glicolipidele pe
suprafața externă a membranei, cel mai frecvent enzime de tip colinesteraz ă
sau MAO, proteine de adeziune de ti p caderine sau antigene de suprafa ță),
interacțiuni electrostatice cu fosfolipidel e (printre proteinele cuplate se
numără anexinele (proteine de adeziune), precum și proteine motorii de tip
miozină, penetrarea par țială a stratului lipidic (unele proteine se ancoreaz ă
superficial în membran ă, fără a o traversa; cel mai cunoscut membru al
acestei familii este prostaglandin–sintaza), asociere de proteine periferice cu proteine integrale. Proteine le se pot lega de alte proteine, încât un receptor
se poate lega de un canal, sau o protein ă funcțională de una structural ă.

Funcțiile proteinelor membranare sunt atât de numeroase și variate
încât este aproape imposibil s ă fie sistematizate. O enumerare succint ă va
cuprinde urm ătoarele func ții majore, în mare parte legate de medierea
semnalizării celulare: pori pentru ap ă, canale ionice (receptor-dependente,

FIZIOLOGIE CELULARA
46voltaj-dependente, sau operate în alte moduri), transportori (translocatori
moleculari), receptori membranari (cupla ți cu proteine G tirozin-kinazici,
pentru patogeni, etc.), mo lecule de adeziune celular ă și antigene de
suprafață, diverse enzime ancorate pe membran ă (sintaze de lipide, etc.),
puncte de ata șare pentru citoschelet, repere veziculare, receptori pentru
exo/endocitoz ă și proteine de fuziune membranar ă.
5.1.4. Canalele pentru ap ă
Reglarea r ăspunsurilor osmotice se face de c ătre proteine trans-
membranare numite aquaporine (fig. 31). Cunoscute și sub numele de canale
pentru ap ă, sunt proteine membranare in tegrale, ce mai pot transporta și alți
solviți fără sarcină electrică, cum ar fi glicerolul, amoniacul sau ureea.
Oricum, porii pentru ap ă sunt complet
impermeabili pentru orice specie molecular ă
încărcată electric. Aquaporinele sunt
alcătuite din șase α-helixuri transmebranare,
cu ambele capete, atât C-terminale cât și N-
terminale pe fa ța citoplasmic ă a membranei.
Aspectul general al unui astfel de canal este de „clepsidr ă”. Aquaporinele formeaz ă
tetra-meri, fiecare monomer ac ționând ca un
canal de ap ă. Mecanismul prin care sunt
excluse alte molecule de la pasaj este filtrul de selectivitate ar/R (aromatic/arginin ă).
Acesta este o tetrad ă formată
din reziduuri
de arginin ă de pe helixurile și ansele
moleculei. Aceast ă îngustare sl ăbește legăturile de hidrogen dintre
moleculele de ap ă, permițându-le s ă interacționeze cu resturi de arginin ă
încărcate pozitiv și astfel resping protonii ce ar putea trece prin porul de ap ă.
5.2. Permeabilitatea ionic ă și potențialul transmembranar
Permeabilitatea redus ă și controlabil ă a plasmalemei pentru diver și
ioni stă la baza diferen țelor de compozi ție ionică între mediul intracelular și
cel extracelular, care explic ă existența în repaus a unui poten țial electric
trsansmembranar. Varia țiile de poten țial electric membranar au o importan ță
specială în semnalizarea la nivel celular. Fig. 31. Por pentru ap ă

FIZIOLOGIE CELULARA
47Plasmalema este esen țial implicat ă în răspunsurile celulare la diver și
stimuli din mediu. Stimulii fizici determin ă la nivel plasmalemal modific ări
de conductan ță ionică, cu variații consecutive ale poten țialului electric trans-
membranar. In repaus membrana este “polarizat ă”; interiorul este negativ
față de exterior. Dac ă o depolarizare atinge nivelu l prag pentru deschiderea
unor anume popula ții de canale ionice volta j-dependente se declan șează
potențialul de ac țiune, ce se propag ă în toată membrana. Poten țialul de
acțiune, precum și alte modific ări de poten țial, sunt implicate în conducerea
excitației electrice și în cuplarea acesteia cu alte modalit ăți de răspuns
celular. Modific ările locale de poten țial sunt deosebit de importante prin
efectul de modulare a excitabilit ății electrice; poten țialul se apropie sau se
depărteză de valoarea prag pentru declan șarea poten țialului de ac țiune.
Stimulii chimici sunt reprezenta ți de diverse substan țe din spa țiul
extracelular, cu ac țiune mai mult sau mai pu țin specific ă. Există substanțe
bioactive care trec prin membran ă și se leag ă de proteine receptor din
citosol, complexul rezultat ac ționând ulterior la nive l nuclear asupra ratei de
transcripție a anumitor gene. Majoritatea substan țelor bioactive ac ționează
însă la nivel plasmalemal: asupra fluidit ății membranare, direct asupra unor
canale ionice, dar mai ales prin legar ea de proteine receptor mebranare.
Rezultă un complex molecular format din substan ța respectiv ă și receptorul
său (complexul ligand-receptor), ce realizeaz ă mai departe transmiterea
semnalului pe diverse c ăi (semnalizare intracelular ă). Unii receptori au în
structura lor sau sub control direct canale ionice numite receptor-operate.
Această categorie de canale include și pe cele controlate indirect, prin
intermediul proteinelor G sa u prin mesageri secunzi.
5.3. Clasificarea formelor de transport transmembranar Transportul transmembranar se realizeaz ă ca macrotransfer (vezi cap.
“Dinamica celular ă a membranelor”) și microtransfer. Dup ă sens, macro-
transferul poate fi endocitoz ă și exocitoz ă. După cum vezicula de endocitoz ă
conține sau nu material solid, aceasta se nume ște fagocitoz ă sau pinocitoz ă
(macro- sau micropinocitoz ă, după dimensiunile veziculei). Transcitoza este
cuplarea endocitozei la un pol al celulei cu exocitoza la cel ălalt pol.
Microtransferul poate fi pasiv sau activ, dup
ă cum se realizeaz ă în
sensul sau împotriva gradientului electrochimic transmembranar. Trans-
portul pasiv este de fapt un pro ces de difuziune prin membran ă. In general

FIZIOLOGIE CELULARA
48rata de difuzie printr-o membran ă este propor țională cu temperatura
absolută, gradientul de concentra ție și coeficientul de permeabilitate,
determinat la rândul s ău de coeficientul de parti ție între membran ă și mediu.
Substanțele lipofile difuzeaz ă ușor prin bistratul fosfolipidic, iar cele
hidrofile utilizeaz ă diverse c ăi hidrofile. In sensul sc ăderii ratei de transfer și
al creșterii selectivit ății, precum și pe baza diferen țelor structurale, c ăile
hidrofile pot fi clasif icate în pori, canale și transportori. Porii și canalele
sunt structuri prot eice care delimiteaz ă căi apoase transmembranare.
Canalele prezint ă bariere de permeabilitate și de selectivitate, unele din ele
operate chimic sau electric. Difuziunea transmembranar ă pe căi prefe-
rențiale specifice se nume ște facilitat ă, în opozi ție cu difuziunea simpl ă.
Difuziunea apei prin membran ă se numește osmoză. Presiunea osmotic ă este
egală cu presiunea care aplicat ă în compartimentul cu osmolaritate mai mare
poate împiedica osmoza. Osmolaritatea este num ărul total de particule ale
substanțelor solvite (se aplic ă coeficien ți de disociere și de activitate Debye-
Huckel) raportat la num ărul lui Avogadro și la volumul solu ției (sau la masa
de solvent în cazul exprim ării ca osmolalitate).
In cazul transportorilor transferul de substan ță presupune legarea
acesteia de proteina transportoare pe o fa ță a membranei, o anume modi-
ficare conforma țională a acesteia (flip-flop, ping- pong, situsuri succesive de
legare), și eliberarea substan ței transportate pe cealalt ă față a membranei.
După numărul de specii moleculare transferat e pentru un ciclu transportor,
există uniport și cotransport. Acesta din urm ă se nume ște sinport dac ă
transferul este în acela și sens pentru dou ă sau mai multe substan țe diferite și
antiport dac ă sensul transferului pentru una din substan țe este opus fa ță de o
alta. Transportul activ se realizeaz ă evident numai de c ătre transportori
proteici și poate fi primar sau secundar, dup ă cum proteina transportoare
prezintă sau nu activitate ATP-azic ă proprie. Transportul activ secundar este
întotdeauna cotransport, una din substan țe fiind transportat ă activ pe baza
gradientului pentru o alta. Consumul de energie este indirect, realizându-se
la nivelul unui transportor activ primar ce men ține gradientul men ționat,
necesar pentru func ționarea celui secundar.
5.4. Difuziunea prin membrane Toate moleculele dintr-un mediu flui d (lichid sau gazos) sunt într-o
continuă mișcare aleatorie (agita ție termodinamic ă), cu atât mai intens ă cu
FIZIOLOGIE CELULARA
49cât temperatura este mai mare. Prin defini ție difuzia sau difuziunea este un
proces fizic prin care moleculele unei substan țe se împr ăștie într-un “mediu
de difuzie”. Mai precis, difuzi a este o dispersie molecular ă termodepen-
dentă. Astfel, dac ă soluțiile apoase a dou ă substanțe vin în contact direct,
atât moleculele de ap ă cât și cele ale substan țelor dizolvate se vor r ăspândi
unele printre altele rezultând o solu ție apoasă care conține ambele substan țe
dizolvate distribuite în m od uniform în volumul solu ției. Mai simplu,
amestecurile de gaze se formeaz ă de fapt printr-un proces de difuzie. Dac ă
două compartimente lichidiene sunt separate printr-o membran ă care
permite trecerea moleculelor respective avem de-a face cu fenomenul de difuzie prin membran ă. In oricare situa ție difuziunea este esen țialmente un
proces pasiv, dictat de gradiente ch imice (sau electrochimice în cazul
ionilor). Viteza cu care se desf ășoară fenomenul fizic de difuzie prin
membran ă se nume ște rată de difuzie și este propor țională cu energia
potențială de difuziune RTln(a/b), u nde R este constanta general ă a gazelor,
T este temperatura absolut ă, iar a și b sunt valorile de concentra ție ale
substanței respective în compartimentele între care are loc difuzia.
Trebuie subliniat aspectul fizic (t ermodinamic), al fenomenului de
difuziune, dup ă cum urmeaz ă. Mișcarea fiec ărei molecule este dezordonat ă,
lipsită de o anumit ă orientare spa țială, pe o traiectorie punctat ă de ciocniri
moleculare aleatorii, dar este mai ma re probabilitatea ca în timp oricare
dintre molecule s ă se deplaseze spre zona în care concentra ția substan ței
respective este mai mic ă (pentru c ă ciocnirile sunt mai frecvente unde
concentra ția este mai mare). In cazul compartimentelor separate prin
membran ă permeabil ă pentru substan ța dizolvat ă se poate spune c ă “șansa”
fiecărei molecule de a str ăbate membrana este egal ă pentru cele dou ă
sensuri opuse, dar “agita ția molecular ă” și frecvența ciocnirii cu peretele vor
fi mai mari pe partea cu concentra ție mai mare, astefel c ă efectul net va fi de
difuzie către compartimentul mai diluat, pân ă la egalarea concentra țiilor. In
acest caz transferul de molecule prin membran ă nu înceteaz ă, deci feno-
menul de difuzie continu ă să se produc ă, dar rata de trecere în cele dou ă
sensuri este aceea și, astfel că nu se mai produce un transfer net de substan ță
în favoarea unuia din compartimente, adic ă se instaleaz ă o stare tipic ă de
echilibru dinamic.
Pe lângă diferența de concentra ție (gradient chimic), difuzia ionilor
este influen țată și de câmpul electric (gradient electric), asfel c ă ea se

FIZIOLOGIE CELULARA
50produce ca efect al unui gradient electro-chimic. Pe lâng ă gradientele
electro-chimice, (care determin ă sensul și rata difuziei prin membran ă), rata
de difuzie este limitat ă de grosimea membranei și depinde pentru fiecare
substanță de permeabilitatea membranei pentru acea substan ță, exprimat ă
sub forma coeficientului de difuzie. Asfel legea lui Fick arat ă că rata de
difuzie D poate fi exprimat ă sub forma D = p(a-b) = k(a-b)/d, unde a și b
sunt concentra țiile substan ței în cele dou ă compartimente, iar p este un
factor de permeabilitate egal cu raport ul dintre coeficientul de difuzie k și
grosimea membranei d.
Membrana poate avea o permeabilitate diferit ă (selectiv ă) pentru
diferitele specii moleculare ce se g ăsesc în cele dou ă compartimente.
Difuziunea prin membran ă a unei substan țe fără participarea special ă a unei
structuri moleculare din compzi ția membranei se nume ște difuziune simpl ă,
în opoziție cu difuziunea facilitat ă de un sistem special de transport
transmembranar.
Având în vedere compozi ția predominant lipidic ă a plasmalemei,
substanțele liposolubile o str ăbat prin difuziune simpl ă. Sunt liposolubile
(lipofile, hidrofobe) în general substan țele ale c ăror molecule sunt
electroneutre și non-polare. Pe m ăsură ce o molecul ă prezintă o polarizare
electrică mai accentuat ă substanța respectiv ă devine mai solubil ă în solven ți
polari, inclusiv apa, deci mai hidrofil ă și mai lipofob ă, astfel că trecerea sa
direct prin bistratul fosfolipidic plasmalemal se face mai dificil.
Difuziunea facilitat ă

Difuziunea facilitat ă nu este decât în
mică măsură similară cu difuzia simpl ă
prin membran ă. O anumit ă substan ță
poate trece prin membran ă prin ambele
mecanisme. Transportul este în ambele cazuri pasiv, adic ă în sensul gradientului
electro-chimic și fără consum energetic.
Esența fenoemnului de facilitare const ă în
existența unei structuri în cadrul mem-
branei care pentru un gradient permite o rată de difuziune mai mare decât cea prin
difuziune simpl ă. Subliniem faptul c ă orice cale transmembranar ă hidrofilă rata de
difuzie
total ă

facilitat ă

simpl ă

g r a d i e n t
Fi
g. 32. Saturarea difuziei facilitate
FIZIOLOGIE CELULARA
51reprezintă de fapt o facilitare a transportului prin membrana celular ă pentru
o substan ță hidrofilă, dar termenul de difuziune facilitat ă se folose ște
restrictiv, numai pentru acele mecanisme de facilitare care au o capacitate
limitată de transport. Ca urmare curba ratei de difuzie facilitat ă suferă un
fenomen de saturare (fig. 32), similar cu procesele catalizate enzimatic. Se
descriu procese de difuziune facilitat ă pentru diverse substan țe (glucoz ă,
glicerol, aminoacizi, uree, diver și anioni, etc.), toate utilizând proteine
transportoare, astfel c ă mecanismul și caracterele difuziei facilitate sunt
descrise separat (vezi cap. 5.7.).
5.5. Osmoza Așa cum am precizat mai sus (vezi cap. 5.2.), difuziunea apei prin
membrane se nume ște osmoză. Tot acolo am definit to ți termenii importan ți
care se refer ă la fenomenul de osmoz ă. Osmoza este unul din procesele
fundamentale prin care se produce tran sferul apei între compartimentele
hidrice ale organismului, incl usiv între interiorul fiec ărei celule și mediul în
care aceasta se g ăsește.
Practic osmoza desemneaz ă cazul particular al fenomenului de
difuziune derivat din agita ția termică a moleculelor de ap ă. Dacă membrana
care separ ă două compartimente ce con țin soluții apoase este permeabil ă
pentru ap ă are loc fenomenul de osmoz ă, la fel cum se produce difuziunea
prin membran ă pentru substan țele solvite pentru care aceea și membran ă este
permeabil ă. Ca și pentru difuziune, termenul de osmoz ă nu se refer ă pur și
simplu la trecerea moleculelor de ap ă prin membrana respectiv ă în cele dou ă
sensuri, ci la transportul net de ap ă care se realizeaz ă prin acest fenomen
într-unul din sensuri, ca însumare a ra tei de difuzie a apei prin membran ă în
cele două sensuri.
Subliniem faptul c ă osmoza se produce efectiv, ca transfer hidric net,
numai dac ă unul din compartimente con ține un compus dizolvat care nu
difuzează prin membran ă. Dacă unul din compartimente con ține o solu ție
mai concentrat ă, dar membrana este permeabil ă pentru toate substan țele
dizovate, atunci difuziunea prin membran ă a substan țelor dizolvate și a apei
au loc în paralel pân ă la egalizarea concentra țiilor. Cu alte cuvinte aceast ă
egalizare se produce în ultim ă instanță pe baza transferul ui net de substan țe
dizolvate, nu de ap ă. Dacă însă există solviți nedifuzibili, ace știa practic vor
atrage apa (efect osmotic) în compartimentul în care se g ăsesc în

FIZIOLOGIE CELULARA
52concentra ție mai mare, ducând la transf erul net al unui volum de ap ă spre
compartimentul respectiv, adic ă la fenomenul de osmoz ă. Atunci când
membrana este permeabil ă numai pentru ap ă ea se nume ște membran ă
ideală8 și permite desf ășurarea unui fenomen de osmoz ă pură (adică ne-
însoțit de difuziunea prin membran ă a vreunei substan țe dizolvate).
Efectul osmotic este cu atât mai mare cu cât num ărul particulelor
nedifuzibile este mai mare, indife rent de dimensiunile particulelor9.
Revenind asupra no țiunii de presiune osmotic ă, putem spune c ă ea exprim ă
tendința de realizare a osmozei, ca o presiune suplimentar ă existentă în
compartimentul diluat, în timp ce efectul osmotic exprim ă aceeași tendință
privită ca o suc țiune exercitat ă dinspre compartimentul cu solu ție concen-
trată. Oricum, aplicarea în acest compartiment a unei presiuni mecanice
egală cu presiunea osmotic ă va produce practic st oparea fenomenului de
osmoză. De fapt osmoza se produce spre compartimentul cu solu ție concen-
trată până când se acumuleaz ă o presiune static ă capabilă să o contracareze.
Presiunea osmotic ă poate fi exprimat ă în unități de presiune (de ex.
mmHg), dar putem face referire direct ă la osmolaritatea care o determin ă;
pentru 1 Osmol efectul osmotic ideal are valoarea de 22,4 atm), cu mențiunea că efectul osmotic este suma ef ectelor osmotice pentru fiecare
substanță luată separat. Osmolaritatea se poate m ăsura cu osmometre, bazate
pe evaluarea punctului de înghe ț sau de fierbere (sau a presiunii de vapori).
Soluțiile care au aceea și presiune osmotic ă sunt denumite izotone (se
referă strict la efecte os motice reale, ale solvi ț
ilor non-permean ți prin
membrana respectiv ă), iar cele care au acea și osmolaritate sunt denumite
izoosmotice (se refer ă la osmolaritate, incluzând solvi ții permean ți prin
membrana în cauz ă, altfel spus se refer ă la efectul osmotic total și la o
membrana ideal ă). Celulele sunt viabile și funcționează normal numai dac ă
mediul în care se g ăsesc are aceea și presiune osmotic ă cu cel intracelular,
adică este izoton10. Dacă mediul este hipoton celula absoarbe ap ă prin
osmoză și astfel volumul celular cre ște și presiunea osmotic ă intracelular ă
scade, iar dac ă mediul este hipoton osmoza se realizeaz ă în sens opus, spre

8 Epiteliul ramului ascendent al ansei Henle constituie o membran ă aproape ideal ă ce separă
lichidul din lumenul tubular de lichidul intersti țial.
9 Atâta timp cât acestea sunt suficient de mici încât s ă respecte legile de mi șcare la nivel
submicroscopic, ale agita ției termice a particulelor în sisteme disperse stabile.
10 In practica medical ă se folosesc în anumite cazuri solu ții hipotone sau hipertone.
FIZIOLOGIE CELULARA
53exteriorul celulei, având efecte inverse. Dac ă mediul este izoton dar
hiperosmotic, solvi ții permean ți difuzeaz ă în gradient chimic spre interiorul
celulei, determinând hi pertonie intracelular ă, care duce la p ătrunderea apei
prin osmoz ă, până când ea devine din nou izoton ă cu mediul, dar și
izoosmotic ă. Aceste exemple sunt teoretice (pentru explicarea fenomenelor)
și pornesc de la modelul celulei pl asate într-un mediu cu volum quasi-
infinit, situa ție foarte diferit ă de cea real ă, în care intersti țiul are un volum
redus față de celule.
Osmolaritatea este un parametru de baz ă în homeostazia mediului
intern11, adică este permanent controlat ă, astfel încât variaz ă în limite foarte
strânse (0,280 – 0,303 Osmolar) în jurul valorii de referin ță (0,297 Osmolar).
Ca parte component ă a mecanismelor osmoreglatoare, în hipotalamus sunt
prezenți neuroni ce func ționează ca osmoreceptori specializa ți.
5.6. Canale ionice membranare
Așa cum am ar ătat mai sus (cap. 5.3.), canalele ionice sunt c ăi trans-
membranare preferen țiale pentru substan țe hidrofile, de nivel intermediar
între pori și transportori în ce prive ște rata de transfer și selectivitatea.
Funcția de canal ionic este asigurat ă de ansambluri oligomerice de proteine
transmembranare (intrinseci). Insist ăm din nou asupra faptului c ă transportul
prin canale este strict pasiv, conform gr adientelor electro-chimice; doar unii
transportori, care sunt sisteme complet diferite ca mecanism de func ționare
față de canale, pot realiza fenomene de transport activ. A șadar, fluxul de
particule prin canale este foarte rapid, comparativ cu cel asigurat de trans-
portori, tocmai pentru c ă nu necesit ă un ciclu de modific ări conforma ționale
pentru transferul unui ion sau al unei molecule. Canalele ionice pot fi foarte
selective, specializ ate pentru o singur ă specie ionic ă, sau mai pu țin selective
(fiind oricum diferite dup ă semnul sarcinii electrice a ionilor permean ți; caz
în care sunt numite generic canale cat ionice sau anionice neselective).
Canale ionice asem ănătoare cu cele din plasmalem ă se găsesc ș
i în mem-
branele intracelulare (reticulul endoplasmic, etc.). Faptul c ă numai anumi ți

11 Osmolaritatea plasmei sanguine este deseori aproximat ă prin dou ă formule de calcul,
după cum urmeaz ă. 2[Na+] + glicemia/18 + azot ureic/2.8, cu ultimele dou ă concentra ții
exprimate în mg/dl. Sau 2[Na+] + 2[K+] + [uree] + [glucoz ă], cu toate concentra țiile
exprimate în mmol/l.

FIZIOLOGIE CELULARA
54ioni pot trece prin porul acestor ansambluri proteice se datoreaz ă prezenței
filtrului de selectivitate. Pe de alt ă parte, canalele ionice prezint ă mecanisme
de control al fluxului de particule; se spune c ă sunt „dependente” sau
„operate” de anumi ți factori: poten țialul electric transm embranar (voltaj-
dependente), complexe ligand – receptor (receptor-operate, activate de liganzi), etc. De fapt orice canal ionic prezint ă fluctuații conforma ționale
spontane sau induse, extrem de rapide , între starea “î nchis” (inactiv) și
starea “deschis” (activ), uneori fiind descrise și alte stări particulare.
Diverșii factori “operatori” influen țează anumiți parametri lega ți de aceste
transform ări de stare, cum ar fi probab ilitatea de producere a transform ării
sau durata de men ținere a stării activate.
Clasificarea canalelor ionice es te un subiect important, îns ă extrem de
dificil. Datorit ă faptului c ă în acest domeniu volumul de informa ții este
foarte mare și în continu ă creștere rapid ă, există variate clasific ări. In acest
sens, cu sprijinul celor mai importan ți cercetători, forul modial în domeniul
farmacologiei desf ășoară o acțiune permanent ă pentru uniformitate în
nomenclatur ă
și clasificare, ca și pentru sistematizarea informa ției dispo-
nibile privind receptorii și canalele ionice (http://www.iuphar-db.org).
Patch-clamp

Existența canalelor ionice membranare, ca baz ă molecular ă a permea-
bilității selective și variabile a plasmalemei pentru ioni, a fost dovedit ă prin
utilizarea unor tehnici avansate de electrofiziologie; metoda patch-clamp ,
varianta de evaluare a curentul ui ionic printr-un singur canal ( single-
channel ). Deși în prezent exist ă numeroase alte mijloace de studiu
experimental al canalelor ionice, a cestea sunt mai curând combinate cu
metodele electrofiziologice de mai su s, decât folosite în locul acestora.
La baza procedurilor patch-clamp stă tehnica poten țialului impus
(voltage-clamp )12. Dispozitivul se bazeaz ă pe un amplificator de mare
impedanță pentru culegerea varia țiilor de poten țial și pe un amplificator
operațional. Acesta compar ă (cu frecven ță foarte mare) valoarea de poten țial
electric înregistrat ă cu o valoare prestabilit ă de către utilizator și compen-
sează diferența măsurată, prin injec ția de electroni în sistem. Practic se

12 Tehnica clasic ă de voltage clamp folose ște doi electrozi, unul pentru m ăsurare și unul
pentru compensare, dar în prezent majorita te studiilor folosesesc varianta modern ă cu un
electrod care este folosit alternativ cu frecven ță mare pentru cele dou ă scopuri.
FIZIOLOGIE CELULARA
55împiedică variația potențialului, comandând intensitatea acestui curent de
electroni care compenseaz ă curentul ionic prin membran ă, asfel că acesta
din urmă nu determin ă modificarea de poten țial pe care ar determina-o în
absența “clamp ării”. Aceast ă tehnică, simplă și inventiv ă ca principiu,
rezolvă problema m ăsurării curenților ionici, deoarece o simpl ă măsurare și
înregistrare a curentului electric compensator (folosit pentru impunerea
potențialului) indic ă valoarea curentului ionic care a fost compensat.
Elementul procedural esen țial constă în plasarea vârfului electrodului
de sticlă (~1 μm diametru) pe suprafa ța membranei, urmat ă de sucțiune
ușoară până la “sigilare”, adic ă până ce rezisten ța electric ă între interiorul
micropipetei și exterior, la zona de contact cu membrana, dep ășește 1 G Ω
(gigaseal ), izolându-se practic circuitul de m ăsurare și clampare. Por țiunea
de membran ă studiată poate fi l ăsată ca atare ( cell-attached patch-clamp ),
variantă care permite m ăsurarea de curen ți prin canalele prezente doar în
acea porțiune (posibil printr-un singur can al ionic). Sau se poate continua
sucțiunea pân ă la ruperea por țiunii respective de membran ă (whole-cell
voltage-clamp; ruptured patch ), fapt ce permite înregistrarea cu u șurință a
diferiților curen ți globali, cu amplitudine relativ mare, la nivelul membranei
întregii celule13. Fără sucțiune suplimentar ă se poate trece la situa ția de
whole-cell prin adăugarea în pipet ă a unui agent special de perforare
(perforated patch ). In altă variantă porțiunea “sigilat ă” poate fi deta șată de
celulă prin retragerea microelectrodului ( cell-dettached patch -clamp; inside-
out patch14), care de asemeni permite studierea separat ă a canalelor din
patch , dar de data aceasta în absen ța vreunei leg ături cu celula și în condi-
țiile în care fa ța internă a membranei vine în contact cu solu ția externă, a
cărei compozi ție poate fi u șor și riguros manipulat ă.
Ionoforii

Ionoforii sunt transpor tori de provenien ță exogenă (artificiali)15 care
măresc permeabilitatea membranar ă pentru anumi ți ioni, prin mecanisme

13 Soluția din pipet ă are compozi ție ionică similară cu mediul intracelular, dar pipeta este
mare față de celulă; după 10’ celula este “dializat ă” cu soluția din pipet ă; se produce treptat
scăderea concentra ției pentru diverse substan țe, cu atât mai mult cu cât difuzeaz ă mai ușor.
14 O tehnic ă diferită constă în retragerea foarte lent ă a electrodului dup ă perforare, asfel
încât se formeaz ă la vârful pipetei o vezicul ă membranar ă inversată ce comunic ă cu
interiorul pipetei ( outside-out patch ).
15 Nu au fost identifica ți ionofori membranari naturali la om

FIZIOLOGIE CELULARA
56diverse. Valinomicina este ionofor de potasiu, gramicidina de sodiu, iar
compusul A23187 un cunoscut ionof or de calciu. Aceste substan țe cu
afinitate mare pentru anumi ți ioni, prin transconformare dup ă ce au fixat
ionul func ționează ca o navet ă transmembranar ă sau se pot asocia în vederea
realizării unor adev ărate punți hidrofile transmembranare facilitând difuzia
substanței. Rata de transport la nivelu l unei celule a acestor sisteme de
transportori depinde de constanta de afinitate a lor pentru substan ța
transportat ă și de densitatea acestora în membrana celular ă.
5.6.1. Canale voltaj-dependente Ansamblul func țional al canalelor ionice din membrana unei celule
este responsabil de varia țiile de poten țial transmembranar și de apari ția
potențialului de ac țiune. In mod aparent canalele voltaj-dependente au dou ă
funcții principale: producerea poten țialelor de ac țiune în celulele excitabile
(canalele voltaj-dependente de Na
+ și K+) și transformarea semnalului
electric în semnal chimic (canalele de calciu), când calciul va fi folosit ca
mesager secund (secre ție, contrac ție muscular ă, etc.). Rela ția mult mai
complexă și bi-direcțională dintre permeabilitatea membranei pentru ioni și
potențialul membranar va fi discutat ă la capitolul respec tiv (vezi cap. 5.8).
Din punct de vedere func țional un canal voltaj- dependent este alc ătuit
din: porul de conduc ție (ce prezint ă un filtru de selectivitate) și domeniile
care sesiseaz ă modificarea poten țialului membranar (senzor de voltaj).
Pentru canalele de K+ voltaj-dependente porul de conduc ție este
alcătuit din patru subunit ăți identice aranjate inelar (homo-tetramer). Fiecare
unitate este alc ătuită din șase α-helixuri hidrofobe tr ansmembranare, din
care doar segmentele transmembranare S5 și S6 particip ă efectiv la
delimitarea porului. In cazul canalelor de Na+ sau Ca2+ voltaj-dependente,
porul de conduc ție este alc ătuit similar, dar cele patru proteine nu sunt
identice între ele (het ero-tetramer). Aceast ă structură funcțională se referă la
componenta major ă a ansamblului proteic ce alc ătuiește canalul, numit ă
subunitate α (fig. 33).
Probabilitatea ca un canal ionic voltaj-dependent s ă fie deschis sau
închis depinde de valoarea efectiv ă a potențialului membranar în micro-aria
membanar ă respectiv ă. De fapt canalele care sunt deschise prin depolarizare
funcționează pe baza unui senzor care asigur ă fenomenul de operare a
„porții” (gating ).

FIZIOLOGIE CELULARA
57
Acest senzor de voltaj este constituit din domenii (secven țe, anse)
transmembranare care prezint ă reziduuri de arginin ă sau lizin ă încărcate
pozitiv în fiecare a treia pozi ție și sunt sensibile la sc ăderea poten țialului
negativ pe fa ța internă a membranei. Ca urmare poten țialul intern negativ
stabilizeaz ă starea închis ă, iar depolarizarea (cre șterea voltajului pe fa ța
internă a membranei c ătre zero fa ță de exterior) determin ă deschiderea
canalului. Deschiderea este tranzitorie, iar durata dup ă care canalul sufer ă o
nouă modificare conforma țională se numește constant ă de inactivare și este
o caracteristic ă funcțională important ă a canalului.
Când se ia în discu ție importan ța funcțională a unei popula ții de
canale ionice din membrana unei celule, mai întâi aceast ă populație este
delimitată prin caracteristici de selectivitate (ex. canal de sodiu) și apoi se
face referire la dependen ța de voltaj caracteristic ă, adică relația dintre
probabilitatea de deschidere și valoarea poten țialului membranar. Amplitu-
dinea curentului ionic printr-un singur canal (curent unitar) poate fi deter-
minată prin tehnici electrofiziologice avansate ( patch-clamp ) și depinde de
gradientul electrochimic (concentra țiile locale de o parte și de alta a
membranei) și de conductan ța canalului (conductan ță unitară). Curentul
unitar și constanta de inactivare determin ă sarcina electric ă totală a ionilor
care trec printr-un canal pe parcursul unei astfel de deschideri tranzitoriii. La
β2
β1
α
Fig. 33. Arhitectura etalat ă a canalului de sodiu volt aj-dependent. Cilindrii numerota
ț
i
indică domeniile transmembranare. Liniile punctate marcheaz ă lungi sau scurte anse
de legătură între componentele subunit ății α. P indică fosforilarea mediat ă de protein-
kinazele A (modulare) și C (inactivare). Cu
g
ri sunt marcate por
ț
iunile care
delimiteaz ă efectiv porul. Cercurile albe indic ă inelele de aminoacizi ce formeaz ă
filtrul de select ivitate (extern) și situsul de le
g
are pentru tetrodotoxin ă (intern). Litera
h indică poarta intern ă, de inactivare, iar cercurile
g
ri situsuri implicate în
“receptorul” acesteia. ScTx indic ă situl de legare al scorpion-toxinelor.

FIZIOLOGIE CELULARA
58aceasta ad ăugăm probabilitatea de deschidere, precum și densitatea
populației respective de canale în aria membranar ă, pentru a evalua efectul
fluxului de ioni studiat asupra poten țialului membranar.
Familiile de canale voltaj-dependente

Canalele de sodiu voltaj-dependente: cel pu țin 9 membri, implicate în
mod fundamental în declan șarea poten țialului de ac țiune (în celulele
„electric excitabile”), por homo-tetrameric, 4 subunit ăți cu 6 domenii trans-
membranare co-asamblate cu subunit ăți β auxiliare, glicozilate.
Canale de calciu voltaj-de pendente: 10 membri, subunit ăți variabile
Canale de potasiu voltaj-dependente: 40 de membri, 12 subfamilii Canale TRP ( Transient Receptor Potential ): 28 de membri, cu activare
dependent ă de voltaj, tensionare mecanic ă, stare redox, osmolaritate, pH.
Unele canale voltaj-dependente sunt descrise în detaliu în capitolele
următoare (pentru Na
+ și K+ vezi cap. 5.8., pentru Ca2+ vezi cap. 5.9.18).
Canale protonice voltaj-dependente: se deschid la depolarizare, numai
în condițiile în care gradientul electrochimic este îndreptat c ătre exterior, în
așa fel încât s ă permită eliminarea protonilor din citoplasm ă. Aceste canale
se găsesc mai ales la nivelul fagocitel or, fiind utile în eliberarea acidit ății
intracelulare din timpul „explozie de protoni” ( proton-burst ), în timpul
distrugerii bacteriilor fagocitate cu ajutorul apei oxigenate și a altor specii
reactive ale oxigenului, produse de c ătre NADPH-oxidaz ă. Această enzimă
este electrogen ă și formeaz ă ca produ și secundari protoni, ce trebuie
eliminați în afara citoplasmei.
5.6.2. Canalele dependente de liganzi intracelulari Este vorba de o serie de canale de potasiu, care sunt dependente de
concentra țiile unor substan țe intracelulare.
Canalele de K
+ dependente de Ca++ (K Ca) sunt foarte apropiate din
punct de vedere structural de canalel e de potasiu voltaj-dependente: au șase
segmente transmembranare și o ansă P (de permeabilitate). La cap ătul
intracelular leag ă calmodulina (o protein ă care func ționează ca semnal
intracelular prin legarea calciului). Varia țiile calciului intracelular datorit ă
permeabiliz ării mebranei sau eliber ării de calciu din depoz itele intracelulare
vor modifica conductibilitatea acestor can ale prin asociere cu calmodulina,
FIZIOLOGIE CELULARA
59făcându-le mai sensibile la depolarizarea mebranar ă. In esen ță creșterea
calciului submembranar activeaz ă KCa.
Canalele ionice dependente de nucleotidele ciclice prezint ă șase
domenii transmebranare, dintre care patru formeaz ă un canal func țional, și
celelalte sunt domenii receptor. Cuplarea AMPc sau GMPc pe receptorul citoplasmic deschide porul, care este permeabil pentru Na
+ și Ca++. Aceste
canale sunt importante pentru ne uronii senzoriali olfactivi (AMPc-
dependent) și pentru celulele receptoare retiniene (GTPc-dependent).

5.6.3. Canale ionice dependente de liganzi extracelulari Canalele dependente de substan țe chimice prezint ă pe partea
extracelular ă a domeniilor transmembranare forma țiuni receptoare la care
cuplează liganzi. Cuplarea modific ă permeabilitatea canalului și produce un
influx ionic în celul ă, ce declan șează depolarizarea. Se mai numesc și
receptori ionotropici. Pentru c ă de cele mai multe ori folosesc la
transmiterea excita ției de la o celul ă nervoasă la alta sau de la celulele
nervoase la efectorii musculari sau gl andulari, liganzii canalelor receptor-
dependente sunt numi ți și neuromediatori. Eliberarea acestora are loc la
nivelul forma țiunilor de comunicare numite sinapse , în partea final ă a
acestora, numit ă membran ă post-sinaptic ă.Cele mai multe din aceste canale
sunt permeabile pentru cationi, ac tivarea lor ducând la depolarizarea
membranei (post-sinaptice), altele (mai pu ține), sunt permeabile pentru
anioni (Cl
-), activarea lor determinând hiper-polarizarea membranei și
reducerea excitabilit ății.
Există o multitudine
de astfel de canale, dintre cale cele mai importante sunt: receptorul „nicotinic” pentru acetilcolin ă, cuplat
cu un canal de sodiu (fig. 34); receptorii ionotropi pentru glutamat, cuplat cu canal de sodiu și calciu;
receptorii P
2X pentru ATP
(ca semnal extracelular), cuplați cu canal de calciu,
Fig. 34. Receptorul nicotinic

FIZIOLOGIE CELULARA
60receptorii GABA A pentru acidul γ-amino-butiric, cuplat cu un canal de clor
(hiperpolarizant).
Stimularea și menținerea deschis ă a canalelor ionice receptor-operate
durează cât timp ligandul ocup ă situsul de legare, dar în fapt este tranzitorie,
deoarece ligandul este îndep ărtat rapid de la nivelul fantei sinaptice, fie de
către enzime inactivante, fie prin m ecanisme de recaptare la nivelul
membranei presinaptice.
5.6.4. Canale cu alte tipuri de dependen ță
Canalele de potasiu cu rectificare sunt canal e ce permit influxul de
potasiu, dar nu permit efluxul. Scopul este de a rectifica con ținutul de
potasiu dup ă un eflux rapid, de tip poten țial de acțiune. Sunt implicate în
procese fiziologice majore, precum activitatea de pacemaker a inimii, eliberarea de insulin ă din celulele β-insulare pancreatice etc. Canalele de
potasiu cu doi pori se mai numesc și canale cu curgere lent ă (leaky ) și
asigură fenomene de rectificare. Canalele de potasiu deschise de cuante de
lumină (canalorodopsina) sunt prezente la diverse organisme unicelulare
fotosensibile. Canalele cationice meca nosensibile se deschid sub influen ța
tensionării, presiunii, stresului de forfecare, deplasare, vibra ții.

5.7. Transportori moleculari transmembranari Moleculele hidrofile mai mari (glucoz ă, aminoacizi) nu pot trece prin
canale, deoarece agregarea unor subunit ăți suficient de multe pentru a crea
un canal pentru astfel de molecule ar produce pori foarte mari, c ărora nu le-
ar putea fi asigurat ă selectivitatea și astfel s-ar pierde compozi ția diferită
între citosol și mediul extracelular. Pentru o varietate de astfel de solvi ți
membrana trebuie s ă asigure mecanisme speciale de transport înt-un sens
sau altul, din urm
ătoarele motive legate de substan țele hidrofile respective:
dimensiunea și/sau polarizarea nu permit transportul (e nevoie de facilitare),
concentra ția este mai mare în compartimentul de destina ție (e nevoie de
transport activ, primar sau secundar).
Pentru asemenea situa ții există proteine membranare integrale numite
transportori (facilitatori, carriers, porters ) care folosesc gradien ți de
concentra ție sau electrochimici pentru a tran sfera substratele respective prin
bistratul lipidic, nu în mas ă, ci molecul ă cu molecul ă sau ion cu ion.
Transportorii sunt similari cu en zimele ca mecanism biochimic de
FIZIOLOGIE CELULARA
61funcționare, deoarece se leag ă de substrat și sunt specifici pentru substan țele
pe care le transport ă. Ca urmare, activitatea lor poate fi modelat ă folosind
kinetica enzimatic ă. Eficiența transportului este mai mare pentru difuziunea
facilitată de transportori decât în caz ul difuziunii simple, dar sufer ă un efect
de saturare, adic ă tinde către un maxim de transport, care este determinat de
numărul limitat de molecule de protein ă transportor prezente și de durata
ciclului de tran sport (fig. 32). A șadar un transportor poate fi definit
operațional ca o protein ă membranar ă care leag ă molecula/ionul de o parte a
membranei, apoi î și schimbă conforma ția spațială și expune molecula/ionul
de cealalt ă parte a membranei, leg ătura respectiv ă se desface și proteina
revine la conforma ția inițială. Uneori acest lucru este posibil pentru c ă se
realizează practic o cavitate hidrofil ă mărginită de protein ă membranar ă în
timp ce exteriorul este lipofil. Transportorii sunt prezen ți în toate celulele
(ubiquitari), oriunde este nevoie de introducerea de nutrimente, de
eliminarea cataboli ților, de controlul concentra țiilor ionice intracelulare.
Dacă transportorul transfer ă o singur ă specie molecular ă, transferul
poate fi conform gradientului electroc himic (uniport) sau împotriva acestuia
(pompă). Dacă se transport ă două (sau mai multe) specii moleculare
(molecule neutre sau ioni), atunci es te vorba de cotransport (simport sau
antiport), care poate fi transport pasiv, transport activ (pomp ă), sau transport
activ secundar (pentru o alt ă exprimare a acestei clasific ări, vezi cap. 5.3).
Procesele de transport activ sunt capabile s ă concentreze o substan ță
într-unul din compartimentele organismului sau s ă realizeze o mi șcare în
direcție inversă proceselor de difuziune. Toat e tipurile de transport activ
prezintă o caracteristic ă comună: generarea fluxului net al particulelor se
realizează cu “consum obligatoriu a unei p ărți din energia total ă a
sistemului”. Dac ă energia consumat ă nu este regenerat ă, transportul se
oprește în momentul în care ener gia sistemului este diminuat ă până la
punctul de echilibru termodinamic. A șa cum am v ăzut (5.3), dac ă ATP este
consumat direct de proteina transportoare, adic ă ea însăși este o ATP-az ă,
transportul activ se nume ște primar, iar transportorul sa nume ște pompă.
Dacă însă transportul activ la care ne referim se bazeaz ă pe un gradient
(menținut de o asemenea pomp ă), vorbim de transport activ secundar (care
este întotdeauna un cotransport, în regim de sinport sau antiport cu specia
molecular ă care asigur ă desfășurarea ciclului func țional, fiind transportat ă în
sensul gradientului). Inte nsificarea procesului de transport activ trebuie

FIZIOLOGIE CELULARA
62susținută de o creștere corelat ă a ratei metabolice, pentru a asigura cantitatea
necesară de ATP16.
5.7. 1. Pompe ionice Aceste proteine transmembranare pot transporta ioni și alți solviți
împotriva gradien ților de concentra ție. Energia pentru aceast ă activitate este
de cele mai multe ori chimic ă, sub form ă de ATP, dar poate fi și obținută
din cuantele de lumin ă, reacții oxido-reduc ătoare, energie termic ă din mediu
și alte surse. Pompele activate de ATP sunt proteine transmembranare cu
unul sau mai multe situri de cuplare pentru ATP, pe fa ța citosolic ă a
membranei. Hidroliza ATP-ului ar e loc numai în momentul când se
cuplează ionii necesari pentru transport, deci activitatea enzimatic ă este
condiționată. Există trei clase de pompe ionice (care transport ă exclusiv
ioni; clasele P, F și V), și o superfamilie numit ă ABC ( ATP-Binding
Cassette ) care transport ă molecule mici, dar conform aceleia și dinamici.
Pompe din clasa P se g ăsesc în: membranele bacteriilor și fungilor
(pompa H
+), membranele celulare ale eucariotelor superioare (pompa
Na+/K+), membrana apical ă a celulelor mucoasei gastrice (pompa K+/H+),
plasmalema și membrana reticular ă a celulelor eucariote (pompele de Ca2+ ).
Toate aceste pompe ionice prezint ă două unități catalitice identice, ce con țin
câte un situs de legare pentru ATP, dintre care cel pu țin una este fosforilat ă
de către o molecul ă de ATP (de unde numele de clasa P). Pompa de calciu
este prezent ă sub dou ă forme majore, una în plasmalem ă (Plasma
Membrane Calcium ATP-ase; PMCA) și cealaltă membrana reticulului
endoplasmic ( Sarcoplasmic / Endoplasmic Reticulum Calcium ATP-ase;
SERCA ), dar și în alte membrane. Pompa H/K din celulele mucoasei
gastrice pompeaz ă H+ în afara celulei și introduce K+ în celula oxintic ă
gastrică. Pompa de H+ (pompa protonic ă) este mai bogat reprezentat ă în
membrana celulelor tubului urinifer, în membrana lizozomilor (men ține pH-
ul acid lizozomal), precum și în membrana mitocondrial ă (unde ciclul se
desfășoară invers, permi țând sinteza ATP din ADP și acid fosforic, deci este
o ATP-sintaz ă). Unele pompe sunt prezentate în detaliu mai jos (vezi cap.
5.8.1, 5.9.18)

16 La bacterii exist ă o formă aparte de transport activ, folosit ă la preluarea monozaridelor
din mediu, care nu se sprijin ă pe ATP ci pe fosfo-enol-piruvat ( PEP) și se nume ște
translocație de grup ( PEP group translocation; phoshotransferase system; PTS) ,
FIZIOLOGIE CELULARA
63Pompele din clasa F se g ăsesc în: membrana bacterian ă, membrana
mitocondrial ă internă, membrana thylakoid ă a cloroplastului la plante
Pompele de protoni din clasa V se g ăsesc în: membranele vacuolare la
fungi și plante, membranele endosomale și lizozomale la celule eucariote,
membrana osteoclastelor și a unor celule tubulare renale la om.
5.7.2. Transportul activ secundar Fenomenele de transpor t activ primar realizeaz ă și mențin diferen țe de
potențial electrochimic. Transportul activ secundar reprezint ă baza trans-
portului activ pentru numero și ioni, glucoz ă, aminoacizi, etc. (fig. 35). Acest
proces este posibil întrucât odat ă cu ionul transportat pasiv (Na
+), un alt
solvit se poate cupla la transportor. Astfel, pe baza gradientului de Na+
(“secundar” transportului activ de Na+) se transport ă spre interior glucoz ă,
aminoacizi (sinport), iar ionii de calciu și protonii sunt îndep ărtați din
citosol (antiport). Transportorul de glucoz ă SGluT1 func ționează în aceast ă
manieră. Schimbul electrogen 3Na+/Ca2+, ce se găsește la nivelul celulelor
cardiac și care folose ște la relaxarea inimii, reducând calciul citosolic. De
obicei antiporterii schimb ă molecule similare, de exemplu antiportul Na+/H+
din rinichi, intestin și alte celule sau antiporterul Cl-/HCO 3-.

Mecanismele proceselor de transport activ secundar sunt diferite fa ță
de transportul activ primar. Diferen ța majoră constă în faptul c ă în cazul
transportului activ secundar energia este furnizat ă de gradientul de
concentra ție. Gradientul electrochimic al i onului de sodiu între exteriorul
celulei și interiorul acesteia, realizat prin procesul de transport activ primar
al acestui ion (pompa Na/K) reprezint ă un mijloc de înmagazinare de
energie care poate fi utilizat ă pentru func ționarea sistemelor de transport
activ secundar. In acest sens este de subliniat faptul c ă inhibarea producerii
de ATP (ouabaina) într-o celul ă determin ă într-o prim ă fază oprirea Na+ K+ Na+ glucoză Na+ aminoac. 3Na+ Ca++ Na+ H+

S I N P O R T A N T I P O R T
Fig. 35. Pe baza gradientului de Na
+ funcționează sisteme majore de cotransport

FIZIOLOGIE CELULARA
64transportului activ al sodiului, cu sc ăderea consecutiv ă a gradientului
transmembranar a ionului de sodiu, urmat ă de oprirea transportului activ
secundar care depinde de gradientul de sodiu drept surs ă de energie.
Trecerea ionilor și, în special, a ionului de Na+ din compartimentul în care
acesta se g ăsește în concentra ție crescut ă (cu nivel energetic crescut) în
compartimentul cu concentra ție scăzută (nivel de energie coborât) furni-
zează energie pentru realizarea transportu lui activ al altui solvit împotriva
gradientului s ău (transport activ se cundar). Este de re ținut faptul c ă energia
înmagazinat ă într-un gradient transmembranar de concentra ție ionică poate
de asemenea s ă servească la sinteza de ATP din ADP și radical fosfat. Spre
exemplu, transportul de electroni în lan țul fosforil ărilor oxidative
mitocondriale produce un gradient de concentra ție a protonilor (H+) de o
parte și de alta a membranei mitocondriale. In aceste circumstan țe
deplasarea ionilor de hi drogen in sensul gradient ului, strict la nivelul
proteinei numite ATP-sintaz ă, furnizeaz ă energie pentru sinteza de ATP
(proces de fosforilare oxidativ ă).
Similar proceselor de difuziune facilat ă și a proceselor de transport
activ primar și în cazul transportu lui activ secundar, le garea solvitului de
transportat de proteina transportoare reprezint ă o etapă obligatorie. Acest
transportor proteic prezint ă o serie de propriet ăți particulare cum ar fi
specificitatea chimic ă și saturația situsurilor de legare pentru substan ța de
transportat. Specificitatea chimic ă îi permite proteinei transportoare s ă
realizeze transportul numai pentru o anumit ă substanță, iar satura ția
situsurilor de legare, precum și durata ciclului de reac ție, îi plafoneaz ă
viteza maxim ă de transport.
Proteina din cadrul sist emului de transport activ secundar mai are și
un situs de legare a unui ion al ături de situsul de legare a substan ței de
transportat. Cel mai frecvent proteina transportoare leag ă ionul de sodiu, dar
și anionii bicarbonic sau clor și ionii de potasiu pot fi lega ți în cursul
procesului de transport activ secundar.
Legarea ionului de proteina transp ortoare în cadrul sistemului de
transport activ secundar produce modific ări comparabile cu cele ce apar în
cadrul sistemului de transport ac tiv primar: fie modificarea afinit ății
situsului ce leag ă substanța de transportat prin pro ces activ secundar, fie o
modificare a vitezei pr in care transportorul proteic deplaseaz ă situsul de
legare de pe o fa ță pe alta a membranei.
FIZIOLOGIE CELULARA
65In derularea procesului de tr ansport activ primar, proteina
transportoare sufer ă o modulare covalent ă ca rezultat al fix ării unui radical
fosforilat ce provine din degradarea ATP. In cazul transportului activ
secundar proteina transportoare sufer ă o modificare alosteric ă ca urmare a
fixării ionului.
Recapitulând, în cadrul proceselor de transport activ secundar ionul de
sodiu se deplaseaz ă întotdeauna din mediul extracelular, unde se g ăsește în
concentra ție foarte ridicat ă, în interiorul celulei, unde concentra ția sa este
scăzută, deci în sensul gradientului s ău de concentra ție, în timp ce substan ța
de transportat este deplasat ă împotriva gradientului s ău de concentra ție,
adică din compartimentul cu concentra ție scăzută în cel în care concentra ția
este ridicat ă.
5.8. Poten țialul transmembranar și modific ările sale
Diferențele de concentra ție ionică dintre mediul intra-celular și cel
extra-celular sunt determinate de existen ța unor anioni nedifu zibili în citosol
și determin ă la rândul lor o diferen ță de poten țial electric între interiorul și
exteriorul celulei.
5.8.1. Echilibrul Donnan In funcț
ie de posibilit ățile de traversare a membranelor de c ătre
anumiți solviți sau solven ți se diferen țiază gradul de permean ță al acestora.
Astfel, a șa numitele membrane ideale sunt permeabile pentru ap ă și
impermeabile pentru substan țele solvite. Membrana celular ă izolată este
permeabil ă pentru ap ă, electroli ți, cristaloizi și este impermeabil ă pentru
macromolecule, ea comportându-se ca o “sit ă molecular ă” . C a u r m a r e s e
stabilește așa-numitul “echilibru Donnan” (elaborat teoretic de c ătre Gibbs
și confirmat experimental de c ătre Donnan). Asfel, în cazul în care în unul
din compartimentele separate de o membran ă cu permeabilitate selectiv ă se
găsește un macroanion nedifuzibil, echil ibrul dinamic rezultat se carac-
terizează prin distribu ția asimetric ă a ionilor liberi difuzibili.
Deci, dac ă membrana “M” cu permeabilitate selectiv ă separă compar-
timentul “a” în care se g ăsește o solu ție de KCl (Cl- + K+) de
compartimentul “b” cu solu ție de KCl (Cl- + K+) și o sare de potasiu a unui
macroanion (K+ + X-) nedifuzibil, ionii difuzibili vor traversa membrana
până se ajunge la star ea de echilibru. Se știe că la echilibru fiecare solu ție

FIZIOLOGIE CELULARA
66trebuie să fie electric neutr ă, adică suma anionilor dintr-un compartiment s ă
fie egală cu suma cationilor din acela și compartiment; produsul ionilor
(anioni și cationi) difuzibili dintr-un compartiment este egal cu produsul
ionilor difuzibili din cel de-al doile a compartiment separat de membran ă.
Deci în condi țiile în care în unul din compartimente exist ă un anion
nedifuzibil, dup ă realizarea st ării de echilibru în acest compartiment
concentra ția cationului difuzibil va fi mai mare decât concentra ția cationului
din celălalt compartiment, iar concentra ția anionului difuzibil va fi mai mare
în compartimentul în care nu exist ă anion nedifuzibil.
Astfel la echilibru starea de neutralitate este reprezentat ă prin ecua țiile
K+
a = Cl-
a și K+
b = Cl-
b + M-
b, iar produsul ionilor difuzibili dintr-un
compartiment este egal cu produsul io nilor difuzibili di n cel de-al doilea
compartiment: K+
a x Cl-
a = K+
b x Cl-
b, deci K+
b > Cl-
b și ca urmare K+
b >
K+
a și Cl –
b < Cl-
a.
Efectul Gibbs-Donnan este rezultatul permeabilit ății particulare a
membranei, dar la acesta se adaug ă în cazul membranei celulare varia țiile de
permeabilitate datorate activit ății canalelor ionice, precum și mecanismele
de transport activ. Acest efect poate fi amplificat (crescut) sau diminuat
(scăzut) prin influen țarea direct ă a concentra ției ionilor difuzibili de c ătre
procesele de transport activ care pot s ă mențină concentra ția constant ă
intracelular ă a unui ion chiar dac ă acesta nu este total nedifuzibil.
Celulele vii con țin o mare cantitate de an ioni, în mod deosebit fosfa ți
organici și proteine. Concentra ția anionilor difuzibili este mai mic ă în celulă
decât în mediul extracelular; raportul cl or intracelular/clor extracelular fiind
subunitar. Concentra ția cationilor este mai mare în interiorul decât în afara
celulei. Procesele de tr ansport activ introduc K+ în celulă și expulzeaz ă Na+,
în schimb concentra ția H+ este ceva mai mare în celul ă decât în mediul
extracelular, pH-ul intrahematic spre exemplu este ceva mai mic (7,2) decât al plasmei (7,4). Celulele animale au în mod permanent tendin ța de a-și mări
volumul datorit ă consecin țelor osmotice generate de concentra ția
intracelular ă mai ridicat ă decât a mediului extracelular. Acestei tendin țe i se
opun procesele de transport activ a cationilor, de aceea atunci când metabolismul celulei este deprimat în mod natural sau artificial (r ăcire,
intoxicație, etc.) datorit ă perturbării proceselor de transport activ, efectele
echilibrului Donnan și deci, efectele osmotice consecutive determin ă
FIZIOLOGIE CELULARA
67turgescen ța celulei înso țită de perturb ări funcționale și, în ultim ă instanță,
moartea celulei prin degradarea membranei celulare.
5.8.2. Poten țialul membranar de repaus
Permeabilitatea selectiv ă a plasmalemei determin ă distribuția asi-
metrică a ionilor de o parte și de alta a acesteia. In condi țiile existen ței
unnor ioni nedifuzibili într-unul din cele dou ă compartimente separate de
membrana permeabil ă selectiv, pentru orice ion difuzibil se define ște
potențialul de echilibru conform legii Nernst: E=±61log(c
1/c2), c 1 și c2 fiind
concentra țiile ionului respectiv în cele dou ă compartimente; rela ția se
deduce pe baza principiului echilibr ului dinamic aplicat energiilor poten țiale
electrică și de difuziune. Aplicat ă la nivel celular aceast ă relație ia forma
ecuației Goldman-Hodgkin-Katz; poten țialul membranar de repaus este
determinat de distribu ția și coeficien ții de permeabilitate membranar ă pentru
trei ioni majori: Na+, K+, Cl-, la care putem ad ăuga calciul și contribu ția
unor canale cationice ne selective (fig. 36).

Permeabilitatea pentru potasiu fiind mai important ă, potențialul de
repaus este apropiat de valoarea poten țialului de echilibru pentru acest ion.
Potențialul membranar de repaus variaz ă de la o celul ă la alta, în func ție de
permeabilitatea membranei. Dat fiind mecanismul fizic al poten țialului de
repaus, acesta se modific ă după variațiile concentra țiilor ionice în cele dou ă
compartimente. Ca urmare a diferen ței de poten țial, plasmalema este înc ăr-
cată electric în repaus, negativ pe fa ța internă și pozitiv pe cea extern ă.
Pentru men ținerea poten țialului de repaus este necesar ă pomparea
permanent ă a ionilor, pentru a asigura men ținerea gradientelor de concen-
trație, deoarece permeabilitatea ionic ă a membranei pentru ionii respectivi în
repaus, de și extrem de mic ă, nu este nul ă. In absen ța transportului activ s-ar mM 142 2,5 4 101

mV Na
+ 70 Ca2+ 150 X+ 0 K+ -98 Cl- -30..-65

mM 10 10
-4 155 3-5

Fig. 36. Principalele fluxuri ionice ce determin ă valoarea poten țialului de repaus
(sunt notate valorile potențialului de echilibru Nernst în fiecare caz )

FIZIOLOGIE CELULARA
68produce în timp pierderea de K și acumularea de Na. Transportul activ al
celor doi ioni este cuplat (fi g. 37), fiind realizat de o ATP-az ă membranar ă,
numită și pompă de sodiu.
Pentru fiecare ciclu conforma țional
ea expulzeaz ă trei ioni de sodiu și
introduce doar doi ioni de potasiu, fiind deci electrogen ă; adică are un efect
hiperpolarizant fa ță de valoarea calculat ă
teoretic pentru poten țialul de repaus (~4
mV). Activitatea pompei fiind dependent ă
de concentra ția Na intracelular, pompa va
participa la fenomenul de repo-larizare din
cadrul poten țialului de ac țiune.
ATP-aza Na
+/K+ este prezent ă în plasmalema celor mai multe celule
animale, dar și în membrana unor celule vegetale. Ea se comport ă ca o
adevărată “pompă de Na+/K+” ce transport ă Na+ în afara celulei și K+ în
celulă realizând în repausul celular o concentra ție foarte mare a Na+ în afara
celulei și a ionului de K+ în interiorul acesteia.
Deși ascunde înc ă necunoscute, ATP-aza Na+/K+ este cea mai bine
caracterizat ă dintre pompele ionice. ATP-aza Na+/K+ este alcătuită din două
subunități mari (alfa) care str ăbat membrana și două subunități (beta) care
sunt expuse la exteriorul celulei; es te deci un tetramer. Fiecare unitate
funcțională prezintă un situs de fosforilare cu activitate ATP-azic ă, trei
situsuri de legare a ionilor de Na+, două situsuri pentru legarea ionului de K+
și un situs de fixare a ouabainei (glicozid cardiac).
Prezența aproape ubicvitar ă și funcționarea continu ă în organismele
animale face ca peste 1/3 din ATP-ul consumat de un organism animal în repaus să fie folosit în acest proces.
Ciclul func țional (fig. 38) începe cu activarea situsului enzimatic
urmată de hidroliza ATP-ului cu fixar ea a trei ioni de sodiu ce ocup ă siturile
specifice. Pompa fixeaz ă radicalul fosfat și își schimbă conforma ția. In etapa
următoare ionii de sodiu sunt elibera ți. Ultima etap ă cuprinde fixarea a doi
ioni de potasiu din ex teriorul celulei urmat ă de transportul lor în citosol ca
urmare a unui alt proces de transconformare. In aceast ă etapă se elibereaz ă
și radicalul fosfat de c ătre pompă, aceasta fiind capabil ă să-și reia ciclul.

2 K+

extracelular

ATP ADP+PO
4-

3Na+

Fig. 37. Pom pa de sodiu (Na/K )
FIZIOLOGIE CELULARA
69Potențialul de repaus se m ăsoară cu ajutorul unui electrod introdus în
celulă prin intermediul unor micromani pulatoare. Microelectrodul este
conectat la un aparat de m ăsură care nu indic ă nici o diferen ță de poten țial
atât timp cât acesta se g ăsește în mediul extracelular la fel ca și electrodul de
referință (indiferent). In momentul în care micromanipulatorul realizeaz ă
pătrunderea vârfului microele ctrodului în interiorul celulei voltm etrul indic ă
existența unei diferen țe de poten țial care reliefeaz ă faptul ca mediul
intracelular este negativ fa ță de mediul extracelular. Se folosesc electrozi de
sticlă foarte ascu țiti, plini cu solu ție salină concentrat ă în contact cu un fir de
platină. Electrozii sunt conecta ți la sisteme de înregistrare prin ampli-
ficatoare de mare impedan ță și astfel pot fi urm ărite variațiile de poten țial
membranar în orice tip de celul ă.
Potențialul de repaus are valori diferite de la un tip la altul de celule și
mai puțin de la o celul ă la alta în cadrul aceluia și țesut (ca o excep ție,
variază considerabil chiar în membrana aceleia și celule).
Explicația este dat ă tocmai de diferen țele existente privind
permeabilitatea ionic ă a mem-branelor celulare în repaus și de diferen țele
privind concentra țiile ionilor în intersti țiile și celulele respective. In fibre
nervoase și fibre musculare striate poten țialul de repaus este apropiat de
potențialul de echilibru pentru K, având valori cuprinse între -100 și -90
mV. Alte celule au permeabilitate mare pentru Na și potențiale de repaus
mai puțin negative (pân ă la -40 mV).
Fig. 38. Ciclul func țional al pompei de sodiu

FIZIOLOGIE CELULARA
70Creșterea diferen ței de poten țial electric transmembranar se nume ște
hiperpolarizare, iar redu cerea acesteia este o de polarizare. Depolarizarea
locală presupune de obicei un influx net de sarcini pozitive. Datorit ă
difuziunii în spa țiul intracelular și submembranar, aceasta se propag ă pe o
mică arie, scăzând în amplitudine cu distan ța.
5.8.3. Poten țialul de ac țiune
Depolarizarea tranzitorie care se propag ă nedecremen țial la distan ță se
numește potențial de ac țiune. Canalele ionice implicate în declan șarea
potențialului de ac țiune au o dependen ță de voltaj a probabilit ății de
deschidere relativ abrupt ă, ceea ce imprim ă caracteristica de fenomen cu
prag a acestui fenomen și a celor subsecvente (legea “tot sau nimic”).
Propagarea poten țialului de ac țiune în membrana celular ă se
realizează prin autoregenerare, pe baza difuziunii sarcinilor pe cele dou ă
fețe ale membranei. Cu alte cuvinte dac ă propagarea local ă, decremen țială,
prin curen ți ionici, determin ă o depolarizare suficient ă pentru deschiderea
canalelor voltaj-dependente din apropier e. Ca urmare viteza de propagare
depinde de for ța motrice a difuziei, adic ă de amplitudinea poten țialului de
acțiune și de panta depolariz ării, ambele reflectând densitatea canalelor
voltaj-dependente implicate în declan șarea poten țialului de ac țiune.
Fiziologic poten țialul de ac țiune apare prin suma ție temporal ă a
efectelor depolarizante și hiperpolarizante ale diferi ților curen ți ionici.
Curenții ionici depolarizan ți pot fi determina ți de mediatori chimici, ca în
cazul transmiterii sinaptice sau al unor efecte hormonale sau paracrine, sau de agenți fizici ca în cazul celulelo r receptoare specializate (poten țiale de
receptor) sau al canalelor ioni ce activate de deformare mecanic ă, prezente în
numeroase tipuri celulare.

Potențialul de ac țiune de tip neuronal

In fibra muscular ă scheletic ă și în
fibrele nervoase cu diametru mare potențialul de ac țiune are caractere și
mecanisme prototip. Depolarizarea este abrupt ă, cu durat ă de ~0,2 ms
(fig. 39), cu dep ășirea izopoten țialului
(overshoot ) și urmată imediat de re- m s
m

Fig. 39. Curen ții ionici în cursul
potențialului de ac țiune

FIZIOLOGIE CELULARA
71polarizare ( spike-potential ). Depolarizarea se produce ca urmare a unui
influx masiv de Na prin canale volta j-dependente rapide (cu kinetic ă
conforma țională accelerat ă; deschidere cu prag de voltaj și inactivare
rapidă). Repolarizarea se produce ca urma re a efluxului de K prin canale
voltaj-dependente ceva mai lente, în condi țiile inactiv ării canalelor de Na.
Durata este de 2-3 ms.
Canalele de sodi u voltaj-dependente

Canalele de sodiu joac ă un rol major în generarea poten țialului de
acțiune în numeroase celule excita bile, neuronul, fibra muscular ă striată
scheletică și cardiacă etc. Aceste canale voltaj-dependente, au cel pu țin două
“filtre” sau “bariere de permeabilitate”: m și h.
In repaus bariera m este închis ă, iar bariera h este deschis ă. Dacă un
stimul determin ă o depolarizare limitat ă a membranei se produce
deschiderea barierei m și Na+ intră în celulă datorită gradientului trans-
membranar accentuând fenomenul de depolarizare. Aceast ă depolarizare
deschide la rândul ei alte canale de Na+ voltaj-dependente și așa mai
departe, trecând poten țialul de membran ă din domeniul valorilor negative
înspre sau chiar în domeniul pozitiv. Intrarea Na+ se oprește prin închiderea
automată a barierei h (inactivare, vezi fig. 33). Analizându-se cinetica
fluxurilor ionice prin canalele membra nare s-a ajuns la concluzia c ă fiecare
canal odat ă activat rămâne deschis un anumit interval de timp dup ă care se
închide automat (constant ă de inactivare, vezi cap. 5.6.1).
După inactivarea canalelor de Na+ potențialul de membran ă revine
progresiv la valoarea sa de repa us ca urmare a efluxului de K+ prin canale
voltaj-dependente, a difuziunii spre citoplasm ă a inilor de Na+ pătrunși și a
activității pompei de Na+ și K+, care restabile ște diferen ța de concentra ție a
acestor ioni de o parte și de alta a membranei.
Canalele de potasiu voltaj-dependente

Sunt prezente mai ales în membrana celulelor “a șa zis excitabile”,
prezintă particularit ăți de la o specie la alta. Se descriu canale de K+ care
participă la depolarizare (prin sc ăderea probabilit ății de deschidere) și
canale care intervin în procesul de repolarizare. Unele canale de K+ au
deschiderea maximal ă în momentul în care canalele de Na+ se inactiveaz ă.

FIZIOLOGIE CELULARA
725.9. Receptori membranari și sisteme de semnalizare intracelular ă
Pentru a se adapta la modific ările mediului în care tr ăiesc, celulele
trebuie să-și modifice parametrii interni. Or ganismele unicelulare trebuie s ă
răspundă la modific ări de temperatur ă, stres osmotic, concentra ție a nutri-
mentelor prin mi șcare sau sintez ă de proteine. La animalele pluricelulare,
celulele trebuie s ă se dezvolte și să-și realizeze ac tivitatea în interiorul unui
sistem armonios, de func ționare coordonat ă a tuturor celulelor (vezi cap. 1).
Pentru aceasta ele trebuie s ă fie capabile s ă răspundă la o varietate de
stimuli din mediul intern. Mai mult, coordonarea activit ății celulelor în
organism este posibil ă numai în condi țiile în care acestea pot primi și
transmite mesaje; comunicarea intercelular ă este esen țială. Există o
multitudine de programe genetice în interiorul fiec ărui genom celular, ce
codifică sisteme de semnalizare extraordin ar de eficiente, care pot reac ționa
la foarte multe tipuri de stimuli. Comunicarea intercelular ă se poate realiza
între celule învecinate prin contact direct între membranele acestora și chiar
între citoplasmele lor, prin intermediul jonc țiunilor comunicante ( gap
junctions ; vezi cap. 5.10). Schimbul de informa ție între celule mai apropiate
sau mai îndep ărtate se face îns ă prin intermediul unor molecule semnal.
Răspunsul celular poate s ă fie reprezentat de modificarea caracterelor
(amplitudine, frecven ță, etc.) unui fenomen cel ular care se desf ășoară și în
absența semnalului extracelular sau de ini țierea unor procese func ționale
programate, care sunt în stare de laten ță în absen ța stimulului. In general
răspunsul celular este prezent cât timp cât ac ționează stimulul. Sunt îns ă
numeroase situa ții în care r ăspunsul se men ține în diverse forme dup ă
încetarea ac țiunii (post-efect), reapare ( rebound ) sau devine mai amplu
pentru acela și nivel de stimulare sus ținută sau repetat ă (sensibilizare). In alte
cazuri răspunsul diminu ă până la dispari ție chiar sub ac țiunea stimulului
(adaptare, lent ă sau rapid ă, redusă sau pronun țată). Mai mult, continuarea pe
perioade prelungite a stimul ării va duce la reducerea treptat ă a efectului
până la dispari ție. Acest fenomen a fost denumit în mai multe feluri:
adaptare, atenuare, desensibilizare, tahifilaxie, toleran ță, etc. To ți acești
termeni doresc desemnarea unui fenomen prin care celula și sistemele
receptoare sunt capabile de a- și reduce r ăspunsul la stimulii repetitivi și/sau
prelungiți, pentru a fi capabile de a r ăspunde și la alți stimuli, poate mai
reduși cantitativ, care se g ăsesc în mediu și care pot semnaliza necesitatea
unui răspuns, adic ă pentru men ținerea capacit ății de discriminare.
FIZIOLOGIE CELULARA
73Membranele celulare, de și foarte sub țiri (3-6 nm), sunt practic imper-
meabile pentru ioni și molecule polare. De și ionii de K+ ating echilibrul
difuzional pe aceea și distanță de apă în cca. 5 ms, ar avea nevoie de ~12 zile
(128 h) pentru a face acela și lucru prin intermediul unei membrane lipidice.
Acest lucru este valabil și pentru moleculele hidros olubile, chiar de mici
dimensiuni, cum ar fi ureea, pentru care permeabilitatea unei membrane lipidice similare cu plasmalema este de 100 ori mai mic ă decât pentru ap ă.
Ca urmare adrenalina, acetilco lina, hormonii hidrosolubili cunoscu ți, nu au
nici o șansă de a trece prin membran ă pentru a influen ța în vreun fel celula.
Ca urmare, este nevoie de un mecanism de transduc ție a semnalului.
Termenul de transduc ție a început s ă fie folosit în lumea biomedical ă în
jurul anilor 1970, provenind din transducere (lat.), ce înseamn ă „a ajuta s ă
traversezi un râu”, a „duce pe partea cealalt ă”, concept de unde a provenit și
celălalt cuvânt modern, „traducere”, în sensul de a purta un text dintr-o
limbă în altă limbă. Ca atare, sistemele de transduc ție celular ă preiau
semnalele de pe partea extern ă a membranei și le transform ă în informa ții
interpretabile pentru sistemele de r ăspuns ale celulei.
Pentru a percepe semnalele extracelul are celulele folosesc receptori,
adică molecule membranare care vin în contact cu exteriorul celulei și care
interacționează cu moleculele-semnal ale substan țelor hidrosolubile bio-
active, furnizând energia necesar ă pentru ini ț
ierea unei c ăi de semnalizare
intracelular ă. Câteva tipuri de stimuli, precum lumina, gazele, hormonii
liposolubili sunt cap abile de a traversa membrana liber și de a interac ționa
cu structurile responsive, producând r ăspunsuri. Dar cea mai mare parte a
substanțelor bioactive nu poate trece prin membrane și deci trebuie s ă
interacționeze cu un receptor membranar. Se cunosc mai mult de 20 de
familii de receptori, fiecare cuplat cu un sistem de transduc ție aparte
(http://www.iuphar-db.org). Ad ăugându-se la acest num ăr și nenumăratele
variante și izoforme de receptori și proteine implicate în lan țurile de
transducție, numărul de sisteme receptoare poate urca la câteva mii.
Comunicarea în sistemele celulare are câ țiva pași comuni:
• sinteza de molecule-semnal,
• eliberarea de molecule-semnal,
• transportul semnalului c ătre celula receptoare,
• cuplarea moleculei-semnal pe sistemul de recunoa ștere celular ă,
• inițierea uneia sau mai multor c ăi de semnalizare intracelular ă,

FIZIOLOGIE CELULARA
74• modificările specifice ale func ției celulare,
• îndepărtarea semnalului, ce de obicei întrerupe și răspunsul celular.
Substanțele bioactive endogene cu rol de semnalizare intercelular ă
sunt denumite generic mesageri primari. Fiecare dintre sistemele de receptori prezentate mai jos ac ționează prin intermediul unuia sau mai
multor sisteme de efectori intracelula ri. Mecanismele sunt diverse, dar
strategia este comun ă, cuprinzând:
• recepția stimulului;
• transferul semnalului c ătre celulă;
• amplificarea citoplasmic ă a semnalului;
• modularea în timp a sistemelor de efectori;
• adaptare prin intermediul circuitelor de feed-back negativ.
Tipuri de semnalizare prin molecule solubile

Oarecum în func ție de „distan ța” la care ac ționează molecula semnal
extracelular ă eliberată de o celul ă de control, exist ă mai multe tipuri de
semnalizare (fig. 40). In cazul moleculelor-semnal numite hormoni, produ și
de către glandele endocrine, ace știa sunt elibera ți în circula ția general ă și
acționează asupra unor celule- țintă situate la distan ță de glanda endocrin ă.
Acțiunile sunt „sistemice”, asupra tuturor celulelor care prezint ă receptori
pentru hormonul respectiv (hormonii tiroidieni, hormonul de cre ștere, insulina,
etc.). Acest tip de semnalizare se nume ște
endocrină. Uneori substan țele bioactive
endogene sunt eliberate de celule pentru a modifica activitatea celulelor din imediata vecinătate. Ele nu au efect asupra celulelor
mai îndep ărtate, iar cantit ățile de molecul ă-
semnal sunt reduse. Un caz particular este sinapsa, o structur ă specializar ă pentru sem-
nalizarea între neuroni sau între neuroni și
celule efectoare (vezi cap. 6). De multe ori
producția unui anume substan țe în interiorul
unei celule duce la modific ări ale func țiilor
celulare ale aceleia și celule. Unii factori de
creștere pot ac
ționa astfel (unele celule în Fig. 40. Semnalizarea intercelular ă

FIZIOLOGIE CELULARA
75cultură pot secreta factori care s ă le regleze propria cre ștere). Acest fenomen
se numește semnalizare autocrin ă. Unele celulele pot produce molecule-
semnal care ac ționează aberant sau anormal, sa u care nu fac parte din
secreția normal ă a acestor celule. Fenomenul are loc cel mai frecvent în
cazul celulelor tumorale și se nume ște paracrinie.
Mecanisme de semnalizare

Transducția semnalului înseamn ă conversia unui anume semnal
(stimul, mesager primar) în alt semnal (mesager secund), care ac ționează
asupra uneia sau mai multor mecanisme de r ăspuns intracelular. Unul din
avantajele acestui sistem este fenomenul de amplificare. Doar câteva
molecule, sau chiar una, care ac ționează asupra unui receptor, pot induce un
răspuns celular complet. Num ărul mesagerilor extracelulari (de ordinul I)
este foarte mare, în schimb posibilit ățile de traducere a impactului dintre
aceștia și celule sunt relativ reduse numeric și de aceea diver și mesageri
extracelulari folosesc acela și sistem de transduc ție pentru generarea
răspunsului celular.
Multe modalit ăți de semnalizare implic ă producerea sau modificarea
concentra ției unor molecule mai mici, difu zibile, în citoplasma celulei- țintă.
In cadrul semnaliz ării intracelulare, numai astfel de substan țe sunt corect
numite mesageri secunzi sau de ordinul II. Frecvent uti lizate în acest scop
sunt nucelotidele ciclic e de tip adenozin-monof osfat ciclic (AMPc) și
guanozin-monofosfat ciclic (GMPc), lipid e mici derivate din membranele
celulare, de tip inozitol-trifosfat (IP 3) sau diacil-glicerol (DAG), precum și
ionii de calciu.
Este foarte dificil ă investigarea c ăilor de semnalizare, din mai multe
motive. In primul rând, de multe ori concentra țiile de semnal, sau mesager
primar, sunt atât de mici încât scap ă detecției biochimice. In al doilea rând,
celulele folosesc simultan sute de c ăi de semnalizare diferite, care pot fi
separate sau par țial suprapuse, implicând sute sau mii de proteine
intermediare. Fiecare dintre aceste c ăi poate evolua în mai multe direc ții,
întrucât rareori exist ă o singură cale direct ă, liniară, de semnalizare. De cele
mai multe ori, aceste c ăi sunt divergente, multe di ntre etape sunt noduri de
control sau de amplificare, anse de feedback, etc. Toate aceste varia ții au
rațiuni reglatorii și de control, dar su nt dificil de urm ărit, cu atât mai mult cu
cât de obicei, evenimentele de semnaliz are sunt evenimente tranzitorii, care

FIZIOLOGIE CELULARA
76nu lasă urme caracteristice asupra celulei. Nu în ultimul rând, r ăspunsurile
celulare sunt dependente și de caracteristicile tem porale ale stimulului, ceea
ce se adaug ă la complexitatea sistemelor. Pe lâng ă dezvoltarea extraordinar ă
a tehnicilor de investigare, cele ma i puternice concepte recent introduse
pentru a dep ăși asemenea dificult ăți de interpretare a func țiilor într-o re țea
complexă de semnalizare, sunt cele de complex local de semnalizare (co-
localizare func țională demonstrabil ă) și de direc ționare a informa ției
(information channeling ).
Identificarea sistemelor de semnalizare poate fi tentat ă folosind dou ă
căi de abord. Abordul tradi țional este reprezentat de cel biochimic și
farmacologic, în care se identific ă biochimic o substan ță, se sintetizeaz ă sau
se extrage din sursa sa natural ă, după care se aplic ă asupra unui model
celular și se așteaptă un răspuns. Compu șii respectivi pot stimula calea de
transducție, și atunci se numesc agoni ști sau o pot bloca și atunci sunt
antagoniști. Abordul genetic folose ște identificarea sau crearea de mutan ți
(celule sau organisme) c ărora le lipse ște sau li se blocheaz ă o cale de
răspuns. Prin clonarea și secvențierea genelor mutante, se pot identifica
proteinele implicate, sistemele de semnalizare și modalitățile lor de blocare.
Receptori membranari

Cea mai mare parte a receptorilor membranari sunt proteine
membranare integrale, ce detecteaz ă și răspund la stimuli. Cel mai frecvent
stimulii sunt chimici; substan țele ce ac ționează asupra receptorilor se
numesc liganzi. Câteva tipuri de st imuli chimic, precum mediatorul gazos
difuzibil monoxid de azot („oxid nitric”) și o serie de hormoni liposolubili,
trec prin membran ă și acționează asupra unor sisteme de recep ție
intracelular ă. Nu se poate prezice efectul unui ligand din natura sa chimic ă.
Acetilcolina, de exemplu, poate ac ționa ca neuromediator sau inhibitor al
activității celulare, prin cuplarea cu divers e tipuri de receptori. Poate activa
contracția muscular ă sau sinapsele neuro-neurona le prin cuplarea cu un
canal ionic receptor-dependent, dar se cupleaz ă și cu receptori cu șapte
domenii transmembranare ce activeaz ă căi de semnalizare GTP-dependente.
Există două strategii de transfer a energi ei de la cuplarea ligandului
până la nivelul structurii ce activeaz ă semnalele intracelulare: modific ări
conforma ționale ale receptorului (sistem folosit la receptorii cu șapte
domenii transmembranare) și agregarea de subunit ăți inactive pentru a
FIZIOLOGIE CELULARA
77forma o unitate activ ă (dimerizarea receptorilor tirozin-kinazici). Cea mai
mare parte a c ăilor de transduc ție folosesc enzime pentru amplificarea
semnalelor. Unii receptori sunt ei în șiși enzime (tirozin-kinazele) iar al ții
interacționează cu enzime separate (prote inele G trimerice, etc.).
O serie de proteine-receptor pot fi descoperite pe suprafa ța celulei sau
pot fi determinate prin tehnici de biologie molecular ă, dar nu le sunt înc ă
cunoscuți liganzii. Aceste proteine sunt denumite generic receptori orfani.
Noțiunea de conservare reprezint ă gradul de omologie (asem ănare)
între proteinele de la diverse specii și stadii de dezvoltare a individului. O
proteină înalt conservat ă are o structur ă care s-a p ăstrat aproape neschimbat ă
de la bacterii și organisme rudimentare pân ă la animalele superioare și om.
Interacțiunea dintre mesage rul extracelular și receptorul specific
necesită mobilitate deosebit ă a ambilor factori. A ap ărut astfel conceptul de
receptor mobil care explic ă faptul c ă activarea receptorilor membranari
presupune o serie de fenomene de migr are, agregare sau dezagregare mole-
culară. S-au descris astfel pr ocese de migrare lateral ă și formarea unor
agregate din mai multe proteine solitare (subunit ăți). In foarte multe cazuri
activarea receptorului este urmat ă de cuplarea acestuia cu anumite proteine
reglatoare care plutesc de asemenea liber în membran ă. Procesele de
migrare lateral ă a receptorilor dau posibilitatea acestora s ă realizeze densi-
tăți diferite pe suprafa ța membranei celulare sau în diferite zone strâns
legate de anumite compartimente plasmatice. Pe de alt ă parte exist ă nume-
roase dovezi care arat ă că funcționalitatea mecanismelor de transduc ție
depinde deseori de apropierea fizic ă a proteinelor participante într-o etap ă a
căii de semnalizare (co-localizare func țională). Astfel de cupl ări funcționale
sunt asigurate de exemplu de c ătre microdomenii membranare în care mobi-
litatea componentelor este redus ă, cum sunt plutele lipidice (cap. 5.1.2).
Destul de frecvent activarea receptorilor este urmat ă de internalizare și
degradarea biochimic ă a acestora. In astfel de situa ții este necesar s ă se
sintetizeze noi receptori . De altfel resintez a receptorilor reprezint ă un proces
permanent, urmat de transportul în membran ă în vederea men ținerii
capacitații de răspuns celular. Alt fenomen observat este cel care prive ște
variația numărului diferitelor tipuri de receptori într-o celul ă. In condi ții de
echilibru num ărul diferitelor tipuri de receptori dintr-o celul ă este rezultatul
raportului dintre rata de sintez ă (regenerare) și rata de consum a acestora.
Aici se încadreaz ă explicația majoră a fenomenului de adaptare prin

FIZIOLOGIE CELULARA
78desensibilizare bazat ă pe scăderea densit ății membranare a receptorilor
respectivi. Toate aceste aspecte sunt le gate de fenomenul general de înoire
permanent ă a proteinelor celulare ( turnover ), de reglarea expresieii genice
(vezi cap. 5.9.17.) și de mecanismele direc ționării proteinelor în cadrul
dinamicii celulare a membrane lor lipidice (vezi cap. 5.11.).
Capacitatea de activare de c ătre aceiași stimuli a diverselor tipuri de
receptori este variabil ă de la o perioada la alta de activitate a celulei.
Numărul de receptori activabili variaz ă atât în func ție de anumite condi ții
legate de cei doi parteneri (mesager primar și receptor) implica ți în procesul
de activare celular ă cât și datorită unor condi ții impuse de mediul în care se
desfășoară reacția ligand-receptor. Capacitatea de activare a receptorilor se
poate controla prin procese de reglare homolog ă și heterolog ă. In cazul în
care mesagerul primar dep ășește o anumit ă concentra ție, scade num ărul de
receptori (sau cre ște numărul de receptori refractari). Aceast ă reducere a
numărului de receptori disponibili în urma unui exces de mesager primar
este cunoscut ă sub denumirea de reglar e inhibitoare, descendent ă sau
reductivă (downregulation ). Administrarea de blocan ți determin ă o reacție
opusă, activatoare ( upregulation ). Aceste fenomene constituie reglarea
homologă. Activarea receptorilor poate fi influen țată de către agenți bio-
activi exogeni sau endogeni; reglare heterolog ă. Exemplele în acest sens
sunt numeroase; clasice sunt cele privind cre șterea densit ății receptorilor
pentru ocitocin ă de către hormonii estrogeni și reducerea de c ătre pro-
gesteron. Hormonii tiroidieni cresc num ărul receptorilor β adrenergici, etc.
Chiar în condi ții de stimulare maximal ă de către un mesager primar,
nu toți receptorii disponibili pentru acesta sunt ocupa ți. Există deci o rezerv ă
de receptori care variaz ă de la un țesut la altul dar și în funcție de starea de
activitate a țesutului.
Unul și același mesager poate s ă inducă reacții diferite în teritorii
diferite, uneori aproape diametral opuse. Aceste fenomene au fost explicate
prin existen ța mai multor tipuri sau s ubtipuri de receptori. R ăspunsul celular
reprezentând expresia interac țiunii dintre mesager cu tipul de receptor care
predomin ă în teritoriul respectiv. Astfel pentru catecolamine se descriu 5
tipuri de receptori ( α1, α2, β1, β2, β3), pentru acetilcolin ă se descriu dou ă tipuri
clasice de receptori (N și M), iar în ultimu l timp s-a descris și un al treilea tip
(intermediar, I), etc. Pluralitatea receptorilor pentru un mesager are o importanță fiziologic ă și farmacologic ă deosebită. Pe de o parte r ăspunsul
FIZIOLOGIE CELULARA
79organismului la un anumit semnal este posibil a fi modulat în vederea
adaptării cât mai adecvate a acestuia, iar pe de alt ă parte a ap ărut astfel
posibilitatea sintezei unor substan țe farmacologic active deosebit de specifice,
capabile s ă exercite ac țiuni terapeutice de mare selectivitate.
Anumiți liganzi, substan țe endogene și exogene, dup ă cuplarea cu
receptorul specific declan șează atât`reacția primară ligand-receptor cât și pe
cea secundar ă, de activare a semnaliz ării, până la răspunsul propriu-zis.
Aceste substan țe au primit numele de agoni ști ai receptorilor. Alte substan țe
se pot cupla specific cu receptorii celulari f ără ca ulterior s ă se declan șeze
reacțiile secundare intracelulare (liganzi cu “afinitate” pentru receptor, dar
fără “eficacitate” a leg ării de acesta). Aceste substan țe care astfel împiedic ă
accesul agoni știlor la receptori reprezint ă antagoni ști (competitivi dac ă se
leagă pe acela și situs), adic ă agenți blocanți sau inhibitori ai r ăspunsului
natural indus de agoni știi endogeni. Intre aceste dou ă extreme, agoni ști și
antagoniști, există o gamă largă de agoniști parțiali (cu eficacitate diminuat ă,
dar nu absent ă ca în cazul agoni știlor)
5.9.1. Superfamilia receptorilor cupla ți cu proteine G
Acești receptori ( G protein
coupled receptors, GPCR ) sunt
proteine cu șapte domenii trans-
membranare (7TM). Datorit ă
faptului c ă lanțul proteic face
bucle (șerpuiește) prin mem-
brană, acești receptori mai sunt
numiți și serpentini. Acest grup
de proteine este prezent la toate viețuitoarele de pe P ământ, chiar
și la mucegaiuri și alge, ceea ce dovede ște că sunt mai vechi de un miliard
de ani. Din familie fac parte receptorii muscarinici pentru acetilcolin ă,
receptorii GABA, receptorii mGlu pentru glutamat, receptorii adrenergici și
mulți alții. Sunt înrudi ți din punct de vedere genetic cu pigmentul vizual
rodopsină, ce se reg ăsește sub forma bacterio-rodopsinei înc ă de la cele mai
vechi arhebacterii halofile; sunt probabil cel mai vechi sistem de recep ție.
Receptorul este alc ă
tuit dintr-un lan ț proteic unic (fig. 41), cu șapte
domenii TM unite alternativ de o parte și de alta a membranei prin domenii
Fig. 41. Receptor cuplat cu proteina G

FIZIOLOGIE CELULARA
80non-membranare (extracelular 3 scurte și
intracelular 2 scurte și unul lung), cu
capătul N-t în afara celulei și capătul C-t
în citosol. Cap ătul N-t variaz ă de la 7 la
6000 reziduuri de aminoacizi, iar unele lanțuri mai mari particip ă la cuplarea
ligandului. Cap ătul C-t variaz ă de la 12 la
350 de reziduuri. Majoritatea liganzilor de dimensiuni mici se cupleaz ă într-un
buzunar central format printre marginile extracelulare ale anselor (fig. 42).
Reziduurile aminoacidice care formeaz ă acest buzunar sunt extrem de
variabile, ceea ce confer ă specificitatea receptorilor pentru liganzi. Ace știa
pot varia de la fotoni (cuante de lumin ă), neurotransmi țători (ex.
noradrenalina, ce se cupleaz ă între helixuri, cam la o treime în grosimea
membranei), hormoni peptidici (ce se cupleaz ă adânc în grosimea
membranei) și liganzi mari (precum moleculele glicoproteice, care au
structuri receptoare ata șate de cap ătul N-t).
Receptorii serpentini se pot g ăsi în dou ă stări: stare inactiv ă, cu
receptorul necuplat cu ligand și starea activat ă, după ce receptorul a cuplat
ligandul. Starea activat ă inițiază transduc ția semnalului prin activarea
proteinelor G trimerice. Ansele citoplasmice ale receptorilor activa ți
catalizeaz ă cuplarea GTP pe o unitate G α inactivă. Un receptor poate activa
până la o sută de proteine G.
Proteinele G (G de la GTP-az ă
) membranare sunt trimerice; con țin trei
subunități desemnate α, β, și γ. In timpul semnaliz ării subunit ățile β și γ
rămân cuplate între ele și sunt numite complex βγ. Subunitatea α este o
proteină-comutator ( switch ), care alterneaz ă între starea activ ă, cu GTP
cuplat, și starea inactiv ă, cu GDP cuplat. In fapt receptorul activat
funcționează ca factor de schimb nucleotidic ( guanine nucleotide exchange
factor, GEF ) pentru subunitatea α. Forma α-GTP nu are afinitate pentru
complexul βγ și se disociaz ă de acesta, ambele având astfel posibilitatea s ă
activeze proteine efector. La exer citarea efectului asupra proteinei- țintă
subunitatea α-GTP se transform ă în α-GDP. Se poate spune c ă proteina
efector are asupra subunit ății α o acțiune de tip GAP ( GTPase-activating
Fig. 42. Buzunarul de fixare a
ligandului în receptorul 7TM.
FIZIOLOGIE CELULARA
81protein ).17, energia eliberat ă aici fiind de fapt cea care asigur ă transduc ția
semnalului. Ulterior α-GDP se reasociaz ă cu complexul βγ și proteina G
poate relua ciclul sub o nou ă acțiune de tip GEF exercitat ă de un GPCR
activat, oricare ar fi el. In concluzie, subunitatea α este o GTP-az ă care
poate să-și manifeste aceast ă activitate numai în cadrul ciclului descris (fig.
43), în care legarea GTP în locul GDP este condi ționată de interac țiunea
ansamblului α-βγ cu receptorul activat (*), iar hidroliza GTP este
condiționată de interac țiunea α cu efectoru (**)l.

Proteinele efector sunt de obicei enzime ce catalizeaz ă formarea de
mesageri secunzi (adenilat-ciclaza, gua nilat-ciclaza, fosfolipaza C, etc.), dar
pot fi și canale ionice sau alte pr oteine. Pentru subunitatea α există mai
multe izoforme:
• αs stimuleaz ă adenilat-ciclaza, cu formarea de AMPc din ATP.
• αi inhibă adenilat-ciclaza
• αq/11 stimuleaz ă fosfolipaza C membranar ă (PLC β), ce lizeaz ă fosfatidil-
inizitol-bifosfatul (PIP 2), producând mesagerii secunzi IP3 și DAG
• α12/13 sunt implicate în semnalizarea prin familia de GTPaze Rho, care
controleaz ă remodelarea citoscheletului.

17 Există și GAP specializate, care ar putea limita spa țial și/sau ca amploare transduc ția
Fig. 43. Ciclul func țional al proteinelor G heterotrimerice 3-
4

FIZIOLOGIE CELULARA
82Tab. 2. Sisteme de semnaliza re activate de receptorii cupla ți cu proteine G
Proteina- Efector Mesager secund Exemple de receptor
Adenilat-ciclaza Creșterea AMPc Receptorul β-adrenergic
Receptorul pentru Glucagon
Receptorul pentru Serotonin ă
Receptorul pentru Vasopresin ă
Adenilat-ciclaza Scăderea AMPc Receptorul a1-adrenergic
Receptorul colinergi c muscarinic
Adenilat-ciclaza Creșterea AMPc Receptorii olfactivi
Fosfolipaza C Creșterea IP3, DAG Receptorul a2-adrenergic
Fosfolipaza C Creșterea IP3, DAG Receptorul colinergic endotelial
Fosfodiesteraza cGMP Scăderea GMPc Receptorul rodopsinic din
celulele cu bastona șe
Numele de proteine G se poate referi la 2 familii distincte de proteine.
Proteinele G heterotrimerice sunt cele men ționate mai sus. De asemenea,
mai există și proteinele G mici (20-25 kDa), care apar țin superfamiliei Ras
de GTP-aze. Aceste proteine sunt omologe cu subunit ățile α ale proteinelor
G trimerice, cupleaz ă de asemenea GTP și GDP și sunt implicate în
transducția semnalului (vezi cap. 7.3).
5.9.2. Receptorii tirozin-kinazici Fosforilarea unor re sturi de tirozin ă
din diverse proteine este implicat ă func-
țional în diverse fenomene celulare, de la
proliferare și procese de cre ștere și dez-
voltare pân ă la multiple func ții celulare
diferențiate. Transduc ția semnalului la ni-
vel plasmalemal în acest sistem pre-supune dou ă mecanisme asem ănătoare,
care au ca substrat molecular fie recept ori membranari cu activitate tirozin
kinazică, fie receptori cupla ți cu tirozin-kinaze citoplasmatice distincte
structural. Liniile de semnalizare celular ă cuprind interac țiuni proteice,
proteine G monomerice și fosforilări proteice.
Cea mai mare parte a factorilor de cre ștere acționează prin intermediul
unor receptori cu activ itate tirozin-kinazic ă (RTK). Ace știa sunt proteine cu
Fig. 44. Receptor
tirozin-kinazic
FIZIOLOGIE CELULARA
83un singur domeniu transmembranar, gr upate perechi. Cuplarea ligandului
produce dimerizarea (lipirea fizic ă) a celor dou ă subunități, ceea ce produce
juxtapoziția domeniilor intra-celulare, ceea ce duce la unificarea domeniilor
kinazice. Acest fenomen duce la fosfor ilarea reziduurilor ti rozinice de la
nivelul regiunii C-t, creând situri de legare fosfotirozinice pentru toate proteinele efector ce prezint ă domenii denumite PTB ( phosphotyrosine-
binding ) sau SH2. Activarea RTK activeaz ă proteinele efectori în dou ă
moduri: fie cuplarea PTB a unei enzime produce fosforilarea și activarea ei
(de ex. fosfolipaza C, ce activeaz ă calea IP
3-DAG), fie se apropie proteina-
efector de substratul s ău (de exemplu Ras-GTP-aza), cu activarea c ăii
respective (fig. 45).
RTK sunt proteine membranare in tegrale cu patru domenii majore
(fig. 44, 45): extracelular de legare a ligandului, transmembranar, intra-
celular catalitic (cu acti-vitate tirozin-kinazic ă) și intracelular
reglator. Secven ța de amino-
acizi în cadrul RTK este foarte asemănătoare cu cea a PKA la
nivelul situsurilor de legare a substratului și ATP, uneori
fiind prezent ă la acest nivel și
secvența non-kinazic ă (insert).
Proteinele RTK se clasi-
fică în peste 14 familii, dup ă
acest aspect și după caracterele
structurale din por țiunea extra-
celulară, privind prezen ța de
domenii: bogate în Cys/Leu, imunoglobulin-like, tip cadhe-rina, Kringle, repetitive tip fi-bronectin ă III, discoidin-like,
acide, EGF-like. Domeniul ex-tracelular cu afinitate pentru ligand con ține în general re-
giuni bogate în cistein ă care
delimiteaz ă situsul propriu-zis
Fig. 45. Transferul de informa ție pe
calea receptorilor cu activitate tirozin-kinazic ă
presupune recunoa șterea siturilor tirozinice de
autofosforilare Y-P de c ătre domeniul SH2 a l
proteinei de le gătură Grb2, care aduce factorul
de schimb guanin-nucleotidic SOS la nivelu l
membranei, une este localizat ă proteina ras.
Ras activat ă prin le garea GTP continu ă linia de
semnalizare prin contac t cu proteina raf, o
serin-treonin kinaz ă, cu declan șarea unei cas
cade de activ ări kinazice.

FIZIOLOGIE CELULARA
84de legare în context monomeric (re ceptorul pentru factorul de cre ștere
epidermic ă, EGF) sau dimeric (receptorul pentru insulin ă) sau con ține
structuri imunoglobulin-like (recepto rii pentru factorul de cre ștere derivat
din plachete, PDGF și factorul de cre ștere fibroblastic ă, FGF).
Mulți receptori care prezint ă activitate tirozin-kinazic ă intrinsec ă,
precum și tirozin-kinazele asociate cu receptori plasmalemali con țin resturi
de tirozin ă, care prin fosforilare interac ționează cu alte proteine din cascada
de semnalizare. Acestea din urm ă conțin domenii omologe cu cele
identificate ini țial în proto-oncogena c-Src și numite SH2 și SH3. Domeniul
citoplasmic cu activitate tirozin-kinazic ă este foarte asem ănător pentru
diverșii receptori, dar recunoa ște substraturi diferi te pentru a induce
răspunul biologic specific, de exemplu stimularea capt ării glucozei de c ătre
receptorul pentru insulin ă sau stimularea prolifer ării de către receptorul
pentru EGF. De ambele p ărți ale domeniului catali tic propriu-zis se g ăsesc
domenii variabile (uneori fiind prezente și inserturi în domeniul kinazic
respectiv) care furnizeaz ă situsuri reglatoare, pentru modularea activit ății
TK de către diverși factori.
Activitatea crescut ă a tirozin-kinazelor este contracarat ă pe patru c ăi
majore: inversarea reac ției (refosforilarea ADP), ac țiunea tirozin-
fosfatazelor, sc ăderea densit ății receptorilor în urma endocitozei induse de
ligand, hidroliza GTP legat de ras (cu formare de ras-GDP).
Mutații ale proteinelor implicate în aceast ă cale de semnalizare se
produc frecvent în celule ce trec de la calea normal ă la cea neoplazic ă de
creștere. Ele pot s ă altereze caracteristici reglat oare, încât kinazele devin
active constitutiv. Kinazele pot fi supraexprimate (cel mai ades prin amplificare genic ă dar și prin transcrip ție intensificat ă), iar ligandul poate fi
exprimat constitutiv, cu activarea continu ă a receptorilor. In sfâr șit, proteine
ras mutante pot fi constitutiv active datorit ă unei activit ăți GTP-azice
scăzute sau defectului unei proteine ce stimuleaz ă această activitate. Oricare
din aceste modific ări converte ște o protein ă reglatoare normal ă într-o
oncoprotein ă, capabilă să determine transformarea neoplazic ă.
Interacțiunea proteinelor ce con țin domenii SH2 cu RTK sau TK
asociate cu receptori duce la tirozin-fosforilarea SH2. Dac ă ele au activitate
enzimatic ă, este modificat ă, cum este cazul PLC γ, proteinei activatoare a
GTP-azei asociat ă cu proto-oncogena c-Ras (ras GAP), fosfatidil-inositol-3-
kinazei (PI-3K), protein fosfatazei-1C (P TP1C), TK din familia Src (PTK).
FIZIOLOGIE CELULARA
85Tab. 3. Caracterele claselor majore de receptori tirozin-kinazici
Clasa Exemple Caractere structurale
I receptorul pentru EGF,
NEU/HER2, HER3 secvențe bogate în cistein ă
II receptorul pentru insulin ă,
receptorul IGF-1 secvențe bogate în cistein ă, characterizate prin
heterotetrameri forma ți prin legături disulfidice
III receptorii pentru PDGF, c-
Kit 5 domenii imunoglobulin-like; inser ția kinazic ă
IV receptorii pentru FGF 3 domenii imunoglobulin-like; inser ția kinazic ă;
domeniu acid
V receptorii pentru VEGF 7 domenii imunoglobulin-like; inser ția kinazic ă
VI receptorii pentru factorul
de creștere hepatocitar ă și
pentru factorul de
dispersie
(scatter factor) heterodimeric like the class II receptors except that
one of the two protein subunits is completely
extracellular. The HGF receptor is a proto-oncogene
that was originally identified as the Met oncogene
VII familia receptorilor pentru
neurotrofine (trkA, trkB, trkC) și receptorul pentru
NGF secvențe bogate în cistein ă puține sau absente;
secvențe bogate în leucin ă în cazul receptorului
pentru NGF

Tirozin-kinaze non-receptor (PTK)
Există numeroase tirozin-kinaze intracelulare, ce fosforileaz ă diverse
proteine ca urmare a activ ării semnalelor pentru cre șterea și proliferarea
celulară. In prezent sunt acceptate dou ă famili distincte de PTK. Familia
arhetipală este înrudit ă cu proteina Src, o TK ini țial identificat ă ca proteina
transformatoare din virusul sarcomului Rous, izoforma din celula eucariot ă
fiind numit ă c-Src. De altfel numeroase prot o-oncogene au fost identificate
ca proteine retrovirale. Cealalt ă familie este înrudit ă cu kinaza Janus (Jak).
Majoritatea proteinelor din familiile de tirozin-kinaze non-receptor
sunt cuplate cu receptori celulari care nu prezint ă activitate enzimatic ă
proprie, cum ar fi receptorii pentru citokine, glicoproteinele limfocitare de suprafață CD4 și CD8 receptorul pentru antige ne al limfocitelor T. Acest
mod de cuplare a receptorilor cu tirozin-kinaze intracelulare seam ănă cu o
formă disociată de receptor tirozin-kinazic (RTK).
Un alt exemplu de semnalizare prin interac țiune proteic ă este dat de
receptorul pentru insulin ă (IR). Acesta are activitate intrinsec ă de tirozin-
kinază dar nu interac ționează direct dup ă autofosforilare cu proteine SH2
enzimatic active (PI-3K sau PLC γ), ci are ca substrat principal proteina IRS-
1 (care con ține mai multe secven țe similare cu situsurile SH2 de legare a

FIZIOLOGIE CELULARA
86subunității catalitice a PI-3K). Aceste domenii permit formarea de complexe
între IRS-1 și PI-3K. Astfel IRS-1 poate ac ționa ca o protein ă de andocare
pentru a cupla IR cu proteine semna lizatoare SH2. Au fost identificate și
alte asemenea proteine adaptor, cea mai frecvent ă fiind proteina 2 de legare
a receptorilor pentru factori de cre ștere (Grb2). Shc este o alt ă proteină
utilizată ca și cuplor molecular. Grb2 con ține două domenii SH3 ce
funcționează ca un receptacul pentru domenii bogate în prolin ă ale proteinei
schimbatoare de guanin-nucle otide SOS. Aceste interac țiuni proteice de
înaltă afinitate aduc SOS la plasmalem ă, unde favorizeaz ă transformarea
GDP-ras în GTP-ras prin schimb GTP/GDP. Astfel GTP-ras ini țiază o
cascadă de fosforil ări (raf-1, MEK, MAP), informa ția fiind direc ționată și
amplificat ă pentru a controla în final expresia genic ă și diviziunea celular ă.
Un exemplu de implica ție funcțională a asocierii receptorilor cu
tirozin-kinaze intracelulare este dat de receptorul nicotinic. Acesta cuprinde
un canal ionic tetrameric, iar legarea acet ilcolinei duce la tirozin-fosforilarea
subunităților α, β și δ, ce favorizeaz ă desensibilizarea fa ță de acetilcolin ă. In
acest caz legarea ligandului pe domeniul extracelular determin ă o
modificare conforma țională ce se transmite prin domeniul transmembranar
unic și activeaz ă domeniul citoplasmic cu activitate kinazic ă. O altă variantă
de organizare func țională receptorul transmembranar se cupleaz ă cu o
subunitate tirozin-kinazic ă citoplasmic ă distinctă, ca în cazul receptorului
pentru somatotrop cuplat cu JAK2.
5.9.3. Receptorii citokinici Citokinele sunt factori de cre ș-
tere peptidici și hormoni de cre ștere ce
reglează proliferarea și dezvoltarea
multor procese celulare. Printre aces-tea se num ără eritopoetina, inter-
leukinele, interf eronul, etc.
Receptorii pentru citokine (fig.
46) sunt heterotrimeri, cu 2 domenii extracelulare ce se cupleaz ă la ligand
și unul singur ce traverseaz ă membrana, de obicei un α-helix. Domeniul
citoplasmic nu are activitate enzimatic ă, dar se cupleaz ă cu unul din mai
multe tipuri de tirozin-kinaze numite JAK ( just another kinase ). Cuplarea
Fig. 46. Receptorul citokinic
FIZIOLOGIE CELULARA
87ligandului activeaz ă receptorii citokinici prin alipirea a dou ă kinaze JAK,
care se activeaz ă reciproc, prin trans- fosforilare. Forma activat ă circulă în
citoplasma, unde fosforileaz ă factori de transcrip ție din familia STAT, care
consecutiv activ ării migraeaz ă în nucleu, pentru a regla expresia genic ă.
5.9.4. Receptori serin-treonin kinazici Sunt reprezenta ți de dou ă tipuri de
subunități (receptori de tip I și receptori de tip
II). Fiecare secven ță-receptor extracelular ă
este legat ă de un domeniu serin-treonin
kinazic la interiorul celulei (fig. 47). Acti-varea acestor receptori este realizat ă de
liganzi dimerici, ce trebuie s ă fie prezen ți
amândoi în momentul cupl ării. Receptorii de
tip II se activeaz ă, cuplându-se cu receptorii
de tip I, care la rândul lor se activeaz ă și
fosforileaz ă niște factori citoplasmici de trans-
cripție numiți Smad. Ace știa vor migra c ătre
nucleu, unde coopereaz ă cu alți factori de transcrip ție pentru a regla expresia
genică a anumitor proteine. Dintre liganzii cunoscu ți, cel mai bine
caracterizat pentru SrTK este TGF- β (factorul de cre ștere și transformare- β).
Există cca. 40 de proteine ce leag
ă rSrTK, dintre care importante mai sunt
activina și inhibinele (regleaz ă activitatea hormonal ă a ovarelor și
testiculelor).
5.9.5. Receptorii guanilat-ciclazici (rGC) Există la vertebrate o familie de receptori membranari (cu mai multe
izoforme) cu domenii in tracelulare ce catalizeaz ă formarea de GMP ciclic
din GTP. GMPc regleaz ă o serie de ținte intracelulare, printre care se
numără canalele ionice GTP-dependente, protein-kinazele stimulate de
GMPc și fosfodiesterazele nucleotidelor ciclice. To ți liganzii cunoscu ți
pentru rGC sunt peptide, de și există o serie de receptori cu cGC de tip orfan.
De asemenea, mediatorii gazo și oxidul nitric și monoxidul de carbon
activează guanilat-ciclaze citoplasmice înrudite. Exist ă mai multe subtipuri
de rGC, dintre care cei mai importan ți sunt urm ătorii:
Fig. 47. Receptor
serin-treonin kinazic

FIZIOLOGIE CELULARA
88- receptorul GC-A, ce are ca ligand fact orul natriuretic atrial (ANP),
secretat de cord și ca efect cre ștere elimin ării de apă și sodiu la nivel renal;
– receptorul GC-C intestinal, țintă pentru enterotoxinele bacteriene;
– receptorul GC-D de la nivelul neur o-epiteliului receptorului olfactiv;
– receptorii GC-E și GC-F se g ăsesc doar la nivelul retinei, unde sunt
implicați se pare în embriogeneza celulelor cu conuri și bastonașe.
5.9.6. Familia Receptorilor pentru TNF TNF (factor de necroz ă tumorală) este un
factor de cre ștere proteic pr odus de celulele
imune, care are nenum ărate func ții în: șoc,
inflamație, uciderea celulelor tumorale, sindromul
consumptiv din bolile infec țioase, etc. Atât TNF
cât și liganzii din aceea și familie sunt trimeri
proteici cu subunit ăți cu lanțuri β, cum sunt NGF
(factorul de cre ștere nervoas ă) sau ligandul Fas
(semnalul pro-apoptotic).
Receptorii au domenii similare cuplate cu
segmente transmembranare unice la domenii citoplasmice diferite. Ei prezintă prelungiri ca ni ște degete ce apuc ă și înglobeaz ă ligandul (fig. 48),
iar mularea segmentelor transmembranare pe molecula de ligand produce activarea unei fosfolipaze membranare ce hidrolizeaz ă sfingomielina,
producând mesagerul secund ceramida. A lte proteine efector ale acestor
tipuri de receptor activeaz ă factorul transcrip
țional NF κB, iar ligandul Fas
activează caspazele-ini țiator.
5.9.7. Receptorii de tip Toll Denumirea provine de la prima protein ă de acest fel, descoperit ă la
Drosophila și denumit ă cu termenul toll (germ,); deosebit, interesant.
Utilitatea acestor receptori este pentru a percepe și răspunde la infec ții cu o
multitudine de virusuri, bacterii, ciuperci și protozoare. Receptorii de pe
celulele cu poten țial imun și de pe celulele fagocitare percep macromolecule
associate cu microorganismele: ARN dubl u de tip viral, flagellin bacterian
(proteina flagelilor), LPS (lipopoli zaharid) bacterian de la germenii G-
negativi, zymosan din peretele celular al ciupercilor patoge ne. Receptorii de
tip toll din limfocite și alte leucocite (inclusiv NK și T citotoxice) precum și
Fig. 48. Receptor tip rTNF
FIZIOLOGIE CELULARA
89din celulele procesatoare de antige ni (celulele dendritice) se activeaz ă în
prezența macromoleculelor invadatorilor și produc secre ția de citokine
proinflamatoare și chemotaxice.
5.9.8. Receptorii de tip Notch Calea de semnalizare Notch este un
sistem de semnalizare foarte conservat ce se găsește la majoritatea animalelor multicelulare.
Se numește astfel pentru c ă a fost descoperit ă
inițial la o subfamilie de drosofila ce prezenta o
crestătură (notch ) pe aripi.
Receptorul Notch este o protein ă cu un
singur pasaj transmembranar cu o por țiune
extracelular ă mare și o regiune intracelular ă
mică (fig. 49). Ligandul receptorului notch este
o altă proteină transmembranar ă (ceea ce
înseamnă că numai celulele învecinate pot s ă-și
activeze receptorii notch) numit ă delta.
Proteinele delta, la interac țiunea cu receptorii Notch, vor orienta
evoluția celulei învecinate c ătre un alt tip de celul ă, deci stimuleaz ă
diferențierea celular ă. Asfel celulele din grupuri î nvecinate se pot organiza,
creând primele rudimente de vase de neoforma ție, de rețele neurale etc,
adică celulele se influen țează
unele pe altele pentru a alc ătui structuri mari.
5.9.9. Cascada de semnalizare Hedgehog Gena „arici” ( hedgehog ) a fost identificat ă tot la drosofila de c ătre
cercetători ce încercau s ă identifice genele responsabile pentru segmentarea
corporală. S-a observat c ă pierderea proteinei de semnalizare Hedgehog
producea involu ția embrionilor de drosofila în ni ște sferule cu prelungiri,
precum ni ște mici arici.
Receptorii Hedgehog sunt de 2 tipuri: un receptor transmebranar cu 12
anse numit Patched (Ptc) și un receptor cu 7 domenii transmembranare
numit Smoothened (Smo). Calea de semnalizare indus ă de activarea acestor
proteine de c ătre proteina hedgehog este deosebit de complex ă, mai ales
datorită faptului c ă de obicei receptorul Smo este activ constitu țional și
activarea receptorului Ptc de c ătre proteina Hdg îl inhib ă. Calea hedgehog
Fig. 49. Receptor tip Notch

FIZIOLOGIE CELULARA
90reglează diferențierea celular ă în multe țesuturi, inclusiv formarea tubului
neural. Muta țiile genei Ptc produc carcinom ba zo-celular la nivel cutanat,
cel mai frecvent cancer la persoanele cu pielea deschis ă la culoare. Gena
Smo uman ă este o protooncogen ă.
5.9.10. Nucleotidele ciclice ca semnale intracelulare Cei mai cunoscu ți mesageri secunzi sunt nucleotidele ciclice: 3,5-
adenozin-mono-fosfatul ciclic (AMPc) și 3,5-guanozin-monofosfatul ciclic
(GMPc). Ambii ac ționează prin cuplarea reversibil ă cu anumite proteine.
Nucleotidele ciclice difuzeaz ă în citosol, activând o multitudine de ținte
citoplasmice, dintre care cele mai impor tante sunt canalele ionice activate de
AMPc sau GMPc, și o serie de protein-kinaze din grupul serin/treonin
kinazelor. Nucleotidele ci clice sunt degradate de c ătre niște enzime numite
fosfodiesteraze, care le transform ă în nucleozide inactive. Exist ă mai mult
de 40 de fosfodiesteraze la vertebrate.
AMPc este sintetizat din ATP (fig. 50) de enzima numit ă adenilat-
ciclază, o protein ă ancorată în membran ă (12TM), cu situsul catalitic în
citoplasm ă (format de domeniile numite C1A și C2A; ansa citosolic ă C se
află între domeniile 6TM și 7TM). AMPc este prin cipalul mesager secund
care, alături de calciu, asigur ă cuplarea dintre excita ție și răspunsul celular
specific (contrac ție muscular ă, secreție glandular
ă etc). Deci el transmite
informația din exteriorul celulei în interior ul acesteia. AMPc astfel sintetizat
la nivelul membranei celulare (sub ac țiunea adenilatciclazei activat ă de
interacțiunea ligand-receptor) se fixeaz ă ulterior pe receptorul s ău
Fig. 50. Formarea AMPc ca mesa ger secundGPCR

αs-GTP

adenilat ciclazaAMP ciclic

ATP citosolic

FIZIOLOGIE CELULARA
91
intracitoplasmatic, care este o proteinkinaz ă. Aceasta este alc ătuită din două
subunități: subunitatea reglatoare, capabil ă să cupleze reversibil mesagerul
secund (AMPc) și subunitatea catalitic ă, enzimă inactivă în absen ța
3’,5’AMPc. In urma leg ării AMPc de subunita tea reglatoare a
proteinkinazei se realizeaz ă eliberarea subunit ății catalitice care devine
activă și este capabil ă să producă ulterior fosforilarea unor proteine
citoplasmatice. Proteina fosforilat ă este de multe ori o enzim ă, ce devine la
rândul ei o molecul ă informativ ă; permite transformarea chimic ă a unui
substrat, fapt care reprezint ă răspunsul celular. Activarea proteinkinazei
intracitoplasmatice poate fi înso țită sau nu de disocierea AMPc de
subunitatea reglatoare. Specificitatea de ac țiune a mesagerului extracelular
nu este asigurat ă de AMPc și de acțiunile sale, ci de specificitatea
receptorului membranar în raport cu mesagerul primar ce îl activeaz ă.
Intreruperea reac ției dintre primul mesager (semnalul extra-celular) și
receptorul specific se înso țește de revenirea la va lorile de repaus a
concentra ției celui de al doilea mesage r (AMPc). Acest proces este
rezultatul degrad ării AMPc de c ătre enzime numite fosfodiesteraze, care
hidrolizeaz ă ciclo-esterul la AMP. In acest mod fosfodiesterazele particip ă
la controlul efectelor interac țiunii semnalului extern cu celula (nivelul
semnalului) întrucât moduleaz ă concentra ția AMPc.
Ca orice sistem implicat în controlul nivelului semnalului, aceste
enzime constituie un punct de impact pentru substan țe medicamentoase.
Astfel cafeina, teofilina, etc., inhib ă fosfodiesteraza și determin ă acumularea
intracelular ă a AMPc, prelungind în timp efectele generate de primul
mesager sau generând relaxarea musculaturii bron șice (teofilina) cu efect
benefic în astmul bron șic.
GMPciclic

Un alt nucleotid ciclic cu rol de mesager secund pentru anumite
semnale din mediul extern este GMPc. Existà diverse procese implicate în
activarea guanilatciclazei în vederea sintezei GMPc cu rol de mesager
secund, Guanilatciclaza nu se afl ă în întregime în constitu ția membranei
celulare, activarea acestei enzime putându-se realiza pe multiple c ăi. Unele
semnale extracelulare care determin ă creșterea concentra ției intracelulare de
GMPc, determin ă în acela și timp și creșterea concentra ției Ca++ în
citoplasm ă și astfel ionii de calciu ar put ea activa indirect guanilatciclaza

FIZIOLOGIE CELULARA
92intracitoplasmatic ă. Tot ionii de calciu pot stimula producerea de
endoperoxizi lipidici; sub ac țiunea unei lipooxigenaze ar genera deriva ți
intermediari și concomitent eliberar ea de radicali hidroxil și derivați, care
pot activa guanilatciclaza și consecutiv formarea de GMPc din GTP.
Guanilat ciclaza membranar ă este o protein ă cu un domeniu TM, care
funcționează efectiv ca receptor pentru factor ul natriuretic at rial. Izoforma
solubilă este un heterodimer αβ, fiecare subunitate având un domeniu C-t
implicat în activitatea de ciclaz ă. Aceste domenii C-t catalitice de 250
aminoacizi sunt similare cu cel din ciclazele plasmalemale. Enzima con ține
o grupare hem ata șată unui rest histidin ă din zona N-t a subunit ății β,
domeniul reglator, ca re este de tip PAS18 și permite reglarea de c ătre
monoxid de azot, cu mari cre șteri de activ itate (x400).
La nivelul celulelor cu bastona șe din retin ă există o protein ă GTP–
dependent ă numită transducin ă, formată din aceea și subunitate β (βγ) legată
de subunitatea α diferită față de proteinele Gs și Gi modulatoare ale
adenilatciclazic și care a fost numit ă subunitatea “ α–T”. Transducina
activează o fosfodiesteraz ă care hidrolizeaz ă specific GMPc determinând
scăderea concentra ției sale. In consecin ță are loc modificarea poten țialului
de membran ă a acestor celule și generarea poten țialului de receptor. In acest
mod ar avea loc activarea lan țului neuronal responsabil cu transmiterea și
prelucrarea informa ției vizuale. Este știut faptul c ă membrana celular ă a
bastonașelor este deosebit de permeabil ă pentru Na+, ori în stare de repaus
unele canale pentru Na+ sunt men ținute în stare deschis ă de către GMPc.
Protein kinaza specific ă pentru aceast ă cale de semnalizare este kinaza
G, cu dou ă izoforme, una predominant citosolic ă (PKG-I19) și una ancorat ă
plasmalemal prin miristoilare N-t (PKG -II). Aceste serin/treonin kinaze sunt
homodimeri, fiecare subunitate având 3 domenii func ționale: catalitic; N-t
care mediaz ă dimerizarea, suspresia activit ății în absen ța GMPc și interacții
cu alte proteine (inclusiv s ubstrat); reglator cu 2 situ suri distincte de legare a
GMPc; legarea GMPc înl ătură auto-inhibi ția din partea domeniului N-t.

18 Numit dup ă inițialele primelor trei proteine în car e a fost identificat , domeniul PAS este
un sensor prezent în diverse proteine, care în func ție de gruparea prostetic ă asociată este
sensibil la lumin ă, stres oxidativ, gaze diatomice; gruparea hem determin ă sensibilitatea la
monoxid de azot
19 cu 2 izoforme de realipire alternativ ă, diferite prin sensibilitatea fa ță de cGMP
FIZIOLOGIE CELULARA
935.9.11. Mesageri secunzi de origine lipidic ă
O serie de enzime situate în apropierea membranei pot fi activate de
către receptorii pe care se cupleaz ă liganzi. Aceste enzime ac ționează asupra
substratelor lipidice oferite de c ătre foița internă a membranei celulare
precum și de membranele organitelor și formeaz ă o serie de molecule
lipidice ce vor ac ționa apoi ca mesageri secunzi.
Cele patru leg ături esterice ale fosfolipidelor pot fi rupte de c ătre mai
multe tipuri de fosfolipaze intracelulare: • Fosfolipaza A
2 (PLA 2) îndepărtează unul dintre acizii gra și, ce este
eliminat în citoplasm ă, și rezultă o lizofosfoglicerid ă.
• O enzimă corespunz ătoare, numit ă ceramidaz ă îndepărtează acidul gras de
pe sfingomielin ă, lăsând o ceramid ă în bistratul lipidic.
• Fosfolipaza C (PLC) separ ă grupul fosforilat (precum inozitol 1,4,5-
trifosfatul, IP 3) de pe o fosfoglicerid ă, rezultând diacilg licerolul (DAG)
• Fosfolipaza D (PLD) îndep ărtează capul polar de pe fosfolipide,
producând acid fosfatidic.

Fig. 51. Mesagerii secunzi deriva ți din fosfatidil-inozitol-bifosfat

FIZIOLOGIE CELULARA
94Țintele mediatorilor lipidici
Cea mai mare parte a mesagerilor secunzi lipidici (DAG, acidul
arahidonic, acidul fosfatidic și lizofosfatidilcolina) î și realizeaz ă efectele
fiziologice prin intermediul celor mai mult de 10 izoenzime PKC (protein-kinaza C). PKC sunt serin/treonin ki naze cu un domeniu catalitic la cap ătul
C-terminal și domenii reglatoare la cap ătul N-terminal. In stare inactiv ă pe
situl activ este legat un pseudosubstrat, care inhib ă enzima. Mesagerii
secunzi lipidici activeaz ă PKC prin disocierea pseudos ubstratului de pe situl
activ. Forbol-esterii sunt substan țele farmacologice cu ac țiune similar ă, care
stimuleaz ă PKC și produc apari ția de tumori. Exist ă și izoenzime Ca
2+
dependente, care au un sit s ecundar unde se cupleaz ă calciul, necesar pentru
activarea enzimei.
Ceramida este re ținută în bistratul li pidic, unde activeaz ă un alt tip de
serin-treonin kinaz ă, precum și protein-fosfataze (1 și 2A). Ceramida trece
prin bistratul lipidic c ătre zona citoplasmic ă și activeaz ă serin-treonin-
kinaza care ac ționează asupra unor protein- țintă ce au secven ța Ser/Thr-Pro,
producând activarea ulterioar ă a MAP-kinazei și a factorilor transcrip ționali.
Acidul fosfatidic activeaz ă o lipid-kinaz ă numită PI5-kinaza, care
fosforileaz ă inozitolfosfatul. IP3 și sfingozin-1-fosfatul elibereaz ă calciu din
depozitele sarcoplasmice, prin mecanisme variate.
Așa cum am v ăzut, în urma interac țiunii dintre un semnal extracelular
și receptorii membranari specifici se poate activa în membrana celular ă
“fosfolipaza C”, enzim ă lipolitică care hidrolizeaz ă inozitolpolifosfatul
intramembranar rezultând pe de o parte diacilglicerol (DAG), iar pe de alt ă
parte inozitoltrifosfat (IP 3) .
Diacilglicerolul (DAG) rezultat în urma hidrolizei PIP2 membranar
are dublu rol. Pe de o parte el reprezint ă sursă de acid arahidonic precursor
de prostaglandine, pros tacicline, tromboxani și leucotriene, cu to ții
mediatori importan ți pentru numeroase func ții celulare, iar pe de alt ă parte
îndeplinește rolul de mesager secund (fig. 51), întrucât activeaz ă în
citoplasm ă proteinkinaza C (PKC), care catalizeaz ă fosforilăril proteice
intracelulare, având ca rezultat final r ăspunsul specific al celulei.
Inozitoltrifosfatul (IP 3) este un mesager secund im plicat în eliberarea
calciului stocat în compartimente intr acelulare (în partic ular la nivelul
reticulului endoplasmic). Cuplându-se cu un receptor specific din membrana
reticulului endoplasmic IP 3 activează un canal specific de Ca++ astfel încât
FIZIOLOGIE CELULARA
95conform gradientului de concentra ție calciul ionic acumulat în reticulul
endoplasmic p ătrunde în citoplasm ă. Foarte frecvent ambii mesageri secunzi
derivați de inozitolpolifosfat (DAG și IP 3) acționează în comun declan șând
și în acela și timp modulând diferite pro cese celulare (sinteza de ADH,
proliferarea fibrobla știlor, cuplarea dintre excita ție și contracție, etc.).
5.9.12. Căile MAP-kinazei
Protein-kinaza activat ă de mitogeni (MAPK)
transferă stimuli de la membran ă către nucleu.
Cascada MAPK include trei protein-kinaze, care se activează în secven ță (fig. 52). Kinaza ce
fosforileaz ă MAPK este o MAP-kinaz-kinaz ă
(MAPKK), care la rândul ei este fosforilat ă de
MAPKKK, care la rândul ei, este activat ă de către
Ras. Mitogenii sunt substan țe chimice, care, prin
intermediul unui receptor specific, transmit un semnal ce stimuleaz ă mitoza. O dat ă fosforilat ă,
MAP-kinaza difuzeaz ă către nucleu și fosforileaz ă
factori de transcrip ție care stimuleaz ă transcrip ția
genelor pentru ciclina D și alți factori necesari
pentru sinteza ADN-ului și pentru diviziunea
celulară. Calea MAPK poate fi activat ă de proteina
G mică (guanozin-trifosfataza)-Ras, receptorii
tirozin-kinazici pentru factorii de cre ștere și
insulină
, GPCR, șocul osmotic și altele.
Multitudinea modurilor de activare a c ăii MAP-kinazei permite inte-
grarea stimulilor proveni ți pe mai multe c ăi, iar complexitatea c ăii de activa-
re face ca aceast ă cale să acționeze ca un comutator de tip „tot-sau-nimic”.
5.9.13. Calea JAK-STAT Kinazele JAK (numite mai nou „Janus-kinaze”, de la zeul cu dou ă
fețe), activeaz ă proteinele STAT prin fosfor ilarea tirozinei, care promoveaz ă
formarea de dimeri activi, care apoi intr ă în nucleu și se leagă de anumi ți
promoteri. La mamifere exist ă 4 JAK și 7 STAT, care realizeaz ă răspun-
surile specifice la diversele citokine.

Fig. 52. Una din c ăile de
activare a cascadei MAPK

FIZIOLOGIE CELULARA
965.9.14. Receptori pentru hormonii steroizi
O serie de substan țe ce
funcționează ca mesageri primari
(hormoni), sunt de natur ă lipidică
sau sunt liposolubili și ca atare nu au
nevoie de receptori membranari pentru a putea transmite mesajul către elementele responsive din
citoplasm ă sau nucleu. Ace știa sunt
hormonii steroizi (deriva ți din
colesterol), retinoizii (deriva ți din
β−caroten) și hormonii tiroidieni.
Aceste molecule trec u șor prin
membrana celular ă și ajung la o
serie de receptori nuc leari, care au o
structură generică comună, alcătuită
dintr-un domeniu de ata șare pe ADN (DBD) localizat central, urmat de o
regiune „balama” flexibil ă și un domeniu ce cupleaz ă ligandul (LBD),
localizat la cap ătul C-t al receptorului. LBD este alc ătuit din 12 α-helixuri
(H1-H12). LBD mai este important în transloca ția nuclear ă, cuplarea de
proteine chaperone, dimeri zarea receptorului. La cap ătul N-t exist ă unul sau
mai multe domenii de activare a transcrip ției.
Hormonii steroizi (HS) ajung la celulele- țintă prin sânge, unde sunt
cuplați cu proteine transportoare. Ei vor trece prin membran ă prin difuziune
și se vor cupla cu receptorii (fig. 53), care au localiz ări variabile în celule:
receptorii estrogenici sunt g ăsiți mai ales în nucleu, receptorii pentru
glucocorticoizi și pentru androgeni sunt g ăsiți în citoplasm ă, în vreme ce
receptorii pentru mineralocorticoizi și pentru progesteron au o distribu ție
aproximativ egal ă în citoplasm ă și nucleu.
Toți receptorii pentru HS sufer ă o transloca ție nuclear ă (sunt introdu și
în nucleu), imediat dup ă cuplarea cu liganzii. Receptorii nucleari care
cuplează HS formeaz ă homodimeri. Dup ă cuplarea cu ligandul și
translocarea c ătre nucleu, complexul hormon-receptor se leag ă de regiuni
specifice al ADN-ului numite Elem ente Responsive Hormonal (HRE).
Fiecare HRE este alc ătuit din dou ă jumătăți de situri care fiecare leag ă un
monomer al dimerului steroid-receptor (SHR). Pe lâng ă cuplarea cu HRE,
Fig. 53. Receptorii pentru hormonii steroizi
și gradul lor de înrudire.
ER – receptor pentru estrogeni;
AR – receptor pentru androgeni;
GR – receptor pentru glucocorticoizi; MR – receptor pentru mineralocorticoizi;
PR – receptor pentru progesteron
FIZIOLOGIE CELULARA
97complexele hormon-receptor î și mai pot exercita efectele și prin legarea
directă pe alți factori transcrip ționali. De exemplu, receptorul estrogenic se
poate lega direct de fos/jun, și astfel regla transcrip ția genei pentru ciclina
D. Efectele directe mai pot ap ărea și asupra c ăii de semnalizare ERK1/2, sau
asupra căilor MAPK și PKA.
Modul clasic de ac țiune al HS implic ă cuplarea ligandului și a ADN-
ului, dar pentru ca s ă se produc ă transcrip ția este nevoie de proteine co-
reglatoare. Acestea sunt de dou ă tipuri, co-represori și co-activatori, și
funcționează printr-o multitudine de activit ăți enzimatice de tip acetilare,
deacetilare, metilare, ubiquitinare și activitate kinazic ă.
Evenimentul final este transcrip ția, care este un proces complex, ce
necesită zeci de proteine. Unele determin ări au demonstrat recrutarea a cel
puțin 46 de factori lâng ă un promoter gol pentru ca s ă aibă loc transcrip ția.
Odată ce complexul proteic a fost asamblat, se de-reprim ă genele situate
după promoter și se activeaz ă sinteza proteic ă specifică (vezi cap. 5.9.17).
Receptorii inactivi pot fi bloca ți să interacționeze cu ADN-ul prin
intervenția unei proteine num ite Proteine de Șoc Termic ( Heat Shock
Protein, HS P). Aceasta este o protein ă de tip chaperone (de înso țire), ce
păstrează domeniul de cuplare al ligandului într-o pozi ție în care este
capabil să se cupleze cu ligandul dar nu poate intra în nucleu. Cuplarea
ligandului va elibera domeniul de cuplare cu ADN-ul, permi țând
complexului s ă înceapă translocarea c ătre nucleu.
5.9.15. Receptorii intracelulari protein-fosfatazici Sunt o serie de enzime prezen te doar la eucariote, ce func ționează prin
îndepărtarea fosfa ților de pe lan țurile laterale ale aminoacizilor. Exist ă mai
multe familii, care ac ționează ca receptori fosfatazici. Familia PPP are trei
subfamilii, cu enzime ce prezint ă Fe
2+ și Zn2+ în nucleul activ. Acestea
acționează asupra unei multitudini de substrate, de importan ță vitală, printre
care miozina II, unde defosforilarea lan țurilor ușoare relaxeaz ă mușchiul
neted; enzimele glicogenazice (g licogen fosforilaza) care controleaz ă
metabolismul glicogenului sunt defosf orilate de asemenea de PP1. PP2 se
asociază de obicei cu o protein ă de sprijin de 65 kDa și defosforileaz ă multe
substrate, inclusiv unele kin aze din cascada MAP. PP2B, numit ă și
calcineurin ă, este singura fosfataz ă citoplasmic ă reglată de Ca2+. Inhibiția
indirectă a PP2B de c ătre ciclosporin ă (un imunosupresor) reduce expresia

FIZIOLOGIE CELULARA
98genelor ce motiveaz ă răspunsul imun. Supresia r ăspunsului imun de c ătre
ciclosporin ă a revolu ționat transplantul de organe la om. PTP (protein-
tirozin-fosfatazele) sunt enzime ce iau parte la o multitudine de procese, inclusiv activarea limfocitelor, reglarea ciclului celular pr in defosforilarea
Src tirozin-kinazei și a CDK-dependent tirozin- kinazelor. Enzimele PTP
sunt supresori tumorali; muta țiile somatice ce inactiveaz ă unele dintre aceste
enzime sunt frecvente în celulele neoplazice.
5.9.16. Monoxidul de azot Semnifica țiile funcționale ale monoxidului de azot (NO), ca mesager
recent descoperit ce mediaz ă interacțiunile intercelulare, au beneficiat în
ultimii ani de numeroase dovezi experimentele care tind s ă impună
introducerea unui nou concept, cel de sistem nitrinergic și mediație
nitrinergic ă. NO este o molecul ă gazoasă mică, reactivă și cu o via ță foarte
scurtă (perioada de înjum ătățire sub secunde).
Fig. 54. Biosinteza monoxidului de azot.NOS – nitroxid-sintaza; RNOS – specii
radicalare ale anzotului; ONOO• – peroxinitrit; ASS – arginin-aspartat sintaza;
ASL – arginin-succinat liaza

FIZIOLOGIE CELULARA
99
Principalul precursor al sintezei de NO în organism (fig. 54) este
arginina (produs intermediar în ciclul ureei), care, în prezen ța nitric oxid
sintazei (NOS) se hidrolizeaz ă și apoi se oxideaz ă producând citrulin ă și
NO. Referitor la biosinteza NO, s-a stabilit c ă aceasta se realizeaz ă în două
etape și că NOS este de fapt o NADPH-diaforaz ă prezentă sub form ă
solubilă nu numai în citoplasma celulelor endoteliale, ci și în celulele
epiteliale, mesangiale, musculare, nervoase și gliale. Ea se g ăsește sub dou ă
forme: cea constitutiv ă (cNOS, activabil ă de către complexul calciu-
calmodulin ă ca urmare a cre șterii calciului citosolic determinat ă de activarea
GPCR sau în alte moduri de cre ștere) și cea inductibil ă (iNOS, activ ă
calmodulin-dependent și calciu-independent, în cazul c ăreia răspunsul
constă în creșterea exprim ării genei respective).
Stimularea receptorilor muscarinici de tip M 1 de la nivelul endote-
liului vascular produce, prin intermediul proteinelor G și a cascadei de
transducție ulterioar ă, activarea NOS endoteliale (eNOS, variant ă de cNOS).
Aceasta transform ă L-arginina în ornitin ă și sintetizeaz ă monoxid de azot
(NO) cunoscut sub form ă de EDRF, care este princi palul mediator difuzibil
de origine endotelial ă pentrual relaxaarea mu șchiului neted vascular.
Ținta principal ă a NO este guanilat-ciclaza solubil ă, enzima cito-
plasmică ce sintetizeaz ă GMPc. Monoxidul de azot se cupleaz ă reversibil pe
grupul hem al guanilat-ciclazei, producând o modificare conforma țională ce
activează ciclaza. NO mai reac ționează de asemenea și cu tiolii amino-
acizilor sulfura ți (mai ales cisteina), produ când S-nitrozilare, fenomen ce
inactiveaz ă proteinele prin modifi carea structurii secundare și terțiare. In
mușchiul neted vascular, activarea sistemului guanilatciclaza-GMPc pro-
duce relaxarea muscular ă și scăderea tonusului vascular, prin intermediul
inhibiției influxurilor de calciu la nivel intracelular.
Pe alt plan func țional, NO îndepline ște rolul de mediator chimic al
fibrelor nervoase nitrinergice centrale și periferice. Fiind un produs neuronal
gazos cu molecul ă mică ușor difuzibil ă prin membrane celulare, NO asigur ă
transmisia chimic ă a mesajelor atât în sens anterograd, postsinaptic, cât și
retrograd, presinaptic, cu particip area GMPc ca mesager secund. Cuplul
NO-GMP ciclic are rol de sistem de transducere a semnalelor inter și
intracelulare și realizeaz ă funcții de substan ță neurotransmi țătoare precum
și de hormon local paracrin și autocrin.

FIZIOLOGIE CELULARA
100Odată sintetizat, prin ac țiunea formei neuronale a cNOS asupra
argininei, NO s-a dovedit a fi implicat în activitatea neuronal ă prin
următoarele roluri func ționale rezultate din activarea c ăii GMPc:
neurotransmi țător retrograd, modificator al expresiei genice, mesager
neuronal, scavenger al radicalilor liberi, modificator al lipidelor
membranare, modificator al protei nelor intraneuronale, neurotoxic și
neuroprotector, principalul fact or vasorelaxant endotelial.
NO regleaz ă tonusul mu șchiului neted și activitatea neuronal ă în mod
diferit de neurotransmi țătorii clasici, prin capacita tea de a difuza liber spre
țintele intracelulare din celulele vecine datorit ă marii sale liposolubilit ăți.
5.9.17. Controlul expresiei genice Funcția și structura
unei celule sunt determinate de proteinele care o alc ă-
tuiesc și funcționează în ea,
astfel că modific ările de
sinteză proteică sunt cele
care pot regla activitatea celulară pe termen mediu și
lung. Sinteza proteic ă se
numește „expresie genic ă”
iar controlul acesteia este un aspect fundamental al biologiei celulei . Decizia de
a iniția (activa) transcrip ția unei gene ce codific ă o anume protein ă este
mecanismul major de control al func ției acesteia. Prin controlarea ini ț
ierii
transcripției (activare), celula regleaz ă proteinele pe care le produce și cât de
rapid se face aceast ă producție. Invers, când se „reprim ă” transcrip ția unei
gene, proteinele codificate se produc lent sau deloc.
Noțiunea de „expresie genic ă” acoper ă întregul proces, de la
transcripție până la sinteza proteic ă (fig. 55). Celulele eucariote sunt mult
mai complexe decât procariotele, unul din exemplele evidente fiind
existența nucleului, ce separ ă etapa transcrip țională de cea transla țională, iar
transcriptele la eucariote trebuie proces ate înainte de a fi translate. Exist ă 2
nivele esen țiale la care se realizeaz ă controlul sintezei genice: controlul
Fig. 55. Etapele de producere ale unei proteine la o
celulă eucariotă și punctele în care poate fi reglat ă
FIZIOLOGIE CELULARA
101transcripțional (elucidat la procariote, înc ă incomplet cunoscut la om) și
controlul post-transcrip țional sau transla țional (existent num ai la eucariote,
datorită caracterelor genomului acestora și a sistemelor de sintez ă proteică).
Controlul transcrip țional se realizeaz ă prin pornirea (activare) sau
oprirea (reprimarea) transcrip ției. Există proteine care activeaz ă sau reprim ă
genele prin cuplarea pe anumite secven țe adiacente secven țelor ce codific ă
proteina sau ARN-ul genei respectiv e. Acestea se numesc factori de
transcripție, ei reprezentând aproxima tiv 6% din genele umane și sunt
grupați în câteva familii cu structuri și mecanisme de cuplare similare.
Fiecare dintre etapele ciclului transcrip țional poate fi ținta unor molecule
reglatoare, dar cel mai frecvent reglat ă este reacția de inițiere.
Genele operator (operoni) sunt ad iacente cu genele structurale și le
controleaz ă, determinând dac ă genele structurale pot fi reprimate de c ătre
represor (produs de gena reglatoare ). Operonul este recunoscut de c ătre
proteina-represor, cu care se cupleaz ă, formând un complex operator-
represor. Genele promoter sunt în continuar ea genei operator și se continu ă
cu aceasta pân ă la codonul stop al genei structurale (ACT la ADN sau UGA
pe ARNm). Regiunea promoter con ține o secven ță simetrică bilaterală, în
care secven țele de ADN la orice nivel al unui anume punct (axa simetriei
bilaterale) sunt simetrice și palindromice (nucleotidele sunt orientate într-o
direcție pe una din benzi, și exact invers pe cealalt ă bandă). Rațiunea acestor
regiuni simetrice de ADN este c ă ar putea fi recunoscute de proteine cu
unități aranjate simetric.
Unul dintre cei mai cunoscu ți factori de sintez ă a proteinelor este
AMPc la toate tipurile de celula. Acest lucru este posibil prin prezen ța
sitului CRP. Situl CRP este una din aceste zone bisimetrice, și este numit
astfel deoarece se leag ă de o protein ă numită CRP ( cAMP Receptor
Protein ), esențială pentru cuplarea enzimei ARN-polimeraza pe promoter.
Proteina CRP este un dimer cu dou ă subunități și are o greutate molecular ă
de 45 kDa. Acest CRP se cupleaz ă cu AMPc și formeaz ă un complex, care
se leagă de promoter, activând ARN polimeraza și astfel crescând
transcripția și sinteza proteic ă. Acest tip de control este numit pozitiv.
Sisteme inductibile și represibile

Există situații în care condi țiile externe se schimb ă, iar celula trebuie
să-și adapteze secre ția de proteine-enzime noilor condi ții. Sistemul de

FIZIOLOGIE CELULARA
102sinteză proteică ce poate r ăspunde la astfel de condi ții variabile se nume ște
sistem inductibil sau represibil și este alc ătuit din gene structurale + gene
reglatoare + sintez ă proteică.
Genele reglatoare sunt cele ce produ c sinteza unei proteine, ce poate fi
un represor activ sau un represor in activ (aporepresor) . Aceste gene
funcționează în sisteme inductibile. In condi ții obișnuite, represorul activ
formează un complex cu gena operatoare, blocând-o. în prezen ța unui
inductor (de exemplu un substrat ), proteina represor se leag ă de acesta și
formează complexul represor-inductor, care elibereaz ă calea pentru ARN-
polimeraz ă și astfel începe transcrip ția. Intr-un sistem represibil, proteina
represor este inactiv ă și nu blocheaz ă operonul. Apor epresorul îns ă poate fi
activat în prezen ța unui co-represor, iar acest complex blocheaz ă activitatea
ARN-polimerazei. Acest tip de control se nume ște control negativ.
Sistemul de control transcrip țional este esen țial atât la procariote cât și
la eucariote, dar în vreme ce la primele procesul de reglare genic ă se oprește
aici, la eucariote proces ul de reglare este mult mai complex. Genele la
eucariote nu sunt organizate în operoni, iar expresia genic ă este rareori
reglată de represori, ci este un sistem de control pozitiv, bazat pe pe
activatori transcrip ționali, numi ți și factori de transcrip ție.
Controlul transcrip ției la organismele superioare

O transcrip ție corectă și complet ă necesită interven ția concertat ă a
unui promoter și a cel puțin unei molecule de stimulare, numit ă amplificator
(enhancer ). Aceste proteine – enhancer stimuleaz ă gradat transcrip ția unei
gene peste nivelul bazal și sunt responsabile și pentru transcrip ția țesut-
specifică (unele țesuturi exprim ă o protein ă, în vreme ce altele nu, în func ție
de prezen ța sau nu a enhancer -ilor). Activitatea factorilor transcrip ționali
dintr-o celul ă poate fi reglat ă de sinteza unei protei ne (auto-control), de
către semnalele din mediu (substrate crescute sau sc ăzute) și de semnale de
la alte sisteme (ex. hormoni). Factorii transcrip ționali au un domeniu
funcțional pentru cuplarea pe ADN și unul pentru activarea transcrip ției. Ei
se clasific ă după structura domeniilor de cuplare pe ADN astfel:
Proteinele cu „degete de zinc” ( zinc finger ): într-o anumit ă localizare,
aceste proteine au o secven ță peptidic ă ce include dou ă reziduuri de
histidină și două de cistein ă, ce cupleaz ă un atom de zinc , producând o
structură ca o bucl ă, numită „deget”, care se cupleaz ă pe ADN.
FIZIOLOGIE CELULARA
103Proteine helix-turn-helix : conțin trei α-helixuri cuplate de benzi curbe.
Acestea alc ătuiesc ceea ce se nume ște homeodomeniu, care este domeniul
de cuplare pe ADN a factorilor de transcrip ție necesari pentru dezvoltarea
embrionului și fătului. Proteinele cu „fermoar de leucin ă” (leucine zipper ):
pentru a se cupla cu ADN-ul , aceste proteine trebuie s ă se dimerizeze. Acest
lucru se realizeaz ă prin interac țiunea reziduurilor de leucin ă de pe cei doi
dimeri, care se face într-o manier ă ce aminte ște de închiderea unui fermoar
(zipper) . Proteine helix-loop-helix : conțin două α-helixuri, cupl ate printr-o
ansă polipeptidic ă. Receptorii pentru steroizi: sunt protei ne cu trei domenii
funcționale: unul ce cupleaz ă ADN-ul, unul ce activeaz ă transcrip ția și al
treilea pentru cuplarea hormonilor steroizi, intra ți în nucleu.
Controlul proces ării ARN (transla țional sau post-transcrip țional)

Primul tip de reglare post-transcrip țională este dacă un ARNm va fi
translat sau nu. Dac ă nu este procesat, nu va fi transportat în afara nucleului
și nu va fi translat. Al doilea tip de reglare post-transcrip țională este reglarea
longevității ARNm. Dac ă există de exemplu dou ă molecule de ARNm, una
care se degradeaz ă în cinci minute, și alta care r ămâne în citosol vreme de
oră, este evident c ă cea mai longeviv ă (cu viața mai lung ă), va fi translat ă în
cantitate mai mare. ARNm provenind de la gene diferite au și durata lor de
viață codificat ă în propria lor molecul ă, ceea ce serve ște la reglarea cantit ății
de protein ă produsă. Informația despre ciclul de via ță se găsește în regiunea
3' UTR ( 3'-untranslated regions ), regiunile netranslate (reglatoare) de pe
ARN. De exemplu secven ța AUUUA, atunci când exist ă în 3' UTR, este un
semnal pentru degradare rapid ă (viață scurtă). Cu cât secven ța se repet ă mai
mult, cu atât via ța ARM este mai scurt ă.
Al treilea nivel la care se poate realiza reglarea post-transcrip țională
este reglarea transla ției. Se poate regla și dacă o molecul ă d e A R N m s e
translează sau nu. Diversele mecanisme ale regl ării transla ționale nu sunt
încă suficient cunoscute, dar exist ă multe situa ții, mai ales la nivel
embrionar, când exist ă multe molecule de ARNm în citosol, dar nu se
translează decât în anumite condi ții.
5.9.18. Calciul citosolic ca semnal intracelular Semnalele citosolice de calciu particip ă la orice activitate celular ă, de
la cuplarea excita ției cu r ăspunsul (contractil și secretor), controlul

FIZIOLOGIE CELULARA
104metabolismului, al expresiei genice (diferen țiere și adaptare) și al ciclului
celular (proliferare) și până la alterări funcționale și moarte celular ă fortuită
(necroză) sau programat ă (apoptoză).
Ionul de calciu este cel mai versat il mesager secund, implicat într-o
multitudine de procese, ce includ transmisia sinaptic ă, fertilizarea,
fenomenele secretorii, contrac ția muscular ă, citokineza și multe altele. Toate
eucariotele (nu și procariotele) folosesc se mnalele de calciu, probabil
datorită faptului c ă celulele depind în cel mai înalt grad de fosfa ți și
fosforilare pentru toate pro cesele biologice. Cum în prezen ța calciului
fosfații precipit ă, celulele primordiale au trebuit s ă-și dezvolte mecanisme
de eliminare a ionilor de calciu din citoplasm ă. Astfel, s-a creat un gradient
de concentra ție a calciului între mediul intracelular și cel extracelular, care
poate fi folosit sub forma de micropulsuri de calciu, cu o dinamic ă foarte
rapidă, pentru a se semnaliza anumite evenimente esen țiale din via ța celulei.
Calciul liber din citoplasm ă reprezint ă în numeroase celule mesagerul
secund care traduce în r ăspuns celular interac țiunea dintre semnalele
extracelulare și celulă. Nivelul calciului liber citosolic (intracitoplasmatic)
este rezultatul transferul ui transmembranar al ionul ui respectiv din afara în
interiorul celulei și invers, cât și a mobiliz ării sale din depozitele sale
intracelulare (mitocondrii, reticul endoplasmic etc) și recaptării în rezerve
(fig. 56). P ătrunderea calciului în interiorul celulei se realizeaz ă prin
canalele receptor-dependente și voltaj-dependente, iar extruzia sa în
exteriorul celulei sau introducerea în depozitele intracelulare se realizeaz ă
prin pompe de calciu (PMCA re spectiv SERCA; vezi 5.7.1) precum și prin
antiportul sodiu-calciu plasmalemal.
In stare de repaus celular calciul intracelular se g ăsește în cea mai
mare parte sub form ă legată în diferite depozite și în mică măsură, în jur de
10-7M, sub form ă liberă. Numero și mesageri extracelulari sunt capabili s ă
crească foarte mult (pân ă la 10-5M) concentra ția intracelular ă a calciului
liber, condi ție în care ionul respectiv îndepline ște rolul de mesager de
ordinul doi pentru r ăspunsul specific al celulei (contrac ție muscular ă,
secreție glandular ă etc). In alte circumstan țe ionul de calciu îndepline ște
rolul de mesager de ordinul III sau genereaz ă mesageri de ordinul III. Astfel,
inozitoltrifosfatul (IP 3), care este considerat mesager de ordinul II,
determină eliberarea calciului din depozitele intracelulare și creșterea
concentra ției calciului ionizat din citoplasm ă urmată de activarea sistemelor
FIZIOLOGIE CELULARA
105enzimatice inductoare de r ăspuns celular specific (fig. 51). Pe de alt ă parte,
creșterea concentra ției calciului liber din citoplasm ă ca urmare a
interacțiunii dintre semnalele extracelulare și celule, d ă posibilitatea acestui
ion să se cupleze cu numero și receptori intracelulari, de obicei de natur ă
proteică (calciu-proteine) între care calm odulina este cel mai bine studiat ă.
Complexul calmodulin ă-calciu activeaz ă o kinază care permite fosforilarea
lanțurilor ușoare ale miozinei ini țiind astfel contrac ția mușchilor netezi. In
același sens poate fi citat ă și troponina C din mu șchiul striat scheletic și
cardiac. In acest caz deschiderea canalel or de calciu voltaj-dependente de
către potențialul de ac țiune determin ă creșterea calciului citosolic (de la 10-
7M la 10-5M); acesta reprezint ă mesagerul secund, care cuplându-se cu
troponina C declan șează alunecarea miofilamentelor de actin ă printre cele
de miozin ă, deci contrac ția muscular ă.
Canale de calciu plasmalemale voltaj-dependente

Clasic20 se descriu 3 tipuri de astfel de canale (VOC): T (tranzitoriu);
L (timp lung de inactivare); N (neuronal) , dar de fapt sunt 2 mari clase:
LVA (prag jos de activare; tip T); HVA (prag înalt; tip L, N, P, Q, R).

20 Pentru clasificarea actualizat ă vezi http://www.iuphar-db.org.
Schimb
Fig. 56. Fluxurile majore de calciu plasmalemale și intracelulare care determin ă
nivelul calciului citosolic și semnalele citosolice de calciu

FIZIOLOGIE CELULARA
106Pentru a doua clas ă sunt cunoscu ți blocanți specifici: 1, 4-dihidropiridine
(DHP) pentru L, ω-conotoxin ă pentru N, ω-agatoxin ă cu afinitate mai mare
pentru P decât pentru Q; HVA nebl ocate de vreuna din acestea sunt
electrofiziologic de tip R și non-R. Subunitatea α1 a VOC prezint ă 6
varietăți (A-E, S), ce corespund tipurilor L (C, D, S), N (B), P/Q (A), R (E).
CaL se disting prin numero șii blocanți specifici, majoritatea din 3 clase
(DHP, fenilalkilamine, benzotiazepine) , situsurile fiind bine cunoscute. Ca L
este format din 3 subunit ăți: α1, β și α2δ (în mușchiul scheletic apare și o
subunitate γ). Subunitatea α1 (170-240 kDa; 6 gene) con ține calea hidrofil ă,
senzorul de voltaj și situsurile pentru blocan ți, prezentând 4 regiuni
omologe, de câte 6 domenii transmembranare (TM) legate prin domenii citoplasmice (DC), și domeniile terminale amino (N-t) și carboxi (C-t),
citoplasmice. α
1 face parte din familia canalelor voltaj-dependente al ături de
cele de Na+ și K+. Biofizic diversitatea VOC este dat ă de α1, dar structura
terțiară și proprietățile de canal sunt modulate de subunit ățile asociate.
Calciul citosolic are asupra Ca L efect inhibitor direct, dar și activator
mediat de o kinaz ă calciu-calmodulin-dependent ă (CaMKII). Fosforilarea
prin PKC este activatoare, iar nucleo tidele ciclice au efecte variabile.
Fosforilarea α1 mediată de PKA cre ște probabilitatea de deschidere, iar cea
mediată de PKC cre ște inciden ța deschiderilor de durat ă. Există date privind
modularea Ca L de către tirozin-kinaze (TK) sau prin SH-nitrozilarea α1.
Canale operate de rezerve

In cadrul modelului capacitiv intrarea de Ca2+ dependent ă de nivelul
rezervelor intracel ulare era considerat ă important ă doar pentru reumplerea
depozitelor reticulare, dar azi e implicat ă și ca sursă directă pentru semnalul
citosolic de calciu. Mecanismul nu este elucidat, fiind implicate interac țiuni
proteice directe sau mesageri difuzibili, cum ar fi IP 4, cGMP, deriva ți de
arahidonat dar mai ales factorul de influx al calciului ( calcium influx factor,
CIF). Ca posibile SOC, sau subunit ăți ale acestora sunt considerate TRP
(transient receptor potential ), o familie mare și diversă de proteine
exprimate în diverse celule, cu implica ții în răspunsul la stimuli chimici
(osmolaritate, pH, fero moni, factori de cre ștere) și fizici (mecanici, termici).
Tendința actuală este de a distinge func țional dou ă categorii de SOC (fig.
57): IP 3ROC sunt canale plasmalemale de tip TRP-C1, cuplate direct cu
canalele operate de IP3 din reticulul s uperficial, iar SOC propriu-zise sunt
FIZIOLOGIE CELULARA
107canale plasmalemale activate de CIF prin intermediul unei fosfolipaze
submembranare inhibate de calmodulin ă (iPLA 2β). Ambele mecanisme de
influx capacitiv sunt rezultatul activ ării de către GPCR a c ăii PLC, cu
eliberarea IP3-dependent ă a calciului din reticul, iar varianta a doua
presupune un grad de sc ădere a rezervelor reticulare (deple ție).
Pompa de calciu plasmalemal ă

Funcționarea PMCA presupune un ciclu de reac ție: Ca2+ se leagă pe
domeniul citosolic (DC1), urmând fosf orilarea unui rest aspartat catalitic,
transconformare cu expunerea Ca2+ pe fața externă a membranei, eliberarea
sa, defosforilare și reconformare. DC2 cuprinde o secven ță de 40 aminoacizi
bazici pentru legarea fosfolipidelor acide, DC3 con ține Asp catalitic și
situsul de legare a ATP, iar DC4 (C-t) situsurile pentru calmodulin ă și Ca2+
(alosteric) precum și cele de fosforilare de c ătre PKA și PKC. Situsul pentru
calmodulin ă leagă fosfolipide acide și acizi gra și polinesatura ți, cu efect
modulator. PMCA se g ăsește în cantitate relativ redus ă (~103
molecule/hematie) și are o afinitate mare pentru Ca2+. Pompa func ționează
Fig. 57. Activarea canalelor de calciu operate de rezerve (dup ă Bolotina V. M.)
http://jp.physoc.or g/cgi/content/full/586/13/3035

FIZIOLOGIE CELULARA
108ca antiport Ca+/H+=1/1. Situsurile cu mare afinitate pentru Ca2+ din
domeniul CaM nu sunt implicate direct în translocare. Stoichiometria
Ca2+:ATP este 1:1 în cazul PMCA, fa ță de 2:1 pentru SERCA (7). PMCA
prezintă un situs pentru almodulin ă într-un fragment autoinhibitor similar
fosfolambanului, cu ac țiune pe situsuri din DC 2 și 3, blocat de PKC.
PMCA este stimulat ă de următorii factori: Ca2+ (pe 3 situsuri distincte),
calmodulin ă, fosfolipide acide (asigur ă 50 % din activitatea bazal ă), acizi
grași polineastura ți, PKA, PKC, cazein kinaza II, proteoliz ă limitată
(calpaină), dimerizare. PMCA ar putea fi inhibat ă de complexul G- βγ. Se
cunosc peste 20 izoforme, produse pe baza a 4 gene: 1 și 4 exprimate similar
(asigurând 75-98 % din total), iar 2 și 3 exprimate restrictiv.
Antiportul sodiu/calciu

Na/Ca (de fapt 3Na/Ca) este bidirec țional (cu ciclu de tip consecutiv),
cu afinitatea Ca2+ mai mare pentru situsul expus intracelular și inactivare
Na+-dependent ă. Na/Ca func ționează predominant în mod direct, cu
expulzarea calciului din citosol, dar poate func ționa și în mod revers, vând
concentra ția submembranar ă de sodiu este mare. Pr oteina antiporter izolat ă
din miocard este prototipul acestei familii, NCX1: 970 aminoacizi, N-t extracelular glicozilat, 9 domenii TM grupate în 2 seturi legate printr-un lung domeniu citosolic. Na/Ca apar ține genic primei familii din 4 ale unei
superfamilii, în care se reg ăsesc cele 3 NCX prezente la mamifere. Si a doua
familie (NCKX) cuprinde 2 proteine prezente la mamifere, similare cu transportorul 4Na/CaK clonat din țesut retinian. Prin muta ții punctuale s-a
evidențiat importan ța Ser110, Glu113 și a repeti țiilor pentru func ția de
transport, precum și a domeniului TM 2 (Thr103) pentru selectivitate. Din
multiplii factori ce regleaz ă Na/Ca se disting Na
+, Ca2+, PIP 2 și
fosforilararea. Na/Ca prezint ă un situs intern reglator cu afinitate mare
pentru Ca2+, absolut necesar pentru func ția de transport. Agen ții ce
stimuleaz ă PLC pot s ă inducă creșteri de Ca c și prin inhibarea Na/Ca.
Inhibarea de c ătre mesageri primari poate fi mediat ă de PKA, PKC, kinaza
calmodulin dependent ă (CaMK), cGMP (în cazu l NO). Stimularea Na/Ca
prin fosforilare Ca2+-dependent ă implică creșteri de afinitate pentru Ca2+
citosolic și pentru Na+ extracelular.

FIZIOLOGIE CELULARA
109Eliberarea calciului din reticul
In cardiomiocite a fost pentru prima dat ă pusă în eviden ță eliberarea
Ca2+ din reticulul endoplasmic de c ătre calciul citosolic crescut în urma
intrării din exterior ( calcium-induced calcium release ; CICR ), eliberare
bazată pe canale reticulare numite receptori pentru ryanodin ă (RyR).
Inozitol-trifosfatul (IP3) elibereaz ă Ca2+ acționând asupra unor receptori
(InR) ce sunt de asemeni canale reticular e activate de calciul citosoli. Din
punct de vedere al eliber ării calciului reticulul prezint ă un compartiment
profund și unul superficial, intim corelat func țional cu plasmalema;
rezervele sensibile la IP3/ryanodin ă pot fi mai mult sau mai pu țin suprapuse.
Cunoștințele generale despre canalele reticulare de Ca2+ pot fi
rezumate astfel: deschise de cre șterea calciului citosolic; dou ă tipuri (blocate
de ryanodin ă într-o stare deschis ă, respectiv activate de IP 3); modulate de
calciul reticular; domeniile transmembr anare (carboxi-terminal, C-t) asigur ă
ancorarea în membran ă și funcția de canal; capul hidrofil (amino-terminal,
N-t) conține situsurile de legare pentru Ca2+ și alți factori reglatori; IP 3
recrutează populații de InR cu sensibilitate sc ăzută la Ca c. InR și RyR sunt
proteine integrale din membrana reticular ă și fac parte din dou ă familii ale
unei superfamilii genice, care a ap ărut filogenetic la nematode. IP3 pare
mediatorul eliber ării în cazul activ ării receptorilor plasmalemali, iar CICR
apanajul celulelor electric excitabile.
RyR reprezint ă canalele reticulare ce asigur ă în miocitul scheletic
creșterea de calciu citosolic declan șată de poten țialul de ac țiune. La om
există 3 tipuri (~5000 aminoacizi, ~560 KDa). In receptorul-canal
homotetrameric porul central este delimitat de domeniile C-t ale monomerilor și de domenii transmembranare. Canalul RyR este cationic, cu
conductan ță mare, selectivitate redus ă și funcționare complex ă, ce ar putea
implica 4 bariere și 3 situsuri de legare. RyR sunt baza molecular ă a CICR
în diverse celulule, iar cei din RE superficial prezint ă și o corelare cu
canalele de calciu voltaj-dependente de tip L (Ca
L), mai important ă în
mușchiul scheletic (cuplare direct ă) decât în miocard (predomin ă CICR) și
foarte redus ă în MN, unde se vorbe ște de o cuplare lax ă între Ca L și
eliberarea reticular ă. Calciul citosolic este activator natural pentru RyR,
eliberarea fiind neglijabil ă pentru valori <1nM, cu un maxim la ~10 μM,
probabil datorit ă unui situs de legare cu afinitate mare și efect stimulator și
unuia cu afinitate mic ă și efect inhibitor. Calciul reticular influen țează

FIZIOLOGIE CELULARA
110CICR, probabil prin difuzie în canal și interacție cu situsurile de legare.
Analiza curentului unitar arat ă cel puțin două stări deschise, iar închise dou ă
pentru RyR 1 și trei pentru RyR 2, efectul major al Ca c fiind scăderea duratei
pentru starea închis și/sau preferin ța pentru starea închis cu durat ă scurtă.
RyR 2 prezintă multiple situsuri de fosforilare pentru protein-kinazele
A, G și C (PKA, PKG, PKC) cu efecte predominant facilitatoare, ca și în
cazul unei kinaze (CaMKII) dependente de calmodulin ă (CaM). A fost
studiată interacțiunea RyR cu diverse prot eine, cu posibile implica ții
funcționale în cazul calsequestrinei, care sub ac țiunea RyR ar putea elibera
calciul legat, precum și al triadinei, protein ă din membrana reticular ă din
mușchiul striat, ce ar putea media interac țiunea dintre RyR și Ca L sau
calsequestrin ă. CaM inhib ă parțial și reversibil eliberarea indus ă de Ca2+;
scade durata medie și frecven ța deschiderii RyR în manier ă Ca2+-
dependent ă și ATP-independent ă.
Receptorii pentru IP3 (InR) sunt de 3 tipuri. Tipul 1 (2749 aminoacizi,
~313 kDa) este tipul cerebelar, majoritar, ubiquitar, prezentând 3 mari domenii: N-t de legare a IP3; inte rmediar de cuplare-modulare, cu
numeroase situsuri de lega re a unor factori modulatori și de fosforilare; C-t,
cu 6 domenii TM, ce formeaz ă canalul. InR2 (~307 kDa) și InR3 (~304
kDa) au organizare general ă similară cu InR1, tetramerii nativi fiind atât
homo- cât și heterologi. InR sunt inclu și atât în superfamilia canalelor
voltaj-dependente cât și în cea a canalelor operate de mesageri secunzi și
sunt prezen ți, înafară de reticulul neted și în cel rugos și membrana nuclear ă
externă, precum și în plasmalema caveolar ă. Efectul poten țator al ATP
asupra eliber ării de calciu mediate de IP3 este bine cunoscut; ATP nu
deschide canalul InR, dar cre ște probabilitatea de deschidere, nu prin
fosforilare, ci prin legare direct ă pe un situs activator, existând și unul
inhibitor, probabil situsul de le gare a IP3. Pentru PKA exist ă două situsuri
de fosforilare, iar fosforilarea de c ătre PKG a fost demonstrat ă direct,
inclusiv în preparat intact, îns ă fără relevanță funcțională certă.
Pompa de calciu reticular ă

Structura și genetica celor dou ă pompe de calciu (plasmalemal ă și
reticulară), ATP-aze transportoare de ioni de tip P (vezi cap. 5.7.1), sunt
relativ bine cunoscute. Ele au în co mun caractere fundamentale: afinitatea
mare pentru Ca2+, topografia membranar ă și organizarea situsului catalitic.
FIZIOLOGIE CELULARA
111Ca2+ se leagă pe domeniul citosolic al enzime i aflate în starea cu afinitate
mare (E1), urmând fosforilarea Asp cat alitic, transconformare cu expunerea
calciului pe cealalt ă față (E1P-E2P), eliberarea sa, defosforilare și
reconformare pentru reluarea ciclului. SERCA este ubiquitar ă și se găsește
în cantitate foarte mare (>105 molecule/vezicul ă, față de pompa
plsamalemal ă ~103 molecule/hematie). SERCA are afinitate mare pentru
Ca2+ și este permanent inhibat ă de fosfolambanul (PLB ) nefosforilat în cazul
izoformelor 1 și 2 (fibre scheletice ro șii și miocardice), dar nu și al SERCA3
din fibrele rapide. PLB este un polipep tid hidrofob de 52 aminoacizi ancorat
membranar prin C-t, similar ca secven ță și funcție cu fragmentul
autoinhibitor din structura pompei de calciu plasmalemale (PMCA). PLB interacționează cu un situs din apropierea centrului catalitic, dar și cu unul
din domeniul transmebranar 6 în SERCA1a. Activitatea bazal ă a SERCA
este dependent ă de sarcolipin ă, inhibată de ATP și PKC, influen țată de
calreticulin ă și de o protein ă citosolică modulatoare.
SERCA func ționând ca antiport electrogen (Ca/H=1/1), este necesar
eflux de clor pentru compensarea de sarcin ă, iar activitatea pompei men ține
un grad de alcalinizare a lume nului reticular. SERCA prezint ă 10 domenii
TM și 3 citoplasmice: N-t, implicat în direc ționarea spre RE; un al doilea
domeniu, din care lipse ște secven ța încărcată pozitiv ce leag ă fosfolipide
acide în cazul PMCA; al treilea domeniu, ce con ține situsul activ. Domeniile
TM 4, 5 și 6 formeaz ă un pseudo-canal. SERCA-1 este exprimat ă în
mușchiul scheletic, SERCA-2 predominant sub forma 2a în miocard și 2b în
mu
șchiul neted, iar SERCA-3 în miocite netede și țesuturi non-musculare.
SERCA-2b se deosebe ște prin rat ă mai redus ă de hidroliz ă a ATP, deci de
transport al Ca2+, iar SERCA-3 are afinitate sc ăzută pentru Ca2+. Monoxidul
de azot inhib ă SERCA prin GMPc și independent.
Semnale citosolice de calciu

Microscopia laser confocal ă a permis stabilirea naturii cuantale a
semnalelor de calciu; se mnalele elementare de Ca2+ se pot suma în semnale
locale și globale, cu relevan ță distinctă. Tehnicile de biologie molecular ă
permit stabilirea structurii func ționale a proteinelor ce realizeaz ă și
controleaz ă fluxurile de Ca2+. Sectoarele de calciu citosolice și veziculare
conțin proteine ce leag ă Ca2+, care tamponeaz ă și moduleaz ă semnalele de
calciu, uneori specializate în transmiter ea semnalului, cum este calmodulina.

FIZIOLOGIE CELULARA
112 Eliberarea din reticul duce la cre șteri discrete de calciu, integrabile
în creșteri globale, relativ uniforme spa țial, față de gradientele mari ce
însoțesc influxul. Fiziologic sunt activat e ambele surse; CICR recruteaz ă
rezervele când semnalul primar este influxul iar eliberarea nu este izolat ă,
datorită SOC. Ideea de semnal de Ca2+ local a ap ărut în studii privind
eliberarea neuromediatorilor și influența calciului citosolic asupra canalelor
ionice. Fiind autoregenerativ, SC ar trebui s ă fie de tip tot sau nimic, dar
răspunsurile gradate indic ă natura cuantal ă. Sensibilitatea variabil ă față de
calciu a canalelor reticulare permite gradarea efectului prin recrutarea
acestora. Semnale elementare autonome au fost eviden țiate în diverse celule,
cu diverse denumiri ( sparks, puffs, bumps, quantal emission domains ).
Există și aspecte subquantale numite semnale unitare ( quarks, blips ). In
general semnalele elementare dureaz ă ~0,5 ms și ajung la concentra ții de
0,1-200 μM. In principiu frecven ța globală și amplitudinea medie a acestora
contribuie la nivelul de repaus al calciului citosolic global, condi ționând
astfel distan ța până la pragul de cuplare excita ție-răspuns. Semnalele
elementare particip ă la controlul unor activit ăți zonale: canale ionice
membranare, metabolismul mitocondrial, eliberarea neuromediatorilor. Ele se sumeaz ă sub form ă de tranziente globale ( spikes, waves ), CICR asigurând
amplificarea în avalan șă și sincronizarea semnalelor în citosolul profund,
pentru răspuns sinergic.

5.10. Jonc țiuni celulare
In cursul dezvolt ării ontogenetice a unui organism multicelular,
celulele progenitor se diferen țiază
într-o multitudine de tipuri celulare, cu
caracteristici, structuri și funcții specifice. Celulele de acela și tip se agreg ă
în ceea ce se nume ște un țesut pentru a coopera în realizarea unei func ții
(țesut muscular pentru contrac ție, glandular pentru secre ție, etc.). Mai multe
tipuri de țesuturi se agreg ă într-un organ, pent ru a realiza o func ție majoră a
organismului. Nici una dintre aceste func ții nu ar fi posibil ă fără o largă
gamă de molecule de adeziune, care s ă asigure leg ăturile fizice între celule
sau între celule și matricea extracelular ă.
5.10.1. Matricea extracelular ă
Celulele nu pot sta izolate în țesuturi, ele trebuiesc ancorate pe un
eșafodaj care s ă le solidarizeze și să creeze o re țea tridimensional ă în
FIZIOLOGIE CELULARA
113ochiurile c ăreia să se găsească celulele. Aceast ă „armătură” se nume ște
matrice extracelular ă și este alc ătuită din biopolimeri de suport și celulele
care îi secret ă. Celulele care produc matricea evolueaz ă din celulele stem
denumite celule mezenchimale primitive, ce prolifereaz ă și evolueaz ă în
celulele țesutului conjunctiv (f ibroblaste, mastocite, celule adipoase,
condrocite și osteoblaste). Substan țele ce formeaz ă matricea extracelular ă
sunt împărțite în cinci clase: colageni, elastin ă, proteoglicani, hyaluroni și
glicoproteine adezive.
Fibrele de colagen

Colagenul este cea mai abundent ă proteină din
corpul uman. Exist ă mai mult de 20 de variante de
colagen; caracteristica general ă este alcătuirea dintr-un
triplu helix polipeptidic, rezu ltând fibrile în lungime de
până la 500 de nm. Aceste molecule se asociaz ă pentru a
forma agregate (fig. 58). Unele agregate sunt longitu-dinale, formând filamente ce formeaz ă tendoane și liga-
mente, altele se aranjeaz ă într-o re țea bidimensional ă,
formând „foi țe” (ce se vor reg ăsi în membranele bio-
logice) iar altele în re țea tridimensional ă, pe care se
depun proteoglicani (cartilaje) sau s ăruri minerale
(substanța fundamental ă a osului).
Fibrele elastice

Fibrele elastice sunt un material co mpozit, ce are capacitatea de a se
alungi și deforma în func ție de for țele aplicate asupra lor, revenind la
formele și dimensiunile ini țiale, după ce forțele au încetat. Se g ăsesc în
piele, cartilaje, țesut subcutanat, peretele arterial și venos. Sunt alc ătuite
dintr-o re țea de microfibrile, dintr-o protein ă numită fibrilină încorporat ă
într-un sistem de subunit ăți de elastin ă, legate între ele de o a treia protein ă,
numită fibulină. Fibrele elastice sunt si ntetizate numai în copil ărie și
adolescen ță, iar turnoverul lor la ad ult este foarte limitat.
Glucozaminoglicanii

Se numeau înainte mucopolizaharide și sunt polizaharide lungi,
alcătuite din unit ăți dizaharidice (de obi cei acid hexaminic și hexozamin ă)
Fig. 58. Asamblarea
tri-fibrilar ă a
colagenului

FIZIOLOGIE CELULARA
114înfășurate pe o protein ă-nucleară fibrilară. Nomenclatura proteoglicanilor
este în continu ă evoluție, pe măsură ce sunt descoperite noi molecule. De
exemplu, proteoglicanul principal al membranelor bazale se numea heparan-sulfat, ceea ce era imprecis, deoarece mai exist ă și alți proteoglicani ce
conțin heparan-sulfat și de aceea se nume ște acum perlecan, dup ă proteina
sa nucleu. Proteinele-nucleu variaz ă în dimensiune de la 100 la 4000 de
aminoacizi, iar num ărul de glucozaminoglicani ata șați variază de la unul
(decorin) pân ă la 200 (aggrecan). Al ți proteoglicani cunoscu ți sunt
fibroglican, versican, glipican, serglica n, syndecan, etc. Aceste molecule au
capacitatea de a se hidrata, crescându- și volumul foarte mult, în a șa fel încât
1 gram de proteoglican poate fixa 50 de grame de ap ă. Ca urmare,
umpluturile de proteoglicani sunt esen țiale în restric ționarea fluxului de ap ă,
limitarea difuziei solvi ților (mai des a macromoleculelor) și în împiedicarea
extinderii microorganismelor. Pe lâng ă funcțiile mecanice, proteoglicanii
pot produce adeziunea celulelor și le pot influen ța motilitatea. Syndecanul
limfocitar fixeaz ă celulele migrate în ganglionii limfatici, decorina și
fibromodulina regleaz ă asamblarea fibrilelor de colagen, syndecanul și
glipicanul ac ționează ca ș
i co-receptori pentru factorii de cre ștere.
Glicoproteinele de adeziune

Sunt moleculele ce realizeaz ă „cleiul” intercelular. Dintre acestea,
două sunt de importan ță majoră. Fibronectina este o protein ă mare,
organizată sub forma literei V. Se g ăsește sub form ă de fibronectin ă tisulară,
ce leagă diversele molecule de adeziune între ele, și fibronectin ă plasmatic ă
solubilă. Tenascina este o protein ă – gigant cu șase brațe, ce poate fi g ăsită
doar la vertebrate, în embrioni, pl ăgi în curs de repara ție și tumori. Func țiile
ei nu sunt pe deplin cunoscute.
5.10.2. Adeziunea celular ă
Celulele organismelor multicelulare sunt dependente de adeziunea
între ele și cu matricea extracelular ă. Există mai multe familii de molecule
de adeziune ( Cell Adhesion Molecule, CAM) , iar nomenclatura nu este
sistematic ă. Conform nomenclaturii moderne, toate sunt numite CD (cluster
of differentiation) urmate de un num ăr. Numele tradi ționale definesc
familiile: imunoglobulinele de adeziune (ICAM), caderinele, integrinele,
selectinele. Toate aceste familii de proteine se exprim ă sau nu pe suprafa ța
FIZIOLOGIE CELULARA
115proteinelor, permanent sau temporar , sau expresia lor poate fi declan șată de
anumite semnale biologice sau genetice.
Moleculele aceleia și familii tind a se cupl a una cu alta, în a șa fel încât
celulele de acela și tip au o adeziune mai mare una cu alta ( în interiorul unui
țesut). Fenomenul se nume ște adeziune homofil ă și este Ca2+-dependent ă.
Celulele diferite se pot lega și ele între ele, dar adezi unea va fi întotdeauna
mai redus ă (adeziuni heterofile). Motilitatea celular ă este dependent ă de
expresia selectiv ă și tranzitorie a CAM, ce permite migra ția leucocitelor, a
fibroblastelor, a macrofagelor și a altor celule mobile cu deplasare
amoeboid ă. Moleculele de adeziune interac ționează și cu proteinele
citoscheletice, pentru a permite modific ările de form ă și dimensiune
necesare pentru mi șcarea celulelor. Moleculele de adeziune pot ac ționa ca
liganzi pentru diver și receptori, declan șând inhibi ția de contact, secre ția,
motilitatea și o gamă largă de alte manifest ări celulare, deci func ționează și
ca transportor de informa ție.
Familia ICAM (imunoglobulin-CAM) con ține sute de proteine de
adeziune ce variaz ă de la unul la 7 domenii transmembranare. Sunt proteine
exprimate de celulele cu competen ță imună (leucocite, macrofage, celule
dentritice, histiocite, etc) și mediază fenomenele de margina ție, adeziune,
rulare endotelial ă, diapedez ă și fagocitoz ă.
Caderinele (Calcium-Dependent Adhesion Proteins) sunt o familie de
proteine c ăreia i s-au identificat pân ă la ora actual ă cel puțin 80 de membri.
Ele alcătuiesc leg ături homofile, ce intr ă în componen ța joncțiunilor de tip
aderent și a desmozomilor. Domeniile lor intracelulare se leag ă cu
filamentele citoscheletulu i prin intermediul unor proteine adaptor numite
catenine. Caderinele sunt liganzii ce produc inhibi ția de contact.
Integrinele sunt principale molecule de adeziune între celule și
matricea extracelular ă, fiind capabile de a se as ocia cu toate celelalte
molecule de adeziune. Sunt de asemen ea semnale trofice, lipsa lor în cazul
celulelor cultur ă ducând la oprirea celulelor în G 1 și în cele din urm ă la
moartea prin apoptoz ă. O funcție particular ă a integrinelor este de a asigura
legătura plachetelor sanguine între ele și cu moleculele de colagen, în cadrul
fenomenelor de agregare și aderare plachetar ă (vezi. cap. „Hemostaza”)
Selectinele sunt proteinele im plicate în fenomenele de aderen ță a
leucocitelor circulante (margina ție), rularea lor pe endoteliu și în final
diapedeză. Selectinele produc aderen ța la mucine, leg ături foarte puternice

FIZIOLOGIE CELULARA
116din punct de vedere fizic, da r limitate temporal. Hormonii și mediatorii
inflamatori cresc expresia selectinelor, stimulând infiltrarea țesuturilor
inflamate cu celule fagocitare.
5.10.3. Jonc țiunile intercelulare
Legăturile între celule și matricea extracelular ă

Se realizeaz ă prin hemidesmozomi și contacte focale. Contactele
focale (fig. 59) sunt alc ătuite din integrine, fixate de citoschelet cu ajutorul
unor proteine intermediare numite vinculin ă, talină, paxilină și altele și
proteinele matricei extracelulare (fibronectin ă, colageni, laminine și vitro-
nectina). Hemidesmozomii s unt similari, cu diferen ța ca interac țiunile au loc
între alte caderine și fibronectin ă (fig. 60).
Fig. 60. Hemidesmozom
Fig. 59. Jonc țiune de ti p adeziune focal ă
FIZIOLOGIE CELULARA
117Desmozomii
Sunt organite ce leag ă celulele între ele, mai ales între celulele
epiteliale și musculare. La microscopul electronic arat ă ca niște suduri în
puncte. Adeziunea celular ă se realizeaz ă prin interac țiuni homofile între 2
familii de proteine, numite desmogleine și desmocolline. Domeniile
intracelulare ale acestor proteine se cupleaz ă prin intermediul unei proteine
numite plakoglobin ă pe filamentele intermediare ale citoscheletului.
Joncțiunile aderente

Se realizeaz ă prin interac țiuni homofile între caderine. Acestea sunt
ranforsate citoscheletic de filamente de actin ă, pe care se prind prin
intermediul unor proteine de leg ătura. Jonc țiunile aderente sunt primele care
se dezvolt ă între diversele foi țe epiteliale chiar din via ța embrionar ă.
Joncțiunile strânse

Se mai numesc și zonula occludens. Se distribuie ca o centur ă în jurul
polilor celulari apicali în epiteliile impermeabile, astfel reducând atât
difuziunea paracelular ă a fluidelor cât și mișcările celulelor de o parte și de
alta a barierei. Proteinele care formeaz ă aceste jonc țiuni realizeaz ă inte-
racțiuni homofile între moleculele de occludin ă și claudină .
Joncțiunile comunicante ( gap)

Transportul de substan țe între celulele adia-
cente se poate face prin lichidul intercelular (para-crinie) sau prin structuri de tip canal (conexoni),
grupate în ceea ce se nume ște joncțiuni comunicante
(gap). Un conexon este alc ătuit din șase molecule de
conexină și se cupleaz ă cu alt conexon al unei celule
adiacente, astfel formând un canal comun (fig. 61), prin care pot trece de la o celul ă la cealalt ă substanțe
cu mase moleculare mici. Aceste substan țe pot fi
ioni, precum Na
+, Ca2+, sau o serie de substan țe
organice, precum ATP sau molecule-semnal. Celu-lele sunt unite func țional, pentru a forma un sinci țiu
(epitelial, miocardic, glial, etc.) sau se pot forma sinapse electrice. Conexon ii permit cuplarea electri-
Fig. 61. Jonc țiune gap

FIZIOLOGIE CELULARA
118că, adică propagarea varia țiilor de poten țial membranar de la o celul ă la alta
în cadrul sinci țiului. Conexonii se închid când nivelele Ca2+ sau H+ cresc
anormal (leziuni celulare), pentru a izola celula afectat ă de celulele vecine.

5.11. Traficul celular al membranelor fosfolipidice Fosfolipidele membranare sufer ă un permanent proces de redistribu ție
în cadrul sistemului de membrane al celulei, deoarece permanent au loc
procese de endocitoz ă și de exocitoz ă necesare pentru înoirea proteinelor
membranare (fig. 62). Prin endocitoz ă porțiunile de plasmalem ă ajung în
final în membrana reticular ă. In sens invers vezicule de origine reticular ă
transferă fosfolipide prin aparatul Golgi și exocitoz ă la plasmalem ă.

Aparatul Golgi Este parte a sistemului
endomembranar; la acest nivel este locul modific ării și sortării
proteinelor. Este constituit din discuri cu func ții și propriet ăți
membranare diferite; principala modalitate de mi șcare între
discuri este prin vezicule. Aparatul Golgi este alc ătuit din
Fig. 62. Schema general ăa traficului membranelor fosfolipidice
Fig. 63. Or ganizarea a paratului Gol gi
FIZIOLOGIE CELULARA
119saci membranari numi ți cisterne; de obicei sunt între 5 și 8, dar uneori au
putut fi observa ți până la 60 de saci membrana ri. In jurul cisternelor
principale exist ă un număr de vezicule sferice care au înmugurit din cisterne
(fig. 63). Stivele de cist erne au 5 regiuni func ționale (re țele): rețeaua cis-
Golgi (CGN); cis-Golgi; Golgi medial; trans-Golgi și rețeaua trans-Golgi
(TGN). Fiecare regiune con ține diferite enzime, care modific ă selectiv
conținutul veziculelelor.
Aparatul Golgi modific ă, sorteaz ă și împacheteaz ă substan țele
secretate pentru exocitoz ă sau folosire în celule; modific ă proteinele produse
de reticulul endoplasmic rugos, este implicat în transportul lipidelor și
formarea lizozomilor. La acest nivel au loc urm ătoarele transform ări
chimice: glicozilare; fosforilare; ad ăugare de manozo-6-fosfat la proteinele
lizozomale; sinteza de proteoglicani; ata șarea de polizaharizi liniari
neramifica ți (glicozaminoglicani) la proteine pentru a forma proteoglicani;
sulfatarea proteoglicanilor pentru form area de acid sialic, heparan-sulfat și
condroitin-sulfat (componen ți de bază ai țesutului conjunctiv); fosforilarea
moleculelor, în spec ial apolipoproteina cu formare de VLDL.
La nivelul diverselor di scuri ale aparatului Golgi au loc variante de
alterări suferite de proteine dup ă cum urmeaz ă. La nivelul RE are loc
procesarea prin biosinteza unui miez de oligozaharid necesar glicozil ării și
atașarea acestui miez la rezidurile de asparagin ă. La nivelul CGN are loc
inițierea fosforil ării proteinelor lizozomale prin ata șarea N-acetil-
Fig. 65. Utilizarea sistemului de trafic
al fosfolipidelor pentru turnover Fig. 64. Ansamblul proteic al
veziculei în curs de înmugurire

FIZIOLOGIE CELULARA
120galactozamin ă la serină sau treonin ă. In cisternele Golgi mediale are loc
declanșarea celei de-a doua etap ă a fosforil ării proteinelor lizozomale prin
îndepărtarea manozei; ata șarea de N-acetilglucozamin ă și adăugarea de
molecule de galactoz ă și acid sialic. La nivelul TGN are loc ad ăugarea de
reziduri sulfat la treonin ă. Materialele sunt transportate între compartimente
cu ajutorul veziculelor; veziculele înmuguresc cu ajutorul proteinelor
specifice. Proteinele din vezicule comunic ă pentru a realiza sortarea și
înmugurirea. Semnalele veziculare fo losesc manozo-6-fosfatul ca semnal.
Cuplarea veziculelor urm ărește următoarele etape: dup ă formare,
îmbrăcămintea vezicular ă este eliminat ă; aceasta expune markerii rab și
SNARE ce permit recunoa șterea și fuziunea cu membrana țintă.
5.11.1. Reticulul endoplasmic și sinteza proteinelor
Sistemul endomembranar, format din reticul, aparatul Golgi, lizozomi,
endozomi și vezicule de secretorii, este implicat în procesarea proteinelor
destinate exocitozei, lizozomilor și plasmalemei, precum și a proteinelor ce
pătrund în celul ă, toate în cadrul unui trafic de membrane fosfolipidice sub
formă vezicular ă, supus unui intens control. O dat ă ce o protein ă din citosol
a intrat în acest circuit, nu va mai reveni în citosol, ci va fi direc ționată către
un anume compartiment al sistemului de membrane. Rolul bazal al
sistemului este de a asigura înlocuirea permanent ă a proteinelor din
plasmalem ă și endomembrane, în condi țiile asigur ării unei corecte
direcționări și al reglării adaptative a num ărului de molecule din fiecare
proteină plasate într-o zon ă plasmalemal ă sau endomembranar ă (vezi
fenomenele de control al densit ății receptorilor membranari, cap. 9). Din
punct de vedere func țional sistemul descris se împarte în trei c ăi: de
endocitoz ă, lizozomal ă și de exocitoz ă (secretorie).
Sinteza tuturor proteinelor este realizat ă practic în citosol de c ătre
ribozomi liberi, iar cele destinate c ăilor secretorie sau lizozomal ă sunt
direcționate ( targeting ) spre reticul printr-un semnal de direc
ționare, adic ă o
anumită secvență de aminoacizi hidrofobi di n zona N-t, care se cupleaz ă cu
o particul ă de recunoa ștere ( signal recognition particle, SRP ), ce este
recunoscut ă de un receptor specific, determinând legarea ribozomului de
membrana reticular ă și inserarea polipeptidului prin aceasta în lumenul
reticular. Proteinele în cauz ă pot fi de tip luminal (solubile, ne-
membranare), destinate secre ției sau transferului spre lizozomi, sau pot fi
FIZIOLOGIE CELULARA
121translocate par țial în lumenul reticular, prot einele de tip membranar,
destinate organitelor delimitate de membran ă sau plasmalemei. Receptorul
SRP de care este ata șat ribozomul este și canal de translocare pentru
peptidul sintetizat; dup ă atașarea ribozomului SRP se deta șează de complex
și se reia transla ția. Proteinele de tip luminal sunt rezultatul separ ării
proteolitice de secven ța semnal de direc ționare, care r ămâne ata șată la
membrana reticular ă. Proteinele de tip membranar sunt inserate în
membrana reticular ă la nivelul unor secven țe hidrofobe, astfel încât
domeniile care vor func ționa ca domenii citosolice s ă fie de la început
plasate în citosol. Când proteina trebuie s ă aibă mai multe domenii TM
aceasta se realizeaz ă printr-o succesiune de rutine start-stop privind
direcționarea spre lumenul reticular a secven țelor peptidice corespunz ătoare.
Semnalele de tip start sunt fie N-t, fie “interne”, ambele fiind capabile s ă
lege SRP. Acest mecanism de sintez ă a proteinelor membranare explic ă
faptul că în citosol se g ăsește întotdeauna cap ătul C-t al proteinelor
respective. Evident c ă dacă o vezicul ă fuzioneaz ă cu alta sau cu
plasmalema, aceast ă orientare transmembranar ă se păstrează.
5.11.2. Transportul și direcționarea veziculelor
Vezicule ce con țin proteine înmuguresc din reticulul endoplasmic și
aparatul Golgi și ulterior fuzioneaz ă cu membrane țintă (endomembrane sau
plasmalema). Veziculele trebuie s ă ducă încărcătura proteic ă la destina ția
corectă. Aceasta se realizeaz ă în două etape: selec ția și concentrarea
conținutului vezicular (luminal și membranar), ca parte a form ării veziculei
și direcționarea propriu-zis ă a veziculei spre membrana de destina ție cu care
va fuziona, realizând simultan inser ția proteinelor din membrana vezicular ă
în membrana țintă și contopirea con ținutului vezicular cu con ținutul
veziculei țintă sau cu mediul extracelular (deci incluziv inser ția de proteine
în plasmalem ă și exocitoza). Cheia primei etape este înveli șul vezicular,
care poate fi COPI, COPII, sau clatrin ă. Veziculele învelite cu COP ( coat
protein , proteină haină) realizeaz ă
transferul veziculelor între reticul și
Golgi și în cadrul aparatului Golgi, iar cele învelite cu clatrin ă sunt
specializate pentru tran sferul între plasmalem ă și endosomi sau Golgi și
plasmalem ă. Toate proteinele de înveli ș au funcția de a modela mugurele în
formare și de a capta molecule pentru a fi transportate. Proteinele de înveli ș
interacționează între ele pentru a forma configura ția curbă a mugurelui.

FIZIOLOGIE CELULARA
122Moleculele cargo sunt preluate de receptorul cargo, o protein ă
transmembranar ă, cu situsul de legare în domeniul luminal. Complexul
cargo-receptor este recunoscut de adaptin ă, care se combin ă cu porțiunea
citosolică a ei însăși, care se leag ă de proteine de înveli ș.
Dinamina “sugrum ă” (ATP-depndent) pediculul mugurelui format,
care apoi se desprinde sub form ă de vezicul ă liberă. Urmează “dezvelirea”
veziculei; proteinele de înveli ș și adaptina sunt eliberate și reciclate; sunt
expuse semnale de interac țiune pentru direc ționarea veziculelor. Ele se
mișcă pe distan țe mici prin difuziune, iar pe distan țe mai mari sunt
transportate pe microtubu li de kinezine sau dinein ă.
Elementul cheie pentru ancorarea ( docking , andocare) veziculei la
țintă este interac țiunea dintre proteine le SNARE veziculare și cele înalt
specifice ale țintei (v-SNARE și t-SNARE). Aceste proteine SNARE ( SNAP
and NSF Attachment Receptors21) există ca perechi complementare în
membrana țintă și în cea a veziculei de transport.

5.12. Exocitoza ca mecanism secretor Exocitoza constitutiv ă se desf ășoară continuu în toate celulele,
asigurând un flux continuu de vezicule ce furnizeaz ă lipide și proteine
pentru înoirea membranar ă permanent ă și pentru eliberarea de proteine și
glicoproteine componente ale matricii extracelulare. Agregate proteice
conținând proteine destinate exocitozei reglate exist ă în vezicule ce
înmuguresc din TGN. Agregarea aceasta este indus ă de condi țiile acide din
TGN. Astfel se formeaz ă cunoscutele vezicule de secre ție dense ( dense core
secretory granules ), vezicule tipice de stocare pentru calea exocitozei
controlate, folosit ă pentru secre ția comandat ă prin poten țial de acțiune sau
în alt mod. Subliniem faptul c ă maturarea granulelor dense include procese
de proteoliz ă a precursorilor produsului propriu-zis de secre ție. Veziculele
cu conținut dens sunt ancorate la situsuri de eliberare din plasmalem ă.
Exocitoza propriu-zis ă este un proces de fuziune reversibil ă între membrana
veziculară și plasmalem ă (vezi cap. 6.3), în care complexul proteic de
ancorare se transform ă în complex de fuziune sub ac țiunea unui puternic
semnal de calciu citosolic. Acesta poate fi asigurat ă de influxul de calciu
prin canale voltaj-dependente în cursul salvelor de poten țiale de ac
țiune.

21 Proteina asociat ă sinaptozomului ( synaptosome-associated protein, SNAP ); Proteina de
fuziune sensibil ă la N-etilmaleimid ă (N-ethylmaleimide sensitive fusion protein )
FIZIOLOGIE CELULARA
1236. Transmiterea sinaptic ă
Sinapsele chimice sunt stru cturi specializate ce asigur ă transmiterea de
mesaje între celule învecinate. A șa-zisele sinapse electrice sunt de fapt
bazate pe jonc țiunea celular ă comunicant ă (nexus, gap-junction), structur ă
proteică transmembranar ă ce delimiteaz ă un por care str ăbate dou ă
membrane adiacente. Ele permit difuzia ionilor de la o celul ă la cealalt ă,
asigurând astfel dir ect propagarea poten țialului de ac țiune.
6.1. Organizarea func țională a sinapsei
Sinapsa “chimic ă” presupune
existența unui mediator chimic pentru
semnalizarea intercelular ă, eliberat în
spațiul sinaptic din teritoriul presinap-
tic și acționând asupra unor receptori
specifici prezen ți în membrana post-
sinaptică. Componenta presinaptic ă
este întotdeauna termina ția unei pre-
lungiri neuronale de tip axonic. Dac ă
celula receptoare este un neuron,
sinapsa este neuro-neuronal ă, iar dacă
aparține altui tip celular sinapsa se
numește neuro-efectoare.
Etapele transmiterii sinaptice
reprezintă tocmai parcursul moleculei semnal. Mediatorul sinaptic
(neuromediator) este sintetizat la nive lul butonului terminal sau în ribozomii
corpului celular al neuronului. In al doilea caz (neuropeptide), el este
transportat cu ajutorul microtubulilor (neurofilame nte) de-a lungul axonului.
In cele mai multe cazuri elib erarea mediatorului în spa țiul sinaptic se
produce prin exocitoz ă, ceea ce preupune prezen ța sa la nivel presinaptic în
vezicule (de exocitoz ă). Apariția unui poten țial de ac țiune la nivelul
butonului terminal (fiziologic prin propagare de-a lungul membranei
axonale) determin ă un influx de calciu voltaj-dependent. Cre șterea calciului
citosolic la nivel submembranar presinaptic ini țiază fuziunea membranei
veziculelor cu mediator, ancorate deja la nivelul situsurilor de eliberare, cu
membrana presinaptic ă, deci exocitoza. Mediat orul eliberat în spa țiul
Fig. 66. Structura func țională a sinapsei

FIZIOLOGIE CELULARA
124sinaptic poate fi recaptat la nivel presinaptic, poate fi inactivat enzimatic,
poate difuza extrasinaptic.
Aceste molecule sunt îns ă destinate s ă acționeze la nivelul membranei
postsinaptice, unde cuplarea cu recepto ri membranari specifici determin ă un
răspuns excitator sau inhib itor. In termeni de poten țial electric trans-
membranar excita ție înseamn ă depolarizare, iar inhibi ție înseamn ă hiper-
polarizare, respectiv cre șterea sau sc ăderea probabilit ății de apari ție a unui
potențial de ac țiune pe baza fenomenului de suma ție spațio-temporal ă a
acestor efecte. Eliberarea cuantal ă a mediatorului (cantit ăți quasiconstante
corespunz ătoare încărcării veziculelor de exocitoz ă) face posibil ă eviden-
țierea transmiterii sinaptice cu ajutorul microelectrozilor insera ți intracelular
la nivel postsinaptic, care detecteaz ă modificări tranzitorii de poten țial:
potențiale postsinaptice excitatorii, respectiv inhibitorii.
Depolarizarea este de obicei r ezultatul unui influx de sodiu și / sau
calciu, iar hiperpolarizarea poate fi determinat ă de eflux de potasiu sau de
influx de clor. Multe sinapse folosesc mai mul ți mediatori pentru trans-
miterea și modularea semnalului (cotransmi sie), dintre care unul este de
obicei neurotransmi țătorul principal, iar ceilal ți sunt cotransmi țatori, cu
diverse efecte post- și presinaptice. Chiar transmi țătorul principal poate
acționa pe receptori presinaptici, de obi cei în sens auto-inhibitor. Datorit ă
vitezei relativ mici a etapelor componente, transmiterea sinaptic ă presupune
o întârziere, determinat ă mai ales de difu zia mediatorului.
In cazul jonc țiunii neuromusculare din mu șchiul striat frecven ța
potențialelor de ac țiune din fibra motorie determin ă cantitatea de mediator
eliberată, deci gradul de ocupare a recep torilor postsinaptici nicotinici și în
final, datorit ă sumației temporo-spa țiale de la nivelul membranei post-
sinaptice, condi ționează probabilitatea declan șării potențialelor de ac țiune în
fibra muscular ă (respectiv frecven ța acestora).
In cazul sinapselor interneuronale mecanismul integrativ este mult mai
complex. Membana corpului celular este în general incapabil ă să genereze
potențiale de ac țiune; ea va reprezenta suportul suma ției spațio-temporale a
tuturor efectelor postsinaptice excitatorii și inhibitorii, condi ționând frec-
vența de desc ărcare a poten țialelor de ac țiune la nivelul conului de emer-
gență al axonului.
In joncțiunile neuro-efectoare vegetative, laxe, nu exist ă o specializare
strict delimitat ă ca membran ă postsinaptic ă. Datorită spațiului larg de
FIZIOLOGIE CELULARA
125difuziune a mediatorul ui întreaga membran ă a celulei efectoare este sub
influența neuromediatorilor proveni ți din varicozit ăți ale mai multor ter-
minații neuronale. In func ție de echipamentul de canale ionice, r ăspunsul
postsinaptic poate fi o modificare global ă a potențialului membranar sau
potențial de acțiune, dacă este atins pragul în tr-o regiune membranar ă.
6.2. Placa motorie Sinapsa neuromuscular ă (placa motorie, jonc țiunea neuromuscular ă)
este un model clasic de studi u pentru transmiterea sinaptic ă și de aceea este
prezentat aici, ca introducere pentru urm ătoarele detalii privind eliberarea
mediatorului și acțiunile sale, precum și pentru capitolul de fiziologie a
miocitului scheletic. Jonc țiunea neuromuscular ă este o sinaps ă cu trans-
mitere chimic ă, având cele trei componente descrise: segmentul presinaptic,
spațiul sinaptic, membrana postsinaptic ă.
Componenta presinaptic ă a sinapsei neuromusculare este reprezentat
de arboriza ția terminal ă a axonului motoneuronului α. Termina țiile axonice
acoperite de celule Schwann se întind fiecare de-a lungul unei por țiuni din
sarcolemă și conțin axoplasm ă în care se g ăsesc mitocondrii și neurofibrile,
precum și numeroase vezicule care con țin acetilcolin ă. Arboriza ția termi-
nală prezintă numeroși butoni terminali; por țiunea din membrana neuronal ă
care acoper ă acești butoni și se juxtapune perfect cu sarcolema fibrei muscu-
lare inervate se nume ște membran ă presinaptic ă Membrana postsinaptic ă
reprezintă o porțiune diferen țiată din sarcolema fibrei musculare juxtapus ă
membranei presinaptice și care se prezint ă ca un jgheab în care se g ăsesc
numeroși receptori colinergici de tip nicotinic, ce con țin fiecare câte un
canal de sodiu. Intre segmentul pre și postsinaptic se interpune un spa țiu de
aproximativ 100 μm (spațiul sinaptic), în care se g ăsesc molecule de acetil-
colinesteraz ă. Ansamblul format din membrana presinaptic ă, spațiul sinaptic
și membrana postsinaptic ă este cunoscut su b numele de "plac ă motorie" sau
sinapsă neuromuscular ă.
Mediatorul chimic al jonc țiunii neuromusculare este acetilcolina, care
se sintetizeaz ă în cea mai mare parte la nivelul pericarionului (corpul
celular) al motoneuronului α. De la nivelul corpului neuronal acetilcolina
este transportat ă prin fluxuri axonale pân ă la nivelul termina ției axonice
unde este repartizat ă în anumite compartimente (liber disponibil și de
depozit) care se afl ă în echilibru dinamic. Compartimentul liber disponibil

FIZIOLOGIE CELULARA
126conține pachete de molecule de acetilcolin ă (~7000 molecule/pachet) în
vezicule situate în apropierea membra nei presinaptice (de fapt vezicule
încărcate și pregătite pentru ancorare; vezi 6.3) în timp ce compartimentul
de depozit se afl ă în profunzimea termina ției axonice.
In momentul activ ării motoneuronului α, potențialul de ac țiune
generat la nivelul conului de emergen ță este condus pân ă în termina țiile
axonice. Depolarizarea membranei butonul ui terminal ca urmare a invad ării
sale de c ătre poten țialul de ac țiune creaz ă condiții pentru deschiderea
canalelor de Ca2+ voltaj dependente. Depolarizarea se înso țește deci de
creșterea rapid ă a concentra ției ionului de calciu în acest sector ceea ce
determină migrarea veziculelor cu mediator chimic c ătre fața internă a
membranei termina ției axonice și mai ales fuziunea reversibil ă cu aceasta,
prin care se realizeaz ă eliberarea acetilcolinei în spa țiul sinaptic.
Acetilcolina se g ăsește în veziculele din termina ția axonic ă sub form ă de
pachete de molecule ( quanta ) de aceea eliberarea mediatorului este numit ă
quantată. Creșterea concentra ției calciului în axoplasma termina ției
activează alte și alte vezicule care î și vor deversa con ținutul în spa țiul
sinaptic. In acela și timp din compartimentul de depozit acetilcolina este
mobilizat ă și trecută în compartimentul imediat disponibil. Dac ă acetilcolina
este trecut ă în cantitate mai mare decât ne cesarul în compartimentul liber
disponibil, aceasta va fi retrecut ă în compartimentul de depozit.
Acetilcolina eliberat ă din butonii terminali difuzeaz ă în spațiul
sinaptic și ajunge la nivelul membranei postsinaptice, unde se leag ă
reversibil de receptorii colinergici. Legarea a dou ă molecule de acetilcolin ă
de receptorul nicotinic determin ă modificări conforma ționale ale proteinei
canal din structura acestuia (fig. 34), crescând permeabilitatea sarcolemei
pentru ionii de sodiu. Desprinderea acet ilcolinei de pe receptori o face
accesibilă acetilcolinesterazei care o hidrolizeaz ă în colin ă și acetat,
producându-se astfel inactivarea me diatorului. Colina este recaptat ă de
terminația axonică pentru a fi refolosit ă la sinteza de acetilcolina iar acetatul
difuzează în lichidul extracelular. To ate aceste procese se desf ășoară pe
parcursul a câtorva milisecunde și se pot repeta de cât eva ori într-o secund ă
fără pericol de inst alare a oboselii.
Acetilcolina este eliberat ă necontenit sub form ă de quante din
terminația presinaptic ă deci și în repaus muscular. O quant ă de acetilcolina
eliberată în repaus muscular din interac țiunea cu receptorii postsinaptici
FIZIOLOGIE CELULARA
127produce o depolarizare local ă rapidă cu o amplitudine de aproximativ 0,4
mV numit ă "potențial miniatural". Conducerea poten țialului de ac țiune de la
nivelul conului de emergen ță al axonului pân ă la termina ția axonic ă va
crește procesul de neurosecre ție, numărul de quante de acetilcolin ă exocitate
va spori și vor produce o depolarizare local ă (potențial postsinaptic
excitator) mai ampl ă iar în momentul atingerii pr agului critic se va declan șa
un potențial de acțiune.
6.3. Mecanismul eliber ării mediatorilor sinaptici
La nivelul butonilor terminali neurotransmi țătorii sunt stoca ți în
vezicule cu mediator, care sufer ă un proces complex de preg ătire pentru
exocitoză (fig. 67), din care se deta șează ca importan ță faza de ini țiere
(priming ). In aceast ă fază sinapsina este fosforilat ă de o kinaz ă calciu-
calmodulin dependent ă (CaMKII) și părăsește membran vezicular ă, lăsând
vezicula s ă intre în procesul de direc ționare și ancorare la situsurile active
din membrana presinaptic ă. Sinaptotagmina, o protein ă de trafic membra-
nar, realizeaz ă ancorarea ini țială a veziculei la situsul de fuziune, prin
interacțiunea sa cu SNAP-25 și β-neurexina.

Fig. 67. Procesarea veziculelor cu mediator și eliberarea acestuia în spa țiul sinaptic

FIZIOLOGIE CELULARA
128Tot sinaptotagmina este cea care, în cadrul complexului proteic de
ancorare (fig. 68), func ționează ca senzor de calciu, ini țiind transformarea
calciu-dependent ă a complexului de ancorare în complex de fuziune (1-2 în
fig. 68). Ulterior, în condi țiile inserției de către sinaptotagmin ă a domeniului
său C2B în membrana presinaptic ă, sinaptobrevina, SNAP-25 și sintaxina
coopereaz ă pentru men ținerea în contact foar te strâns a celor dou ă
membrane, fapt care permite formarea treptat ă a porului de fuziune și
eliberarea neuromediatorului. Reducer ea calciului citosolic este sesizat ă
evident tot de sinaptotagmin ă, care își înceteaz ă acțiunea și veziculele nou
ancorate în manier ă sinapsin-dependent ă nu inițiază fuziunea. In urma
fuziunii domeniul C2A al sinaptotagminei se g ăsește alături de C2B în
aceeași porțiune de membran ă presinaptic ă și este ini țiată formarea
endosomului și reciclarea membranei sinaptice.
Pentru fiecare poten țial de acțiune izolat se elibereaz ă mediatorul din
~100 vezicule, dar cre șterea frecven ței potențialelor de ac țiune poten țează
cuplarea excita ție-exocitoz ă, astfel încâ t apare o propor ționalitate între
frecvența excitării și cantitatea total ă de mediator eliberat ă (pentru aceea și
durată de activitate). Acest fenom en este explicat doar par țial prin cre șterea
nivelului de fond al calciului s ubmemranar din regiunea presinaptic ă; este
important ă disponibilita tea crescut ă a veziculelor pent ru ancorare prin
efectul de priming (vezi mai sus, fig. 67) dependent de sinapsin ă, care este
fosforilată și la nivele de calciu citosolic u șor crescute, care au efect minor
asupra exocitozei propriu-zise, deoarece sinaptotagmina este sensibil ă doar
la concentra ții mai mari de calciu (semnale puternice).
1 Ca2+
Sinaptotagmin ă 2

P I P 2
sinaptobrevin ă

SNAP-25

sintaxin ă 4 3

Fig. 68. Complexul de ancorare se trans-conformeaz ă în complex de fuziune,
asigurând dinamica porului de fuziune, cu eliberarea neuromediatorului și inițierea
procesului de reciclare a membranei veziculare (dup ă Chapman E.R.)
http://www.nature.com/nrm/ journal/v3/n7/full/nrm855.html
FIZIOLOGIE CELULARA
1296.4. Efectele postsinaptice și presinaptice ale mediatorilor
(pentru detalii vezi cap. Fiziologia sistemului nervos)

Tab. 4. Receptorii prin cipalilor neurotransmi țători și efectele stimul ării lor
(tradus și adaptat dup ă Despopoulos A., Color Atlas of Physiology, Thieme, 2003)
Transmițător Receptor Efecte Ionotrope Metabotrope Transmițător

Acetilcolin ă

ADH

Colecistokinin ă

Dopamin ă

GABA
Glutamat

Aspartat
Glicină

Histamin ă

Neurotensin ă

Noradrenalin ă
Adrenalin ă

Neuropeptid Y

Peptide opioide

Ocitocină

Purine

Serotonin ă

Somatostatin

Tahikinin ă

FIZIOLOGIE CELULARA
1307. Motoarele moleculare și contracția muscular ă
Viața înseamn ă mișcare. Cea mai mare parte a mi șcărilor în lumea vie
și realizeaz ă cu ajutorul unor minuscule ma șinării proteice numite motoare
moleculare. Ca defini ție un motor poate fi definit ca un instrument ce
consumă energie sub o form ă și o converte ște în mișcare sau lucru mecanic.
7.1. Motoare moleculare Dintre proteinele ce pot fi incluse în
această clasă se pot men ționa cele de mai jos,
având implica ții funcționale mai importante.
Proteine care mobilizeaz ă molecule
includ: polimerazele, actina care este folosit ă
pentru propulsie, topoizomerazele ce reduc supraspiralarea moleculei de ADN, motoarele de împachetare a ADN-ului viral, care îl in-jectează în capside.
Proteinele motor

Sunt proteinele care asigur ă mișcarea intracelular ă, ATP-aze de 100-
500 kDa, care se ata șează de o încărcătură. Există 2 tipuri: care se mi șcă de-
a lungul microtubulilor, respect iv de-a lungul actinei.
Kinezina este o molecul ă cu cap dublu care- și mișcă încărcătura către
capul (+) al microtubulilor. Dyneinele au dou ă capete. Dyneina citoplasmic ă
are funcție similar ă cu a kinezinei, dar mi șcă particulele c ătre capătul (–) al
microtubulilor. Dyneina axonemal ă oscilează permanent și este responsabil ă
pentru mi șcarea flagelilor și cililor. Dynamina este responsabil ă pentru
separarea mugurilor cu clatrin ă de pe membrana celular ă.
Miozinele formeaz ă punți transversale cu filamentele de actin ă.
Miozina I este asociat ă cu actina la nivel subcelular în diverse forma țiuni.
Miozina II este forma prezent ă în fibrele musculare striate, sub form ă de
filamente groase fiind asociat ă cu filamentele sub țiri de actin ă în miofibrile
cu sispozi ție sarcomeric ă a miofilamentelor (vezi cap. 7.2)
7.2. Fiziologia miocitului striat scheletic Mușchii sunt organe care transform ă energia chimic ă în energie
mecanică. Celulele musculare se numesc striate sau netede, dup ă aspectul
Fig. 69. Cuplul tubulin ă-kinezină
FIZIOLOGIE CELULARA
131microscopic în sec țiune longitudinal ă, dat de prezen ța sau respectiv absen ța
unei organiz ări sarcomerice a miofilamentelor de actin ă și miozină. Pro-
prietățile mușchilor sunt comune cu alte țesuturi vii (excitabilitate, elas-
ticitate) și specifice (contractilitate, tonicitate).
Mușchii scheletici sunt mu șchi striați, reprezint ă ~40% din greutatea
unui adult și sunt elementul activ al aparatului locomotor. Func țiile mus-
culaturii scheletice cuprind deplasarea corpului și segmentelor sale în cadrul
unor activit ăți motorii reflexe și voluntare (inclusiv acte comportamentale
complexe ca gestualitatea, mimica și vorbirea), precum și participarea la
funcții vegetative (respira ție, prin realizarea ventila ției pulmonare de c ătre
mușchii respiratori; digestie și excreție prin sfincterele striate, aflate sub
control somatic, voluntar).
Fibrele musculare scheletice sunt celule multinucleate cu diametrul de
8 μm și câțiva centimetri lungime. Celulele musculare func ționează relativ
independent și sunt aranjate în paralel (for ța totală produsă de mușchi este
egală cu suma for țelor generate de celule). Num ărul de celule este invariabil
de la naștere, modificându-se doar volumul, în func ție de vârst ă, antre-
nament, nutri ție. Celula muscular ă este alcatuit ă din: membran ă celulară
(sarcolema), citoplasm ă (sarcoplasma) și mai mul ți nuclei periferici.

Fig. 70. Morfologia muscular ă
Alcătuirea mu șchiului scheletic, de la
nivel de or gan, la nivel de miofilamente
(stânga). Dispunerea miofilamentelor de actin ă
și miozină, privită în secțiune longitu-
dinală (inclusiv reperele sarcomerului)
și transversal ă (jos)

FIZIOLOGIE CELULARA
1327.2.1. Filamentele de miozin ă și actină
Aspectul striat se datoreaz ă faptului c ă miofibrilele sunt astfel
organizate încât exist ă o alternan ță de zone transversale întunecate
(anizotrope, A) și clare (luminoase, izotrope, I), vizibile la microscopul
optic (fig. 70). La mijlocul discului clar se g ăsește membrana Z, iar în
centrul discului întunecat exist ă banda H, aceasta prezentând la rândul s ău o
linie central ă M, ce se eviden țiază numai în timpul contrac ției musculare. La
microscopul electronic, aceste benzi izotrope și anizotrope apar formate din
miofilamente groase de miozin ă și subțiri de actin ă.
Discul clar este format din miofilamente de actin ă și are o lungime de
1μm. Miofilamentul de actin ă are două extremități: una dintre ele p ătrunde
printre miofilamentele de miozin ă, iar cealalt ă este fixat ă prin împletire pe
membrana Z. Discul clar (dou ă semidiscuri, de o parte și de alta a
membranei Z) are lungimea de 2 μm. Miofilamentele de miozin ă formează
discul întunecat (1,5 μm). Aceste miofilamente s unt agregate moleculare
cilindrice, cu o serie de proiec ții laterale. Excep ție face o zon ă netedă
centrală, de 0,2 μm, si o por țiune mijlocie a acestei zone îngro șată,
reprezentând stria M.
Sarcomerul este por țiunea cuprins ă între dou ă membrane Z succesive,
conține un disc întunecat central și două semidiscuri clare la extremit ăți, și
reprezintă unitatea morfo-func țională a miofibrilei. L ungimea sarcomerului
depinde de starea func țională a mușchiului.In stare de repaus sarcomerul are
lungimea de 2,2 μm. In aceast ă situație filamentele de actin ă pătrund parțial
printre cele de miozin ă, până la limita zonei centrale, unde lipsesc proiec țiile
laterale (zona clar ă H, cu lungime de 0,2 μm). Intinderea prin trac ționare a
mușchiului are ca efect ie șirea filamentelor de actin ă în afara discului
întunecat și alungirea discului clar; zona H se m ărește. In timpul contrac ției
musculare filamentele de actin ă pătrund printre cele de miozin ă, în interiorul
discului întunecat, se mic șorează discul clar, stria H dispare, iar stria M
devine evident ă (la nivelul ei filamentele de actin ă se suprapun). Din punct
de vedere chimic, miofilamentele car e alcatuiesc aparatul contractil
miofibrilar sunt alcatuit e din proteine contrac tile fundamentale (actina și
miozina) și reglatoare (troponina, tropomiozina, α și β actinina).
Miozina ca filament este un polimer; 200 de monomeri alc ătuiți
fiecare din 6 lan țuri polipeptidice, 2 grele (200 kDa) și 4 ușoare (20 kDa), cu
o configura ție caracteristic ă de “cros ă de golf” (fig. 71). Cele dou ă lanțuri
FIZIOLOGIE CELULARA
133grele longitudinale r ăsucite în dublu helix formeaz ă mânerul sau corpul.
Extremitățile au forma de dublu cap polar cu structura globular ă (legat de
corpul moleculei printr-un scurt lan ț polipeptidic helicoidal) la care sunt
atașate 2 lanțuri ușoare. Fiecare dintre cele dou ă capete polare are activitate
ATP-azic ă și afinitate pentru actin ă. Porțiunea longitudinal ă a moleculei este
meromiozina usoara (LMM), iar capetele polare și lanțul peptidic de
legatura formeaz ă meromiozina grea (HMM). Pe lan țul peptidic care leag ă
capul polar de corpul moleculei exist ă una sau dou ă zone de flexibilitate
molecular ă, care au primit denumirea de “balama”, capul polar putând avea
înclinații diferite fa ță de corpul moleculei. Structura supramolecular ă
ordonată a filamentului gros este conferit ă de subunit ățile LMM care se
alătură longitudinal, alc ătuind un cilindru gros, cu extremit ățile libere ale
moleculei orientate spre mijlocul filamentului și capetele polare proeminând
din aceast ă structură pe un traiect spiralat. Aceasta creeaz ă un aspect de
“fascie roman ă”.
Filamentul sub țire este format din actin ă fibrilară (F), un polimer
(dublu helix) format din subunit ăți de actin ă globular ă (G), cu greutate
moleculara de 47 kDa. Filamentul de tropomiozin ă (dublu helix) rezult ă din
polimerizarea longitudinal ă a unor molecule de tropomiozin ă și este legat de
actină, fiind situat în șanțurile dintre cele dou ă spirale ale filamentului
subțire. In repaus tropomiozina acoper ă fizic zonele active ale actinei,
impiedicând interac țiunea cu miozina. Troponina este format ă din trei
subunități globulare situate la in tervale regulate din lungimea filamentului
de actina (40 nm). Se descriu: troponi na T cu afinitate pentru tropomiozina,
troponina I intermediar ă cu afinitate pentru actina, și troponina C cu
afinitate pentru ionii de calciu.

Fig. 71. Molecula de niozin ă

FIZIOLOGIE CELULARA
1347.2.2 Mecanismul molecular al contrac ției în miocitul scheletic
Contractilitatea fibrei musculare re prezinta proprietatea acesteia de a
transforma energia chimica poten țială în energie mecanic ă și de a dezvolta o
tensiune la capetele sale, cu sau f ără scurtarea mu șchiului. La realizarea
contracției musculare participa dir ect sistemul contractil și sistemul de
cuplare a excita ției cu contrac ția, procesul fiind sus ținut de sistemul
energogen. Celula muscular ă este dotat ă cu un aparat contractil specific, cu
organizare sarcomeric ă.
Fixarea calciului pe troponina C are ca efec t descoperirea zonelor
active de pe filamentele de actin ă, permițând fixarea capului polar al
miozinei. Prin activarea ATP- azei miozinice se modific ă încărcarea capului
polar care, atras de corpul filamentului de miozin ă, determin ă flexia pun ții
transversale spre interiorul discului intunecat (fig. 72). Actina antrenat ă în
această mișcare alunec ă spre mijlocul sarcomerului, care astfel se va scurta
(mecanism glisant). Desfacerea pun ții transversale duce la revenirea în
poziție perpendicular ă pe direcția filamentului de miozin ă, refăcând o nou ă
legătură cu locusul urm ător de pe actin ă. Procesul înceteaz ă și are loc
relaxarea fibrei musculare când scade concentra ția calciului liber din
sarcoplasm ă la nivelul de repaus.

Forta dezvoltat ă de mușchi este propor țională cu rata cicl ării punților
transversale. Lipsa ATP-ului este o situa ție anormal ă, când ciclul se opre ște
și se formeaz ă un complex permanent actin ă-miozină, ca în rigiditatea
cadaveric ă sau în contractura fiziologic ă din oboseala muscular ă. Aceste
fenomene se mai explic ă și prin acumularea ionului de calciu în sarcoplasm ă
datorită ineficienței pompelor de Ca2+.
Fig. 72. Ciclarea punților transversale actin ă-miozină
FIZIOLOGIE CELULARA
1357.2.3. Stimulul fiziologic pentru contrac ția mușchiului scheletic
Excitabilitatea mu șchiului striat reprezint ă proprietatea acestuia de a
răspunde la un stimul prin contrac ție, bazat ă pe generarea la nivel
sarcolemal a unui poten țial de acțiune. Fibra muscular ă scheletic ă prezintă o
sarcolemă cu permeabilitate selectiv ă și deci polaritate electric ă. Potențialul
membranar de repaus este cuprins între -70 și -90 mV.
Stimulul fiziologic pentru contrac ția mușchiului scheletic este
impulsul nervos din motoneuronii de tip α din coarnele anterioare ale
substanței cenușii a măduvei spin ării și din nucleii somatomotori ai nervilor
cranieni. Unitatea motorie este format ă dintr-un astfel de motoneuron și
toate fibrele musculare scheletic e pe care acesta le inerveaz ă. Mediatorul
chimic ce asigur ă transmiterea sinaptic ă în jonc țiunea neuromuscular ă
(placă motorie) din mu șchiul striat scheletic este acetilcolina (ACh) (vezi
cap. 6.2). Ea ac ționează la nivelul membranei postsinaptice prin receptori
colinergici de tip nicotinic (N). Fiecare receptor de acest tip con ține un canal
de sodiu, care se deschide prin le garea ACh. Influxul de sodiu determin ă
depolarizare local ă (potențial postsinaptic excitator), care prin suma ție
spațio-temporal ă poate duce la deschiderea canalelor de sodiu voltaj
dependente din sarcolema obi șnuită învecinat ă, cu declan șarea unui
potențial de ac țiune. ACh este inactivat ă prin scindare de c ătre
acetilcolinesteraz ă și colinesteraze nespecifice.
Legea “tot sau nimic”este valabil ă pentru o singur ă unitate motorie
sau fibră muscular ă. Mușchiul fiind format din mai multe unit ăți motorii, are
o excitabilitate heterogen ă. Există astfel posibilitatea de gradare a efectului
mecanic la cre șterea intensit ății de stimulare, datorit ă recrutării progresive a
unităților motorii. Pe durata PA la nivelul fibrei musculare interven ția unor
noi stimuli are consecinte diferite în func ție de momentul ac țiunii. Dac ă
stimulul ac ționează în timpul depolariz ării, acesta va ramâne f ără răspuns.
Fibra muscular ă se comport ă diferit la ac țiunea noilor excitan ți datorită
existenței perioadei refractare absolute și relative.
7.2.4. Cuplarea excita ției cu contrac ția
Mesajul contractil este declan șat de factori endog eni (neuroumorali și
metabolici) sau exogeni (stimu li somato-senzitiv o-senzoriali) și este condus
sub formă de impuls nervos la unit ățile motorii. Activarea motoneuronului α
se poate realiza pe cale reflex ă (arc reflex) sau voluntar ă (cortico-medular ă).

FIZIOLOGIE CELULARA
136Impulsul nervos elibereaz ă mediatorul chimic (ACh) la nivelul pl ăcii
motorii. Depolarizarea membranei postsinaptice de c ătre ACh determn ă
generarea unui poten țial de acțiune propagat, ce are ca efect eliberarea Ca2+
în sarcoplasm ă și astfel cuplarea excita ției cu contrac ția.
La nivelul zonei de contact între tubii T și cisternele terminale ale
reticulului sarcoplasmic (triad ă) există numeroase conexiuni și canale.
Mecanismul esen țial de eliberare a calciului din reticul este prin deschiderea
unor canale dependente de calciul cito solic (receptori pentru ryanodin ă de
tip RyR1; vezi cap. 5.9.18). De și aceste canale sunt îndeob ște utilizate
pentru CICR, în acest caz activarea lor nu se face de c ătre calciul
extravezicular. Exist ă o cuplare direct ă a RyR1 cu o protein ă plasmalemal ă
care joacă rol de senzor de voltaj. Aceasta este subunitatea α1 a canalelor de
tip L (Ca L). Astfel, în timpul poten țialului de ac țiune acest senzor de voltaj
deschide RyR2, iar calciul eliberat se constituie ca element declan șator
pentru CICR în avalan șă, ducând la un semnal citosolic de calciu global, de
amplitudine mare, sinergic în ce prive ște activarea mecanismului contractil.
Un singur poten țial de ac țiune are ca efect eliberarea calciului
suficient pentru decla șarea mecanismului contractil, dar acesta este foarte
rapid pompat înapoi în reticul, înainte ca mu șchiul să dezvolte for ța
maximă, astfel că efectul contractil este tran zitoriu. Secusa este contrac ția
tranzitorie submaximal ă ca răspuns la un singur poten țial de ac țiune.
Potentialele de ac țiune repetitive produc suma ție temporal ă, conducând la
tetanos par țial sau complet; contrac țiile succesive fuzioneaz ă și nu se mai
disting ca secuse; concentra ția citosolic ă a calciului se men ține deasupra
nivelului necesar cupl ării excita ție-contrac ție. După atingerea frecven ței
critice de stimulare necesare tetaniz ării, orice cre ștere ulterioar ă a acesteia
nu este urmat ă decât de cre șteri mici ale for ței de contrac ție. Contrac ția
musculară sheletică fiziologic ă este tetanosul.
7.2.5. Factori ce influen țează forța de contrac ție
Elasticitatea reprezint ă capacitatea mu șchiului de a se alungi și de a
reveni la dimensiunile ini țiale, după încetarea ac țiunii forței de întindere.
Aceasta proprietate are rol în evitar ea rupturilor musculare ca urmare a
contrațiilor bruște. Dacă forța de întindere dep ășește o anumit ă limită,
efectul este deformarea. La întinderi mai mari de ~3 ori decât lungimea de
echilibru, mu șchiul se rupe. Troficitatea muscular ă este specific ă țesutului
FIZIOLOGIE CELULARA
137muscular în stare de func ționare optim ă, fiind urmarea unei stimul ări
permanente neuro-musculare prin infl uxuri nervoase. Tonusul muscular este
starea permanent ă de tensiune u șoară a oricărui mușchi în repaus.
Forța generat ă de un mu șchi depinde de grosimea și lungimea
musculară, particularit ăți de inser ție, tipul de fibre mu sculare (lente sau
rapide), viteza de scurtare, gradul de oboseal ă. După condițiile mecanice
contracțiile musculare sunt:
– izotonice; cu realizare de lucru mecanic și deplasarea segmentelor
corporale, caracteristice pentru majoritatea activit ăților motorii (mers,
alergare, ridicare de greut ăți);
– izometrice; lungime constant ă deci mobilitate nul ă, caracteristice
pentru activitatea muscular ă posturală.
Pentru acela și mușchi forța de contrac ție depinde de lungimea de
repaus, în primul rând datorit ă gradului variabil de suprapunere a
filamentelor de actin ă și miozină funcție de lungimea sarcomerului (fig. 73)
Tipuri de fibre musculare scheletice

După durata contrac ției, mușchii sunt rapizi sau len ți, în func ție de
rolul mușchiului respectiv. In cazul mu șchilor oculari o secus ă durează 1/40
s, la gastrocnemian 1/15 s, iar la solear 1/5 s. Mu șchii oculari au ca func ție
Fig. 73. Rela ția dintre lungimea sarcomerului și forța de contrac ție

FIZIOLOGIE CELULARA
138fixarea ochilor asupra obiect elor privite, de aceea mi șcarea ochilor trebuie
să fie rapid ă. Mușchiul gastrocnemian este adaptat alerg ării, săriturilor, în
timp ce mu șchiul solear se contract ă lent continuu, pentru a realiza func ția
de suport a corpului împotriva gravita ției.
Abilitățile aerobe sau anaerobe depind de tipul de fibr ă muscular ă.
Din acest punct de vedere fibrele musculare se clasific ă în: fibre de tip I,
rapide, adaptate la respira ție anaerob ă și fibre de tip II, lente, adaptate la
respirație aerobă. In timpul activit ății musculare sunt folosi ți glicogenul
muscular și glucoza sanguin ă ca surse de energie suplimentare pe lâng ă
acizii gra și. In timpul unei contrac ții susținute, ATP poate fi utilizat mai
rapid decât produc ția acestuia.
Fibrele musculare se pot clasifica în func ție de viteza de contrac ție
(timpul pân ă la atingerea tensiunii maxime) în fibre rapide (I) și fibre lente
(II). Aceste diferen țe sunt asociate cu ATP-aze miozinice diferite
(izoenzime rapide și lente). Mu șchii extraoculari de exemplu, sunt forma ți
din fibre rapide, atingând tensiunea maxim ă în 7,3 ms, în timp ce mu șchiul
solear, ce con ține fibre lente, necesit ă 100 ms pentru a atinge tensiunea
maximă.
Alte caracteristici pentru fibrele lente, de tip I sunt: o capacitate mare
de respira ție aerobă, un num ăr mare de capilare, mitocondrii și enzime
respiratorii în cantitate crescut ă, ca și mioglobina, de unde denumirea de
“fibre ro șii”. Fibrele rapide II au capilare și mitocondrii pu ține, și
mioglobin ă puțină, de aceea se numesc “fibre albe”. Aceste fibre sunt
adaptate la respiratia anaerob ă, cu o rezerv ă de glicogen și enzime glicolitice
importante. In afara de aceste dou ă categorii exist ă și fibre de tip
intermediar, rapide dar cu o capacitate mare aerob ă.
Rata de conducere a motoneuronilor care inerveaz ă fibrele rapide este
mai mare ( 80-90 m/sec) decât în cazul fibrelor lente (60-70 m/sec). Tipul de
fibre poate fi determinat în ție de motoneuron. Toate fibrele musculare
inervate de acela și motoneuron (care fac parte din aceea și unitate motorie )
sunt de acela și tip. Mărimea unit ăților motorii difer ă; cele care contin fibre
lente sunt mai mici. Unitatile motorii mi ci, cu fibre lente, sunt folosite mai
des în activit ăți de rutină. Unitățile motorii mari, cu fibr e rapide, care pot sa
genereze for ță mare, obosesc repede și de aceea sunt folosite mai rar și pe
perioade scurte de timp.

FIZIOLOGIE CELULARA
139Oboseala muscular ă
Oboseala este o stare indus ă de efortul sus ținut și prelungit, asociat ă
cu scăderea excitabilit ății, forței și duratei contrac ției musculare. Aceasta se
explică prin scăderea num ărului de unit ăți motorii antrenate în actul motor.
Scade și capacitatea de scurtare a fiec ărei fibre. In timpul unei contrac ții
maximale sus ținute, când toate unit ățile motorii sunt folo site, rata influxului
nervos este maxim ă, având ca efect acumularea K+ extracelular și reducerea
potențialului fibrei musculare. In aceste condi ții scade abilitatea de a se
produce potentialul de ac țiune, dar oboseala dureaz ă puțin timp. Dup ă circa
un minut tensiunea maxim ă poate fi produs ă din nou, revenind capacitatea
de producere a poten țialului de ac țiune.
Oboseala din timpul exerci țiilor moderate cu contrac ții ritmice se
produce datorit ă faptului c ă fibrele lente nu mai au rezerve de glicogen. In
aceasta situa ție sunt recrutate din ce în ce mai multe fibre rapide. Acestea
obținând energia necesar ă prin metabolism anaerob, pr in conversia glucozei
în acid lactic, scade pH-ul intracelul ar. Aceste efecte la rândul lor inhib ă
activitatea unor enzime g licolitice cheie, astfel încât rata de producere a
ATP este redus ă. Scăderea ATP duce la oboseal ă din cauza interferen ței cu
cuplul excita ție-contrac ție (cu cantit ăți insuficiente de Ca2+ în reticulul
sarcoplasmic, cuplarea excita ție-contrac ție nu poate fi realizat ă). Acesta pare
a fi un mecanism de protec ție, iar dac ă ATP ar fi semnificativ sc ăzut
mușchiul ar intra într-o st are de tip rigor mortis.
In timpul unui antrenament sus ținut, preluarea maxim ă de oxigen este
de 50 ml/min/kg la barba ți, iar la femei cu 20% mai pu țin. La atle ții de
performan ță preluarea maxim ă de oxigen este superioar ă, în jurul valorii de
85 ml/min/kg. La nivele relativ mici de efort, cu consum de oxigen sub 50%
din valoarea maxim ă, energia pentru contrac ția muscular ă este obținută mai
ales prin metabolism aerob. Metabolism ul anaerob, cu producere ulterioar ă
de acid lactic, contribuie la re alizarea energiei necesare cre șterii
performan ței fizice. Tipul de fibre muscul are este determinat de inerva ție, de
aceea prin antrenament tipul de fibr ă muscular ă nu se poate schimba. Fibrele
se pot adapta prin antrenament, sporindu- și cantitatea de mioglobin ă și de
enzime aerobice respiratorii; prelua rea oxigenului poate fi crescut ă cu 20%.
Fibrele își sporesc și conținutul de trigliceride, o surs ă alternativ ă de
energie, pentru a salva stocurile de glicogen.

FIZIOLOGIE CELULARA
140Antrenamentele (contrac ții musculare frecvente, contra unei rezisten țe
mari) produc dezvoltarea musculaturii prin hipertrofie. Cre ște mărimea
celulelor, nu și numărul; crește diametrul fibrei prin sinteza de miofibrile
noi. Hiperplazia (formarea de celule noi) este pu țin important ă și limitată.
7.2.6. Explorarea activit ății electrice a mu șchiului scheletic
Electromiografia (EMG) este o metod ă de investigare ce studiaz ă
activitatea bioelectric ă a mușchiului striat în stare de repaus sau de
contracție în condi ții normale sau patologice.
Electromiografia se clasific ă în: EMG global ă, la nivel de mu șchi,
efectuată cu electrozi de suprafa ță, și EMG elementar ă, la nivel de unitate
motorie, care utilizeaz ă ace-electrod. Lan țul de măsură folosit cuprinde
electrozii, sistemul de fitrare, sistem ul de amplificare, oscilograf catodic
pentru vizualizare / în registrare (eventual și redare acustic ă).
Traseele EMG cuprind urm ătoarele aspecte:
– lipsa activit ății bioelectrice în repaus (linie izoelectric ă),
– traseu simplu la o contrac ție ușoară (potențiale de unitate motorie),
– traseu intermediar la o contrac ție medie (poten
țiale de UM cu amplitudine
și frecvență mai mare),
– traseu de interferen ță la o contrac ție maxim ă (nu mai pot fi distinse
potențiale de UM),
– ritm Piper la contrac ție maximal ă cu contrarezisten ță (sinusoide).
EMG de stimulo-detec ție examineaz ă excitabilitatea și conducti-
bilitatea ansamblului neuromuscular la bolnavii paraliza ți, la pacien ții care
nu colaboreaz ă și simuleaz ă deficiențe motorii; stabile ște:
– intensitatea de curent necesar ă stimulării fibrelor senzitive și motorii,
– timpii de laten ță,
– viteza de conducere a influxului nervos în fibrele senzitive și motorii,
– particularit ățile potențialelor evocate motorii M (se stimuleaz ă nervul în
două puncte ale traiectului și se culege poten țialul motor M în unul din
mușchii inerva ți) și senzitivo-motorii H (poten țial evocat muscular care
apare la stimularea fibrelor senzitive ale unui nerv dup ă un timp de laten ță
mult mai lung decât pentru poten țialul M; excita ția parcurge arcul reflex).

FIZIOLOGIE CELULARA
1417.3. Fiziologia miocitului neted
Musculatura neted ă are un rol important în organism, intrând în
componen ța căilor respiratorii, digestive, urinare și a vaselor sanguine. In
organism mu șchiul neted este localizat va scular sau non-vascular; în
peretele viscerelor cavitare (gastro-intestinal, traheo-bron șic, uretero-
vezical, tubar-uterin) sau în stru cturile globului oc ular (iris, mu șchi ciliar).
7.3.1. Clasificare și organizare tisular ă
Mușchiul neted are structur ă și funcții diferite mu șchiului scheletic; nu
prezintă aspectul striat caracteristic acestuia. Ace ști mușchi nu se inser ă pe
oase, iar for ța dezvoltat ă sau scurtarea acestora asigur ă motilitatea organelor
interne. Mu șchii netezi se clasific ă în viscerali (unitari) și multiunitari, dup ă
sincițialitate și caracterele jonc țiunii neuromusculare. Mu șchiul neted unitar
formează sinciții funcționale (mas ă citoplasmatic ă rezultată din unirea mai
multor celule, cu existen ța mai multor “pun ți” intercelulare). Fibrele sunt
unite în fascicule musculare, iar membrana lor intr ă în contact, formând
joncțiuni ( nexus, gap junction ) ce permit fluxuri ionice intercelulare. Ace
ști
mușchi se numesc unitari pentru c ă fibrele musculare nu au inerva ție
motorie individual ă. Excitația se propag ă de la o fibr ă la alta, cuprinzând
porțiuni mari de mu șchi (sau tot mu șchiul) care ac ționează ca o unitate.
Mușchii unitari pot prezenta și activitate automat ă, independent ă de
inervație (de exemplu mu șchii din tubul digestiv, c ăile biliare, uretere, uter,
trompele uterine). Mu șchiul neted multiunitar este inervat de termina ții
nervoase individua lizate ce controleaz ă activitatea contractil ă (exemple:
mușchii ciliari, iris, mu șchii piloerectori, par țial mușchiul neted vascular).
Mușchiul neted este format din fibre mici (5-20 μm lungime și 2-5 μm
diametru). Celula muscular ă netedă este uninucleat ă. In pereții organelor
interne celulele musculare nu func ționează independent, existând o
interdependen ță celulară, datorită conectării celulare în serie și în paralel.
Mușchiul neted este dispus în straturi de form ă tubulară (căi respiratorii,
vase) sau în form ă de sac. Celulele musculare sunt a șezate fie
circumferen țial (circular); contrac țiile acestor mu șchi scad diametrul tubular
și cresc rezisten ța la curgerea con ținutului fluid fie circular și longitudinal
(dublu strat), structur ă mai complex ă necesară acțiunilor mecanice (de
exemplu, tractul digestiv); coordonar ea acestora se face prin intermediul
sistemului nervos local autonom din plexurile existente între cele dou ă

FIZIOLOGIE CELULARA
142straturi. La nivelul organe lor interne, celulele musculare sunt separate de
conținutul acestor organe prin intermediul altor elemente celulare,
constituind structuri tisulare de tip epitelial și conjunctiv.
Structura miocitelor netede este similar ă fibrelor musculare striate
fiind alcătuite din miofilamentele de actin ă și miozină fără o dispozi ție
regulată. Printre filamentele de actin ă se găsesc împr ăștiate rarele filamente
de miozin ă. Celula muscular ă netedă mai posed ă aparat Golgi, reticul
endoplasmic rugos, mitocondrii și un nucleu unic. In fibra musculara neted ă,
membranele Z sunt înlocuite de corpi den și (locuri de ancorare pentru
filamentele sub țiri). O parte din corpii den și sunt ata șați de membrana
celulară, alții sunt dispersa ți în interiorul celulei (fig. 74). Unii dintre corpii
denși sunt ata șați la membrana celular ă adiacentă, fiind lega ți între ei prin
punți proteice intercelulare, av ând rol în transmiterea for ței de contrac ție de
la o celul ă la alta. Intre filamentele sub țiri există filamente intermediare
(filamină, desmină și vimentin ă).
Inervația mușchiului neted se poate clasifica în dou ă categorii:
extrinsecă (aparținând sistemului nervos vegetativ, simpatic și parasimpatic)
și intrinsec ă (plexuri nervoa se). Aici exist ă neuroni aferen ți senzoriali placă densă paxilinăintegrină
actinină
vinculină
miozină
desmină
α- actinină
corp dens caldesmonα-actină
leiomodin ă
tropomiozin ă
Fig. 74. Organizarea citoscheletu lui în miocitul neted se bazeaz ă pe asocierea celor
două domenii fibrilare ce con țin actină, cel “citoscheletic” (filamin ă-actină-desmină)
longitudinal și cel “contractil” (actin ă-miozină) oblic.
FIZIOLOGIE CELULARA
143implicați în variate reflexe locale (ca în tractul gastro-intestinal). Inerva ția
mușchiului neted visceral este realizat ă prin termina ții nervoase prezentând
varicozități ce conțin vezicule cu neurotransmi țători; spațiul de difuzie spre
fibrele musculare este mare, consecin ța fiind un r ăspuns difuz pe o por țiune
mare. Inerva ția mușchiului neted multiunitar se realizeaz ă prin jonc țiuni
neuromusculare comparabile ca func ție cu cele din mu șchiul scheletic.
Acestea se numesc jonc țiuni de contact și se caracterizeaz ă prin existen ța
unui spațiu sinaptic și a unui răspuns limitat.
Mușchii netezi pot fi stimula ți prin mecanism nervos, cu producerea
depolarizării și uneori a poten țialelor de ac țiune. Hormonii locali și unele
substanțe farmacologic active cu receptori specifici activeaz ă contracția prin
creșterea calciului citosolic pe alte c ăi decât generarea de poten țiale de
acțiune și uneori cu o depolarizare minor ă sau chiar în absen ța acesteia.
Activitatea majorit ății mușchilor netezi este controlat ă prin realizarea unei
combinații ce se realizeaz ă între elemente nervoase și diverse grade de
producere și acțiune a activatorilor și inhibitorilor non-neuronali (locali și
hormonali). Acetilcolina este un transmi țător excitator al fibrei musculare
netede din unele organe și inhibitor în alte organe. De obicei fibrele excitate
de acetilcolina sunt inhibate de noradrenalin ă și invers, în func ție de
receptorii de la nivelul membra nei musculare, care controleaz ă canale ionice
sau alte mecanisme excitatoare sau inhibitoare.
Contractilitatea mu șchiului neted trebuie neap ărat privită ținând seama
de sincițialitate, care îns ă este mult mai complex ă decât în miocard deoarece
implică și endoteliul. Calciul și moleculele mici (inozitol-trifosfat,
nucleotide ciclice) pot trece prin jonc țiunile comunicante (gap); cuplarea
homocelular ă permite amplificarea și prelungirea semnalului de calciu, iar
cea heterocelular ă (cu celulele endoteliale) po ate avea efecte modulatoare
deosebit de complexe.
7.3.2. Poten țialul membranar
In stare de repaus, poten țialul de membran ă al fibrei musculare netede
este cuprins între -50 și -60 mV (cu 30 mV mai pu țin negativ decât în
mușchiul striat). Poten țialul de ac țiune poate fi cu vârf (spike) sau cu platou.
Potențialul de ac țiune cu vârf, similar celui din mu ș
chiul scheletic, dureaz ă
10-15 ms, este caracteristic mu șchiului neted visceral și poate fi declan șat de
mediatori de origine neuronal ă, locală sau sanguin ă, precum și spontan.

FIZIOLOGIE CELULARA
144Potențialul de ac țiune în platou se caracterizeaz ă prin întârzierea
repolarizării cu câteva sute sau mii de ms (asem ănător fibrei musculare
miocardice) datorit ă kineticii mai lente a canalelor de calciu fa ță de cele de
sodiu. Depolarizarea în mu șchiul neted apare și sub form ă de unde lente, cu
variațiile asociate ale excitabilit ății, adică ale probabilit ății de declan șare
spontană sau stimulat ă a poten țialului de ac țiune. Unda lent ă nu este
potențial de acțiune, ci o varia ție locală a potențialului membranar cu aspect
sinusoidal cauzat ă de variațiile ciclice ale activit ății pompei de sodiu sau ale
conductan ței unor canale ionice. Unde le lente nu pot cauza singure
contracția, dar pot ini ția potențialul de ac țiune, atunci când poten țialul de
membran ă ajunge la valoarea de -35mV. Acesta reprezint ă pragul de
descărcare al poten țialului de ac țiune; este generat un poten țial de acțiune
care se propag ă și are loc contrac ția muscular ă în masă. Contracțiile de acest
tip sunt ritmice (numite și unde pace-maker), caracteristice de exemplu
intestinului. Depolarizarea determinat ă de întindere faciliteaz ă apariția
potențialului de ac țiune pe fond de unde lente, determinând o reac ție de
contracție automat ă a organelor cavitare la întindere.
Mușchiul neted multiunitar se depolarizeaz ă de obicei sub ac țiunea
stimulilor nervo și, fără generarea unui poten țial de acțiune; se produce doar
o depolarizare local ă sub acțiunea mediatorului chimic nervos (poten țial
joncțional), care se propag ă electrotonic, producând contrac ția. Cea mai
mare parte a activit ății contractile a mu șchiului neted se pare c ă este inițiată
fără potențial de ac țiune, sub influen ța unor factori stimulatori care nu
acționează pe cale nervoas ă, ci direct asupra fi brei musculare, prin
mecanisme de cre ștere a calciului citosolic și de senzibilizare la calciu a
mecanismului contractil. Ace ști factori stimulatori su nt factori tisulari locali
și diferiți hormoni; mecanismul de ac țiune este inhibarea canalelor de
calciu, sau activarea canalelor de pota siu (efluxul de potasiu determinând
hiperpolarizare, cu sc ăderea excitabilit ății).

7.3.3. Mecanismul general al contrac ției mușchiului neted
Mecanismul contrac ției mușchiului neted este diferit comparativ cu
cel al mu șchiului striat. In timp ce mecanismul de cuplare excita ție-
contracție la mușchiul striat este dependent de actin ă, la mușchiul neted este
dependent de miozin ă. In mușchiul striat cre șterea calciului înl ătură inhibiția
exercitată de complexul troponin ă-tropomiozin ă asupra interac ției actină-
FIZIOLOGIE CELULARA
145miozină. In mușchiul neted în repaus miozina are afinitate sc ăzută pentru
actină; pentru a se produce contrac ția este necesar ă activarea miozinei prin
fosforilarea lan țului ușor al miozinei de c ătre o kinaz ă specifică, activată de
complexul calciu-calmodulin ă. Creșterea calciului citosolic se realizeaz ă în
special prin intrare din mediul extracelular, dar și prin eliberare din reticulul
sarcoplasmic. Canalele de Ca2+ sunt de dou ă categorii: receptor operate și
voltaj dependente. Se descrie un mecanism de eliberare a ionului de Ca2+ de
la nivelul reticulului sarcoplasmic, cu interven ția mai multor factori, printre
care un mesager secund, inoz itol 1, 4, 5, trifosfat (IP 3), care se cupleaz ă cu
receptori specifici din membrana reticular ă, determinând eliberarea calciului
sau facilitând efectul de eliberar e produs de calciul citosolic. IP 3 mai poate
fi generat și de stimuli ce ac ționează la nivel de sarcolem ă, prin intermediul
unor receptori cupla ți cu o protein ă G. Aceasta activeaz ă fosfolipaza C, cu
hidrolizarea fosfatidil inozitol bifosfatului (PIP 2) și formare de IP 3 și
diacilglicerol (DAG). Rela xarea se produce prin sc ăderea Ca2+ citosolic.
Acest proces se realizeaz ă prin implicarea pompei de Ca2+ plasmalemal ă,
pompei de Ca2+ reticulare, schimbului Na+/ Ca2+ plasmalemal.
7.3.4. Fluxurile de calciu în miocitul neted In celulele musculare nete de cuplarea dintre excita ție și contracție este
asigurată de creșteri ale concentra ției citosolice de calciu. La fel ca în alte
tipuri celulare, aceast ă concentra ție este în domeniul submicromolar în
repaus, fiind men ținută prin permeabilitatea extrem de redus ă a plasmalemei
pentru calciu, combinat ă cu activitatea mecanismelor de extruzie a calciului,
respectiv pompa de calciu plasmalemal ă și reticular ă și antiportul
sodiu/calciu. Toate sectoarele citosolice și veziculare con țin diverse proteine
ce leagă calciul, care pot avea importan ță deosebită în simpla tamponare sau
chiar modularea semnalelor de calc iu; unele sunt specializate pentru
transmiterea semnalului, ca în cazul calmodulinei. Calciul citosolic este crescut la nivele activatoare atât prin intrarea calciului din afar ă cât și prin
eliberarea sa din reticulul endoplasmic. Contrac ția mușchiului neted poate fi
tranzitorie (fazic ă) sau sus ținută (tonică). Aceasta din urm ă (menținerea
forței) necesit ă intrare de calciu; în absen ța calciului extracelular
componenta tonic ă a răspunsului contractil diminu ă până la dispari ție.
Căile de intrare a calciului sunt can ale ionice cu o mai mare sau mai
mic
ă selectivitate. Canalele de calciu pot fi clasificate dup ă principalul

FIZIOLOGIE CELULARA
146mecanism de control al kineticii deschiderii, în voltaj-operate și receptor-
operate. Dintre numeroasele tipuri de canale voltaj-opera te descrise, dou ă
sunt prezente în miocitele netede. Acestea sunt de tip T, f ără rol funcțional
bine stabilit, și de tip L, esen țiale pentru intrarea calciului activator în orice
circumstan țe ce presupun depolarizar e (fenomen care cre ște probabilitatea
lor de deschidere) și modulate prin numeroase alte mecanisme. Canalele de
tip L se deschid și ca răspuns la întinderea celulei musculare netede, ce se
însoțește de o depolarizare a membranei determinat ă de activarea unor
canale cationice neselective sensibile la întindere. Efectele multor agen ți
contractan ți și relaxan ți sunt înso țite și în diverse m ăsuri mediate de
modificări de poten țial membranar; depolarizare sau hiperpolarizare global ă.
Potențialul de ac țiune nu este în general necesar pentru contrac ția
mușchiului neted, dar sunt tipuri de miocite netede care utlizeaz ă și acest
fenomen membranar ca mecanism de ac tivare a influxului de calciu în
vederea răspunsului contractil.
Unii agen ți endogeni contractan ți activeaz ă canale de calciu operate de
receptori membranari. Acestea pot fi cuplate cu receptorii direct, prin proteine G, sau prin mesageri secunzi și fosforil ări proteice. Datele
acumulate pân
ă în prezent arat ă că în miocitul neted, înafar ă de canalele de
tip L, exist ă doar dou ă modalități de intrare a calciului influen țate de
activarea receptorilor membranari: can alele cationice neselective cuplate
direct cu receptorii și canalele de calciu activate de eliberarea din reticul.
Deci, o alt ă cale pentru influxul calciului, ce poate fi legat ă de activarea
receptorilor membranari cupla ți cu proteine G, este influxul capacitiv.
Acesta se produce în condi ții de scădere a rezervelor reticulare de calciu și
este mediat ă de canale membranare special e, numite canale operate de
rezerve, activate sub ac țiunea unui factor de influx al calciului eliberat din
reticul sau prin simpl ă cuplare conforma țională cu receptorii pentru inositol
trifosfat (IP 3) în stare activat ă.
Eliberarea de calciu din retic ulul endoplasmic este dependent ă de
calciul citosolic (elib erare de calciu indus ă de calciu), ca în mu șchiul striat,
dar predominant prin alt tip de canale reticulare, cu o important ă participare
a IP 3. Mulți agenți contractan ți determin ă activarea fosfolipazei C (PLC),
mediată pe calea receptor – protein ă G. PLC hidrolizeaz ă fosfatidil-inositol-
bifosfatul (PIP 2) plasmalemal, rezultând IP 3 și diacilglicerol (DAG). IP 3
determină eliberarea de calciu din reticul, prin ac țiune asupra receptorilor
FIZIOLOGIE CELULARA
147pentru IP 3, care sunt și canale de calciu. DAG activeaz ă protein kinaza C
(PKC), calciu-fosfolipid-dependent ă. In cele mai multe cazuri PKC are
efecte de favorizare a contrac ției, prin fosforilarea canalelor de tip L sau a
unor proteine care regleaz ă ciclarea pun ților acto-miozinice.
7.3.5. Cuplarea excita ție-contrac ție și mecanismul contrac ției
Interacțiunea actin ă-miozină este activat ă de creșterea calciului
citosolic printr-un mecanism dependent de filamentele groase. Miozina din
mușchiul neted are afinitate mic ă pentru actin ă în repaus, deci nu este
necesară inhibiția interac țiunii lor, contrar prezen ței și acțiunii inhibitorii a
complexului troponin ă-tropomiozin ă în mușchiul striat. Mai mult, miozina
trebuie activat ă pentru a interac ționa cu actina; lan țurile ușoare reglatorare
sunt fosforilate de o kinaz ă specifică (myosin light chain kinase; MLCK),
care este activat ă de complexul calciu-calmodulin ă. Interacțiunea actin ă-
miozină constă în ciclarea pun ților transversale, ce duce la alunecarea
reciprocă a filamentelor, ca în mu șchiul striat, dar cu multiple diferen
țe.
Filamentele de actin ă și miozină nu au dispunere sarcomeric ă. In locul
membranei Z filamentele de actin ă se leagă de structuri speciale numite
corpi den și. Contrac ția este sus ținută atâta timp cât prezen ța stimulului
menține intrarea calciului, dar aceasta este înso țită de valori sc ăzute
(apropiate de cele bazale dar mai mici decât cele necesare pentru
dezvoltarea for ței) pentru: calciul citosolic, activitatea MLCK și fosforilarea
MLC, ciclarea pun ților transversale. Contrac ția este sus ținută în asemenea
circumstan țe prin pun țile stabile actin ă-
miozină (fig. 75), ce rezult ă din caracte-
risticile kinetice al e ciclului de reac ție
(detașarea lentă a punților în care lan țul
ușor este defosforilat). Uneori fosforila-
rea lanțului ușor este men ținută la un
anumit nivel chiar în absen ță de stimuli
externi, rezultând tonus ul bazal intrinsec.

7.3.6. Mecanismele relax ării miocitelor netede
In contrast cu mu șchiul striat, unde relaxarea este doar rezultatul
repolarizării, în mu șchiul neted aceasta se produce și ca proces activ.
Relaxarea determinat ă de simpla încetare (diminuare) a ac țiunii stimulului A + M* AM*

A + M AM

Fig. 75. Pun țile stabile au rat ă mică
de rupere a leg ăturii A-M (M* =
miozina cu lan țul ușor fosforilat)

FIZIOLOGIE CELULARA
148contractil este rezultatul sc ăderii calciului citosolic sp re valorile de repaus,
în condi țiile stop ării (reducerii) afluxului și activității crescute a
mecanismelor de extruzie men ționate (acestea fiind dependente de
concentra ția calciului pe fa ța citosolic ă a membranelor). Indep ărtarea Ca++
din citosol și stimularea fosfatazei miozinice ini țiază și favorizeaz ă procesul
de relaxare a mu șchiului neted.
Agenții relaxan ți utilizeaz ă multiple mecanisme pentru sc ăderea
calciului citosolic, prin inhibarea mecan ismelor de influx / eliberare sau prin
activarea suplimentar ă a mecanismelor de extruzie. In aceste direc ții sunt
folosite mai ales dou ă căi: activarea canalelor de potasiu și creșterea
concentra ției de nucleotide ciclice. Efluxul de potasiu determin ă
hiperpolarizare, cu inhibarea Ca L. Nucleotidele ciclice activeaz ă kinazele
corespunz ătoare, cu multiple efecte ce favorizeaz ă relaxarea PKA activeaz ă
pompa de calciu plasmalemal ă și reduce intrarea de calciu și sensibilitatea la
calciu la nivelul miofilamentelor. Aici ac ționează și PKG, care stimuleaz ă
MLCP și contracareaz ă inhibiția GTP-dependent ă a acesteia, mediind
acțiunea cGMP, dar și a cAMP. PKG pare s ă determine relaxare mai ales
prin activarea pompei de calciu reticula re, dar numeroase alte mecanisme au
fost implicate: inhibarea canalelor de tip L direct și prin hiperpolarizare dat ă
de activarea canalelor de potasiu de pendente de calciu, inhibarea ROC,
stimularea antiportului Na/Ca, activar ea pompei de sodiu (ATP-aza Na/K),
inhibarea form ării și acțiunii IP 3.
7.3.7. Sensibilitatea interac țiunii actin ă-miozină la calciul citosolic
Opus față de mușchiul scheletic și mai mult decât în miocard, agen ții
contractan ți și relaxanți utilizeaz ă și mecanisme sensibilizante, respectiv
desensibilizate ale aparatului contractil fa ță de calciu. De și există numeroase
mecanisme ce modific ă sensibilitatea aparatului contractil fa ță de calciu,
factorul principal de care depinde stat usul contractil al miocitelor netede
rămâne concentra ția calciului în imediata vecin ătate a miofilamentelor.
Sensibilizarea la calciu a proteinelor contractile este semnalizat ă mai ales pe
calea RhoA/Rho-kinaza, prin inhibarea defosforil ării lanțului ușor de către
fosfataza lan țului ușor al miozinei (MLCP). Inafar ă de activarea calciu-
calmodulin-dependent ă a MLCK, fosforilar ea MLC este reglat ă de aceast ă
MLCP. Când este fosforilat ă subunitatea MLCP de le gare a miozinei se
inhibă activitatea enzimatic ă a MLCP, permi țând lanțului ușor al miozinei
FIZIOLOGIE CELULARA
149să rămână fosforilat, fapt ce favorizeaz ă contracția, având și efect calciu-
sensibilizant. MLCP, controlat ă de PKC, exercit ă un efect moderator al
contracției și accelereaz ă relaxarea.
RhoA este o protein ă G citosolic ă monomeric ă, ce activeaz ă Rho-
kinaza, o serin/treonin kinaz ă care fosforileaz ă subunitatea de legare a
MLCP, inhibând activitatea acesteia (fig. 76). RhoA poate fi activat ă în
urma acțiunii unor semnale extracelulare pe receptori membranari, cu
intervenția factorilor de schimb GTP/GDP, care faciliteaz ă activarea RhoA
și astfel regleaz ă durata și intensitatea semnaliz ării prin proteina G cuplat ă
cu receptorul. Activarea RhoA poate duce la inhibarea MLCP și în mod
separat de Rho-kinaz ă. In plus, activitatea MLCP este stimulat ă de telokin ă
(o protein ă de 16 KDa) și este inhibat ă d e P K C . E x i s t ă numeroase alte
mecanisme de influen țare a sensibilit ății interacțiunii actin ă față de nivelul
calciului citosolic în miocitul neted. De exemplu calciu-calmodulin-kinaza
II (CaMKII) favorizeaz ă relaxarea mu șchiului neted prin efect calciu-
desensibilizant la nivelul MLCK. Inafar ă de mecanismul contractil principal
Fig. 76. Cuplarea excita ție-contrac ție în mușchiul neted: NA = noradrenalina, An g
II = angiotensina II, ET1 = endotelin 1, IP 3 = inozitol-trifosfat, DG = diacilglicerol,
PKC = protein kinaza C, RhoGEF = factori de schimb nucleotidic pentru proteinele
Rho, CaM = calmodulina, MLC = lan țul ușor al miozinei, MLCP = MLC fosforilat,
MLCK = kinaza lan țului ușor al miozinei (dup ă Somlyo A.P.)

FIZIOLOGIE CELULARA
150(miozin-dependent) descris mai sus, în contrac ția mușchiului neted intervin
la nivelul miofilamentelor numeroase alte c ăi biochimice accesorii și/sau
reglatoare, din care unele sunt actin-dep endente, cu implicarea unor proteine
specializate ce leag ă actina, cum sunt caldesmonul și calponina.

7.3.8. Particularit ăți și implicații funcționale
Proprietăți ale mușchilor netezi cu implica ții funcționale în adaptarea
viscerelor cavitare la ac țiunile motorii necesare activit ății lor sunt:
capacitatea de a fi stimula ți prin întindere, prin declan șarea unor mecanisme
spontane (organele cavitare se evacueaz ă prin con ținut excesiv), și
plasticitatea. Aceasta este o proprietate foarte important ă, prezent ă la
organele cavitare (vezica urinar ă, stomac), ce const ă în adaptarea tonusului
la conținut. In acest mod volumul con ținutului cre ște, în timp ce presiunea
intracavitar ă nu se modific ă. Relaxarea prin întindere ( stress relaxation ) este
capacitatea de modificare a di ametrului longitudinal, f ără schimbări
importante de tensiune, ce se explic ă prin rearanjarea filamentelor de actin ă
și miozină, în func ție de gradul de tensionare. Func ția contractil ă a
miocitelor netede din structuri de tip pa rietal este de a controla tensiunea
mecanică parietală și volumul cavitar, cu implica ții fiziologice diverse
legate de localiz ările menționate, cum ar fi reglarea presiunii arteriale și a
debitului sanguin local, amestecarea și propulsia con ținutului digestiv.
Mușchiul neted se caracterizeaz ă prin realizarea unei mari economii
de energie (fapt important pentru bilan țul energetic global din organism),
deoarece organele interne trebuie s ă mențină o contrac ție tonică, bazală,
permanent ă. Pentru a men ține o tensiune de contrac ție egală cu cea a
mușchiului scheletic, mu șchiul neted are nevoie de numai 1/10 – 1/300 din
energia consumat ă de mușchiul striat. Aceasta se datoreaz ă ritmului lent al
ciclului de ata șare-desprindere al pun ților transversale și faptului c ă pentru
fiecare ciclu se consum ă numai câte o singur ă moleculă de ATP (indiferent
de durata ciclului).
Mușchiul neted are o perioad ă de latență mai mare necesar ă inițierii
unei contrac ții decât mu șchiul striat, iar timpul total de contrac ție este de 30
de ori mai mare decât durata medie de contrac ție a mușchiului scheletic (cu
diferențe și în funcție de tipul de mu șchi luat în discu ție). Acest lucru este
posibil din cauza faptului c ă procesul de ata șare-detașare a pun ților
transversale se desf ășoară lent, iar concentra ția ionului de calciu necesar ă
FIZIOLOGIE CELULARA
151declanșării contrac ției se atinge mai greu decât la mu șchiul scheletic. Cu
toate acestea, for ța maximă de contrac ție a mușchiului neted pe unitatea de
suprafață de secțiune este similar ă.
O altă diferență este capacitatea mu șchiului neted de a se scurta fa ță
de lungimea de repaus, cu un procent mai mare decât mu șchiul scheletic,
păstrând aceea și forță de contrac ție, fapt important pentru îndeplinirea
rolurilor specifice organelor cavitare (distan ța utilă de contrac ție la mușchiul
striat este 1/3 din lungimea sa de repaus, în timp ce la mu șchiul neted
contracția își păstrează eficiența atunci când acesta se scurteaz ă cu 2/3 din
lungimea sa de repaus. Alt ă caracteristic ă este că odată ce s-a atins maximul
contracției, gradul de stimulare poate fi redus la valori cu mult mai mici,
decat nivelul ini țial (energia necesar ă pentru continuarea contrac ției este
foarte mic ă față de mușchiul striat).

FIZIOLOGIA SANGELUI

1528. Introducere în fiziologia sângelui
Sângele este un lichid complex, perm anent circulat în organism în
cadrul sistemului cardiovascular. Sângele este compus din plasm ă și
“elemente figurate”, adic ă celule: hematii (“globule ro șii”, eritrocite),
leucocite (“globule albe”), plachete sanguine (trombocite). In ansamblul
organismului uman sângele este implicat într-o multitudine de func ții, care
pot fi rezumate astfel. Sângele este un factor pasiv esen țial în asigurarea
condițiilor de via ță pentru celule și un factor activ în ap ărarea împotriva
microorganismelor și în hemostaz ă (ansamblul mecanismelor de limitare a
pierderilor de sânge).
Viața celulelor depinde permanent de asigurarea unui mediu extra-
celular cu o compozi ție chimic ă adecvată și care să permită schimburile de
substanță obligatorii pentru sus ținerea metabolismului și funcțiilor celulare
(vezi cap. 1). Existen ța acestui “mediu intern” este posibil ă numai datorit ă
circulației sângelui și schimbului de substan țe dintre sânge și fiecare țesut
(prin peretele capilarelor sanguine), precum și datorită modului particular în
care vasele limfatice intervin în controlul volumului și compozi ției proteice
a lichidului intersti țial. De aceea pentru studiul fi ziologiei sângelui, acesta
trebuie întâi plasat corect în cadrul compartimentelor hidrice din organism.
8.1. Compartimentele hidr ice ale organismului
Apa este o component ă majoră
a organismului uman, reprezentând
~60% din greutatea corporal ă la bărbații adulți (cu varia ții legate de vârst ă și
de ponderea țesutului adipos). Din aceast ă cantitate total ă ~2/3 se g ăsește în
celule (lichid sau compartiment intracelular), iar restul de ~1/3 în diverse spații extracelulare. Endoteliul vascular separ ă lichidul extracelular circulant
din sistemul cardiovasc ular (plasma sângelui și limfei, ~1/4 din volumul
total extracelular) de restul lichidului extracelular (lichidul intersti țial, ~3/4
din volumul total extracel ular). La aceste compar timente majore se adaug ă
un mic volum de „lichide transcelulare”, care se g ăsesc în anumite spa ții
delimitate de structuri epiteliale (de exemplu lichidul pleural). Lichidul interstițial, limfa și plasma au o compozi ție foarte apropiat ă
1 (cu excep ția

1 Celulele din corpul uman func ționează într-un mediu care în majoritatea cazurilor este
asemănător de la un organ la altul privind ionii majori, osmolaritatea, etc. Exist ă însă și
diferențe extreme, dictate de necesit ăți funcționale, cum este cazul celulelor de la vârful
piramidelor renale, care suport ă permanent o osmolaritate foarte mare.
FIZIOLOGIA SANGELUI

153conținutului proteic superior al plasmei și variabil al limfei) și reprezint ă,
împreună cu lichidele transcelulare ceea ce denumim de fapt mediu intern.
Celulele care vin în contact cu mediul extern în mod obi șnuit sunt celule
epiteliale protejate la suprafa ța de contact respectiv ă, fie prin bariere
mecanice cu caractere deosebite (cum este cazul epidermului), fie prin pelicule de lichid cu compozi ție și proprietăți speciale (de tip mucus sau alte
variante de lichid protector); ac este lichide sunt produse de secre ție exocrin ă
care, deși asigură un mediu de via ță adecvat pentru celulele respective la
polul lor apical, nu sunt considerate ca parte din mediul intern. In mod
evident con ținutul lichidian di n viscere cavitare și din canale secretorii, ca și
cel din tubii uriniferi și din căile urinare nu face parte din mediul intern.
8.2. Rolul sângelui în sus ținerea func țiilor de nutri ție
Sângele este componenta pasiv ă a sistemului hemodinamic și astfel
participă direct la func ția circulatorie sub toate as pectele sale, inclusiv la
asigurarea unei hemodinamici corespunz ătoare prin însu și volumul de sânge
circulant (volemie). In acela și context, al rolului de lichid circulant, sângele
susține celelalte func ții de nutri ție la nivelul organism ului, participând la:
– respirație, prin capacitatea crescut ă de transport pentru O
2 și CO 2,
precum și prin mecanismele ce asigur ă schimbul de gaze re spiratorii la nivel
pulmonar și tisular;
– digestie, prin absorb ția nutrimentelor prin peretele tubului digestiv și
distribuția lor în toate țesuturile;
– excreție, prin îndep ărtarea din țesut a produ șilor finali de catabolism
și a altor substan țe cu tendin ță de acumulare tisular ă, asigurând transportul
acestora la organele specializate pentru mecanisme excretorii.
Un alt set de implica ții fiziologice pasive ale sângelui se refer ă tot la
asigurarea compozi ției adecvate a lichidului extr acelular, dar nu în sensul
susținerii directe a metabolismului celula r, ci în sensul homeostaziei hidro-
electrolitice și a celei acido-bazice (vezi cap. “Fiziologia excre ției”) precum
și al termoregl ării (vezi cap. respectiv). Prin transportul unei variet ăți de
substanțe bioactive de la locul de secre ție (sau formare extracelular ă) la
celulele țintă2 sângele este elementul pasiv care intervine în diversele func ții
de reglare umoral ă pe care asemena substan țe le îndeplinesc.

2 Sângele asigur ă și accesul medicamentelor la celule (cu excep ția aplicării locale), precum
și îndepărtarea lor, ca și a unor substan țe străine pătrunse accidental în mediul intern.

FIZIOLOGIA SANGELUI

154Funcția de apărare împotriva microorganismelor ( și a altor structuri
microscopice str ăine) se realizeaz ă prin prezen ța în compozi ția sângelui a
elementelor figurate specializate (leucocite) precum și a unor proteine
specifice (anticorpi). O a doua func ție activă, specială a sângelui este de
limitare a pierderilor de sânge (hemostaz ă) care pot s ă apară prin lezarea
peretelui vascular.
8.3. Propriet ăți fizico-chimice ale sângelui
Culoarea ro șie a sângelui este conferit ă de prezen ța hemoglobinei la
nivelul hematiilor; mai precis, de starea sa chimic ă. Legarea oxigenului de
hemoglobin ă conduce la formarea unui compus labil numit oxihemoglobin ă
care confer ă culoarea ro șu aprins a sângelui arteri al. Sângele venos, unde
cantitatea de oxigen legat ă de hemoglobin ă este mic ă, are o culoare ro șu
închis. Deci diferen țele de satura ție în oxigen a hemo-globinei explic ă
diferențele de culoare ale sângelui.
Densitatea sângelui, foarte apropiat ă de a apei, este determinat ă de
concentra ția diverselor substan țe solvite în plasm ă (proteine, lipide, etc.),
precum și de num ărul elementelor figurate. Valoarea normal ă a acestui
parametru este de 1061 g/l la b ărbați
și 1057 g/l la femei.
Temperatura sângelui la om variaz ă în general între 37,70 C și 380 C,
cu un maxim de 400 C înregistrat la nivelul hilului hepatic și un minimum de
360 C la nivel pulmonar și în scrot. Diferen țele de temperatur ă a sângelui
între sectoare stau la baza fenomenului de termoreglare prin care excesul de
căldură produs de c ătre țesuturile active
este transportat c ătre periferie.
Vâscozitatea sângelui este dat ă în
special de num ărul de elemente figurate
(fig. 77). Valoarea vâscozit ății condițio-
nează rezistența periferic ă și ca urmare
presiunea arterial ă. Cu cât vâscozitatea
este mai mare, cu atât viteza de curgere a sângelui este mai mic ă, ușurând schim-
burile prin peretele capilarelor. La viteze foarte mici interac țiunile dintre celule și
dintre acestea și proteine duc la valori
mai mari ale vâscozit ăți aparente. Dac ă
Fig. 77. Influen ța hematocritului
asupra vâscozit ății relative a sângelui
FIZIOLOGIA SANGELUI

155viteza de curgere este foarte sc ăzută se pot produce fenomene de agregare a
celulelor, crescând mult vâscozitatea. Valorile normale ale vâscozit ății
relative (fa ță de a apei) sunt de ~ 1,8 pentru plasma sanguin ă (variabil dup ă
compoziția proteic ă) și de ~4,6 pentru sânge le integral, unde num ărul de
celule are efect determinant.
pH-ul plasmei este de 7,4 cu varia ții între 7,30 și 7,42, iar pH-ul
intracelular este cuprins între 7,0 – 7,2. Men ținerea în limite normale a pH-
ului are importan ță deosebit ă pentru desf ășurarea proceselor vitale, cu
mențiunea că pH-ul lichidului intersti țial poate s ă varieze destul de mult de
la o regiune la alta, în func ție de particularit ățile funcționale și de statusul
metabolic și de oxigenare (un grad de aci difiere tranzitorie intra-celular ă și
chiar local ă nu este un fenomen neobi șnuit).
In condiții normale presiunea osmotic ă a plasmei este determinat ă în
primul rând de concentra ția plasmatic ă a sodiului; valoarea normal ă a
osmolarit ății plasmatice este ~285 mOsm /l. Presiunea coloid osmotic ă sau
oncotică reprezint ă presiunea conferit ă de proteinele din plasm ă, în special
albumina (vezi mai jos). Valoarea normal ă este 25-28 mm Hg. Presiunea
osmotică și cea coloidosmotic ă sunt factori importan ți ce determin ă
transferul de ap ă și electroli ți între spa țiile lichidiene, deci factori esen țiali
pentru distribu ția apei între compartimentele hidrice ale organismului și
pentru homeostazia hidro-electrolitic ă.
Volumul sanguin (volemia) este de aproximativ 70 ml/kgc, ceea ce
reprezintă la un adult normal un total de aproximativ 5 l. Volemia este cu
~10% mai mare la b ărbați în compara ție cu femeile. In condi ții fiziologice,
volumul de sânge circulant poate cre ște în cursul efortului fizic, la
altitudine, în sarcin ă. Ca mecanism aceste cre șteri se realizeaz ă fie prin
creșterea efectiv ă a volumului sanguin total, fie prin redistribuirea sângelui
între diverse sectoare. In repaus, aproximativ ½ din volumul sanguin total se
găsește cantonat la nivelul viscerelor și a plexurilor papilare, neparticipând
efectiv la schimburile gazoase și constituind volumul sanguin de rezerv ă.
8.4. Alcătuirea general ă a sângelui
Sângele este compus din celule (elemente figurate) care se g ăsesc într-
un mediu apos complex numit plasm ă. Plasma poate fi separat ă din sânge
după ce acesta a fost am estecat cu un anticoagulant. Prin centrifugare
amestecul respectiv se separ ă în supernatant (~55%), reprezentat de plasm ă
,

FIZIOLOGIA SANGELUI

156și sediment (~45%), reprezentat de
elementele figurate. Doar 1% din acest volum este ocupat de leucocite și
plachete, restul fii nd ocupat de hematii
(fig. 78). Hematocritul este definit ca raportul dintre volumul de elemente figurate și cel de sânge în care se g ăsesc.
Valorile normale ale hematocritului variază între 42% (la femei) și 46,5% (la
bărbați). Cei mai utiliza ți anticoagulan ți
sunt heparina (complex de mucopoli-zaharide sulfatate, care se g ăsește în mod normal în pl ămân și în mucoasa
intestinală, și care inhib ă enzimele ce induc coagularea) și agenții chelatori
de calciu, cum ar fi citratul de s odiu sau EDTA (acidul etilen-diamino-
tetraacetic). In absen ța anticoagulantului sângele coaguleaz ă, adică își pierde
fluiditatea. De fapt el se separ ă în cheag (care re ține elementele figurate) și o
fracție fluidă numită ser sanguin. Serul difer ă de plasm ă prin faptul c ă-i
lipsește fibrinogenul (transformat în re țea de fibrin ă în ochiurile c ăreia se
dispun elementele figurate), protrombina și alți factori ai coagul ării.
8.5. Compozi ția chimic ă a plasmei sanguine
Plasma este o solu ț
ie apoasă în
care sunt dizolvate variate substan țe,
atât anorganice (electroli ți, tab. 5), cât
și organice: proteine, lipide, glucide
(în special, glucoz ă), hormoni, produ și
de catabolism (uree, acid uric), etc. Ionii cu concentra ții mari (în special cei de sodiu) determin ă practic
osmolaritatea plasmatic ă (280 – 300 mOsm/l). Constituien ții ionici men țin în
limite fiziologice pH-ul plasmatic
3.
Substanțele organice prezente în plasm ă sunt obi șnuit clasificate în
proteine plasmatice și substanțe neproteice (tab. 6). Plasma are o culoare
galben pai, dat ă de prezen ța bilirubinei. Aspectul este clar înaintea ingestiei

3 Logaritmul cu semn schimbat a concentra ției ionilor de hidrogen
Fig. 78. Determinarea hematocritului
Tab. 5: Compozi ția ionică a plasmei
Cationi (mEq/l) Anioni (mEq/l)
Na+ = 135 – 145 Cl- = 95 – 107
K+ = 3,5 – 5 HCO 3- = 22 – 26
Ca++ = 2,2 – 2,5 H 2PO 4- = 2
Mg++ = 1,5 – 2 HSO 4- = 1
FIZIOLOGIA SANGELUI

157alimentare, dar devine opalescent dup ă un prânz bogat în lipide, datorit ă
prezenței trigliceridelor, sub form ă de particule numite chilomicroni.
Tab. 6. Compozi ția organic ă a plasmei
Proteică Neproteic ă
Globuline 2,2 – 4 g/dl Glucoz ă 70 – 110 mg/dl
Haptoglobin ă 50 – 100 mg/dl Acid uric 4,1 – 8,5 mg/dl
Feritină 15 – 300 μg/dl Fier 50 – 150 μg/dl
Albumină 3,4 – 5 g/dl Colesterol 140 – 250 mg/dl
Transferin ă 250 mg/dl Uree 6 – 23 mg/dl
Ceruloplasmin ă 25 – 45 mg/dl Creatinin ă 0,7 – 1,4 mg/dl

Substanțele neproteice din plasm ă
Ureea rezultă în urma transform ării amoniacului (toxic) prin procesul
de dezaminare; se elimin ă pe cale renal ă; concentra ția plasmatic ă normală
de uree este de 0,2 – 0,4 g/l.
Acidul uric este un produs de catabolism al bazelor purinice; se
elimină pe cale renal ă și intestinal ă; concentra ția plasmatic ă este 2 – 5 mg/dl.
Glucoza este un component important al plasmei sanguine; men ținerea
constantă a glicemiei (concentra ția plasmatic ă a glucozei) fiind rezultatul
echilibrului realizat pe de o parte, între aportul alimentar și producere de
glucoză (glicogenoliza hepatic ă și gluconeogenez ă) și consumul tisular de
glucoză (glicogenoliz ă). Principalul factor hipogli cemiant din organism este
reprezentat de insulin ă, iar glucagonul, mineraloco rticoizii, hormonul de
creștere și adrenalina exercit ă efecte hiperglicemiante. Concentra ția
plasmatic ă normală a glucozei este 0,8 – 1,1 g/l. Cre șterea concentra ției
glucozei peste valorile men ționate se nume ște hiperglicemie și este
caracteristic ă diabetului zaharat. Hipoglicemia reprezint ă scăderea glucozei
plasmatice sub valorile normale și poate să apară după eforturi musculare
exagerate, post sau subnutri ție prelungit ă.
Corpii cetonici sunt produ și intermediari ai metabolismului glucidic
(acid acetilacetic și acid β-oxibutiric); apar în plasm ă ca urmare a
catabolismului lipidic exagerat în formele grave de diabet zaharat.
Colesterolul prezent în plasm ă este exogen (provenit din alimenta ție)
sau endogen (produs la nivel hepati c din acetilcoenzima A). Concentra ția
pasmatică normală este cuprins ă între 180 – 200 mg/dl; con ținutul în
colesterol al plasmei depinde de ingestia zilnic ă de lipide precum și de
concentra ția hormonilor tiroidieni și gonadali din sânge. Colesterolul este
utilizat în principal la sinteza acidului colic, în vederea sintezei s ărurilor

FIZIOLOGIA SANGELUI

158
Fig. 79. Electroforeza proteinelor din
serul sanguin normal (proteinograma) Tab. 7. Compozi ția proteic ă a plasmei
proteinograma g/dl %
proteine totale 6 – 8 100
albumine 4,5 – 5,7 55 – 70
globuline 1,46 – 2,54 30 – 45
α1 3 – 7
α2 7 – 10
β 9 – 17
γ 12 – 20
fibrinogen 0,2 – 0,4
(raport albumine/globuline = 1,5 – 2,5) biliare (vezi cap. “Secre ția biliară”); o mic ă parte este utilizat la formarea
hormonilor corticosuprarenalieni și gonadali.
Trigliceridele sunt principalii constituien ți ai chilomicronilor; provin
din alimenta ție sau din transformarea glucidelor și proteinelor în acetil-CoA.
Concentra ția trigliceridelor în plasm ă este 125 – 150 mg/dl.
Fosfolipidele sunt reprezentate de lecitine, cefaline și sfingomieline;
au rol în formarea și transportul lipoprot einelor. Concentra ția plasmatic ă
este de aproximativ 280 mg/dl.

8.6. Proteinele plasmatice In plasm ă sunt dizolvate diferite proteine (concentra ție totală de
aproximativ 7 g/dl). Studiul proteinelor aduce informa ții importante despre
procesele fiziologice și patologice din organism. Distribu ția proteinelor
plasmatice se face prin schimburi între plasm ă și lichidul intersti țial.
Proteinele plasmatice nu circul ă numai intravascular; mai lent, acestea
traverseaz ă peretele capilar c ătre lichidul intersti țial și ajung înapoi în
plasmă pe cale limfatic ă. In plasm ă se găsesc: albumin ă sintetizat ă la nivel
hepatic, componente ale sistemului co mplement secretate de macrofage,
apoproteine sintetizate de c ătre celulele intestinale, precum și proteine
implicate în hemostaz ă sintetizate la nivelul celulelor endoteliale. In func ție
de dimensiuni (masa molecular ă), proteinele plasma tice sunt clasificate
conform separ ării lor prin electroforez ă (fig. 79, tab. 7)
8.6.1. Albumina plasmatic ă
Cea mai mare parte dintre proteine le plasmatice sunt de provenien ță
hepatică. Excepția majoră este reprezentat ă de imunoglobuline, care sunt
FIZIOLOGIA SANGELUI

159fabricate de c ătre limfocitele B activate4. Albumina este una din proteinele
sintetizate la nivel hepatic în cantitate mare și special pentru a intra în
compoziția plasmei, ea reprezentând 60% di n totalul proteinelor plasmatice.
Presiunea oncotic ă scăzută, precum și creșterea concentra ției aminoacizilor
din plasm ă (ca urmare a ingestiei alimentare bogat ă în proteine) stimuleaz ă
hepatocitele s ă sintetizeze albumin ă. In inflama ție substan țele secretate de
monocite, în special in terleukina 1, stimuleaz ă sinteza unor proteine plasma-
tice, dar este diminuat ă sinteza de albumin ă;
Albumina este distribuit ă 2/5 în spa țiul intravascular și 3/5 în cel
extravascular. La un individ normal, de 70 kg, zilnic se produc 14 – 17 g de albumină. Acțiunea biologic ă a albuminei este de aproximativ 19 zile;
catabolismul albuminei difer ă fundamental de catabolismul altor proteine
deoarece albumina este singura protein ă plasmatic ă care nu are structur ă
glicoproteic ă. Albumina traverseaz ă endoteliul capilar și ajunge în spa țiul
extracelular prin transcitoz ă mediată de receptor. Macrofagele preiau
albumina prin pinocitoz ă și este degradat ă lizozomal pân ă în stadiul de
aminoacizi, care vor fi disponibili si ntezei proteice în macrofage. Numai
10% din albumin ă se pierde prin tractul digestiv, unde este scindat ă
enzimatic pân
ă la stadiul de aminoacizi , care vor fi reabsorbi ți.
Albumina este principala protein ă din plasm ă responsabil ă de
menținerea presiunii onco tice, care guverneaz ă trecerea apei și a soluțiilor
difuzibile prin peretele capilarelor. Când concentra ția albuminei scade mult
sub valorile normale, se acumuleaz ă un exces de lichid extracelular în spa ții
extra-vasculare, producând edemul. Albumina asigur ă transportul acizilor
grași din plasm ă, al bilirubinei c ătre fagocitele mononucleare și către ficat,
al medicamentelor. Ea este și transportor secunda r pentru tiroxin ă, cortisol și
hem, când capacitatea pr oteinelor lor specifice de transport este dep ășită.
8.6.2. Proteine plasmatice specia lizate pentru transport

4 Expunerea repetat ă la un antigen stimuleaz ă puternic sinteza de imunoglobuline ca urmare
a cooperării dintre mai multe tipuri de limfocite (vezi cap. 5.6.).

FIZIOLOGIA SANGELUI

160Inafara albuminei, principala protein ă transportoare, în plasm ă se mai
găsesc următoarele proteine transportoare cu implica ții funcționale majore5:
transferina, haptoglobina, hemopexina, ceruloplasmina.
Transferina este o protein ă care transport ă fierul (necesar sintezei de
hemoglobin ă) prin plasm ă până la nivelul m ăduvei hematogene. Fiecare
moleculă de transferin ă poate transporta 2 atomi de fier. Concentra ția
plasmatic ă de transferin ă este de 250 mg/dl. Transferina este distribuit ă în
raport de 60/40 între spa țiul extravascular și intravascular. Timpul s ău de
acțiune este de 10 zile.
Haptoglobina formeaz ă complexe cu dimerii de hemoglobin ă. In
momentul în care hematiile îmb ătrânite sunt lizate, hemoglobina este
eliberată în plasm ă unde este scindat ă în dimeri αβ. O molecul ă de
haptoglobin ă se combin ă cu doi dimeri (adic ă, cu echivalentul unei singure
molecule de hemoglobin ă). Complexul hemoglobin ă-haptoglobin ă ajunge la
ficat, străbate membrana hepatocitar ă și sunt elibera ți dimerii care sunt
distruși de lizozomi. Deci, func ția haptoglobinei este de a conserva fierul în
organism, transportându-l la ficat și prevenind eliminarea lui prin urin ă în
procesul de excre ție a dimerilor. Concentra ția normal ă de haptoglobin ă
plasmatic ă este de 40-180 mg/dl.
Hemoglobina din plasm ă, rezultat ă din eritrocitele lizate, nu este
scindată numai în dimeri ci și în hem oxidat (methem) și lanțuri de globin ă.
Hemopexina leag ă methemul formând complexul methem-hemopexin ă care
este transportat la ficat și catabolizat la acest nivel. Concentra ția normal ă de
hemopexin ă este 50-100 mg/dl. In condi ții de hemoliz ă intravascular ă
accentuat ă se formeaz ă o mare cantitate de methem, care dep ășește
capacitatea de legare a hemopexinei. Methemul se va lega de albumin ă,
formând methemalbumina (albumina func ționează ca o protein ă de stocare a
hemului circulant). Când este produs ă o nouă moleculă de hemopexin ă,
methemalbumina îi cedeaz ă hemul pe care-l va transporta la ficat.
Ceruloplasmina este protein ă care transport ă cuprul. Un alt rol al
ceruloplasminei este acela de scav enger de radicali superoxid genera ți de
leucocite în procese inflamatorii. De asemenea, ceruloplasmina func ționează
ca o peroxidaz ă catalizând conversia fierului feros în fier feric, reac ție care

5 Informații conexe sunt prezentate în alte capitole: “Absorb ția fierului”, “Catabolismul
hemoglobinei”, “Pigmen ții biliari”. Anumite proteine cu mare specificitate de legare sunt
descrise în capitole referitoare la substan țele transportate (de ex. “Hormonii tiroidieni”).
FIZIOLOGIA SANGELUI

161are loc înainte ca transferina s ă preia fierul și să-l transporte prin plasm ă.
Concentra ția plasmatic ă este 30 mg/dl. Estrogenii reac ționează cu receptorii
steroizi de pe hepatocite și stimuleaz ă sinteza de ceruloplasmin ă; nivelele
cresc în sarcin ă sau în tratamentul cu contraceptive orale ce con țin estrogen.
8.6.3. Proteinele de faz ă acută
In cazul leziunilor tisulare și a inflama țiilor locale are loc secre ția de
către macrofage a interleukinei 1 și a factorului de necroz ă tumoral cu
inducerea unui r ăspuns sistemic de faz ă acută. In mod obi șnuit acest r ăspuns
include febr ă, creșterea secre ției unor hormoni, sc ăderea sintezei de
albumină și creșterea sintezei de proteine de faz ă acută.
Aceste proteine sunt reprezen tate de proteina C reactiv ă, fibrinogenul,
proteina amiloid A seric ă, factori hemostatici, factorul von Willebrand,
componentele C
3 și B ale complementului, haptoglobina, ceruloplasmina și
inhibitori proteazici (inhibitorul α1 proteazic, α1-antichimotripsina, α2-
antiplasmina). Proteina C reactiv ă se leagă de membrana celulelor lezate,
activând calea clasic ă a complementului; aceast ă proteină plasmatic ă este
determinat ă în practica medical ă fiind considerat ă un marker suplimentar în
reacțiile de apărare a organismului fa ță de agresiunile bacteriene.
8.6.4. Sistemele proteolitice și inhibitorii proteazici din plasm ă
Sistemele proteolitice plasmatice sunt reprezentate de: sistemul
complement; sistemul kininic, sistemul de coagulare sanguin și sistemul
fibrinolitic. Inhibitorii pr oteazici din plasma sanguin ă aparțin familiei de
proteine numite serpine, mai importan ți fiind α
1-antitripsina și α2-
macroglobulina.
Inhibitorul α1 proteazic ( α1-antitripsina) este prezent în plasm ă în
concentra ții mari (250 mg/dl); func ția sa specific ă este de a inhiba eliberarea
de elastaz ă și catepsin ă G prin stimularea neutrofilelor în r ăspunsul
inflamator. Func ționează și ca inhibitor major a dou ă enzime implicate în
procesul de coagulare: factorul XI activat și proteina G activat ă.
α2-macroglobulina este un alt inhib itor proteazic major din plasm ă
(250 mg/dl). α2-macroglobulina este un inhibitor al plasminei; ea ac ționează
atunci când capacitatea inhibitoru lui principal, inhibitorul α2-plasminic, este
depășită. Se găsește la suprafa ța celulelor endoteliale vasculare și servește

FIZIOLOGIA SANGELUI

162ca protector a suprafe ței endoteliale de ac țiunea enzimelor proteazice
serinice. Al ți inhibitori proteazici plasmatici sunt prezenta ți mai jos (tab. 8).

Tab. 8. Inhibitori proteazici plasmatici
Inhibitor proteazic Concentra ție plasmatic ă Inhibitor al
α1 antichimotripsina 50 mg/dl catepsinei G leucocitare
antitrombina III 15 mg/dl trombinei, factorului IXa, Xa
inhibitor C 1 18 mg/dl kalicreinei
inhibitor α2 plasminic 7 mg/dl plasminei

8.6.5. Viteza de sediment are a hematiilor
Determinarea ratei de sedimentare natural ă a hematiilor (VSH) într-o
coloană de sânge în prezen ță de anticoagulant (citrat de sodiu 3,8%) este o
metodă care aduce informa ții asupra compozi ției proteice a plasmei.
Eritrocitele vor sedimenta lent, p ărăsind plasma, care apare ca o coloan ă
clară deasupra lor. Se disting trei faze ce au loc în cursul sediment ării:
– faza ini țială, caracterizat ă prin cre șterea treptat ă a vitezei de
sedimentare, pe m ăsură ce hematiile se dispun în fi șicuri sau rulouri;
– faza de decantare, caracterizat ă prin viteza maxim ă de sedimentare
datorită depunerii rapide a rulourilor formate;
– faza de coborâre lent ă, caracterizat ă prin viteza lent ă de sedimentare,
pe măsură ce se depun și hematiile neagregate.
Formarea și dimensiunea agregatelor eritrocitare depinde de prezen ța
unor proteine plasmatice cum ar fi: fibrinogen, α2-globulinele, imuno-
globulinele. Cre șterea concentra ției plasmatice a acestor proteine determin ă
formarea de agregate eritrocitare mari care vor sedimenta mai repede decât
o singură hematie (deci, cre ște viteza de sedimentare). Alte proteine
plasmatice, cum ar fi albumina, inhib ă formarea de rulouri prin cre șterea
forței de respingere dintre hematii.
VSH variaz ă în funcție de sex, vârst ă și condiția fiziologic ă (tab. 9).
Mai mare la femei decât la b ărbați,
VSH crește suplimentar în cursul
menstruației și sarcinii. Patologic,
VSH cre ște în infec ții, fiind un
marker important pentru evolu ția
procesului inflamator.
Tab. 9. Viteza sediment ării hematiilor
valori normale mm la 1 h mm la 2 h
bărbați 2-7 7-15
femei 4-9 12-17
sarcină 35
nou-născuți 0,5
sugari 9-12
FIZIOLOGIA SANGELUI

163
Fig. 4. Hematopoeza 9. Hematopoeza
Toate elementele figurat e provin dintr-o singur ă clasă de celule
primitive numite celule stem pluripot ente (fig. 80). Hematopoeza are loc
încă din viața intrauterin ă, mai întâi în ficat și splină și apoi în m ăduva
hematogen ă (din a 20-a s ăptămână a vieții embrionare). C ătre sfârșitul vieții
fetale hematopoeza se realizeaz ă predominant în m ăduva hematogen ă și mai
puțin la nivel hepatic și splenic, iar dup ă naștere elementele figurate sunt
produse numai în m ăduva hematogen ă, cu excep ția limfocitelor, care se
maturează și prolifereaz ă înafara m ăduvei hematogene (în timus și țesuturile
limfoide periferice). La copii, m ăduva hematogen ă activă hematopoetic se
găsește în oasele late (oase cran iene, coaste, stern, vertebre și pelvis),
precum și în epifizele oaselor lungi, iar la adult în oasele late și epifizele
proximale ale femurului și humerusului.

FIZIOLOGIA SANGELUI

164Eritrocitele, neutrofile , eozinofilele, monocitele și plachetele sanguine
(trombocitele) au o via ță limitată; o parte din aceste elemente figurate
trebuie înlocuite zilnic. In plus, m ăduva hematogen ă trebuie s ă răspundă
intermitent la cererile crescute pentru produc ția anumitor celule (de exemplu
granulocite în caz de infec ții sau eritrocite în caz de hemoragii).
9.1. Celula stem și celulele progenitoare
Fig. 80. Hematopoeza
FIZIOLOGIA SANGELUI

165
Fig. 81. Dezvoltarea și maturarea elementelor figurate
SP – celule stem pluripotente
SM – celula stem mieloid ă orientată
SL – celula stem limfoid ă orientată Celulele stem hematopoetice au dou ă proprietăți funcționale de baz ă:
formarea de noi celule stem prin diviziune celular ă și capacitatea lor de
diferențiere spre o celul ă sanguină specializat ă matură. Tesuturile specifice
de suport din m ăduva hematogen ă permit cre șterea și diferențierea celulelor
stem, realizând un “micromediu hematopoetic” unde ac ționează factorii de
creștere hematopoetici. Celula stem se diferen țiază, devine celul ă stem
“orientată” pentru producerea de una sau ma i multe linii celulare (fig. 81).
Tansformarea implic ă participarea factorilor inductivi extracelulari, cum ar
fi factorul de cre ștere hematopoetic sau mol eculele de la suprafa ța celulei.
Aceștia determin ă în micromediul hematopoetic modific ări în interiorul
celulei stem ce au drept consecin ță “orientarea” sa; probabilitatea de
diferențiere crește cu fiecare diviziune a celulei stem.
Se descriu trei tipuri de celule stem diferite func țional: celula stem
pluripotent ă; celula stem mieloid ă (din care rezult ă eritrocite, toate tipurile
de granulocite, monocite și trombocite) și celula stem limfoid ă. Cu cât
procesul de “orientare” progreseaz ă, capacitatea celulelor stem de a se înnoi
diminuă până la dispari ție, transformându-se în celule progenitoare. Celulele
progenitoare au capacitatea de a da na ștere la colonii de celule diferen țiate.

FIZIOLOGIA SANGELUI

166Aceste colonii pot con ține o linie de celule sau combina ții de mai multe linii
celulare; se pot g ăsi atât în m ăduva hematogen ă cât și în sângele circulant.
9.2. Factorii de cre ștere implica ți în hematopoez ă
Factorii de cre ștere implica ți în hematopoez ă sunt citokinele (termen
general pentru proteinele eliberate care ac ționează ca mediatori celulari)
care controleaz ă creșterea, diferen țierea și funcția elementelor figurate
sanguine. Factorii de cre ștere sunt prezen ți în sânge și în lichidul intersti țial
în concentra ții de 10
-10 – 10-11 M; ei ac ționează asupra celulelor țintă prin
legare de receptorii de suprafa ță. Marea majoritate a factorilor de cre ștere
celulari au dou ă modalități de acțiune: induc ția creșterii și diferențierii
celulelor imature și modularea func țiilor efectoare în celulele mature.
Majoritatea factorilor de cre ștere acționează sinergic asupra celulelor
precursoare in vivo. Macrofagele au ro l important în controlul hematopoezei
prin produc ția de interleukin ă 1 (IL-1). Aceasta stimuleaz ă creșterea
limfocitelor T (care produc IL-3) și stimuleaz ă fibroblastele, celulele
endoteliale și celulele din micromediul medular s ă secrete factori de cre ștere
pentru fibroblaste, celule endoteliale, limfocite T și monocite. IL-1 are efect
și asupra celulelor mature; de exemplu, stimuleaz ă eliberarea de neutrofile
din măduva hematogen ă.
9.3. Eritropoeza Procesul de producere al hema tiilor (eritropoeza) începe la f ăt în sacul
embrionar și se continu ă în ficat, splin ă și ganglionii limfatici. C ătre
sfârșitul sarcinii și după naștere procesul are loc numai în m ă
duva
hematogen ă. Eritropoeza necesit ă prezența, în micromediul medular normal,
a unei popula ții normale de celule stem hematopoetice; acestea se
diferențiază și se matureaz ă sub influen ța eritropoetinei și necesită prezența
vitaminei B 12, acidului folic și a fierului.
Folatul și cobalamina

Folatul (acidul folic și derivați ai săi) și cobalamina particip ă la reacții
care fac disponibil ă generarea de metil necesar ă conversiei deoxiuridilatului
în deoximidilat în procesul de sintez ă a ADN (în ADN, baza pirimidinic ă
tiamină, care este 5-metiluracil, înlocuie ște în molecula de ARN uracilul).
FIZIOLOGIA SANGELUI

167
Fig. 82. Importan ța folatului și cobalaminei pentru sinteza ADN
Reacțiile implicate sunt urm ătoarele (fig. 82): 5,10-metilen-tetrahidro-
folatul poate fi convertit în 5-metil-te trahidro-folat sau poate utiliza metil-
deoxi-uridilatul pentru a se oxida la dihidro-folat. Condi țiile kinetice
favorizeaz ă cea de-a doua reac ție, iar 5-metil-tetrahidro-folatul est reciclat în
tetrahidrofolat, men ținând un supliment adecvat de 5,10-metilen-tetrahidro-
folat pentru sinteza normal ă de deoxi-timidilat. Reciclarea este cuplat ă cu o
reacție secundar ă, metilarea homocisteinei la metionin ă (catalizat ă de
metionin-sintaz ă). Această reacție necesit ă cobalamina ca și coenzim ă care
preia o grupare metil de pe 5-metil-tetrahidro-folat și o transfer ă către
homocistein ă. Moleculele de folat pot s ă conțină un rest glutamil terminal
(monoglutamat) sau mai multe (poliglutamat).
Acidul folic se g ăsește în legume verzi, fructe, fasole, nuci, ficat.
Aportul variaz ă în funcție de obiceiurile alimentare și metodele de preparare
a alimentelor. In alimente acidul folic este prezent ca poliglutama ți, care
trebuie deconjuga ți (de conjugaze intestinale) la forma de monoglutama ți,
pentru ca acidul folic s ă poată fi absorbit. Tesuturile stocheaz ă folați în
cantitate de 5-10 mg. Necesarul zilnic de fola ți este de 50-100 μg. Deficitul
de aport poate conduce la deficit de folat în aproximativ 3 luni.

FIZIOLOGIA SANGELUI

168Cobalamina se g ăsește în alimente de origine animal ă cu conținut
proteic bogat; necesarul zilnic este de 5-30 μg. O glicoprotein ă specifică
secretată de celulele parietale din mucoasa gastric ă, numită factor intrinsec
Castle, are rolul de a lega cobalamina înainte de a fi absorbit ă prin tractul
gastro-intestinal. Absorb ția are loc în ileon ca urmare a leg ării factorului
intrinsec cu receptorii specifici ai marginii în perie (vezi cap. “Absorb ția
vitaminelor”). Cobalamina este transportat ă la țesuturi legat ă de o protein ă
specifică de transport numit ă transcobalamina II. Cobalamina se mai poate
lega și de o protein ă plasmatic ă secundar ă, transcobalamina I, care este
produsă și la nivelul granulocitelor. La nivel tisular, cobalamina se g ăsește
sub două forme, coenzimele metil-cobalamin ă și adenozil-cobalamin ă, în
cantitate de 2-5 mg (cea mai mare parte se g ăsește în ficat). Date fiind aceste
rezerve, precum și pierderile zilnice 2-5 μg, dacă aportul este sub un minim
de ~3μg/zi, caren ța de cobalamin ă se instaleaz ă în decurs de câ țiva ani6.
Fierul

Fierul se g ăsește în hem, în hematii și în celulele musculare; este
stocat sub form ă de feritin ă sau hemosiderin ă la nivelul fagocitelor
mononucleare și în celulele parenchimatoase he patice. La un adult de 70 kg
se găsesc aproximativ 2,5 mg de fier în hemoglobin ă, aproximativ 150 mg
în mioglobin ă, aproximativ 15 mg la nivelul enzimelor tisulare și
aproximativ 1 g de fier este stocat. O cantitate foarte mic ă de fier
(aproximativ 3 g) este prezent ă în plasm ă legată de transferin ă. La femei,
rezerva de fier este mai redus ă decât a b ărbaților datorit ă pierderilor prin
sângerarea menstrual ă și sarcină (pierderea de fier în timpul sarcinii este de
aprox. 500 mg, de aceea trebuie suplimentat medicamentos). Zilnic, fierul se pierde prin fecale, urin ă și transpira ție în cantitate mai mic ă de 1 mg. In
timpul lacta ției se pierd 0,5 – 1 mg/zi. Spre deosebire de aceste pierderi
minore, hemoragia (sângerarea) produce pierderi substan țiale de fier. Un
gram de hemoglobin ă conține 3,4 mg de fier; la un individ normal cu 15
mg/dl hemoglobin ă, 100 ml de sânge con ține ~ 50 mg de fier.
Fierul din carne este mai rapid absorbit decât cel din alte alimente
(ouă, grâu); este absorbit la nivelul por țiunii superioare a intestinului
subțire. Cantitatea absorbit ă depinde nu numai de con ținutul în fier al dietei

6 Absența unui aport alimenta r adecvat duce u șor la forma clinic ă de anemie pernicioas ă.
Reversibil ă prin dietă sau vitaminoterapie, afec țiunea poate determina sechele neurologice.
FIZIOLOGIA SANGELUI

169dar și de mecanismele reglatoare de la ni velul mucoasei intestinale. Fierul
pătrunde în enterocite și fie traverseaz ă enterocitul și ajunge în sânge sau
este reținut în celul ă sub form ă de feritin ă. Când enterocitele se
descuameaz ă, fierul se pierde, de aceea a portul de fier prin alimenta ție
trebuie să fie continuu. Zilnic, sunt necesare aproximativ 20 mg de fier
pentru fabricarea unei noi molecule de hemoglobin ă, pentru a înlocui
hemoglobina catabolizat ă în urma distrugerii eritrocitelor îmb ătrânite. Acest
fier este reciclat din catabolizarea hemoglobinei, transportat înapoi în
plasmă sub form ă de transferin ă de la fagocitele mononucleare la
normobla știi din măduva osoas ă.
Etapele eritropoezei

Formarea eritrocitelor, plecând de la celula stem pluripotent ă,
parcurge urm ătoarele etape: pronormoblast; no rmoblast bazofil, normoblast
policromatofil, normoblast ortocromatic, reticulocit și eritrocit matur. Cea
mai tânără celulă a seriei eritrocitare es te pronormoblastul. In m ăduva
hematogen ă, pronormoblastul apare ca o celul ă de mărime variabil ă, cu
nucleu rotund ce ocup ă cea mai mare parte din celul ă, nucleoli colora ți în
albastru și citoplasm ă bazofilă. In cursul matura ției, mai întâi dispar
nucleolii, rezultând norm oblastul. Apoi dimensi unea normoblastului scade
progresiv, nucleul regreseaz ă într-o mas ă picnotic ă care în final este
expulzată, iar citoplasma î și modific ă culoarea din albastru în roz-
portocaliu. In decursul matur ării crește cantitatea de hemoglobin ă
sintetizată. Diviziunea celular ă se oprește la stadiul de normoblast; ultimul
stadiu de diviziune este reprezentat de reticulocit, care se g ăsește și în sânge.
Sinteza de hemoglobin ă necesită trei condi ții:
– cantități adecvate de ARNm pentru lan țurile polipeptidice de globin ă
care trebuie sintetizate;
– celula trebuie s ă sintetizeze cantit ăți suficiente de protoporfirin ă;
– fierul trebuie s ă fie disponibil pentru în corporarea în protoporfirin ă
cu formarea hemului.
Transferina plasmatic ă transport ă fierul la celulele eritroide în
creștere, care prezint ă pe suprafa ța lor receptori membranari pentru aceasta.
Reticulocitul este o celul ă nucleată, mult mai mare decât eritrocitul
adult, care prezint ă tot echipamentul pentru sinteza de hemoglobin ă (ARN
citoplasmatic, mitocondrii, receptori de suprafa ță pentru transferin ă).

FIZIOLOGIA SANGELUI

170Reticulocitul normal se matureaz ă în 1-2 zile la nivelul m ăduvei
hematogene înainte de a intra în circula ție, timp în care are loc sinteza
continuă de hemoglobin ă pe măsură ce dimensiunile reticulocitului scad.
Reglarea eritropoezei

Eritropoetina este un factor major de reglare al eritropoezei. Ea este
secretată de celulele juxtaglomerulare renale care sunt extrem de sensibile la
hipoxia tisular ă. Hipoxia tisular ă poate avea urm ătoarele cauze: sc ăderea
conținutului sanguin de hemoglobin ă (anemie); o înc ărcare deficitar ă a
hemoglobinei cu oxigen la nivel pulm onar (boli pulmonare, boli congenitale
de cord, altitudine); o eliberare deficitar ă a oxigenului de pe hemoglobin ă
(în cazul concentra țiilor crescute de monoxi d de carbon). Eritropoeza
normală necesită un nivel bazal de stimular e a celulelor progenitoare
eritroide prin eritropoetin ă. Eritropoeza poate fi estimat ă prin num ărul de
celule nucleate din seria ro șie care se observ ă în proba de m ăduvă
hematogen ă. Eritropoeza efectiv ă (eritropoeza produc ătoare de celule ro șii
circulante) poate fi estimat ă prin num ărul de reticulocite circulante.
9.4. Leucopoeza Producția de granulocite și monocite-macrofage

Cea mai tân ără celulă a seriei granulocitare identificabil ă morfologic
este mieloblastul. Acesta este o celul ă mare, nucleat ă cu 1-5 nucleoli;
citoplasma este colorat ă în albastru și nu conține granula ții. Până la stadiul
de celulă matură nucleul va condensa și, în final se va segmenta; citoplasma
va prezenta trei tipuri de granula ții: granula ții mari, azurofile, care apar
primele și care apoi sunt înlocuite de granula ții specifice. Aproximativ 1/2
din granulocite sunt circulante (g ranulocitele tocmai eliberate din m ăduva
hematogen ă se constituie ca granulocite circ ulante pentru numai câteva ore),
restul sunt aderente de peretele va scular sau cantonate la nivel tisular.
Migrarea granulocitelor spre țesuturi depinde de concentra ția de
chemoatractan ți proces numit chemotaxie; odat ă ajunse în țesuturi,
granulocitele nu se mai reîntorc în circula ție. Durata de via ță în sânge este
de trei ore. La nivelul m ăduvei hematogene granulocitele se g ăsesc în dou ă
compartimente: un compartiment mitotic care con ține celule care se divid
(precursorii gra nulocitari sufer ă 4-5 diviziuni în acest compartiment) și un
compartiment postmitotic sau de matura ție (până la stadiul de metamielocit
FIZIOLOGIA SANGELUI

171și granulocite mature) care nu mai este capabil de diviziune. Trecerea din
compartimentul postmitotic c ătre sânge are loc în decurs de 5-6 zile.
Numărul de granulocite mature din acest compartiment este de aproximativ
3 ori mai mare decât granul ocitele din sânge; astfel, m ăduva hematogen ă
conține o rezerv ă de granulocite mature pentru 3 zile disponibil ă la nevoie.
Monocitele i-au na ștere în m ăduva hematogen ă din aceea și celulă
progenitoare cu cea a gr anulocitelor. Monobla știi, promonocitele și
monocitele reprezint ă aproximativ 1-3% din celulele nucleate din m ăduva
hematogen ă. In urma diviziunii monobla știlor rezult ă promonocitele din
care vor rezulta monocitele. Timpul de tranzit medular este de 6 zile; la
nivelul m ăduvei hematogene nu sunt rezerve de monocite. Monocitele sunt
eliberate din m ăduvă în sânge și migreaz ă către țesuturi unde tr ăiesc
aproximativ 3 zile. Aici ele sufer ă diferențieri tisulare la nivelul sistemului
mononuclear fagocitar (reticuloe ndotelial). Timpul de via ță a macrofagelor
este de câteva luni.
Eozinofile, bazofile și mastocite

Eozinofilele reprezint ă în mod normal ~ 3% di n celulele nucleate din
măduva hematogen ă ; ele se matureaz ă în măduva hematogen ă trecând prin
stadii similare cu cele ale seriei granulocitare. IL-3 și IL-5 stimuleaz ă direct
proliferarea și maturarea eozinofilelor. Timpul de maturare la nivel medular
este de 5-6 zile; ele se g ăsesc într-un compartiment intravascular (la
marginea vasului) și un compartiment circulant (cu o semi-via ță de 8 ore).
Eozinofilul matur con ține un nucleu bilobat și granule mari, distincte, de
culoare ro șu-portocaliu; granulele sunt constituite dintr-un material numit
proteină bazică majoră (MBP) (cea mai puternic ă toxină tisulară) cu rol
important în capacitatea eozinof ilelor de a distruge parazi ții precum și cea
puternică toxină bactericid ă numită proteina cationic ă eozinofilic ă (ECP). In
granulele fine eozinofilice se mai g ăsesc cantit ăți mari de arilsulfataza B
(enzimă care hidrolizeaz ă legăturile esterice S-O) și care pot inactiva
leucotrienele care sunt eliberate de mastocitele tisulare în cursul reac țiilor de
hipersensibilitate imediat ă.
Bazofilele sunt celule multilobate care con țin granule mari,
metacromatice, de culoare maro-negre. Ele sunt cele mai reduse numeric din
toate leucocitele sangui ne. Bazofilele rezult ă din celulele stem din m ăduva
hematogen ă și urmează secvența de maturare similar ă cu neutrofilele și

FIZIOLOGIA SANGELUI

172eozinofilele. Citokinele regleaz ă producția de bazofile. Membrana
bazofilelor con ține receptori pentru fragmentul Fc a moleculelor de Ig E. In
reacțiile alergice acute, antigenul specific reac ționează c u I g E l e g a t d e
bazofile și acestea elibereaz ă conținutul granulelor în care se g ăsesc
mediatori chimici cum ar fi histamina.
La nivel tisular se g ăsește mastocitul, care con ține granule
metacromatice (cu histamin ă) și receptori membranari pentru Ig E.
Mastocitele difer ă morfologic de bazofile prin nucleul lor rotund și prin
granule care con țin heparin ă. Bazofilele sanguine nu sunt precursori ai
mastocitelor tisulare. Mastocitele sunt bogat reprezentate în pl ămâni, piele,
țesut limfoid, stratul submucos al tractului digestiv.
Mastocitele con țin sau pot sintetiza diver și mediatori (histamin ă,
prostaglandine, leucotriene, fact or activator plachetar, proteaze și alte
enzime lizozomale) ca urmare a r ăspunsurilor imune și inflamatorii. Prin
activare și degranulare dup ă legarea antigenului pe suprafa ța lor receptoare,
mastocitele au un rol central în declan șarea reacțiilor de hipersensibilitate
imediată. De asemenea, mai particip ă și la răspunsurile inflamatorii și
reparația tisulară.
9.5. Trombopoeza Plachetele deriv ă
din celule gigante din m ăduva hematogen ă care se
numesc megakariocite, caracterizate prin dimensiunile lor mari, nucleul
polilobat și citoplasma abundent ă. Megakariocitele rezult ă dintr-o popula ție
celulară numită megakariobla ști. Maturarea megakariocitelor este
caracterizat ă prin dezvoltarea granulelor și mitocondriilor precum și o
creștere a masei membranei celulare sub form ă de tubuli și cisterne care
comunică cu exteriorul celulei. Megaka riocitele mature sunt celule
ameboidale care întind pseudopode pr intre celulele endoteliale care
tapetează sinusoidele medulare; pse udopodele apoi se fragmenteaz ă
formând plachete. Plachetele r ămân în spa țiul intravascular, dar în orice
moment aproximativ 1/3 din ele este adunat într-un a numit loc (pulpa ro șie
a splinei). Timpul de via ță al plachetelor sanguine este de 3 zile. Când
numărul plachetelor circ ulante scade sub num ărul normal este eliberat ă în
plasmă o substan ță numită trombopoetin ă care va interveni în maturarea
plachetară. In plus, la nivelul granulelor plachetare se g ăsește TGF- β cu rol
de a inhiba cre șterea coloniilor megakariocitare.
FIZIOLOGIA SANGELUI

17310. Hematiile (globule ro șii, eritrocite)
Hematia este cea mai simpl ă celulă din organismul uman. Format ă ca
celulă nucleată în măduva hematogen ă, ea își pierde, în mod normal, nucleul
înainte de a ajunge în circula ție. Intrată în circula ție, hematia înc ă mai
prezintă ribozomi, mitocondrii și aparat Golgi. Aceste organite
citoplasmatice se pierd dup ă 1-2 zile și
hematia va c ăpăta forma de disc biconcav
(fig. 83). Dimensiunile hematiei: diametru 7,8 μm; grosime 0,81 μm în por țiunea
subțire și 2,6 μm în por țiunea groas ă a
discului biconcav; suprafa ță 135 μm
2.
Hematia prezint ă o plasticitate remarcabil ă,
fiind capabil ă să treacă repetat prin capilare
(cu diametru mult mai mic decât cel al hematiei) și apoi să revină la forma sa
inițială. Hematia matur ă poate fi v ăzută ca
o membran ă celulară care con ține proteine, electroli ți și alte componente a
sistemelor energetice. 95% din proteine le eritrocitare sunt reprezentate de
hemoglobin ă, restul este reprezentat de en zime din sistemul energetic cu
activitate catalitic ă. Hematiile au multiple func ții dar cea mai important ă
este de transport al gazelor respiratorii (O
2 și CO 2).
10.1. Membrana eritrocitar ă
Membrana eritrocitar ă, ca și a altor celule are o structur ă lipo-proteic ă.
Lipidele membranare sunt de trei tipuri: fosfolipide, colesterol și cantități
mici de glicolipide (fig. 84). Fo sfolipidele au un pol hidrofil și unul hidrofob
care formeaz ă un strat bimolecular, cu grup ările hidrofile orientate c ătre
exterior și grupările hidrofobe orientate c ătre interiorul stratului bipolar.
Fosfolipidele care con țin colină, fosfatidilcolin ă (lecitină) și sfingomielin ă
sunt, în principal, localizate în inte riorul bistratului; fosfolipidele con ținând
grupări amino (fosfatiletanolamina și fosfatilserina) sunt localizate în
interiorul bistratulu i lipidic. Lungimea și gradul de satura ție a reziduurilor
de acizi gra și din fosfolipide influen țează puternic fluiditatea membranei.
Aproximativ 55% din lipidele membranare eritrocitare sunt fosfolipide și
restul este reprezentat de colest erol care este prezent liber, sub form ă
neesterificat ă. Colesterolul interac ționează cu fosfolipidele, dac ă raportul
Fig. 83. Forma hematiei

FIZIOLOGIA SANGELUI

174
Fig. 84. Organizarea mermbranei hematiei colesterol/fosfolipide în membran ă crește, membrana eritrocitar ă devine mai
rigidă. Glicolipidele membranare sunt formate dintr-o baz ă lipidică numite
ceramide, reprezentate de sfingozine și acizi gra și cu lanț lung la care sunt
atașate molecule de hexoze.

Proteinele membranare s unt clasificate în dou ă categorii: proteine
periferice și proteine integrale. Prot einele integrale traverseaz ă bistratul
lipidic și interacționează cu lanțurile de glucide ale membranei. Proteinele
periferice care nu p ătrund în stratul hidrofob al bistratului lipidic sunt
localizate, în principal, pe fa ța citoplasmatic ă a membranei (fig. 84). Ele
sunt legate prin leg ături electrostatice sau leg ături de hidrogen în mijlocul
suprafeței polare a bistratului lipidic. Elect roforetic s-au descris 5 benzi de
proteine aflate în structura membranei eritrocitare: banda 5 este reprezentat ă
de actina eritrocitar ă; banda 6 este reprezentat ă de enzima numit ă
gliceralaldehida – 3 – fosfat dehidrogenaza (G3PD), benzile 1 si 2 sunt reprezentate de dou ă lanțuri de spectrin ă. De asemeni, se mai vizualizeaz ă și
monomeri sau dimeri a dou ă glicoproteine numite glicoforina A și B
(proteine integrale majore). Inafar ă de G3PD, la nivelul membranei
FIZIOLOGIA SANGELUI

175eritrocitare se mai g ăsesc și alte enzime: ATP-aza Na+-K+ (care men ține
concentra ții mari de K+ intracelular și concentra ții mici de Na+ extracelular),
ATP-aza de Ca++ (care scoate calciul din celul ă împotriva unui gradient de
concentra ție de 50 de ori mai mare), un transportor de glucoz ă spre
interiorul celulei (GLUT1), protein kinaze. Majoritatea enzimelor se g ăsesc
pe suprafa ța citoplasmatic ă a membranei: acetilcolinesteraza, glicozidaze și
acid fosfataze cu func ții necunoscute.
10.2. Hemoglobina
Producția de hemoglobin ă este un proces complex care necesit ă
sinteza coordonat ă a diferitelor lan țuri de peptide (care constituie globina) și
sinteza hemului. Sinteza de hemoglobin ă începe în m ăduva hematogen ă, la
nivelul eritrocitelor nucleate, se continu ă la un nivel redus, timp de 1-2 zile
la nivelul reticulocitelor, iar la nivelul eritrocitelor mature sinteza de hemoglobin ă este sistat ă.
10.2.1. Hemul Hemul (fig. 85), protoporfirina
IX feroas ă, este sintetizat într-o serie
de etape care încep la nivel mitocondrial cu condensarea glicinei și succinil coenzimei A cu formarea
acidului aminolevulinic (ALA). Această reacție este catalizat ă de δ –
aminolevulinat sintetaza și necesit ă
prezența piridoxal fosfatului.
Următoarele etape au loc în
citoplasm ă unde, catalizat de o
dehidrază specifică, două molecule de
ALA vor condensa și vor forma
porfobilinogen. Patru molecule de por fobilinogen vor condensa pentru a
forma tetrapirol linear, care apoi va cicliza. O parte din lan țurile inelului
tetrapirolic vor fi succesiv reduse prin reac ții enzimatice suplimentare
rezultând protoporfirina IX. La nivel mitocondrial, Fe+2 este inserat în inelul
protoporfirinic, reac ție catalizat ă de o enzim ă numită ferochelataz ă.
Produsul, hemul este oprit prin sinteza primei enzime a acestui proces – δ
Fig. 85. Structura hemului

FIZIOLOGIA SANGELUI

176aminolevulinat sintetaza. Astf el, sinteza hemului este reglat ă prin sinteza sa
proprie.
10.2.2. Propriet ățile structurale ale hemoglobinei
Molecula de hemoglobin ă este un tetramer cu greutate molecular ă de
64400 Da. Prezint ă două perechi de lan țuri polipeptidice care au o
izomerizare conforma țională cu oxigenarea. Hemoglobina A (95% din
hemoglobina adultului uman) con ține două lanțuri α și două lanțuri β.
Hemoglobina fetal ă umană (Hb F) con ține două lanțuri α și două lanțuri γ,
care difer ă de lanțurile β prin secven ța și numărul de aminoacizi.
Hemoglobina A
2 se întâlne ște la 2-3 % din hemoglobina adultului; este
compusă din două lanțuri α și două lanțuri δ (lanțurile δ diferă prin 10
aminoacizi fa ță de lanțurile β). Mecanismul prin care are loc transformarea
Hb F în Hb A nu este cunoscut; pare s ă fie corelat cu maturitatea fetal ă și
are loc la scurt timp dup ă naștere.
Lanțurile individuale de hemoglobin ă (α, β și γ) au proprietatea de a
lega oxigenul (similar cu lan țul unic din mioglobin ă). Propriet ățile
funcționale ale hemoglobinei care îi permit s ă funcționeze ca o protein ă
transportoare de oxigen necesit ă ca aceast ă proteină să fie asamblat ă sub
formă de tetramer de lan țuri neidentice ( α cu β sau δ cu γ). Hemoglobinele
normale astfel formate (A, A 2 și F) difer ă puțin în ceea ce prive ște
proprietățile lor func ționale prin aceea c ă Hb F are o capacitate mai mic ă de
a lega fosfa ții organici. Defecte în sinteza lan țurilor polipeptidice specifice
apar clinic sub forma unor afec țiuni numite talasemii.
10.2.3. Propriet ățile funcționale ale hemoglobinei
Concentra ția hemoglobinei la nivel eritro citar este de 32 g/dl. In
eritrocit, hemoglobina transport ă eficient oxigenul f ără a exercita un efect
osmotic a șa cum fac proteinele plasmatice. Proprietatea hemoglobinei de
transportor de oxigen se explic ă în primul rând prin afinitatea mare a
hemoglobinei pentru oxigen, astfel încât aceasta devine pe deplin saturat ă cu
oxigen în pl ămâni.
In al doilea rând legarea ini țială a oxigenului de hemoglobin ă
facilitează legările ulterioare. Aceast ă caracteristic ă a legării de
hemoglobin ă se nume ște interac țiunea hem-hem (legarea oxigenului de un
hem afecteaz ă propriet ățile de legare ale altor molecule de hem).
FIZIOLOGIA SANGELUI

177Modificarea afinit ății de legare a oxigenului de hemoglobin ă cu oxigenarea
determină o curbă sigmoid ă (vezi cap. ap. respirator) unde gradul de
oxigenare sau procentul de saturare a hemoglobinei cu oxigenul este în
funcție de presiunea par țială a oxigenului (pO 2) și se nume ște curba de
disociere a oxigenului de hemoglobin ă (vezi cap. “Fiziologia Respira ției”);
In sfârșit, afinitatea hemoglobinei pentru oxigen se modific ă în funcție
de pH-ul intracelular. Aceast ă proprietate a hemogl obinei a fost descris ă
pentru prima dat ă de Bohr în 1904. Din capilare le tisulare, bioxidul de
carbon trece în plasm ă și se leagă și la nivelul eritrocitelor. Eritrocitele
conțin anhidraza carbonic ă care transform ă rapid bioxidul de carbon în acid
carbonic, un acid slab care disociaz ă în H+ și HCO 3-, scăzând pH-ul
intracelular. Aceast ă creștere a concentra ției de H+ scade afinitatea
oxigenului pentru hemoglobin ă (efect Bohr) și faciliteaz ă descărcarea
oxigenului la țesuturi. Deoxihemoglobina leag ă H+ eliberați de acidul
carbonic. Cre șterea concentra ției ionilor HCO 3- determin ă difuzia acestora
înafara eritrocitelor și sunt înlocui ți cu clorul. La nivel pulmonar procesul
este invers; bioxidul de carbon este pierdut de c ătre sânge, pH-ul cre ște și
are loc și creșterea afinit ății hemoglobinei pentru oxigen.
Principalii modulatori al afinit ății oxigenului pentru molecula de
hemoglobin ă este concentra ția ionilor de hidrogen (e fect Bohr), temperatura,
fosfatul organic (2,3 DPG-ATP) și cel prezent în eritrocite (legat de
magneziu). Cre șterea temperaturii determin ă scăderea afinit ății oxigenului
pentru molecula de hemoglobin ă. La nivel eritrocitar, 2,3 DPG se g ăsește la
o concentra ție echimolar ă cu hemoglobina (5mM); ea modific ă afinitatea
pentru oxigen prin dou ă mecanisme: prin legarea la deoxihemoglobin ă și
prin efectul s ău asupra pH-ului intr acelular (2,3 DPG este un anion puternic,
impermeant care scade pH-ul intracelular).
10.2.4. Methemoglobina Fierul din structura hemu lui normal este în form ă feroasă, în timpul
legării reversibile a oxigenului fierul r ămâne în stare feroas ă. Când fierul
feros din hem este oxidat la fier fe ric are loc formarea methemoglobinei care
nu este capabil ă prea mult timp s ă reacționeze cu oxigenul. In solu ții acide,
locul de legare a oxigenului este ocupat de ap ă, iar în solu ții alcaline este
ocupat de grup
ări hidroxil. Methemoglobinemia apare în urm ătoarele
circumstan țe:

FIZIOLOGIA SANGELUI

178- după expunerea hematiilor la substan țe toxice cum ar fi nitri ți,
coloranți anilinici și unele droguri oxidante;
– la heterozigo ți (statusul homozigot este letal), varianta M de
hemoglobin ă în care substituirea aminoacizilor afecteaz ă hemul, produce
oxidarea fierului;
– la homozigo ții cu deficien ța reductazei NADH dependent ă.
Nivele de methemoglobin ă între 10-25% determin ă cianoză care, în
mod obișnuit necesit ă tratament. La nivel de 35% pacien ții prezintă dispnee
și cefalee, nivelele de 70% sunt leta le. Toxicitatea methemoglobinei este
dată nu numai de incapacitatea sa de a transporta oxigenul ci și de efectele
sale privind echilibrul oxigenul ui în tetramerii de hemoglobin ă.
10.2.5. Carboxihemoglobina Monoxidul de carbon (CO), ca și oxigenul, se leag ă de fierul din hem,
dar afinitatea hemoglobinei pentru CO es te de 200 ori mai mare decât pentru
oxigen; CO interfer ă cu transportul de oxigen pe urm ătoarele dou ă căi:
CO poate ocupa fierul din toate mo leculele de hem ale tetramerului și
astfel acesta nu mai poate lega oxigen. Simptomele toxicit ății cu CO apare
la un nivel de 5-10% carboxihemoglobin ă; la 40% apare pierderea
cunostinței până la moarte.
Afinitatea mare a CO pentru hemoglobin ă se datoreaz ă ratei reduse de
disociere a CO de hem. Timpul de înjum ătățire a dispari ției CO la un
individ cu func ție ventilatorie normal ă este de aproximativ 4 ore;
administrarea de oxigen pur poa te scurta timpul de înjum ătățire la 1 or ă.
10.3. Distrugerea eritrocitelor Imbătrânirea normal ă și moartea eritrocitelor este în func ție de vârsta
lor; modific ările moleculare care stau la baza îmb ătrânirii eritrocitare
probabil determin ă alterări ale membranei eritrocitare. Fagocitele
mononucleare din splin ă, ficat și măduvă recunosc și îndepărtează hematiile
îmbătrânite. Hemoglobina, alte proteine și lipidele membranare fagocitate
sunt catabolizate în interiorul fagocite lor mononucleare. Hemul este disociat
de globin ă și este oxidat (într-o reac ție catalizat ă de enzime microsomale de
tip hem-oxidaz cu ruperea structurii inelare a porfirinei și eliberarea de fier).
De aici fierul este preluat de transferin ă și este transportat înapoi în
normobla ști pentru încorporarea într-o nou ă moleculă de hemoglobin ă.
FIZIOLOGIA SANGELUI

179Ruperea nucleului porfiri nic duce la eliberarea unei molecule de oxid
de carbon, care este eliminat prin pl ămâni. Molecula de biliverdin ă este
redusă în bilirubin ă și transportat ă prin plasm ă, legată de albumin ă, pentru a
fi excretat ă prin ficat. Aproximativ 3% din lipidele membranei eritrocitare
se constituie ca glicolipide numite globoside care con țin lanțuri scurte de
carbohidra ți. Degradarea globosidelor const ă în clivarea moleculelor de
glucide din lan țul de glucide.
10.4. Constante eritrocitare O clasă important ă de analize hematologice se refer ă la capacitatea
sângelui de a transporta oxigen. Parametrii respectivi sunt numi ți, impropriu
dar în mod curent, constante er itrocitare. Parametrii de baz ă din aceast ă
categorie, care se determin ă direct, sunt hematocritul, num ărul de hematii
(dintr-un mm
3 de sânge) și, cel mai important, hemoglobina (concentra ția
hemoglobinei, exprimat ă în grame pe decilitru de sânge). Pe baza acestora
se calculeaz ă un num ăr de parametri deriva ți, utili pentru evaluarea
aprofundat ă a capacit ății sângelui de a transporta oxigen și în consecin ță ca
elemente de analiz ă de laborator pentru clasificarea anemiilor și încadrarea
diagnostic ă a unei anemii.
Valoarea globular ă
(indice de culoare) es te un indice relativ care
permite aprecierea înc ărcării procentuale cu hemoglobin ă a sângelui de
cercetat în func ție de num ărul de eritrocite. Se calculeaz ă după relația:
Val. Globular ă = concentra ția Hb / Nr. hematii
Valori normale = 0,85 – 1,15 Scăderea sub 0,85 se nume ște hipocromie (înc ărcare insuficient ă cu
hemoglobin ă a hematiilor), iar cre șterea peste 1,15 se nume ște hipercromie
(nu exprim ă o situație reală deoarece hematiile nu se pot înc ărca cu
hemoglobin ă peste 34%).
Volumul eritrocitar mediu
se calculeaz ă astfel:
VEM = valoarea hematocritului x 10/num ăr hematii
Valori normale: 82 – 92 μ3 (normocite).
Pentru valori de 110 – 140 μ3 celulele se numesc macrocite (pân ă la
megalocite), iar pentru valori de 50 – 70 μ3 se numesc microcite

FIZIOLOGIA SANGELUI

180Conținutul eritrocitar mediu în hemoglobin ă reprezint ă cantitatea de
hemoglobin ă conținută într-un eritrocit. Se calculeaz ă astfel:
HEM = cantitatea de hemoglobin ă /numărul de hematii x 10-6
Valori normale = 26 – 31 µg Valori crescute apar la macrocite, iar valori sc ăzute apar la microcite.
Concentra ția eritrocitar ă medie de hemoglobin ă
reprezint ă procentul
din volumul eritrocitar ocupat de hemoglobin ă. Se calculeaz ă după formula:
CHEM = 15 x 100/45 Valorile normale sunt cuprinse între 32% și 34%.
10.5. Grupele sanguine Membrana hematiilor (vezi cap. 10.1) prezint ă pe suprafa ța sa
antigene specifice numite agluti nogene. Cele mai importante și cele mai
cunoscute sunt aglutinogenele A și B; în func ție de prezen ța acestor
aglutinogene se descriu 4 grupe sanguine (0, A, B și AB). Inafara acestor
antigene mai sunt câteva sute de antigen e slabe; sunt utile pentru stabilirea
paternității. Antigenele A și B se găsesc și în alte țesuturi (înafar ă de sânge):
glanda salivar ă, pancreas, rinichi, ficat, pl ămân, testicul, lichid amniotic.
Din punct de vedere stru ctural, aglutinogenele A și B sunt glicoproteine care
se deosebesc între ele printr-un singur reziduu glucidic. Anticorpii (de clas ă
IgM) împotriva aglutinogenelor se numesc aglutinine și se găsesc în plasm ă.
Ei pot fi naturali (mo șteniți) sau pot fi produ și prin expunerea hematiilor la
un alt tip sanguin (prin tran sfuzie sau în cursul sarcinii). Aglutininele
împotriva aglutinogenelor A și B sunt mo ștenite. Astfel, persoanele cu
grupa sanguin ă A (care prezint ă aglutinogene A pe hematii) vor avea
întotdeauna un titru ridicat de anticorpi împotriva aglutinogenului B numite aglutinine anti-B sau β. Persoanele cu grupa sanguin ă B vor avea un titru
ridicat de aglutinine anti-A sau α. In sfârșit, persoanele cu grupa sanguin ă 0
prezintă aglutinine anti-A și anti-B, iar cei cu grupa sanguin ă AB nu
prezintă aglutinine. Determinarea grupei de sânge se realizeaz ă prin
amestecarea hematiilor unui individ cu antiserul corespunz ător pe o lam ă de
sticlă și se observ ă dacă are loc sau nu aglutinarea.
Aglutininele din plasm ă sunt γ-globuline (IgG și IgM) și fabricarea lor
este determinat ă de pătrunderea în organism a unor cantit ăți mici de
antigene de grup A și B odată cu alimentele, bacteriile etc; aceste substan țe
FIZIOLOGIA SANGELUI

181inițiază dezvoltarea aglutininelor anti-A și anti-B. Unele persoane cu
aglutinogen A pe hematii mai prezint ă un aglutinogen suplimentar numit
aglutinogenul A 1; din acest motiv grupa sanguin ă A este subîmp ărțită în
subtipul A 1 (sunt prezente ambele aglutinogene A) și subtipul A 2 (este
prezent numai un aglutinogen A). Prezen ța acestui aglutinogen suplimentar
a determinat descrierea a 6 grupe sanguine în sistemul AB0: 0, B, A 1, A 2,
A1B și A 2B (tab. 10). Dintre toate grupele sanguine, grupele 0 și A sunt cele
mai frecvente și sunt la aproximativ 85% din popula ția Europei.
Antigenele A 1, A 2 și B se transmit mendelean; aceste antigene fiind
dominante. De exemplu, un individ cu grupa sanguin ă B poate mo șteni
antigenul B de la fiecare p ărinte sau un antigen B de la un p ărinte și 0 de la
celălat părinte; astfel, persoana a c ărui fenotip este B poate avea genotipul
BB (homozigot) sau genotipul B0 (heterozigot). Când grupa sanguin ă a
părinților este cunoscut ă se poate estima genotipul copilului. Când ambii
părinți au grupa sanguin ă B, genotipul copilului poate fi BB (un antigen B
de la fiecare p ărinte), B0 (un antigen B de la un p ărinte și 0 de la cel ălalt
părinte heterozigot) sau 00 (un antigen 0 de la fiecare p ărinte heterozigot).
De asemenea, când grupa sanguin ă a mamei și a copilului sunt
cunoscute se poate preciza grupa sanguin ă a tatălui (test de paternitate
folosit în medicina legal ă). Imediat dup ă naștere cantitatea de aglutinine din
plasmă este aproape zero. Intre 2-8 luni de via ță extrauterin ă încep să se
producă aglutininele (aglutinine anti-A câ nd aglutinogenele de tip A nu sunt
prezente pe hematii și aglutinine anti-B când aglu tinogenele de tip B nu sunt
prezente pe hematii). Titrul maxim se întâlne ște la vârsta de 8-10 ani și
scade gradat c ătre sfârșitul vieții.

Tab. 10. Grupele sanguine din sistemul AB0
Grupa sanguin ă Aglutinine (plasm ă) Aglutinogene (hematii)
0 Anti-A și Anti-B –
A1 Anti-B A 1B, A 2B
A2 Anti-B A 1B, A 2B
B Anti-A B
A1B – A 1, A 1B, A 2, A 2B
A2B – A 1, A 1B, A 2, A 2B

10.5.1. Compatibilitatea transfuzional ă
Inainte de a efectua o transfuzie de sânge este necesar s ă se determine
grupa sanguin ă a primitorului și să se stabileasc ă dacă sângele donatorului

FIZIOLOGIA SANGELUI

182se “potrive ște” cu cel al primitorului. Aceast ă potrivire poart ă numele de
compatibilitate sanguin ă (transfuzional ă).
Hematiile din grupul 0 nu au aglutinogene și nu vor reac ționa cu serul
anti-A sau anti-B. Hematiile din grupul A au aglutinogene A și vor aglutina
cu serul anti-A. Tipul B de sânge are aglutinogene B și va aglutina cu serul anti-
B. Tipul AB de sânge are aglutinogene A și B și aglutineaz ă cu ambele seruri.
Stabilirea grupei sanguine se bazeaz ă pe
prezența (+) sau absen ța (-) aglutin ării la
contactul cu serurile hemotest (tab. 11).
Reacțiile transfuzionale apar când este transfuzat ă o cantitate de sânge
incompatibil. Cu alte cuvinte, când în plasma primitorului se g ăsesc
aglutinine împotriva hematiilor donatorului are loc aglutinarea hematiilor și
hemoliza acestora. Hemoglobina de pe hematiile hemolizate va fi eliberat ă
în plasmă. Severitatea reac ției transfuzionale poate varia de la o cre ștere
minoră asimptomatic ă a nivelului de bilirubin ă din plasm ă până la icter
sever cu afectare tubular ă renală însoțită de anurie și moarte.
Persoanele cu grupa sanguin ă AB sunt considerate ”primitori
universali” deoare ce ei nu prezint ă aglutinine circulante și pot primi sânge
(maximum 500 ml) de la orice grup sanguin f ără a dezvolta o reac ție
transfuzional
ă de incompatibilitate sanguin ă. Persoanele cu grupa sanguin ă
0 sunt considerate “donatori uni versali” deoarece ei nu prezint ă aglutinine.
Totuși acest lucru nu înseamn ă că poate fi transfuzat ă o cantitate mare de
sânge fără a determina producerea reac țiilor transfuzionale de
incompatibilitate sanguin ă deoarece exist ă posibilitatea producerii unor
astfel de reac ții de subtipurile de grupe sanguine înafar ă de cele din sistemul
AB0. Pentru a testa compatibilitatea sanguin ă, o picătură din sângele
primitorului se amestec ă cu o picătură din sângele donatorului și se observ ă
dacă apare aglutinarea.
Se transfuzeaz ă sânge izogrup și izoRh în orice cantitate are nevoie
primitorul. In situa ția când nu avem la dispozi ție sânge izogrup și izoRh se
folosește sânge din grupe compatibile cu condi ția ca volumul transfuzat s ă
fie sub 10% din volumul total sanguin al pacientului (maximum 500 ml).

Tab. 11. Grupele sanguine AB0
Grupa Ser anti-A Ser anti-B
0 – –
A + –
B – +
AB + +
FIZIOLOGIA SANGELUI

18310.5.2. Factorul Rh
Ca și sistemul AB0, sistemul Rh prezint ă o importan ță clinică majoră.
Factorul Rh, numit dup ă maimuța Rhesus deoarece a fost pentru prima dat ă
studiat pe sângele acestui animal, este un sistem compus din mai mul ți
antigeni. Pe hematiile umane se g ăsesc trei antigene Rh (C, D și E);
antigenul D este cel mai important; numele de Rh pozitiv înseamn ă că
persoana respectiv ă prezintă aglutinogenul D pe hematii (85% din
populație), iar Rh negativ sunt persoanele care nu au acest antigen (15% din
populație). Transmiterea antigenului D se face dominant astfel încât
genotipurile Dd sau DD vor determina Rh pozitiv.
Un primitor Rh negativ poate prezenta un r ăspuns imun împotriva
unui sânge Rh pozitiv tran sfuzat; dar, spre deoseb ire de aglutininele din
sistemul AB0, în plasma persoanelor Rh negative nu se g ăsesc anticorpi
anti-Rh. A șadar, la un prim contact cu sânge Rh pozitiv nu are loc
aglutinarea hematiilor primitorului, dar aceast ă expunere sensibilizeaz ă
sistemul imun la antigenul Rh și la o nou ă transfuzie cu sânge Rh pozitiv
apare aglutinare și hemoliz ă. Sensibilizarea Rh are loc și când mama Rh
negativă dă naștere unui copil Rh pozitiv (factorul Rh se transmite de la
tată). Eritrocitele fetale, separate în mod normal de circula ția matern ă prin
placentă, pot intra în circula ția matern ă în timpul în timpul na șterii când
placenta este îndep ărtată de pe peretele uterin . Aceasta va determina o
producție crescut ă de anticorpi anti-Rh de c ătre mamă și la o nou ă sarcină
acești anticorpi (de clas ă Ig G) trec în circula ția fetală determinând hemoliza
hematiilor fetale, care st ă la baza bolii hemolitice a nou-n ăscutului (eritro-
blastoza fetal ă). Dacă hemoliza e sever ă copilul poate muri in utero sau
poate dezvolta anemie, icter sever și edem cerebral (hidrops fetal).
Boala hemolitic ă a nou-născutului apare la aproximativ 17% din fe ții
Rh pozitivi n ăscuți de mame Rh negative car e au mai avut sarcini
anterioare. Acest fenomen poate fi prev enit prin administrarea de anticorpi
anti-D sub form ă de globulin ă umană imediat dup ă naștere. Hematiile D
pozitive circulante sunt “înve lite” cu anticorpi exogeni și sunt distruse
înainte ca ele s ă poată stimula sistemul imun matern. Aceast ă imunizare
pasivă temporar ă (conferit ă de Ig G injectate) nu este d ăunătoare pentru
mamă și va preveni formarea de anticorpi activi la mam ă.

FIZIOLOGIA SANGELUI

18411. Leucocitele (globulele albe)
Sângele con ține aproximativ 4000 – 8000 leucocite/mmc. In func ție de
aspectul histologic se pot deosebi 5 tipuri principale de leucocite împ ărțite
în două grupuri morfologice. Granulocitel e polimorfonucleare au un nucleu
neregulat, multilobat și o mare densitate de granula ții în citoplasm ă; din
acestă categorie fac parte neutrofilele (40 – 75%), eozinofilele (1 – 6%) și
bazofilele (sub 1%). Agranulocite le sunt lipsite de granula ții și prezintă un
nucleu mare, regulat; din acest ă categorie fac parte limfocitele (20 – 45%) și
monocitele (2 – 10 %). Aspectele descri se aici pot fi observate în fig. 80.
11.1. Neutrofilele Neutrofilele sunt celule care prezint ă o citoplasm ă de culoare
7 roz
“neutru”, granula ții roșii și un nucleu cu 2 – 5 lobi. O parte din neutrofilele
circulante prezint ă un nucleu nelobat și sunt descrise ca fiind celule tinere.
Granulațiile neutrofilelor pot fi primare, care con țin diverse enzime printre
care lizozim (diger ă peretele bacterian) și peroxidaz ă (cu rol reduc ător al
apei oxigenate) și granulații secundare sau granula ții specifice care, pe lâng ă
enzimele prezente în granula țiile primare mai con țin lactoferin ă, substanțe
bactericide cationice și proteine care leag ă vitamina B 12. Toate aceste
substanțe proteice din componen ța granula țiilor neutrofilelor interfer ă cu
metabolismul bacterian având drept consecin ță distrugerea bacteriilor. La
~12 ore de la producerea lor de c ătre măduva hematogen ă, neutrofilele
migrează în țesuturile extravasculare unde tr ăiesc 4 – 5 zile. Ele sunt atrase
la locul leziunii extravasculare de agen ții chemotactici; ace ști agenți
chemotactici sunt elibera ți de către microorganisme, țesuturi lezate,
macrofage și chiar de c ătre granulocitele prezente deja la locul leziunii.
Fenomenele de baz ă implicate în func ția neutrofilelor în cadrul sistemului
de apărare împotriva micro-organismel or (diapedeza, fagocitoza) sunt
detaliate mai jos (cap. 12).
11.2. Eozinofilele Aceste celule au cel mai adesea nuc leul bilobat, citoplasma lor con ține
granulații mari de culoare ro șu strălucitor. Dup ă ce sunt eliberate în
circulație, eozinofilele migreaz ă în ~30 minute în țesuturile extravasculare

7 Descrierile de culoare din acest capitol se refer ă strict la apectul dat de colora ția standard
hematoxilin ă-eozină
FIZIOLOGIA SANGELUI

185unde supravie țuiesc câteva s ăptămâni. Ca și neutrofilele, eozinofilele sunt
celule mobile; mi șcarea lor este direc ționată de agen ții chemotactici.
Eozinofilele sunt fagocite; ele distr ug microorganismele prin mecanisme
oxidative asem ănătoare cu cele descrise la neutrofile. Cre șterea num ărului
de eozinofile (eozinofilie) în sâ ngele periferic este caracteristic ă infestărilor
parazitare. Eozinofilele sunt incapabile s ă ingere parazi ții, iar mecanismul
prin care ele ac ționează este exercitarea de efect e citotoxice. De asemenea,
eozinofilia se mai întâlne ște și la pacien ții alergici sau cu hipersensibilitate
cum ar fi astmul, unde expunerea la antigene endogene sau exogene
declanșează reacția imunologic ă imediată mediată prin eliberarea de
leucotriene și de factor activator plachetar.
11.3. Bazofilele Bazofilele sunt celule cu nucleu polilobat, iar în citoplasm ă prezintă
granulații de culoare albastr ă. Ca și neutrofilele și eozinofilele, bazofilele
sunt celule mobile cu propriet ăți fagocitare. Ele migreaz ă în țesuturile
extravasculare unde sunt stimulate de complexele antigenice. Aceste
complexe reac ționează cu receptorii specifici pentru IgG de pe suprafa ța
bazofilelor determinând eliberarea din granula țiile lor specifice a
mediatorului chimic (histamina). Histamina este r ăspunzătoare de apari ția
unui răspuns anafilactic sistemic puternic sau de apari ția unei vasodilata ții
locale și creșterea permeabilit ății vasculare (edemul local).
11.4. Monocitele Monocitele sunt cele mai mari leucoc ite (diametrul lor este de 15 – 20
μm). Ele prezint ă un nucleu reniform și granulații citoplasmatice fine de
culoare roz. Monocitele s unt eliberate în circula ție din măduva hematogen ă
atunci când sunt mature și apoi migreaz ă în țesuturi (ficat, splin ă, noduli
limfatici, pl ămân) unde pot sta zile sau chiar ani, intrând în componen ța
sistemului reticulo-endotelial. Altfel spus, macrofagele fac parte dintr-un
ansamblu circulant denumit complex monocite-macrofage; celulele acestui
complex prezint ă particularit ăți în func ție de țesutul în care ajung și
acționează. Monocitele sunt celule mob ile; ele putând fagocita micro-
organisme, celule lezate sau moarte precum și proteine denaturate.
Monocitele mai particip ă și la elaborarea r ăspunsurilor imune prin ingerarea
antigenelor și sunt stimulate s ă secrete IL-1 care declan șează proliferarea și

FIZIOLOGIA SANGELUI

186maturarea limfocitelor T. Alte rolu ri ale monocitelor: eliberarea de
tromboplastin ă tisulară, de activator al plasminogenului, de enzime
proteolitice etc. Func țiile macrofagelor includ : procesarea antigenului și
modularea activit ății limfocitelor în r ăspunsul imun; fagocit area diverselor
microorganisme, celule și țesututuri moarte; cur ățirea sângelui8 de proteine
denaturate, celule b ătrâne, microbi. Macrofagele active secret ă citokine
multifunc ționale (IL-1 și factorul de necroz ă tumoral) cu rol important atât
în răspunsul general al organismului împotriva agen ților infectio și cât și în
reglarea hematopoezei.
11.5. Limfocitele Limfocitele reprezint ă un grup heterogen de ce lule care au nuclei
mari, iar citoplasma este lipsit ă de granula ții. Limfocitele B sunt
recunoscute prin prezen ța imunoglobulinelor de pe suprafa ța lor; prin
stimulare cu antigen ele sunt transfor mate în plasmocite care sintetizeaz ă și
secretă anticorpi specifici (imunoglobuline). Limfocitele T pot fi identificate
deoarece au pe suprafa ța lor receptori pentru er itrocitele de oaie. Ele
participă la răspunsurile imune mediate celular și nu depind de prezen ța
anticorpilor circulan ți. Limfocitele T helper sau celulele supresoare,
stimuleaz ă sau inhib ă transformarea limfocitelor B în celule produc ătoare de
anticorpi. Limfocitele citotoxice produc liza celular ă când sunt sensibilizate
de antigenele de pe suprafa ța celulelor participând la fenomenele de rejet a
grefei tisulare incompatibile cu cele ale gazdei. Limfocitele killer sunt
capabile s ă distrugă diverse celule tumorale sau celule infectate viral. Sunt
celule asem ănătoare limfocitelor cu granula ții în citoplasm ă. Mecanismul nu
este specific vreunui virus partic ular sau unui anumit tip de tumor ă;
expunerea antigenic ă anterioar ă
nu este necesar ă.
12. Ansamblul reac țiilor de ap ărare
Apărarea imun ă a organismului este subîmp ărțită clasic în: ap ărare
nespecific ă (înăscută) și apărare specific ă (dobândit ă). Apărarea nespecific ă
cuprinde mecanismele de ap ărare care ac ționează împotriva oric ăror celule
străine; este în ăscută deoarece nu depinde de expunerea anterioar ă a
organismului la antigenul respectiv. Procesele imune nespecifice includ:

8 macrofagele asociate cu capil arele sinusoide din ficat, splin ă și măduva hematogen ă
FIZIOLOGIA SANGELUI

187barierele fizice (pielea, epiteliul care c ăptușeste tractul gastro-intestinal,
genito-urinar și respirator), inflama ția (inclusiv feno mene de diapedez ă și
fagocitoză), activarea sistemului complement și activitatea cel ulelor nativ
citotoxice ( NK = natural killer ).
12.1. Inflama ția
Urmare a prezen ței țesuturilor distruse, inflama ția reprezint ă un
ansamblu de r ăspunsuri celulare și vasculare care au drept scop accelerarea
distrucției celulare și îndepărtarea micro-organismelor r ăspunzătoare de
acest fenomen.
O primă etapă a procesului inflamator este migrarea macrofagelor
tisulare adiacente, a neutrofilelor și a monocitelor la locul invaziei
bacteriene ca urmare a substan țelor eliberate de țesuturile lezate și celulele
infectate (chemotaxine).
Neutrofilele și monocitele
se dispun pe un singur rând lângă endoteliul capilar din
zona afectat ă (marginalizare), și
apoi trec prin peretele capilar (diapedez ă) prin mi șcări ami-
boidale, ajungând la locul invaziei bacteriene (fig. 86). Acest proces de concentrare a leucocitelor în țesutul inflamat
este accelerat de cre șterea
debitului sanguin prin vaso-dilatație locală.
Modificările vasculare apar ca urma re a producerii de substan
țe
vasodilatatoare de c ătre țesuturile lezate (kinine, amine, prostaglandine).
Kininele activeaz ă cascada enzimelor proteoli tice cunoscute ca sistemul
kinină-kalicrein ă cu producere de kinine vaso active, în special bradikinin ă.
Bazofilele și celulele mastocitare elibereaz ă vasodilatotori cum ar fi
serotonina, histamina precum și un anticoagulant (histamina). Prosta-
glandinele amplific ă reacțiile inflamatorii. In inflama ția acută sosesc la locul
inflamației întâi granulocitele și apoi macrofagele.
Fig.8 6 . M a r ginația și diapedeza

FIZIOLOGIA SANGELUI

188Macrofagele provin în principal di n monocitele sanguine atrase de
chemoatractan ții din zonele inflamate și sunt reținute la locul inflamat prin
mecanisme care produc aderarea celular ă la suprafe țe și diferențiere. Acest
proces implic ă creșterea suprafe ței celulare prin fenomenul numit
împrăștiere. Impr ăștierea rezult ă din reacții ale suprafe ței monocitare în care
sunt implicate dou ă componente ale sistemului complement (factorii B și
C5) precum și plasmina.
Al doilea mecanism pentru aderare și reținerea macrofagelor la locul
inflamat implic ă legarea monocitelor-macrofagelor de suprafe țele celulare
printr-o protein ă numită fibronectin ă. Legarea de fibronectin ă crește
activitatea receptorilor de suprafa ță ai monocitelor-macrofagelor implica ți în
fagocitoză și induce secre ția de proteaze și de activator al plasminogenului
necesar pentru func ția de scavenger a macrofagelor.
In aria de inflama ție se poate forma o celul ă multinucleat ă, gigantă –
stadiul terminal al dezvolt ării monocitelor-macrofagelor – prin fuziunea
aparentă a mai multor macrofage. Celulele gigantice multinucletate au un
rol deosebit în procesul inflamator și constituie granulomul, unde
limfocitele T, plasmocitele și monocitele sunt organizate într-o rela ție
spațială cu celulele gigantice multinucleate. Interferonul (secretat de
limfocitele T) intervine în formarea celulelor gigantice multinucleate din structura granulomului. Aceste celule au propriet ăți fagocitare.
Răspunsul inflamator are efecte locale și sistemice caracteristice
locului inflama ției precum și tipului de infec ție. Local, se produc
următoarele modific ări: roșeață și creșterea temperaturii locale prin cre ștere
de flux sanguin; edem local ca urmare a cre ș
terii permeabilit ății capilare ce
permite lichidelor s ă treacă în țesuturi; eliberarea unor substan țe din
țesuturile lezate, având ca rezultat s timularea receptorilor pentru durere.
Proteinele plasmatice și factorii de coagulare c ontribuie la formarea re țelei
de fibrin ă care va constitui o barier ă împotriva împr ăștierii infec ției.
Reacțiile sistemice ca urmare a infec ției includ urm ătoarele aspecte.
Temperatura corpului poate cre ște ca rezultat al reset ării hipotalamice. Febra
(pirexia) va determina cre șterea activit ății fagocitelor; ea este declan șată de
producerea de piroge ni exogeni (de c ătre bacterii) și endogeni (de c ătre
fagocite). Cre șterea num ărului de leucocite în sânge (leucocitoz ă), pe seama
neutrofilelor (neutrofilie). Aceasta reflect ă atât mobilizarea rapid ă a
FIZIOLOGIA SANGELUI

189neutrofilelor prezente deja în m ăduva hematogen ă precum și o creștere a
ratei de producere a m ăduvei hematogene.
12.2. Fagocitoza Rolul major al neutrofilelor este de ap ărare (nespecific ă) împotriva
infecțiilor prin înglobarea și apoi distrugerea microorganismelor; acest
proces se nume ște fagocitoz ă. Distrugerea bacteriilor de c ătre neutrofile
începe prin ata șarea lor la suprafa ța neutrofilului; proces care se datoreaz ă
proteinelor de adeziune (în special fibronectina), precum și anticorpilor și
opsonine care se g ăsesc pe suprafa ța bacteriei.
Neutrofilele emit pseu-
dopode care vor încercui bacteriile care sunt ata șate de
neutrofile și va avea loc
includerea bacteriei într-o vacuolă numită fagozom.
Bacteria este distrus ă în
interiorul fagozomului prin acțiunea enzimelor eliberate
de granula țiile neutrofilelor.
Aceste enzime sunt repre-zentate de lizozim, care este răspunzător de ruperea mem-
branei externe a bacteriei precum și de enzime care induc o cre ștere a
consumului de oxigen de c ătre neutrofil cu consecin ță imediată în
producerea de ap ă oxigenată, ioni superoxid și radicali hidrox il (fig. 87).
Dintre aceste specii, principalul agent bactericid este apa oxigenat ă
care oxideaz ă componentele bacteriene prin ge nerarea de acid hipocloros ca
urmare a interac țiunii ionilor de clor cu mieloperoxidaza (o enzim ă eliberată
de granula țiile primare). Lactoferina contri buie la distrugerea bacteriilor
prin legarea fierului utilizat de bacterii și generarea de radicali hidroxil. In
acest proces de fagocitoz ă are loc și eliberarea enzimelor de la nivelul
neutrofilelor precum și a metaboli ților oxigenului, ca ur mare a distrugerii
neutrofilelor, în mediul înconjur ător care vor determina modific ări tisulare
însoțite de reac ții inflamatorii. Cre șterea num ărului de neutrofile circulante
(neutrofilie) reprezint ă răspunsul caracteristic la infec ția cu diverse
Fi g. 87. Fa gocitoza

FIZIOLOGIA SANGELUI

190microorganisme. Aceast ă creștere se datoreaz ă mobilizării neutrofilelor
marginale precum și prin stimularea producerii acestor celule.
12.3. Activarea sistemului complement Bacteriile prezint ă pe suprafa ța lor molecule care activeaz ă sistemul
complement al proteinelor plasmatice; ele reprezint ă o familie de precursori
inactivi care sunt activa ți prin clivaj proteolitic. Si stemul este organizat ca o
cascadă în care fiecare com ponent activat îl activeaz ă pe următorul din
secvență (fig. 88). Activarea comp lementului are scop de ap ărare împotriva
infecției direct prin celulele killer și prin declan șarea fagocitozei (fig. 89).
Ultimele 5 compo-
nente din sistem (C
5-C9)
se combin ă în complexul
proteic de atac mem-branar, care se inser ă în
membrana celulei țintă,
formând un por larg. Când densitatea porilor este mare are loc liza celulară. Activarea com-
plementului duce și la
formarea unor fragmente de complement active ce facilitează fagocitoza.
12.4. Imunitatea specific ă sau dobândit ă
Imunitatea specific ă implică mecanisme prin care susceptibilitatea la
infecție a unui organism este mult redus ă în urma expunerii sale la infec ții.
Faptul este demonstr at de bolile copil ăriei în care imunitatea dobândit ă la
prima infec ție protejeaz ă organismul pentru un nou contact cu acela și agent
infecțios (fig. 89). Vacc inurile stimuleaz ă imunitatea f ără a produce boala.
Imunitatea specific ă crește capacitatea sistemului imun de a r ăspunde la
prezența antigenelor, iar mecanismele activate sunt țintite împotriva unui
anumit antigen. Antigenele sunt în general molecule mari (greutate molecular ă peste 10000 Da), complexe. Moleculele mici, numite haptene,
pot și ele stimula un r ăspuns imun numai dac ă au atașate câte o protein ă.
Fig. 88. Activarea complementului, calea clasic ă
FIZIOLOGIA SANGELUI

191După sensibilizare r ăs-
punsul imun poate fi stimulat chiar și de către moleculele de
haptene. R ăspunsurile imune
specifice implic ă participarea
limfocitelor și sunt mediate atât
prin anticorpi (r ăspuns umoral)
sau celular. Limfocitele sunt celule efectoare pentru r ăspun-
surile imune la imunogene; de exemplu, materiale care nu sunt recunoscute ca self și astfel
sunt declan șate reacții desemnate pentru a neutraliza sau distruge structuri
non-self . Răspunsurile imune intervin în combaterea invaziei de c ătre
microorganisme a organismului, stau la baza reac ției de respingere a
organelor transplantate de la indivizi cu antigen e de histocompatibilitate
diferite de cele ale primitorului și afecteaz ă creșterea celulelor maligne.
Răspunsurile imune sunt de dou ă tipuri: răspuns imun mediat celular și
răspuns imun mediat umoral (de an ticorpi); la aceste 2 tipuri de r ăspunsuri
imune este necesar ă participarea atât a limfocitelor cât și a macrofagelor.
Limfocitele se clasific ă în trei clase func ționale:
– limfocite T, care intervin în reglarea și medierea reac țiilor imune
precum și în sinteza anticorpilor;
– limfocite B, care produc unii anticorpi și care sunt precursori ai
plasmocitelor, principalele cel ule formatoare de anticorpi;
– celulele natural killer (NK), care constituie o frac țiune redus ă din
limfocite; distrug anumite celule țintă
fără o stimulare antigenic ă anterioar ă.
Macrofagele și celulele accesorii înrudite (celulele dendritice din
nodulii limfatici și celulele Langerhans din piele) realizeaz ă procesele
necesare de prelucrare și prezentare a antigenelorr, secret ă citokine care
susțin răspunsul imun și, după activarea macrofagelor de c ătre limfocitele T,
distrug microorganismele.
12.5. Complexul major de histocompatibilitate și imunitatea
Recunoașterea imunitar ă implică interacțiunea limfocitelor T cu
moleculele specifice de la suprafa ța celulară numite molecule de clas ă I și
Fig. 89. Expunerea la antigen și titrul Ac

FIZIOLOGIA SANGELUI

192molecule de clas ă II. Acestea sunt produse de genele de pe cromosomul 6,
grupate ( cluster) . Clusterul respectiv a fost numit complex major de
histocompatibilitate (C MH) deoarece determinan ții antigenici de clas ă I și II
apar dacă organul sau țesuturile transplantate sunt recunoscute ca self sau
non-self și astfel sunt acceptate sau resp inse. La om complexul major de
histocompatibilitate mai este cunoscut și sub numele de HLA (antigen
leucocitar uman), deoarece a fost ma i întâi recunoscut prin analiza reac țiilor
dintre limfocitele din sângele periferic și serul care con ține anticorpi.
Sistemul HLA con ține patru locusuri: HLA-A; HLA-B; HLA-C și HLA-D.
De asemenea, HLA-D prezint ă, la rândul lui, trei lo cusuri numite DP, DQ și
DR. Genele de la HLA- A, B și C codific ă lanțurile grele a moleculelor de
clasă I, iar genele de la DB, DQ și DR codific ă moleculele de clas ă II.
Marea majoritate a celulelor nucleate posed ă molecule de clas ă I pe
suprafața lor membranar ă. Acestea sunt legate nec ovalent de heterodimeri
(complexe cu dou ă lanțuri polipeptidice neidentice) constituind un lan ț mic
(β2-microglobulinic) și un lanț greu mare. Lan țul β2-microglobulinic, care
este codificat de gene de pe crom osomul 15, este invariabil (toate lan țurile
β2-microglobulinice ale moleculelor de clas ă I sunt acelea și). Lanțurile grele
sunt codificate de gene înalt polim orfe (mai multe gene alele exist ă pentru
fiecare locus). De și o persoan ă moștenește 3 gene pentru lan țurile grele de la
fiecare părinte, moleculele de clas ă I ale unui individ constituie un uria ș
amestec de molecule care con țin mai mult de 6 lan țuri grele diferite.
Moleculele de clas ă II sunt exprimate normal numai în unele tipuri de
celule: celule stem hematopoe tice, limfocite B, monocite și macrofage,
precum și celule dendritice și celule Langerhans. Când sunt activate
limfocitele T exprim ă și moleculele de clas ă II; limfocitele activate pot
secreta limfokine, γ-interferon care amplific ă expresia moleculelor de clas ă
II pe macrofage și pot produce molecule de clas ă II exprimate în alte celule
cum ar fi celulele endoteliale. Moleculele de clas ă II sunt heterodimeri de
lanțuri α și β, dar difer ă de heterodimerii clasei I prin ambele polipeptide.
In reglarea produc ției de anticorpi și inițierea reac țiilor imune mediate
celular, limfocitele T helper re cunosc fragmentele imunogenice ale
antigenelor procesate la nivelul moleculelor de clas ă II de pe suprafa ța
macrofagelor sau limfocitelor B. Moleculele de clas ă I sunt implicate în
sensibilizarea diferitelor tipuri de limfocite T la antigenele virale sau celulare care apar în asocia ț
ie cu moleculele de clas ă I pe suprafa ța celulelor
FIZIOLOGIA SANGELUI

193infectate cu diver și viruși. Deci, are loc nu numai sensibilizarea
evenimentelor ini țiale dar și atacul ulterior al limfoc itelot T citotoxice pe
celula țintă, care depinde de recunoa șterea de c ătre limfocite a antigenului în
asociație cu moleculele de clas ă I de pe suprafa ța celulară.
12.6. Limfocitele T Precursorii celulei T migreaz ă din măduva osoas ă în cortexul timic
unde celulele sufer ă o diviziune celular ă cu un ritm extrem de mare. Marea
majoritate a acestor timocite tinere mor în interiorul cotexului timic. O mic ă
parte din limfocitele provenite din locul de diviziune de la nivelul cortexului
timic migreaz ă la nivelul medularei timice unde vor suferi diferen țieri
ulterioare. Celulele T care tr ăiesc la acest nivel posed ă pe suprafa ța lor un
receptor cu propriet ăți de recunoa ștere:
– receptorul face distinc ția între proteinele CMH str ăine (altele decât
moleculele de clas ă I și II) și proteinele CMH proprii; el reac ționează cu
primele și le tolereaz ă pe ultimele;
– cu toate c ă receptorul nu reac ționează cu proteinele CMH proprii,
acesta recunoa ște și reacționează
cu un complex formând un peptid derivat
din antigen legat de proteina CMH proprie;
– receptorul de la fiecare celul ă T va fi clonotipic; de exemplu, va
recunoaște numai un singur determinant im unogenic specific (epitop) a
peptidului derivat din antig enul legat de o protein ă CMH.
Receptorul antigenic al celulei T este un complex cu multe subunit ăți
(fig. 90); în aproximativ 95% din celulele T complexul receptor con ține
lanțuri polipeptidice legate prin pun ți disulfidice numite lan țuri α și β, care
mediază recunoașterea antigenului. Aceste lan țuri sunt legate necovalent la
5 lanțuri invariabile ( α, δ, ε și
două lanțuri γ) care sunt impli-
cate în transducerea semnalului; se trimite un semnal spre interi-orul celulei al c ărui receptor este
ocupat. Anticorpii monoclonali funcționează pentru recunoa ș-
terea unui antigen cu lan țuri
invariabile a complexului; acest antigen este numit și CD3, iar
Fig. 90. Limfocit T

FIZIOLOGIA SANGELUI

194complexul cu lan țuri invariabile se nume ște complexul CD3. Lan țurile
polipeptidice α și β a fiecărei celule au segmente “hipervariabile” care
conțin o secven ță unică de aminoacizi care permite receptorului antigenic al
acestei celule s ă recunoasc ă epitopul specific al fragmentului antigenic legat
de proteina CMH.
In timpul proces ării timice a limfocitelor T are loc achizi ționarea unor
molecule glicoproteice de suprafa ță care, pe o cale necunoscut ă, determin ă
dacă receptorul antigenic al celulei T va reac ționa cu un peptid antigenic
legat de moleculele de clas ă I sau de moleculele de clas ă II. Aceste dou ă
glicoproteine de suprafa ță pot fi identificate prin reac ția lor cu anticorpii
monoclonali care recunosc un antigen numit CD4 prezent pe una din glicoproteine și un antigen CD8 prezent pe alt ă glicoprotein ă. Cu toate c ă
celulele T existente posed ă atât antigenul CD4 cât și CD8, celulele T
eliberate din timus pentru a intra în țesutul limfoid periferic con țin numai
unul din antigene; de exemplu, CD 4+ (referindu-se la celulele T
4) sau CD8+
(referindu-se la celulele T 8).
12.6.1. Recunoa șterea antigenului și activarea celulei T
Celulele T eliberate din timus circul ă liber prin organism, deplasându-
se între sângele circulant și țesuturile limfoide periferice. Fiecare celul ă este
programat ă să recunoasc ă un determinant antigenic specific care va fi
procesat în interiorul celulei și exprimat la suprafa ța celulei în asociere cu
proteine CMH. Astfel, celulele T ar trebui s ă se găsească în proximitatea
fizică a antigenului pentru a-l recunoa ște și a se activa. Celulele CD4+
recunosc peptidele antigeni ce exprimate pe suprafa ța celulelor în asociere cu
moleculele de clas ă II și astfel antigenul va fi o procesat în/ și exprimat de
macrofage sau limfocite B.
Celulele CD8+ recunosc determinan ți antigenici de suprafa ță
exprimați alături de moleculele de clas ă I într-o varietate de celule, inclusiv
unele celule infectate cu virusuri. In plus, atât celulele CD4+ cât și CD8+
interacționează cu celulele care prezint ă antigen prin in termediul unui al
doilea mecanism de recunoa ștere, implicând o interac țiune între moleculele
numite CD2/T11 din limfocite și moleculele numite α FA3 (antigen asociat
funcției limfocitare) de pe celul ele prezentatoare de antigen.
Activarea prin mecanismele de scrise, la care se adaug ă efectul de
suport al citokinelor secretate de macrofage, produce transformarea
FIZIOLOGIA SANGELUI

195celulelor activate prin antigen; dezvo ltarea receptorilor pentru un factor de
creștere autocrin, interleukina 2 (IL-2) și secreția de IL-2. Ca o consecin ță,
inițial sunt doar câteva celule T care recunosc un num ăr mic de epitopi care
vor determina cre șterea num ărului de celule fiice. Extinderea prolifer ării
reflectă efectul combinat al concentra ției de IL-2 secretat, durata secre ției și
densitatea receptorilor pentru IL-2 exprima ți pe suprafa ța celulelor T
activate. Aceste celule sunt reprezentate de celulele T: – helper, ajut ă formarea din celule B de plasmocite secretoare de anticorpi;
– care mediaz ă sensibilitatea intârziat ă în imunitatea mediat ă celular;
– citotoxice care distrug celulele țintă;
– care induc formarea celulelor supresor; – supresor care men țin răspunsurile imune.
Celulele T activate î și exercită funcțiile imunoreglatoare și efectoare
prin secre ția de proteine numite limfokine , care sunt active în concentra ții
foarte mici și nu au restric ții antigenice sau genetice ale efectelor biologice.
12.6.2. Celulele natural killer Celulele natural killer (NK) sunt o popula ție diferită de limfocite
implicate în r ăspunsuri imune mediate celular (fig. 91). Celulele NK difer ă
de celulele T citotoxice prin aceea că ele lizeaz ă celulele țintă
la primul contact, f ăr
ă să fie
necesară sensibilizarea lor la
antigen. Ontogenia NK este neclară; nu provin din celula
stem limfoid ă ca și celulele T și
B. Celulele NK nu necesit ă
procesare timic ă și nu exprim ă
receptori pentru antigen ca ai celulelor T. Celulele NK repre-zintă mai pu țin de 10% din
limfocitele sanguine circulante.
12.7. Limfocitele B Diferențierea celulei B de la precursorul primar pân ă la plasmocit are
loc în dou ă faze. Prima faz ă (se refer ă la faza ne-antigenic ă) are loc în
Fig. 91. Limfocite natural killer

FIZIOLOGIA SANGELUI

196interiorul țesutului limfoid central (m ăduva osoas ă la mamifere). In cursul
acestei faze celulele pr ecursoare prezint ă o diviziune rapid ă și o rată mare de
distrugere. Aceast ă imensitate de celule care sunt analogul celulelor pre-T
din timpul form ării celulelor T în cortexul timic, reprezint ă o consecin ță a
multiplelor rearanjamente ale ADN necesare men ținerii unei diversit ăți de
celule B în țesutul limfatic periferic capabil s ă recunoasc ă și să răspundă la
o multitudine nelimitat ă de antigene. Celulele cu rearanj ări aberante ale
ADN sau cu rearanj ări pentru determinan ți foarte asem ănători vor muri în
cursul procesului. S-au identificat câteva stadii ale fazei de diferen țiere
independent ă de antigen:
– se începe cu rearanjarea segmen telor genelor pentru imunoglobuline
și cu formarea de gene func ționale pentru lan țurile grele a Ig M;
– apoi are loc sinteza lan țurilor grele de Ig M numite lan țul μ;
– gena pentru lan țul ușor al moleculelor de imunoglobulin ă este
rearanjată și are loc sinteza lan țului ușor; lanțul ușor se combin ă cu lanțul μ,
care apoi se deplaseaz ă de la nivel citoplasmatic și se inser ă în membrana
celulară ca parte a moleculei de Ig M;
– urmează sinteza celui de-al doilea lan ț greu numit lan țul δ; aceasta
conduce la formarea moleculei de IgD care de asemenea se va insera în
membrana celular ă.
Celula prezint ă acum atât molecule de Ig M cât și molecule de Ig D,
legate prin gruparea carboxi-terminal ă la nivelul membranei celulare și
extinse către mediul extern pr in regiunea variabil ă NH 2-terminală. Acestea
servesc ca loc de recunoa ștere la suprafa ța celulei pentru determinan ți
antigenici specifici pentru care celula a devenit programat ă să răspundă.
Astfel, celula B este gata s ă funcționeze ca o celul ă competent ă imunologic.
Alături de receptorii imunoglobulinic i pentru antigene, celula B
prezintă și molecule de clas ă II a CMH pe suprafa ța sa membranar ă. In
timpul form ării celulei B exprim ă și alte molecule membranare de suprafa ță,
cu funcții fiziologice incomplet cunoscute. Acestea includ receptori pentru
porțiunea Fc a Ig G, receptori pe ntru un component activat al
complementului numit C 3b și pentru fragmentul degradat al C 3b numit C 3d
(acest ultim receptor prezint ă un interes clinic deos ebit deoarece el serve ște
ca receptor pentru virusul Epstein-Barr).
Faza dependent ă de antigen a diferen țierii celulei B are loc prin
activarea la nivelul țesutului limfatic a celulei B competent ă imunologic,
FIZIOLOGIA SANGELUI

197prin contactul cu antigenele pe care este programat ă să le recunoasc ă în
prezența citokinelor din celulele T activate și din macrofage. Acest antigen
care declan șează proliferarea conduce la formarea a dou ă tipuri de celule:
celula secretoare de Ig M și celule în care Ig M și Ig D de suprafa ță sunt
înlocuite (ca urmare a schimb ării genice a lan țului greu) cu Ig G, Ig A sau Ig
E de suprafa ță (fig. 92).
Continuarea expunerii la antigen a celor mai multe din aceste celule B
determină diferențierea ulterioar ă și secreția de Ig G, Ig A sau Ig E, dar și
crearea de celule B cu memorie. Ultimele re țin pe suprafa ța lor Ig G, Ig A
sau Ig E și pot determina apari ția, la o nou ă expunere la antig en, de clone de
plasmocite cu mare afinitate pentru anticorpi. Celulele B care au ratat faza dependent ă de antigen a diferen țierii în țesutul limfoid pe riferic mor rapid și
vor fi înlocuite cu noi celule B.
Structura moleculelor de imunoglobuline

Unicul rol cunoscut al limfocitelor B și plasmocitelor este s ă secrete
proteine cu activitate de anticorpi, adic ă imunoglobuline (Ig). Acestea au o
structură proteică în care lan țurile polipeptidice alei unei molecule de
Fi g. 92. Dezvoltarea celulelor B șirăspunsul la stimularea prin anti gen

FIZIOLOGIA SANGELUI

198imunoglobulin ă produsă de o clon ă de plasmocite vor fi diferite la cap ătul
NH 2-terminal fa ță de Ig produse de alte cl one de plasmocite. Aceasta
conduce la molecule de imunoglobulin e cu specificitate antigenic ă.
Moleculele de imunoglobuline sunt c onstituite dintr-o unitate de baz ă,
compusă din dou ă lanțuri polipeptidice u șoare identice și două lanțuri
polipeptidice grele identice legate prin leg ături disulfidice (fig. 93).
Majoritatea moleculelor
de Ig sunt monomeri ai aces-tei unități de bază; unele Ig
sunt polimeri cu 2-5 unit ăți
de bază. Ig polimerizate sunt
alcătuite din unit ăți de bază
identice la care se adaug ă un
singur lan ț suplimentar (J),
care men ține polimerii uni ți.
Lanțurile J sunt sintetizate de
plasmocite. Aminoacizii ce compun lan țurile ușoare și
grele nu sunt aranja ți liniar, ci
formează anse (domenii).
Numai un singur dome-
niu, din cele dinspre cap ătul
N-t cunoscute ca regiuni variabile, con ține ~110 aminoacizi. In interiorul
regiunii variabile exist ă regiuni hipervariabile constituite din secven țe unice
de aminoacizi pentru acest lan ț polipeptidic. Regiunile hipervariabile din
lanțurile ușoare și grele adiacente și lanț
urile grele a moleculei de
imunoglobulin ă formeaz ă un “buzunar” de legare a antigenului. Diver și
determinan ți antigenici pot ocupa acest spa țiu (reactivitate încruci șată), dar
va fi legat preferen țial un singur determinant antigenic, specific.
Segmentele carboxi-terminal ale lan țurilor polipeptidice u șoare și
grele sunt numite regiuni constante. Lan țurile ușoare au o regiune constant ă
cu un singur domeniu, pe când lan țurile grele au o regiune constant ă cu 3-4
domenii. Lan țurile ușoare sunt împ ărțite în 2 tipuri, k și δ, pe baza
diferențelor în secven ța de aminoacizi din regiunea lor constant ă.
Papaina (enzim ă proteolitic ă) clivează moleculele de imunoglobuline
la nivelul unei regiuni a lan țului greu numit ă “balama”. Se formeaz ă două
Fig. 93. Molecul ă de imunoglobulin ă
FIZIOLOGIA SANGELUI

199fragmente care se combin ă cu anticorpul (Fab); fiecare fiind alc ătuit dintr-un
întreg lan ț ușor, din domenii variabile și din prima regiune constant ă a
lanțului greu (fig. 92) . Un fragment, numit fragment ul Fc, este format din
domeniile restante ale regiunii constante ale ambelor lan țuri grele; el
determină proprietățile biologice ale moleculelo r de imunoglobuline. De
exemplu, macrofagele prezint ă receptori de suprafa ță care vor recunoa ște
situsul de legare prezent pe fragment ul Fc al unor imunoglobuline (nu al
tuturor imunogl obulinelor).
Imunoglobulinele sunt clasificate, pe baza diferen țelor între lan țurile
grele, în 5 clase majore: IgM (lan ț μ); IgG (lan ț γ), IgA (lan ț α), IgD (lan ț δ)
și IgE (lan ț ε). Aceste clase majore de imunoglobuline pot fi împ ărțite în
subclase, pe baza diferen țelor serologice și fizico-chimice. Astfel, exist ă
două subclase de IgM con ținând lan țuri μ1 sau μ2, două subclase de IgA
conținând lanțuri α1 și α2 și patru subclase de IgG con ținând lanțuri γ1, γ2, γ3
și γ4. Moleculele lan țurilor ușoare sunt distribuite în clase și subclase
diferite. Fiecare persoan ă conține în plasm ă un spectru larg de izotopi
imuno-globulinici, fiind posibil ă combinarea unui tip sau subtip de lan ț ușor
cu o clasă sau subclas ă de lanț greu.
Fiecare imunoglobulin ă este sintetizat ă de plasmocite diferite și este
imunologic diferit ă deoarece difer ă prin secven ța de aminoacizi a regiunilor
hipervariabile. Aceast ă diferență antigenic ă conferită fiecărei molecule de
imunoglobulin ă reprezint ă idiotipul imunoglobulinei. In mod normal, nici o
specie de imunoglobulin ă nu este prezent ă în concentra ție suficient de mare
pentru ca idiotipul s ău să acționeze ca imunogen. Când un r ăspuns imun
determinat de antigen cre ște produc ția de imunoglobuline specifice, regiu-
nile lor hipervariabile pot îns ă să funcționeze nu numai ca loc de legare al
antigenului dar și ca antigene idiotipice capabile s ă inducă răspuns imun.

Tab. 11. Caracteristic ile diferitelor clase de imunoglobuline
Caracteristici IgG IgA IgM IgD IgE
Greutate molecular ă (kDa) 150 170 900 180 200
Concentra ție plasmatic ă (md/dl) 700-1500 250 100 3 0,03
T1/2 intravascular (zile) 21 6 5 3 2
Trecerea barierei placentare + – – – –

Anticorpii IgM sunt primii anticorpi forma ți după expunerea la
antigen. IgM circul ă ca pentamer cu 10 situsuri de legare a antigenului pe
fiecare molecul ă; funcționează ca un activator al c ăii clasice de activare a

FIZIOLOGIA SANGELUI

200complementului. IgM plasmatic ă este considerat ă o macroglobulin ă datorită
moleculei sale mari (greutate molecular ă de 900 kDa). Pentru cei mai mul ți
antigeni produc ția este direc ționată spre alte clase de imunoglobuline, de
obicei IgG sau IgA, deoarece pu ține antigene continu ă să determine un
răspuns IgM la o expunere continu ă sau la o co-expunere.
IgG este un anticorp major din plasm ă și din lichidul extracelular; este
singura clas ă de imunoglobuline care poate traversa bariera placentar ă
umană. Fagocitele au receptori pentru locul de legare a por țiunii Fc a IgG 1 și
IgG 3. Fagocitele au receptori pentru fragmentul iC 3b al complementului.
Dacă anticorpii din subclasa IgG 1 sau IgG 3 se leagă de antigenii de pe
suprafața microorganismelor și prin aceast ă legare activeaz ă complementul
și aduc iC 3b la suprafa ță, atunci granulocitele sau monocitele-macrofagele
pot rapid fagocita microorganismul sau celula.
IgA este un anticorp major descoperit în secre țiile tracturilor respi-
rator, gastro-intestinal și genito-urinar, unde se leag ă de antigene str ăine,
împiedicând astfel intrarea lor în organism. In secre ții IgA exist ă ca polimer
a două molecule de imunoglobuline plus un lan ț J la care se adaug ă o altă
proteină, numită componenta secretorie. Componenta secretorie este sinte-
tizată de către epiteliul mucoasei și ajută la transportul moleculelor de IgA
prin celulele epiteliale în secre ții. In plasm ă IgA exist ă atât ca monomer cât
și ca polimer con ținând un lan ț J, dar nu și componenta secretorie.
IgD și IgE se g ăsesc în cantit ăți reduse în plasm ă. IgD de pe suprafa ța
celulelor B servesc ca loc de recunoa ștere a antigenului. IgE este secretat ă în
cantități crescute la pacien ții cu infec ții helmintice și la pacien ții cu alergie
atopică. IgE se leag ă prin regiunea sa Fc la mastocite și pot declan șa
reacțiile de hipersensibilitate imediat ă.
12.8. Mecanismele r ăspunsurilor imune
Răspunsurile imune umorale sunt importante pentru protec ția împo-
triva infec țiilor bacteriene acute. Bacteria este coafat ă cu anticorpul și prin
intermediul complementului este fagocitat ă cu o eficien ță crescută.
Răspunsurile imune mediate celular suprim ă infecțiile determinate de
microorganismele care se g ăsesc și se multiplic ă în celule. In aceast ă
categorie sunt incluse cele mai multe infec ții virale și infecții cu diverse
bacterii (micobacterii și fungi). In cazul pacien ților cu SIDA, unde celulele
CD4+ sunt deprimate, microorgani smele care în mod normal nu produc
FIZIOLOGIA SANGELUI

201boală la om pot produce boli fatale atunci când r ăspunsurile mediate celular
sunt absente.
12.8.1. Sinteza anticorpilor și reglarea produc ției de anticorpi
Producția de anticorpi necesit ă în mod obi șnuit interac țiunea dintre
macrofage, celule T și celule B. Antigenele timus-independente induc
formarea de anticorpi de c ătre
celulele B f ără ajutorul celu-
lelor T. Aceste antigene sunt molecule mari cu unit ăți struc-
turale repetitive (de ex. Poli-zaharidele bacteriene) ce func-ționează aparent ca mitogen al
limfocitului B. Antigene timus-independente determin ă numai
sinteza de anticorpi IgM și
induc o memorie imunitar ă re-
dusă (grupele sanguine din
sistemul ABO sunt exemplu de antigene timus-independente).
Pentru marea majoritate a
antigenelor produc ția de anti-
corpi necesit ă atât prezen ța
antigenului cât și celule T helper care interac ționează cu celulele B; este
vorba de antigenele timus-dependente. Fragmentele de antigen con ținând
determinan ți imunogenici sunt prezentate în as ociere cu moleculele de clas ă
II de la suprafa ța celulară a celulelor T helper. Celu lele prezentatoare sunt
macrofage sau celule înrudite cu macrofagele ( celula dendritic ă sau celula
Langerhans), precum și celule B. Celula B poate recunoa ște antigenul prin
utilizarea receptorului pentru imunoglobulina legat ă de membran ă, interna-
lizează ș
i proceseaz ă antigenul și apoi “afi șează” peptidele antigenice pe
suprafața sa celular ă, în asociere cu moleculele de clas ă II. Așa cum s-a
menționat mai devreme, în prezen ța macrofagelor secretoare de IL-1 sau IL-
6, celulele T CD4+, activate de antigenul prezent la nivelul macrofagelor
sau celulelor B, prolifereaz ă și secretă multiple citokine (IL-2; IL-4; IL-5, γ-
interferon). Sub influen ța acestor limfokine, a IL-6 de la nivelul macro-
Fig. 94. Sinteza anticorpilor

FIZIOLOGIA SANGELUI

202fagelor și a continu ării expunerii la antigen, clonele de celule B se extind și
se diferen țiază în plasmocite secretând cantit ăți mari de anticorpi (fig. 94).
Activarea celulelor T prin antigene induce și formarea de celule
supresor care controleaz ă răspunsul secretor de anticorpi prin sc ăderea sau
prin proliferarea celulelor T helper sau B. Sc ăderea antigenului disponibil
moduleaz ă suplimentar r ăspunsul imun, deoarece clonele reactive intr ă în
competiție pentru cantit ăți scăzute de antigen. Când se acumuleaz ă sufi-
ciente molecule de imunoglobuline al e unui idiotip dat, acesta poate ac ționa
ca un antigen și are loc formarea de anticorpi; ei au un buzunar de legare a
antigenului cu aceea și configura ție spațială ca și determinantul antigenic
care stimuleaz ă formarea de Ig originale.
12.8.2. Răspunsurile imune mediate celular
Răspunsurile imune mediate celular includ reac ții de hipersensibilitate
întârziată și reacții citotoxice în care celulele T și NK distrug celulele țintă.
Cel mai bine studiat test de hipersensibilitate întârziat ă este testul cutanat la
tuberculin ă. Injecția intradermic ă cu tuberculin ă (un antigen extras din
bacilul Koch) determin ă acumularea la locul inocul ă
rii a unui num ăr mic de
limfocite T sensibilizate prin expunerea anterioar ă la antigen. Acestea
interacționează cu antigenul de la suprafa ța macrofagelor sau a celulelor
Langerhans; interac țiunea este CMH restric ționată, fiind necesar ca recep-
torul pentru antigen al celulei T s ă recunoasc ă antigenul în asociere cu
molecula de clas ă II. Limfocitele T activate de c ătre antigen secret ă citokine
care declan șează pasul urm ător al reac ției. Citokinele determin ă acumularea
de monocite la locul de inoculare și diferențierea lor în macrofage; ele
inhibă migrarea macrofagelor de la locul inocul ării; activeaz ă macrofagele
crescând propriet ățile lor microbicide, capacit ățile lor de a secreta enzime
proteolitice și de a genera metaboli ți de oxigen (toxici), γ- interferon și alți
factori activatori ai macrofagelor, precum și de a exprima molecule de clas ă
II. Alte citokine, numite limfotoxine, distrug direct celulele din vecin ătatea
antigenului. In 24-48 ore dup ă injecția de antigen reac ția produce o zon ă de
eritem și indurație la locul inocul ării. Dacă se biopsiaz ă se va observa un
infiltrat de celule mononucleare (în special macrofage), edem și depozite de
fibrină. In unele arii r ăspunsul imun localizat const ă în multiple macrofage
(celule histiocitare) și limfocite organizate sub form ă de granulom.
FIZIOLOGIA SANGELUI

203Reacțiile de hipersensibilitate întârziat ă, în care este declan șat un
mecanism în care un num ăr mare de macrofage devin active la locul unde se
găsește antigenul, cresc capacitatea organismului de a se lupta cu infec țiile.
Odată activate, macrofagele prezint ă o activitate bactericid ă crescută, nu
numai împotriva organismului care a ini țiat reacția de hipersensibilitate
întârziată, ci și împotriva altor microorganisme.
Un al doilea r ăspuns imun mediat celular determin ă liza celulelor
celulele infectate cu viru și de către limfocitele T citotoxice. Spre deosebire
de bacteriile intracelulare, care invadeaz ă numai monocitele (macrofagele),
virusurile pot invada o varietate de celule (exemplu: virusul hepatitic
invadează hepatocitele, virusurile gripale invadeaz ă celulele epiteliului
respirator). Când virusurile infecteaz ă celulele antigenele virale sunt
translocate la suprafa ța acestora. Celulele T cito toxice CD8+ devin sensibile
la aceste antigene virale în conjunc ție nu numai cu moleculele de clas ă II
(care sunt absente în cele mai multe celule) dar și cu moleculele de clas ă I.
Odată sensibilizate, celulele T citotoxice pot liza celulele infectate printr-o
reacție în care, înc ă odată, celulele T citotoxice trebuie s ă recunoasc ă atât
antigenele virale și moleculele de clas ă I de pe suprafa ța celulară. Această
liză celulară, prin prevenirea replic ării virale intracelulare, poate juca un rol
important în rezisten ța la infecții virale.
13. Hemostaza fiziologic ă
Hemostaza reprezint ă fenomenul de oprire a he moragiei (extravazarea
sângelui prin peretele vascular lezat). Se discut ă de hemostaza fiziologic ă
care reprezint ă oprirea hemoragiei ca urmare a lez ării vaselor mici și
mijlocii și de hemostaza medicamentoas ă / chirurgical ă în cazul lez ării
vaselor mari. La procesul de hemostaz ă participă vasele sanguine, plachetele
și factorii plasmatici ai coagul ării; fiind ini țiată de contactul sângelui cu
suprafețe rugoase sau de produ și de citoliz ă. Hemostaza fiziologic ă prezintă
mai multe componente / faze suprapuse în timp și intricate:
– reacția vascular ă;
– aderarea și agregarea plachetar ă cu formarea unui dop plachetar;
– coagularea (formarea și retracția cheagului de fibrin ă);
– fibrinoliza (disolu ția cheagului) cu repara ția conjunctiv ă a peretelui
vascular sau perforarea cheagului voluminos de c ătre vase de neoforma ție.

FIZIOLOGIA SANGELUI

204Reacția vascular ă
Reacția vascular ă hemostatic ă cuprinde constric ția vaselor lezate;
spasm miogen și vasoconstric ție reflexă simpatic ă; mediatorii implica ți în
acest proces sunt histamina (5HT), tromboxanul A 2, adrenalina,
fibrinopeptidul B (FPB), la care se adaug ă și vasodilata ția în teritoriile
învecinate. Spasmul este mai puternic cu cât aria lezat ă este mai întins ă. In
cazul acumul ării intersti țiale a sângelui cre șterea presiunii tisulare are și ea
efect hemostatic.
13.1. Aderarea, agregarea și secreția plachetar ă
Plachetele sanguine (trombocitele ), au un diametru de 2-3 μm, 1/3 din
ele sunt depozitate în splin ă. In sânge se g ăsesc în num ăr de 180000-
400000/mm
3; scăderea sub 150000/mm3 se nume ște trombocitopenie, iar
creșterea peste 500000/mm3 se numește trombocitoz ă.
Trombocitele sunt forma țiuni anucleate, cu o durat ă medie de via ță de
~8 zile, delimitate de plasmalem ă; ele sunt formate prin ruperea (intra- sau
extravascular ă) de fragmente citoplasmatice din megacariocite. Plachetele
prezintă trei zone: o zon ă periferică, care emite pseudopode și care are rol în
procesul de adeziune plachetar ă; o zonă sol-gel, constituit ă din hialoplasm ă,
cu rol în contactilitate și o zonă granulomer, constituit ă din organite, granule
și corpi den și secretori.
Granulele dense con țin ADP, histamina (5-hidroxitriptamin ă, 5-HT) și
factori agregan ți. La nivelul membranei trombocitare se g ăsesc proteine
importante: contractile (actina, mi ozina, trombostenina), coagulante
(fibrinogen, factorii plasmatici V, VIII, XI, XIII, și factorii plachetari f2, f3).
Plachetele sunt strict specializate pentru hemostaza, la care particip ă prin
formarea unui dop plachetar și eliberarea de factor i plachetari ai coagul ării.
Distrugerea endoteliului expune structurile subendot eliale la contactul
cu plachetele; aceasta este prima etap ă în formarea dopului plachetar (fig.
95). Aderarea plachetar ă necesită participarea obligatorie a factorului von
Willebrand (vWF), o protein ă sintetizat ă la nivelul celulelo r endoteliale care
este prezent ă atât în plasm ă cât și la nivel subendotelial. vWF face parte
dintr-un grup de proteine numite proteine de adeziune, care con țin o anumit ă
secvență de aminoacizi (Arg-Gly-Asp-RGD).

FIZIOLOGIA SANGELUI

205
Fig. 19. Fazele form ării dopului plachetarAceastă secven ță permite
proteinelor de adeziune s ă se lege la
unul sau mai mul ți membri ai
familiei de proteine de suprafa ță
numite integrine (care prezint ă
situsul de recunoa ștere pentru
RGD). vWF poate lega, la situsul de recunoaștere pentru RGD, un
complex de dou ă glicoproteine care
se găsesc la suprafa ța membranei
plachetare (GP IIbIIIa) care se exprimă numai dup ă activarea
plachetară. După lezarea vasului (a
celulelor endoteliale) vWF se leag ă
de matricea subendotelial ă precum
și de membrana plachetelor
neactivate (situs de legare numit GP Ib) determinând aderarea lor la endoteliul lezat.
După aderarea plachetelor la
endoteliul lezat el e se vor activa;
alte plachete din circula ție vor veni
la locul leziunii, se vor activa și vor
adera la plachetele deja existente.
Astfel, masa plachetar ă începe să crească ducând la formarea dopului
plachetar. Activarea plachetar ă implică o serie de evenimente cum ar fi:
modificări de form ă, agregare, eliberarea și oxidarea acidului arahidonic,
eliberarea con ținutului granulelor granulelor α și a granulelor dense,
reorganizarea suprafe ței membranare și o contrac ție centripet ă orientată a
actomiozinei de la nivelul citoschele tului membranar. Primele evenimente
ale activ ării plachetare sunt reprezentate de modific ările de form ă
plachetară; acestea sunt reversibile (agreg atele plachetare libere pot fi
îndepărtate din dopul plachetar și pot reintra în circula ție).
Activarea plachetar ă este declan șată de doi agoni ști principali:
trombina (format ă la locul leziunii) și colagenul expus (subendotelial).

FIZIOLOGIA SANGELUI

206ADP și produșii de oxidare ai acidului arahidonic men țin și amplific ă
activarea plachetar ă. Acești agoniști interacționează cu receptorii membra-
nari specifici ceea ce are ca rezultat activarea proteinei G de la nivelul
membranei plachetare ce conduce apoi la activarea fosfolipazei C cu
formarea de doi mesageri secunzi: IP 3 și DAG. DAG activeaz ă PKC, o
enzimă care catalizeaz ă transferul fosfatului de pe ATP la rezidurile serinice
sau treoninice ale proteinelor; substratul major al PKC plachetare este o proteină de 47 kDa; fosforil area sa este esen țială pentru activarea plachetar ă.
IP
3 acționează ca un ionofor de calciu care produce intrarea calciului în
citosol dintr-un rezervor plachetar intern (sistemul tubular dens) cât și din
exteriorul plachetelor.
Creșterea concentra ției calciului citosolic determin ă activarea și
fosforilarea kinazei lan țului ușor al miozinei (fenomen necesar reorient ării
proteinelor citoscheletice respon sabile de modificarea de form ă, secreției și
contracției plachetare; activarea unei pr oteaze calciu-dependente numit ă
calpaină (activeaz ă și alte enzime plachetare) și activarea fosfolipazei A 2.
Activarea fosfolipazei A 2 conduce la eliberarea de acid arahidonic la
nivelul membranei plachetare ; acesta este oxidat pe dou ă căi (fig. 96). O
cale, catalizat ă de lipooxigenaz ă, conduce la formarea de deriva ți ai acidului
eicosatetranoic (HPETE și HETE) cu func ții necunoscute.
O altă cale, catalizat de ciclooxigenaz ă, conduce la formarea a doi
compuși cu rol important în amplificarea activ ării plachetare (protaglandina
H2 și metabolitul s ău, tromboxanul A 2). PG H 2 acționează ca un co-factor
care crește capacitatea colagenului de a ac ționa ca agonist plachetar. Tx A 2
Fi g. 96. Căile de oxidare a acidului arahidonic și produșii generați de plachete
FIZIOLOGIA SANGELUI

207se leagă specific la receptorul membrana r plachetar având ca rezultat
activarea fosfolipazei C și generarea de DAG și IP 3.
Plachetele con țin trei tipuri de granule: granule α, granule dense și
granule lizozomale. Aceste granule sunt distribuite randomizat în plachetele
nestimulate; ele se vor deplasa spre centrul plachetelor dup ă ce acestea sunt
activate. Membranele veziculare fuzioneaz ă cu membrana plachetar ă
realizând un sistem canalicular deschis constituit din invagina ții ale
suprafeței membranei plachetare. Con ținutul granulelor es te secretat prin
acest sistem canalicular; mai întâ i de la nivelul granulelor α și al granulelor
dense și, mai târziu, când plachetele fuzioneaz ă, de la nivelul granulelor
lizozomale.
Granulele dense con țin ADP, ATP, calciu și serotonin ă. ADP
funcționează ca un agonist fiziologic important care amplific ă activarea
plachetară; pacienții cu afect ări ereditare în care nu se realizeaz ă stocarea
unor cantit ăți normale de ADP în gr anulele dense prezint ă o diatez ă
hemoragic ă moderat ă rezultată din formarea inadecvat ă a cheagului.
Serotonina este un agonist plachetar slab; nu are func ții în hemostaz ă.
Granulele α conțin două categorii de proteine: proteine care se g ăsesc
și în plasm ă și proteine absente în plasm ă până în momentul în care sunt
secretate de plachete. Acestea, la rândul lor, pot fi împ ărțite în dou ă grupe.
Din prima categorie fac parte pr oteine dintre care albumina și Ig G sunt cele
mai importante și care sunt preluate de plache te prin mecanisme nespecifice.
Concentra ția lor plasmatic ă determin ă concentra ția acestora în granulele α
plachetare. Proteinele din acest grup au func ții hemostatice necunoscute. A
doua categorie este reprezentat ă de proteine care sunt prezente în plachete
într-o concentra ție destul de mare. Aceste pr oteine pot fi sintetizate sau
preluate din plasm ă prin maturarea megakariocit elor. Ele includ fibrinogen,
factor von Willebrand și factor V; fiecare din acestea, dup ă secreția lor în
urma activ ării plachetare se leag ă de suprafa ța membranei plachetare;
fenomen care le face disponibile în concentra ții mari pentru a participa la
reacțiile hemostatice în timpul form ării cheagului.
Proteinele granulelor α care sunt absente în plasm ă până când sunt
secretate în urma activ ării plachetare sunt trombospondina, β-tromboglo-
bulina, factorul plachetar 4 (PF4), factorul de cre ștere derivat din plachete
(PDGF) și factorul de cre ștere β transformat (TGF- β). PF4 este un
polipeptid cu rol de a neutraliza activitatea anticoagulant ă a heparinei, poate

FIZIOLOGIA SANGELUI

208intra în competi ție cu antitrombina III pentru situ sul de legare de la nivelul
celulelor endoteliale și a țesutului subendotelial. PF4, PGDF și TGF-γ sunt
chemoatractan ți pentru leucocite, celule musculare netede, fibrobla ști;
activează aceste celule și accelereaz ă vindecarea leziunii, conntribuind astfel
la reducerea proces ului inflamator și reparația tisulară.
Pe măsură ce agregarea plachetar ă progreseaz ă are loc contrac ția
citoscheletului plachetar ceea ce are drept consecin ță fuzionarea plachetelor.
In plus trombina declan șează formarea re țelei de fibrin ă în ochiurile c ăreia
se vor dispune plachetele; aceste fenomene converg c ătre formarea unui dop
plachetar permanent și stabil. Formarea trombului plachetar parcurge trei
stadii: agregare provizorie (val prim ar de trombocite), faza de remisiune,
agregare definitiv ă (metamorfoz ă vâscoasă).
13.2. Coagularea sângelui Procesul esen țial în coagularea sângelui este activarea protrombinei de
către un complex enzimatic, urmat ă de acțiunea trombinei asupra
fibrinogenului; astfel rezult ă monomerii ce vor constiuti re țeaua de fibrin ă,
Factorii coagul ării poartă diverse denumiri care provin de la numele
pacienț
ilor în a c ăror plasm ă lipsea factorul respectiv (Christmas, Stuart etc.)
sau denumiri care reflect ă funcția lor (de exemplu, activatorul plasmino-
genului tisular). Pentru a nu se crea confuzii se utilizeaz ă numerotarea lor cu
cifre romane; în literatura medical ă este utilizat ă adesea nomenclatura
numerică (tab. 12).

Tab. 12. Factorii coagul ării
Cifre romane Nume proprii Stare activat ă / inhibată
Factorul I Fibrinogen Fibrina
Factorul II Protrombina Trombina
Factorul III Tromboplastina tisular ă –
Factorul IV Calciul –
Factorul V Proaccelerina Proaccelerina inhibat ă
Factorul VII – Factor VIIa
Factorul VIII Factor antihemofilic; von Willebrand Factor VIIIa
Factorul IX Factor Christmas Factor IXa
Factorul X Factor Stuart Factor Xa
Factor XI Tromboplastina plasmatic ă Factor XIa
Factor XII Factor Ha geman Factor XIIa
Factor XIII Factor stabilizator al fibrinei Factor XIIIa
Prekalicrein ă plasmatic ă kalicrein ă plasmatic ă

FIZIOLOGIA SANGELUI

209Sinteza factorilor coagul ării
Marea majoritate a factorilor coagul ării sunt sintetiza ți la nivel
hepatic, cu excep ția factorului von Willebrand și proaccelerinei (factorul V),
care sunt sintetiza ți la nivelul celulelor endoteliale, ca și trombomodulina și
kininogenul; tromboplastina tisular ă denumește un amestec de fosfolipide și
lipoproteine de origine endotelial ă.
Factorii IX, VII, X și II sunt sintetiza ți de hepatocite numai în
prezența vitaminei K; sinteza ac estor factori ai coagul ării se desf ășoară în
două etape. In prima etap ă, hepatocitele sintetizeaz ă precursori polipeptidici
pentru fiecare factor al coagul ării, proces care nu necesit ă prezența
vitaminei K; în a doua etap ă, vitamina K ac ționează ca un co-factor pentru o
carboxilaz ă microsomal ă specifică, care va determina ata șarea unor reziduri
unice de acid glutamic care servesc ca punct de legare a ionilor de calciu;
acești ioni sunt necesari transform ării factorilor coagul ării în formele lor
enzimatic active.
13.2.1. Fibrinogenul plasmatic și formarea fibrinei
Fibrinogenul este o protein ă plasmatic ă în concentra ție de 270 – 300
mg/dl, sintetizat ă la nivel hepatic. Timpul de înjum ătățire al acestei proteine
este 3 – 4 zile; ~ 15% din fibrinogenul plasmatic este înlocuit zilnic prin
sinteza sa continu ă la nivel hepatic. Cre șterea concentra ției sale plasmatice
are loc în cursul sarcinii și în afecțiuni inflamatorii, leziuni tisulare sau
neoplasm (reprezint ă un reactant de faz ă acută). De asemenea, cre șterea
concentra ției plasmatice de fibrinogen accelereaz ă viteza de sedimentare a
hematiilor (vezi cap. 9.1.5).
Coagularea sângelui are ca punct important transformarea
fibrinogenului (factor I) într-o re țea insolubil ă de fibrin ă. Fibrinogenul este
o glicoprotein ă dimerică cu greutate molecular ă de 340 kDa; fiecare
jumătate de dimer este alc ătuit din trei lan țuri polipeptidice denumite A α,
Bβ și γ unite între ele prin pun ți disulfidice. Transfor marea fibrinogenului în
fibrină se desfășoară în trei etape; prima etap ă constă în proteoliza limitat ă a
fibrinogenului de c ătre trombin ă, fenomen care are loc precoce în cursul
procesului de coagulare. In urma acestui proces rezult ă monomerii de
fibrină, alături de fragmente polipeptidice mici, denumite fibrinopeptid A
(obținut din fragmentul amino-terminal al fiec ărui lanț Aα) și fibrinopeptid
B (eliberat ca urmare a scind ării fragmentului amino-terminal B β).

FIZIOLOGIA SANGELUI

210Odată formați monomerii de fibrin ă, se declan șează cea de-a doua
etapă, în care ace știa împreun ă cu fibrinogenul înc ă nescindat, formeaz ă
complexe libere. Când se acumuleaz ă mai mul ți monomeri de fibrin ă,
echilibrul se schimb ă către formarea de monomeri de fibrin ă care vor
polimeriza. In acela și timp complexele de fibrinogen disociaz ă în continuare
formând mai mul ți monomeri de fibrin ă disponibili polimeriz ării. In final,
monomerii de fibrin ă se leagă covalent rezultând polimeri de fibrin ă, care în
prezența factorului XIIIa (factor stab ilizator al fibrinei) formeaz ă o rețea tri-
dimensional ă. Ionii de calciu nu sunt absolut necesari în procesul de
transformare a fibri nogenului în fibrin ă, dar prezen ța lor în concentra ție
normală în plasmă accelereaz ă polimerizarea monomerilor de fibrin ă.
Plasma con ține o pro-enzim ă numită factor stabilizator al fibrinei
(factor XIII) care trece în stare activ ă în prezen ța trombinei (factor XIIIa).
Rolul acestui factor activat este de induce formarea de leg ături covalente
între monomerii de fibrin ă și de a stabiliza aceste leg ături; proces care se
desfășoară în prezen ța ionilor de calciu. Inafara acestui rol principal al
factorului XIIIa se descriu alte ac țiuni: stabilizeaz ă legăturile dintre mole-
culele de proteine contractile musculare; leag ă moleculele de fibronectina
între ele și de fibrin ă sau colagen; leag ă inhibitorul α2-plasminic de fibrin ă.
13.2.2. Formarea trombinei Trombina, enzima responsabil ă de formarea monomerilor de fibrin ă,
este generat ă în urma scind ării catalitice a protrombinei în prezen ța
factorului Stuart activat (factor Xa). In condi ții fiziologice activarea
factorului Stuart (factor X) se desf ășoară în cadrul a dou ă secvențe
enzimatice: calea intrinsec ă și calea extrinsec ă (fig. 97).
Activarea factorului
Stuart (factor X) pe calea intrinsecă este rezultatul
unei serii de reac ții care
se declan șează când sân-
gele vine în contact cu su-prafețele încărcate nega-
tiv. Evenimentele declan-șate de suprafe țele încăr-
cate negativ includ gene-
Fig. 97. Rolurile trombinei în coa gularea sân gelui
FIZIOLOGIA SANGELUI

211rarea de trombin ă și medierea altor mecanisme de ap ărare a organismului
împotriva agresiunii, cum ar fi inflama ția, răspunsurile imune și fibrinoliza.
Sunt implicate patru proteine în ini țierea acestor reac ții de apărare mediate
de contactul cu suprafa țele încărcate negativ: factorul Hageman (factor XII),
prekalicreina plasmatic ă (factor Fletcher), PTA (factorul XI; plasma
thromboplastin antecedent ) și kininogenul cu greutate molecular ă mare
(factor Fitzgerald, Williams sau Flaujeac).
Primul pas în ini țierea evenimentelor din cadrul c ăii intrinseci (fig. 98)
este conversia factorului Hagema n (factor XII) în forma sa activat ă (factor
XIIa) care are rolul de a activa PTA (f actor XI). Conversia PTA (factor XI)
în starea sa activat ă (factor XIa) în prezen ța factorului Hageman necesit ă
prezența kininogenului cu greutate molecular ă mare; reac ția este accelerat ă
de prezen ța prekalicreinei plasmatice dar nu este absolut necesar ă pentru
declanșarea acestui stadiu.
Conversia PTA (factor XI) în starea sa activat ă (factor XIa) în pre-
zența factorului Hageman necesit ă prezența kininogenului cu greutate mole-
culară mare; reac ția este accelerat ă de prezen ța prekalicreinei plasmatice,
care nu este absolut necesar ă pentru declan șarea acestui stadiu. Inafar ă de
Fig. 98. Calea intrinsec ă și extrinsec ă a coagul ării

FIZIOLOGIA SANGELUI

212rolul lor extrem de important în proces ul de coagulare, atât prekalicreina
plasmatic ă cât și kininogenul cu mas ă molecular ă mare au rol și în produ-
cerea reac ției inflamatorii. In prezen ța kininogenului cu greutate molecular ă
mare, factorul Hageman activ at (factor XIIa) transform ă prekalicreina
(factor Fletcher) în kalicrein ă (forma enzimatic ă), care va scinda
kininogenul plasmatic în kinine mici cum ar fi bradikinina. Bradikinina
determină vasodilata ție, crește permeabilitatea vaselor mici și induce durere
fiind răspunzătoare de semnele caracteristice ale reac ției inflamatoare:
căldură locală, roșeață, edem, durere.
In prezen ța PTA activat (factor XIa) are loc activarea factorului
Christmas (factor IX) în prezen ța ionilor de calciu. In acest moment are loc
intersectarea c ăii intrinseci cu calea extrinsec ă a coagulării.
Factorul Christmas activat (factor IXa) ac ționează asupra factorului
antihemofilic (factor VIII). Factorul antihemofilic face parte dintr-un complex molecular numit complexul factor VIII/factor von Willebrand.
Acest complex este rapid scindat în dou ă componente: una cu greutate
molecular ă mare reprezentat ă de factorul von Willebrand și una cu greutate
molecular ă mică reprezentat ă de factorul VIII. Factorul von Willebrand
funcționează ca un transportor pentru factorul antihemofilic
și determin ă
creșterea adezivit ății plachetare la structuril e subendoteliale expuse sângelui
în cazul leziuniilor vasculare. Factorul VIII con ține secven țe de aminoacizi
necesari coagul ării sanguine. Concentra ția plasmatic ă a complexului factor
VIII/factor von Willebrand este sub control hormonal; efortul fizic exagerat, stresul, sarcina, administra rea de estrogeni, hipersecre ție de vasopresin ă pot
determina cre șterea concentra ției plasmatice a factorului antihemofilic.
Factorul Christmas activat (factor IXa), al ături de factorul anti-
hemofilic activat și ionii de calciu, activeaz ă factorul Stuart. Activarea
factorului Stuart se poate realiza și pe cale extrinsec ă, necesitând prezen ța
tromboplastinei tisulare, a factorului VII și a ionilor de calciu. Rolul esen țial
al factorului Stuart activat (fact or Xa) este de a genera trombin ă, ultima
protează responsabil ă de formarea trombului de fibrin ă. Trombina rezult ă
din scindarea protrombinei în prezen ța factorului Stuart activat (factor Xa);
reacția este accelerat ă de prezen ța proaccelerinei (factor V) și calciului.
Protrombina (factor II) este o glicoprotein ă dependent ă de prezen ța
vitaminei K. Trombina scindeaz ă protrombina în dou ă părți: un segment
amino-terminal (fragment 1) și un segment carboxi-ter minal (pretrombina
FIZIOLOGIA SANGELUI

213
Fig. 99. Formarea trombinei din protrombin ă1). Fragmentul 1 con ține reziduuri de acid glutamic care serve ște ca punct
de legare pentru ionii de calciu. Pretrombina 1 este scindat ă de factorul
Stuart activat (factor Xa) într-un fr agment amino-terminal (fragment 2) și un
fragment carboxi-terminal cu o bucl ă disulfidic ă internă (pretrombina 2).
Formarea trombinei are loc astfel: fa ctorul Stuart activat (factor Xa;
fie pe calea intrinsec ă fie pe cea extrinsec ă a coagulării), împreun ă cu ionii
de calciu se leag ă de reziduurile de acid glutam ic ale fragmentului 1 de
protrombin ă (fig. 99), determinând scindarea lent ă a protrombinei în dou ă
locuri (între fragmentul 2 și pretrombina 2 și în interiorul buclei disulfidice
interne a pretrombinei 2). Aceast ă a doua scindare transform ă pretrombina 2
în trombin ă. Trombina format ă acționează asupra proacceler inei (factor V),
scindând lan țul polipeptidic al acesteia. In stare nativ ă, proaccelerina nu are
proprietăți coagulante; forma sa activat ă (factor Va) se ata șează de frag-
mentul 2 al moleculei de protrombin ă acționând ca un accelerator al
producției de trombin ă. Rolul esen țial al trombinei este de a transforma
fibrinogenul în monomeri de fibrin ă; de asemenea, activeaz ă factorul
stabilizator al fibrinei (f actor XIII), factorul VII și proteina C; determin ă
agregarea plachetar ă.

FIZIOLOGIA SANGELUI

21413.2.3. Rolul endoteliului vascular în coagularea sângelui
In mod normal, celulele endoteliale dispuse pe fa ța internă a vaselor
sanguine realizeaz ă o suprafa ță netedă care nu induce coagularea sângelui
sau aderarea plachetar ă. Mai mult, celulele endoteliale au rolul de a întârzia
formarea cheagului de sânge prin eliberar e de co-factori pentru doi inhibitori
plasmatici ai trombinei: antitrombina III și co-factorul heparinic II.
In anumite circumstan țe patologice endoteliul poate participa la
declanșarea procesului de coagulare, prin activarea c ăii intrinseci sau
extrinseci. Factorul XI activat, în cont act cu celulele e ndoteliale lezate va
determina activarea factorului Ch ristmas cu formarea de fibrin ă prin
reacțiile căii intrinseci. De asemenea, suprafa ța endotelial ă afectată (de
exemplu, endotoxin ă microbian ă) poate căpăta activitate tr omboplastin-like
tisulară, interacționează cu factorul VII și din nou are loc formarea de
fibrină dar, de data aceasta prin reac țiile căii extrinseci.
13.2.4. Fibrinoliza Agentul responsabil pentru disolu ția fibrinei este plasmina, o proteaz ă
care reprezint ă forma activat ă a plasminogenului. Plasminogenul este un
polipeptid sintetizat la nivel hepatic; este transformat în plasmin ă de către
mai mulți factori (nu to ți fiziologici). Activatori ai plasminogenului se
găsesc în plasm ă, lapte, lacrimi, saliv ă
, lichid seminal; de asemenea mai
poate fi produs de c ătre celule endoteliale, monocite sau celele tumorale.
Streptokinaza, o protein ă produsă de către streptococul β-hemolitic,
prezintă un interes particular ca activator al plasminogenului deoarece este
utilizată în clinic ă pentru dizolvarea trombilo r. Streptokinaza se combin ă
stoikiometric cu plasminogenul și formeaz ă un complex care transform ă
plasminogenul în plasmin ă prin scindare la nivelul unei bucle disulfidice
interne. Stafilococul sintetizeaz ă și el un activator al plasminogenului numit
stafilokinaz ă. Urina normal ă conține o proteaz ă serică produsă și excretat ă
de către rinichi numit ă urokinaz ă; aceasta transform ă plasminogenul în
plasmină prin aceea și secvență de reacții ca și streptokinaza.
Plasma îns ăși poate transforma plasminogenul în plasmin ă “spontan”
prin unul sau mai mul ți factori: kalicreina plasmatic ă, factorul XIa și
factorul Hageman activat (factor XIIa); astfel, activarea c ăii intrinseci de
formare a trombinei ini țiază reacții care conduc și la fibrinoliz ă.

FIZIOLOGIA SANGELUI

215
Fig. 100. Fibrinoliza Plasmina nu are ac țiune
specifică; scindeaz ă fibrina dar și
diverse alte substan țe precum
fibrinogenul, factorul antihe-mofilic (factor VIII), proacce-lerina (factor V) și alți factori ai
coagulării; fragmenteaz ă fac-
torul XII inactivându-l; scin-dează kininogenul ducând la
formarea de kinine. Plasmina participă la reac ții imune de
apărare a organismului activarea
primului component al comple-mentului (C1). Cea mai im-portantă funcție a plasminei este
de a scinda fibrinogenul și
fibrina. Generarea plasminei se
face la suprafa ța cheagului deoarece plasminogenul și activatorii s ăi aderă la
fibrină; în aceast ă situație plasmina poate ac ționa asupra fibrinei f ără a fi
împiedicat ă de inhibitorii acestei enzime din plasm ă (avantaj practic al
injecției cu streptokinaz ă, urokinaz ă sau cu activator al plasminogenului
tisular care va dizolva cheagul f ără a avea efect major asupra fibrinogenului
circulant) (fig. 100). Sci ndarea fibrinogenului de c ătre plasmin ă are loc în
mai multe etape. In primul rând are lo c scindarea fragmentelor C-terminale
din lanțurile α și a fragmentelor N-terminale din lan țurile β. Rezult
ă
fragmentul X, care înc ă mai prezint ă proprietăți coagulante. Fragmentul X
este supus în continuare ac țiunii acțiunii plasminei rezultând fragmente
denumite Y, D și E, cu propriet ăți inhibitoare ale coagul ării prin interferen ța
lor cu formarea de trombin ă și cu acțiunile acesteia precum și polimerizarea
monomerilor de fibrin ă. Plasmina este inactivat ă de către inhibitori specifici
cum ar fi inhibitorul α2-plasminic.
13.2.5. Inhibitori ai coagul ării și fibrinolizei
In plasm ă se găsesc o multitudine de substan țe care pot inhiba
enzimele implicate în procesul de coagulare precum și enzimele fibrino-

FIZIOLOGIA SANGELUI

216litice. Cea mai mare parte din ace ști inhibitori fac parte din categoria
serpinelor, cu excep ția α2 – macroglobulinei.
Antitrombina III este principalul inhibitor al trombinei și al factorului
Stuart activat (factor Xa). Propriet ățile inhibitorii ale antitrombinei III sunt
puternic poten țate de heparin ă cu care formeaz ă complexe. Heparina este un
polizaharid sulfatat înc ărcat negativ care este sinteti zat în principal la nivelul
mastocitelor; se mai g ăsește și multe țesuturi cum ar fi pl ămâni; ficat,
mucoasa intestinal ă și nu este un component normal al plasmei. In absen ța
antitrombinei III heparina nu î și manifest ă acțiunea sa anticoagulant ă. In
plasmă se găsesc co-factori cu ac țiune inhibitoare secundar ă asupra
trombinei prin heparin ă numiț co-factorul II heparinic și co-factorul A
heparinic a c ăror acțiune nu implic ă participarea altor proteaze.
Inhibitorul α2-plasminic reprezint ă inhibitorul major al plasminei;
plasmina se combin ă stoichiometric și covalent cu acesta formând o leg ătură
ireversibil ă blocând astfel ac țiunile plasminei. De asemenea, inhibitorul α2-
plasminic mai inhib ă și adsorbția plasminogenului la fibrin ă inhibând
suplimentar fibrinoliza. Activatorii plasminogenului tisular sunt inhiba ți de
către trei componen ți plasmatici: inhibitorul 1 al activatorului
plasminogenului tisular și inhibitorul 2 al activatorului plasminogenului
tisular (sintetizat de c ătre placent ă). Glicoproteina bogat ă în histidin ă este o
proteină plasmatic ă care circul ă cuplată cu plasminogenul; ea inhib ă
activitatea plasminogenului prin reducerea leg ării sale la fibrin ă și
neutralizeaz ă proprietățile anticoagulante ale heparinei. α2-Macroglobulina
este o protein ă plasmatic ă care inactiveaz ă lent propriet ățile proteolitice ale
plasminei, trombinei, kalicreinei și a activatorului plasminogenului tisular.
Ea se leag ă de inhibitor și îl scindeaz ă parțial astfel încât enzima este
modificat`a și capacitatea ei de a ac ționa asupra substratului proteic este
mult redus ă. α1-Antitripsina este o glicoprotein ă sintetizat ă de către ficat; are
rolul de a inactiva proteina C, trombina și kalicreina plasmatic ă.
Proteina C este o pro-enzim ă plasmatic ă dependent ă de vitamina K
care se transform ă într-o form ă activă enzimatic prin ac țiunea trombinei sau
factorului Stuart activat (fact or Xa). Activarea prin trombin ă este puternic
accelerată, de către proaccelerina activat ă (factor Va), la suprafa ța celulelor
endoteliale care secret ă trombomodulina cu rol de legare a trombinei la
suprafața celular ă (fig. 101). Proteinei C activat ă inhibă propriet ățile
FIZIOLOGIA SANGELUI

217
Fig. 25. Activarea proteinei C Fig. 101. Activarea proteinei C coagulante ale factorului antihemofilic (factor VIII) și neutralizeaz ă factorii
inhibitori ai activatorului plasminogenului tisular.

Proteina S este o protein ă
plasmatic ă non-enzimatic ă dependent ă
de vitamina K; ea circul ă sub forma
unui complex reversibil cu proteina de legare C4b (inhibit or al sistemului
complement); este un co-factor pentru activarea proteinei C; inactiveaz ă
formele coagulante ale factorului anti-hemofilic (factor VIII) și proacce-
lerinei (factor V).