POROS

Recentemente, um grande progresso foi feito na determinação da estrutura dos poros em nível molecular. O método de reconstrução de imagens revelou-se particularmente valioso na investigação; com sua ajuda foi possível não só visualizar os orifícios da membrana criados por grandes poros, mas também revelar a organização simétrica das subunidades ao redor do orifício central (Tabela 2).

Tabela 2. Pseudosimetria de alguns poros.

Uma exceção importante à família das hélices b são as porinas, uma vez que formam poros a partir de folhas b em vez de usar hélices b. Os poros podem ser formados com a ajuda de substâncias endo e exógenas.

COMPLEXOS DE POROS NUCLEARES

O envelope nuclear das células de mamíferos contém de 3 a 4 mil poros (aproximadamente 10 poros por 1 mícron quadrado). Através dos poros nucleares, as substâncias são trocadas entre o núcleo e o citoplasma. Na verdade, o RNA sintetizado no núcleo, bem como as subunidades ribossômicas e proteínas contendo sinais de exportação nuclear, são transportados através dos poros nucleares para o citoplasma, e as histonas, componentes do sistema de replicação, e muitas outras proteínas são importadas através dos poros nucleares do citoplasma. para dentro do núcleo. Os poros são circundados por grandes estruturas em forma de anel chamadas complexos de poros (seu diâmetro interno é de aproximadamente 80 nm e a massa molecular é de 50-100 ppm. Cada complexo é formado por um conjunto de grandes grânulos de proteínas agrupados em uma estrutura octogonal. O poro O complexo penetra na membrana dupla, conectando ao longo dos poros da circunferência a bicamada lipídica das membranas interna e externa em uma única unidade. O "buraco" no centro de cada complexo (poro nuclear) é um canal de água através do qual moléculas solúveis em água passam entre o núcleo e o citoplasma. O complexo do poro nuclear contém um canal cilíndrico cheio de água com um diâmetro de cerca de 9 nm. Grandes proteínas nucleares interagem com proteínas receptoras localizadas na borda do poro nuclear, e esses receptores transportam ativamente proteínas para o núcleo, ampliando o canal dos poros.

O número de poros nucleares depende do tipo de célula, do estágio do ciclo celular e da situação hormonal específica. O poro nuclear é caracterizado pela simetria de oitava ordem, portanto muitas proteínas do poro nuclear estão presentes em sua composição em múltiplos de oito. Anéis convexos são visíveis através de um microscópio eletrônico. O anel, localizado no lado nuclear, carrega uma estrutura chamada cesta. Essa formação consiste em fibrilas voltadas para o nucleoplasma e um anel terminal ligado a elas. Oito estruturas simétricas (complexo de raios) ficam voltadas para o lúmen do canal. A entrada do canal do poro nuclear é visível no centro do complexo. Às vezes, um grânulo eletrodenso é visível no canal. Alguns pesquisadores acreditam que se trata de algum tipo de complexo transportado no momento de cruzar a membrana nuclear. Outros acreditam que esta estrutura é uma parte funcional do poro nuclear. Com base neste último pressuposto, foi mesmo apresentada uma hipótese, que não foi posteriormente confirmada, segundo a qual o poro nuclear contém não um, mas oito canais permeáveis. Moléculas com peso inferior a 5 kDa passam livremente pelo poro nuclear e o equilíbrio entre as concentrações nucleares e citoplasmáticas é estabelecido em segundos. Para proteínas com peso de 17 kDa, esse processo leva 2 minutos, proteínas com peso de 44 kDa (aproximadamente 6 nm) - 30 minutos. Proteínas com peso superior a 60 kDa aparentemente não conseguem passar passivamente pelos poros nucleares. Existe apenas um canal permeável às macromoléculas hidrofílicas, através do qual ocorre o transporte ativo e passivo, no poro nuclear, e aparentemente está localizado no centro do complexo. Existem mecanismos especiais para o transporte de macromoléculas para o núcleo e do núcleo para o citoplasma, mas pouco se sabe sobre eles até o momento.

Complexos de poros nucleares (NPCs) são estruturas simétricas localizadas na junção das membranas nucleares externa e interna

Nas células humanas, cada NPC tem uma massa de cerca de 120 x 10 6 Da, que é 40 vezes a massa de um ribossomo, e consiste em muitas cópias de moléculas, incluindo 30 proteínas.

O NPC contém filamentos que se estendem até o citoplasma e estruturas semelhantes a cestas que se estendem até o núcleo.

Complexo de poros nucleares(NPCs) da membrana nuclear são os únicos canais que conectam o núcleo e o citoplasma. Nas células humanas, os NPCs têm um peso molecular de cerca de 120 x 106 Da e um diâmetro externo de cerca de 120 nm. A massa total do NPC é 40 vezes maior que a massa do ribossomo eucariótico. O complexo de poros nucleares consiste em muitas cópias de aproximadamente 30 polipeptídeos diferentes, as nucleoporinas. Em contraste com o NPC, os ribossomos contêm uma cópia de quatro tipos de RNA e cerca de 80 polipeptídeos diferentes.

Complexo de poros nucleares(NPC) são estruturas em forma de barril que passam através do envelope nuclear e se projetam um pouco além de ambas as membranas, formando estruturas em forma de anel. Conforme mostrado na figura abaixo, a maioria dos NPCs exibe simetria de oitava ordem. Dos lados nuclear e citoplasmático, o poro parece diferente. As partes do NPC que se projetam no nucleoplasma e no citoplasma são chamadas de estruturas terminais.

Do lado citoplasmático JPC as estruturas terminais são oito fibrilas relativamente curtas que se estendem para o citoplasma por uma distância de cerca de 100 nm. No lado nuclear, fibrilas semelhantes formam um anel. Essa estrutura é chamada de cesta nuclear ou “topo”. Em algumas células de organismos multicelulares, fibrilas adicionais são direcionadas da cesta nuclear profundamente para o núcleo. Do lado do citoplasma e do núcleo, as estruturas terminais são os locais de contato das moléculas transportadas na entrada e saída do NPC.

Modelos descrevendo estrutura dos poros nucleares, foram propostos com base na análise de centenas de micrografias eletrônicas de NPCs individuais obtidas em alta resolução. Para sobrepor imagens e analisá-las, foram utilizados métodos matemáticos que possibilitaram obter uma imagem média da distribuição de densidade eletrônica ou uma estrutura generalizada do núcleo NPC (este método não fornece resolução ideal de estruturas terminais).

A figura abaixo mostra modelos da estrutura central JPC células de levedura e Xenopus. Os tamanhos das células de S. cerevisiae e de outros eucariotos unicelulares são cerca de 60 x 106 Da - ou seja, metade menores que os tamanhos dos NPCs de organismos multicelulares. Porém, apesar da diferença de tamanho, sua estrutura geral é a mesma. O tamanho do canal central do poro, bem como suas propriedades de transporte, também são semelhantes em Metazoários e leveduras. Atualmente, as melhores imagens de NPCs são obtidas por microscopia crioeletrônica.

O NPC é caracterizado por um eixo de simetria de oitava ordem localizado perpendicularmente ao núcleo.
Às vezes há poros com simetria de sétima ou nona ordem.
A simetria de oitava ordem é facilmente visível em imagens ampliadas de NPCs individuais (fotos abaixo).
Uma micrografia eletrônica média obtida de várias centenas de fotografias individuais (canto inferior direito).

Conforme mostrado na imagem abaixo, em qualquer posição JPC As membranas externa e interna do núcleo se fundem. Não sabemos como isso acontece, mas muito provavelmente a fusão é parte integrante do processo de montagem dos NPCs no envelope nuclear. Os complexos são ancorados na casca por proteínas integrais de membrana que fazem parte da estrutura básica. Essas proteínas passam para o espaço perinuclear. Os NPCs penetram na lâmina nuclear e também aderem a ela.

Generalizado Modelo YPC, com base em muitos estudos, sugere que o poro nuclear consiste em vários anéis e estruturas semelhantes a raios. Essas estruturas estão interligadas de forma complexa. YPCs consistem em componentes modulares. Usando um microscópio eletrônico de varredura, podem ser observadas várias estruturas que sustentam esse ponto de vista. Com base nos dados obtidos é proposto um modelo que descreve a montagem de estruturas modulares. No entanto, ainda não podemos verificar se eles estão realmente conectados desta forma. Também sabemos muito pouco sobre o processo de montagem do YPC.

A fixação das células permite observar as etapas da movimentação do material através do canal YPK. Ao examinar as preparações ao microscópio eletrônico, muitas vezes observa-se que a cavidade do canal central está preenchida com um meio denso. Existem diferentes pontos de vista a respeito da composição desse ambiente. Segundo um deles, o meio é a parte do NPC que está mais fortemente associada à carga transportada pelo canal. Portanto, utiliza-se o termo transportador ou bucha para designá-lo. Uma visão alternativa sugere que o material eletrodenso é na verdade um complexo receptor de carga. Com base em estudos de microscópio eletrônico de alta resolução, este material parece ter tamanhos variáveis ​​e localização variável dentro do canal NPC, o que é mais consistente com a visão de que é composto por complexos receptores de carga.

Em alguns Células JPC são encontrados não apenas no envelope nuclear, mas também em estruturas chamadas membranas fenestradas, que são pilhas de membranas duplas contendo NPC e localizadas no citoplasma. Freqüentemente, os NPCs nas camadas das membranas fenestradas estão localizados conforme mostrado na figura abaixo. As membranas fenestradas estão normalmente presentes em oócitos de invertebrados e vertebrados, mas também podem ser observadas em outros tipos de células. A sua origem e funções permanecem desconhecidas.

Complexo de poros nucleares (JPC) as células de mamíferos são difíceis de separar do envelope nuclear porque geralmente estão associadas à lâmina, que é uma estrutura insolúvel e, portanto, um objeto de estudo inconveniente. Como as membranas fenestradas não possuem lâmina subjacente, elas representam uma fonte valiosa de isolamento de NPC para estudos bioquímicos e citológicos subsequentes. Provavelmente, os NPCs das membranas fenestradas possuem a mesma estrutura e composição dos complexos de poros do envelope nuclear.

NPCs têm estruturas terminais diferentes.
Como mostram estudos de microscópio eletrônico,
do lado central eles têm o formato de uma cesta (esquerda),
e no lado citoplasmático são representados por fibrilas (direita).
Fibrilas citoplasmáticas e cestos nucleares de poros nucleares,
visível em um microscópio eletrônico de transmissão.
Modelos computacionais tridimensionais do complexo nuclear,
ilustrando a distribuição da densidade eletrônica média.
Os modelos são apresentados lateralmente, ao longo do plano do envelope nuclear, e de cima, perpendicularmente ao envelope.
As membranas externa e interna do envelope nuclear unem-se no complexo de poros nucleares. Supõe-se que os YPCs sejam montados a partir de componentes modulares.
São mostradas fotografias desses componentes tiradas em um microscópio eletrônico em diferentes estágios da montagem do NPC após a mitose. Membranas fenestradas em oócitos de Xenopus.
A fotografia foi tirada usando um microscópio eletrônico de transmissão.

Os poros nucleares são um dos componentes intracelulares mais importantes, pois estão envolvidos no transporte molecular. Apesar dos avanços na investigação biológica, nem todas as questões relativas a estas estruturas foram totalmente estudadas. Alguns cientistas acreditam que, com base na importância de suas funções e na complexidade de sua estrutura, o complexo de poros nucleares pode ser classificado como uma organela celular.

Envelope nuclear

Uma característica é a presença de um núcleo, que é circundado por uma membrana que o separa do citoplasma. A membrana consiste em duas camadas - interna e externa, interligadas por um grande número de poros.

A importância do envelope nuclear é muito grande - permite delimitar os processos de síntese de proteínas e ácidos nucleicos necessários para regular a atividade funcional dos genes. A membrana controla o processo de transporte de substâncias para dentro, para o citoplasma e na direção oposta. É também uma estrutura esquelética que mantém a forma do núcleo.

Entre as membranas externa e interna existe um espaço perinuclear, cuja largura é de 20 a 40 nm. Externamente, a membrana nuclear parece um saco de duas camadas. A presença de poros em sua estrutura é uma diferença significativa entre esta estrutura e outras semelhantes encontradas em mitocôndrias e plastídios.

Estrutura dos poros nucleares

Os canais são perfurações com diâmetro de cerca de 100 nm, passando por todo o envelope nuclear. Em seção transversal, caracterizam-se pelo formato de um polígono com simetria de oitava ordem. Um canal permeável a substâncias está localizado no centro. É preenchido com estruturas globulares (na forma de uma bola) e fibrilares (na forma de um fio torcido) complexamente organizadas que formam um grânulo central - um “tampão” (ou transportador). Na figura abaixo você pode estudar claramente o que é um poro nuclear.

O exame microscópico dessas estruturas mostra que elas possuem uma estrutura em anel. As projeções fibrilares estendem-se tanto para fora, no citoplasma, quanto para dentro, em direção ao núcleo (filamentos). Estes últimos formam uma espécie de cesto (chamado “cesto” na literatura estrangeira). No poro passivo, as fibrilas em cesto fecham o canal e no poro ativo formam uma formação adicional com diâmetro de cerca de 50 nm. O anel no lado citoplasmático consiste em 8 grânulos conectados uns aos outros como contas em um cordão.

A coleção dessas perfurações no invólucro nuclear é chamada de complexo de poros nucleares. Assim, os biólogos enfatizam a interconexão de buracos individuais, funcionando como um mecanismo único e coordenado.

O anel externo está conectado ao transportador central. Os eucariotos inferiores (líquenes e outros) não possuem anéis citoplasmáticos e nucleoplasmáticos.

Características da estrutura

A estrutura e funções dos poros nucleares possuem as seguintes características:

• Os canais são numerosas cópias de cerca de 30 a 50 nucleoporinas (e cerca de 1.000 proteínas no total).
• A massa dos complexos varia de 44 MDa em eucariotos inferiores a 125 MDa em vertebrados.
• Em todos os organismos (humanos, aves, répteis e outros animais) em todas as células, essas estruturas estão dispostas de forma semelhante, ou seja, os complexos de poros são um sistema estritamente conservador.
• Os componentes dos complexos nucleares possuem uma estrutura de subunidades, devido à qual possuem alta plasticidade.
• O diâmetro do canal central varia entre 10-26 nm e a altura do complexo de poros é de cerca de 75 nm.

As áreas dos poros nucleares localizadas longe do centro são assimétricas. Os cientistas associam isto a vários mecanismos de regulação da função de transporte nas fases iniciais do desenvolvimento celular. Supõe-se também que todos os poros são estruturas universais e garantem o movimento das moléculas tanto para o citoplasma quanto na direção oposta. Complexos de poros nucleares também estão presentes em outros componentes celulares que possuem membranas, mas em casos mais raros (retículo, membranas fenestradas do citoplasma).

Número de poros

O principal fator do qual depende o número de poros nucleares é a atividade metabólica da célula (quanto maior, maior o número de túbulos). Sua concentração na espessura da membrana pode mudar várias vezes durante diferentes períodos do estado funcional das células. O primeiro aumento no número de poros ocorre após a divisão - mitose (durante a reconstrução dos núcleos) e depois durante o período de crescimento do DNA.

Seu número difere em diferentes espécies animais. Também depende de onde a amostra é coletada. Assim, em uma pessoa existem cerca de 11 peças/μm 2, e no ovo imaturo de uma rã xenopus - 51 peças/μm 2. Em média, a sua densidade varia entre 13-30 unidades/µm 2.

A distribuição dos poros nucleares na superfície da casca é quase uniforme, mas nos locais onde a substância cromossômica se aproxima da membrana, sua concentração diminui drasticamente. Nos eucariotos inferiores, não existe uma rede fibrilar de estrutura rígida sob a membrana nuclear, de modo que os poros podem se mover ao longo da membrana nuclear e sua densidade varia significativamente em diferentes áreas.

Funções

A principal função do complexo de poros nucleares é a transferência passiva (difusão) e ativa (requer energia) de moléculas através da membrana, ou seja, a troca de substâncias entre o núcleo da célula e o citoplasma. Este processo é vital e é regulado por três sistemas que estão em constante interação entre si:

• um complexo de substâncias reguladoras biologicamente ativas no núcleo e no citoplasma - importina α e β, proteína Ran, trifosfato de guanosina (nucleotídeo de purina) e outros inibidores e ativadores;
• nucleoporinas;
• componentes estruturais do complexo nuclear poroso, capazes de alterar sua forma e garantir a transferência de substâncias na direção desejada.

As proteínas necessárias ao funcionamento do núcleo entram no citoplasma através dos poros nucleares, e várias formas de RNA são liberadas na direção oposta. O complexo de poros não só realiza transporte puramente mecânico, mas também serve como classificador, “reconhecendo” certas moléculas.

A transmissão passiva ocorre para aquelas substâncias cujo peso molecular é baixo (não mais que 5∙10 3 Da). Substâncias como íons, açúcares, hormônios, nucleotídeos e ácido adenosina trifosfórico, que estão envolvidos no metabolismo energético, entram livremente no núcleo. O tamanho máximo das proteínas que podem penetrar através dos poros até o núcleo é de 3,5 nm.

Durante a síntese da molécula filha de DNA, o transporte de substâncias atinge um pico de atividade - 100-500 moléculas através de 1 poro nuclear por 1 minuto.

Poros de proteínas

Os elementos dos canais são de natureza proteica. As proteínas deste complexo são chamadas nucleoporinas. Eles são coletados em aproximadamente 12 subcomplexos. Eles são convencionalmente divididos em três grupos:

• compostos com sequências repetidas específicas reconhecidas por factores bioquímicos;
• falta de sequências;
• que estão localizados na seção da membrana que forma o poro, ou no próprio poro no espaço entre as camadas do envelope nuclear.

A pesquisa estabeleceu que as nucleoporinas são capazes de formar complexos bastante complexos, incluindo até 7 proteínas, e também estão diretamente envolvidas no transporte de substâncias. Alguns deles podem se ligar diretamente a moléculas que se movem através do poro nuclear.

Exportação de substâncias para o citoplasma

Ao mesmo tempo, pode participar tanto na retirada quanto na importação de substâncias. Não há transferência reversa de RNA do citoplasma para o núcleo. Os complexos nucleares reconhecem sinais de exportação (NES) transportados por ribonucleoproteínas.

A sequência NES de substâncias sinalizadoras é um complexo complexo de aminoácidos e proteínas que, após serem removidos do núcleo para o citoplasma, se dissociam (se decompõem em componentes individuais). Portanto, partículas semelhantes introduzidas artificialmente no citoplasma não penetram de volta no núcleo.

Processo de mitose

Durante a divisão celular (mitose), ocorre a “desmontagem” do complexo de poros nucleares. Assim, complexos com peso molecular de 120 mDa se decompõem em subcomplexos de 1 mDa. Após o término da divisão, eles se remontam. Neste caso, os poros nucleares não se movem separadamente, mas em arranjos. Esta é uma das provas de que o complexo de poros nucleares é um sistema harmonioso.

A membrana destruída se transforma em um aglomerado vesicular que circunda a região nuclear durante o período de interfase. Na metáfase, quando os cromossomos são mantidos no plano equatorial, esses elementos são empurrados para as zonas periféricas da célula. Ao final da anáfase, esse acúmulo começa a entrar em contato com os cromossomos e inicia-se o crescimento dos primórdios da membrana nuclear.

As bolhas se transformam em vacúolos, que envolvem gradualmente os cromossomos. Eles então se fundem e isolam o novo núcleo interfásico do citoplasma. Os poros aparecem numa fase muito precoce, quando o fechamento das conchas ainda não ocorreu.

Palestra nº 5

ESSENCIAL

Estrutura e funções do núcleo

Morfologia e composição química do núcleo

O termo “núcleo” foi usado pela primeira vez por R. Brown em 1833, que descreveu e estudou o núcleo nas células vegetais e provou que é um componente comum de qualquer célula.

Todas as células eucarióticas possuem núcleo (a ausência de núcleo em algumas delas é uma adaptação secundária). Os núcleos geralmente são separados do citoplasma por um limite claro. Em todos os casos, um nucléolo arredondado é claramente visível. As bactérias e as algas verde-azuladas não têm núcleo formado: seu núcleo não possui nucléolo, não é separado do citoplasma por uma membrana nuclear claramente definida e é chamado de nucleóide.

Número de núcleos nas células. Existem células anucleadas, por exemplo, glóbulos vermelhos e plaquetas sanguíneas em mamíferos. A maioria das células possui um núcleo. Existem também células multinucleadas, por exemplo, osteoclastos (as células que destroem a cartilagem contêm até 10 núcleos), fibras musculares estriadas de várias centenas a 2-3 mil núcleos. Um aumento no número de núcleos indica aumento da atividade funcional do órgão.

Formato do kernel . A forma dos núcleos é bastante diversa e depende diretamente da forma do corpo celular. Por exemplo, em neurônios em que o corpo tem formato arredondado e os processos se ramificam, o núcleo é redondo.

Na maioria das células, o núcleo tem formato redondo ou oval, mas pode ser em forma de lente (glóbulos vermelhos de anfíbios), em forma de bastonete (células musculares) e também multilobado (neutrófilos, nos quais esse formato fornece um tamanho significativamente maior). área de contato da membrana nuclear com o citoplasma e com isso aumenta a velocidade reações bioquímicas).

Localização do kernel. Normalmente o núcleo está localizado no centro, próximo ao centro da célula. Em algumas células, ele é deslocado para o pólo basal (células epiteliais colunares). Nos ovos extremamente telolecitais, que apresentam grande quantidade de vitelo no citoplasma, e nas células produtoras de anticorpos, o núcleo é deslocado para a periferia, para a membrana citoplasmática.

Dimensões do núcleo. Peculiar a diferentes tipos de células (5-20 µm de diâmetro para núcleos redondos).

O tamanho dos núcleos pode ser caracterizado por um indicador comoproporção nuclear-plasma(índice de Hertwig). É expresso pela fórmula:

Onde

NP índice de Hertwig;

V n volume central; Você volume do citoplasma.

A proporção núcleo-plasma é constante para um certo tipo de célula. O significado biológico desta constância é que um certo volume do núcleo pode controlar um certo volume do citoplasma. Se a relação núcleo-plasma for perturbada, a célula a restaura rapidamente (por exemplo, células secretoras com um tipo de secreção apócrina) ou morre (por exemplo, corpos-guia durante o processo de ovogênese).

Composição química do núcleo.A maior parte da matéria seca do grão consiste em compostos proteicos (60-70%) e ácidos nucléicos (19-25%); além disso, o núcleo contém lipídios e todas as outras substâncias características do citoplasma das células. Das substâncias inorgânicas, o núcleo contém a maior parte dos íons Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 3+ , Na + , K + .

As proteínas nucleares são de dois tipos:

1) histonas (principais proteínas); seu número é relativamente constante e proporcional ao conteúdo do DNA com o qual formam um complexodesoxirribonucleoproteína(faz parte dos cromossomos);

2) proteínas não histonas (ácidas); Estes incluem a parte principal das enzimas nucleares, incluindo enzimas que garantem a autorreprodução de moléculas de DNA e a formação de moléculas de RNA em modelos de DNA.

As proteínas básicas fazem parte da cromatina nuclear; proteínas ácidas estão predominantemente localizadas na membrana nuclear, nucléolo e carioplasma.

Os ácidos nucleicos DNA e RNA estão contidos em todos os núcleos, sem exceção, e todo o DNA celular está localizado no núcleo. Em uma molécula gigante de DNA de fita dupla, as bases nitrogenadas timina, adenina, guanina e citosina estão conectadas de modo que a timina em uma cadeia corresponde à adenina na outra, e a guanina é complementar à citosina. A quantidade de DNA nos núcleos celulares de organismos de diferentes espécies pode variar muito acentuadamente, mas para núcleos diplóides não divisíveis de cada espécie ela é constante. As células germinativas maduras contêm metade do conjunto (haplóide) de cromossomos e, consequentemente, metade da quantidade de DNA. No núcleo, todo o DNA está associado aos cromossomos.

Os ácidos ribonucléicos do núcleo informativo, ribossômico e de transporte são moléculas de fita simples que, ao contrário do DNA, contêm uracila em vez de timina. A maior parte do RNA está localizada no nucléolo, mas também é encontrada na cromatina e no carioplasma. A quantidade de RNA no núcleo não é constante e varia muito dependendo do estado funcional da célula.

Os lipídios estão presentes no núcleo em pequenas quantidades e estão localizados principalmente na casca.

Funções do kernel

O núcleo não é apenas o reservatório de material genético, mas também o local onde esse material funciona e se reproduz. A perda ou interrupção de qualquer uma de suas funções é desastrosa para a célula como um todo. O kernel faz:

1). Preservação de informação hereditária na forma de uma sequência específica de nucleotídeos em uma molécula de DNA.

2). A implementação desta informação hereditária através da síntese de proteínas específicas de uma determinada célula. Através desta síntese proteica, os processos vitais das células são controlados.

3). Transferência de informações hereditárias para células-filhas durante a divisão. Este processo é baseado na capacidade do DNA de se auto-reproduzir.

Tudo isso indica a importância primordial das estruturas nucleares nos processos associados à síntese de ácidos nucléicos e proteínas - principais funcionários na vida da célula.

Componentes estruturais do núcleo interfásico

É feita uma distinção entre o núcleo em estado de interfase e o núcleo em processo de divisão celular. Antes de falar sobre a estrutura do núcleo interfásico, devemos entender que nem todos os núcleos interfásicos são iguais. Existem 3 estados (ou tipos) de núcleos interfásicos, dependendo de suas capacidades adicionais:

1) núcleos de células em multiplicação entre duas divisões (a maior parte das células);

2) núcleos de células que não se dividem, mas são capazes de se dividir (linfócitos funcionais, alguns dos quais se dividem após um longo período de tempo, enquanto os demais podem não se dividir);

3) núcleos de células que perderam para sempre a capacidade de se dividir (eritritois, células do sistema nervoso, granulócitos, neutrófilos, basófilos, eosinófilos).

Consideremos a estrutura do núcleo interfásico do primeiro tipo. Os principais componentes do kernel são:

1). Membrana nuclear (cariolema).

2). Suco nuclear (carioplasma).

3). Nucléolo.

4). Cromossomos.

Envelope nuclear. Esta estrutura é característica de todas as células eucarióticas. O envelope nuclear consiste em membranas externa e interna, separadasespaço perinuclear. Sua largura varia de 10 a 100 nm. O envelope nuclear inclui poros nucleares.

As membranas do envelope nuclear não diferem morfologicamente das demais membranas intracelulares: têm espessura de cerca de 7 nm e são construídas no tipo mosaico fluido.

A membrana externa, margeando o citoplasma, possui uma estrutura dobrada complexa, em locais conectados aos canais ER. Contém ribossomos. A membrana interna está associada à cromatina do núcleo, está em contato com o carioplasma e é desprovida de ribossomos.

O envelope nuclear é penetrado por muitos poros, seu diâmetro é grande - 30-90 nm (para comparação, no plasmalema externo o diâmetro dos poros é de apenas 1 nm). Seu número também varia: dependendo do tipo e estado fisiológico da célula por 1 mícron 2 são de 10 a 30. Nas células jovens o número de poros nucleares é maior do que nas células antigas. Graças aos poros, é garantida a troca de substâncias entre o núcleo e o citoplasma, por exemplo, a liberação de mRNA e subunidades ribossômicas no citoplasma, a entrada no núcleo de proteínas, nucleotídeos e moléculas que regulam a atividade do DNA.

Os poros têm uma estrutura complexa. Neste ponto, as duas membranas nucleares se fundem, formando buracos redondos comdispositivo de diafragma (ou complexo de poros). É composto por três placas, cada uma formada por 8 grânulos de 25 nm cada, conectados entre si por microfibrilas. No centro da abertura do poro muitas vezes também existe um grânulo central.

O cariolema, ao contrário do plasmalema, não é capaz de regeneração.

Após a divisão do núcleo mãe, o envelope nuclear dos núcleos filhos é formado por cisternas de EPS granular (membrana externa) e em parte por fragmentos do antigo envelope nuclear (membrana interna), que se desintegrou durante a divisão.

Funções da membrana nuclear:

1). Metabolismo entre o núcleo e o citoplasma.

2). Barreira que separa o núcleo do citoplasma.

3). Fixação de cromossomos.

Carioplasma (suco nuclear) substância gelatinosa que preenche o espaço entre as estruturas do núcleo. Contém nucléolos, uma quantidade significativa de RNA e DNA, várias proteínas, incluindo a maioria das enzimas nucleares, bem como nucleotídeos livres, aminoácidos e produtos metabólicos intermediários. Sua viscosidade corresponde aproximadamente à viscosidade do citoplasma, enquanto sua acidez é maior, pois contém muitos ácidos nucléicos.

O carioplasma interliga todas as estruturas nucleares em um único todo.

Nucléolo. A forma, o tamanho e o número dos nucléolos dependem do estado funcional do núcleo e da intensidade da biossíntese de proteínas na célula. Pode haver de 1 a 10 deles (e nas células de levedura não há nenhum). Freqüentemente, nas células jovens existem vários nucléolos, mas com a idade apenas um permanece. Isto se deve à síntese protéica mais ativa pela célula jovem. O diâmetro dos nucléolos é de 1-2 mícrons.

Os principais componentes químicos que compõem os nucléolos são proteínas ácidas como fosfoproteínas (cerca de 80%) e RNA (10-15%). Além disso, são encontrados fosfatos livres ou ligados de cálcio, potássio, magnésio, ferro e zinco. A presença de DNA no nucléolo não foi comprovada, mas ao estudar células fixas ao redor do nucléolo, sempre é identificada uma zona de cromatina, muitas vezes identificada com a heterocromatina do organizador nucleolar. Essa cromatina perinucleolar, segundo a microscopia eletrônica, parece ser parte integrante da estrutura complexa do nucléolo.

O nucléolo é uma estrutura não membranosa do núcleo. Estudos de microscopia eletrônica mostraram que a base do nucléolo é formada por duas substâncias:

1) fios de proteínas fibrilares com espessura de 4 a 8 nm, enrolados em forma de “bola”;

2) grânulos granulares densos com diâmetro de aproximadamente 15 nm, localizados nesta “bola”. Eles são compostos de RNA e proteínas (em uma proporção de peso de 50:50) e são, portanto, os precursores dos ribossomos.

Portanto, a função do nucléolo é formar ou montar ribossomos que irrigam o citoplasma.

O nucléolo está presente apenas no núcleo interfásico. Durante a mitose, desaparece na prófase e reaparece na telófase média. Além disso, um nucléolo é formado na áreaorganizador nucleolar.Organizador nucleolar são certas regiões dos cromossomos localizadas atrás das constrições secundárias, responsáveis ​​pela formação do nucléolo. Nem todos os cromossomos possuem organizadores nucleolares. Assim, no cariótipo humano contêm 13, 14, 15, 21 e 22 pares de cromossomos.

Distúrbios no núcleo da célula. Eles levam à patologia do armazenamento da informação genética no DNA e sua transmissão durante a divisão celular, controle genético dos processos celulares.

Nesse sentido, os mecanismos de distúrbios do núcleo foram considerados na descrição das disfunções do aparelho genético e dos mecanismos de sua implementação.

A restauração de células após danos, principalmente em tecidos onde as principais populações celulares não são capazes de se dividir (tecido nervoso, muscular cardíaco), em áreas de crescimento tumoral, com hipertrofia patológica e hiperfunção de órgãos, pode ocorrer através da formação de células poliplóides com um aumento múltiplo no número de cromossomos e no tamanho das células. Essa poliploidia é acompanhada por um aumento na atividade funcional da célula, mas pode levar a uma diminuição em suas capacidades de reserva. Por exemplo, se um cardiomiócito hipertrofiado atingir um tamanho muito grande, seu suprimento trófico torna-se significativamente mais difícil e leva à morte celular. Com a aceleração da síntese de proteínas e ácidos nucléicos durante a hiperfunção e regeneração, múltiplas saliências e invaginações são formadas devido ao aumento da superfície do núcleo. Esses fenômenos são acompanhados por aumento da quantidade de cromatina e poros nucleares, aumento do número e tamanho dos nucléolos.

As seguintes patologias do aparelho nuclear são diferenciadas.

Redução de material genético observado em células tumorais malignas. Isso leva a uma diminuição no tamanho dessas células e a uma mudança em suas propriedades. Essas células diferem acentuadamente em suas propriedades das células normais do corpo, têm propriedades antigênicas diferentes e sua capacidade de diferenciação muda significativamente.

Mitoses atípicas(incluindo a chamada amitose degenerativa) são acompanhadas por aneuploidia e aberrações cromossômicas. Isso muda drasticamente as características funcionais da célula. Como resultado da citocinese, duas células são formadas com conjuntos de cromossomos e conteúdo citoplasmático distribuídos aleatoriamente. Essas células são células atípicas e frequentemente tumorais. Tais distúrbios são característicos do crescimento de tumores malignos. Ocorre amitose incompleta, quando a citotomia não ocorre e uma célula multinucleada é formada - tal amitose na patologia é às vezes chamada de degenerativa.

Patologia da síntese de subunidades ribossômicas e tRNA no nucléolo acompanhado pela interrupção dos processos sintéticos na célula. Este grupo também inclui distúrbios de expressão gênica, transcrição e splicing, e a transferência de informação genética no mRNA do núcleo para o citoplasma. Todas essas mudanças estão associadas à variabilidade fenotípica.

Mudanças no genoma e/ou mecanismos de sua implementação são acompanhadas por patologias na estrutura dos núcleos (polimorfismo, deformação, formação de invaginações do citoplasma até inclusões de citoplasma no núcleo, protrusão do carioplasma no citoplasma).

Quando anormal, o núcleo incha com vacuolização (expansão) da cisterna perinuclear ou encolhe. Os núcleos inchados tornam-se mais claros e a proporção núcleo-citoplasmática muda. Isso geralmente precede a destruição do envelope nuclear com a fusão do conteúdo carioplasmático e citoplasmático (cariólise). A cariólise precede a paranecrose e/ou necrose, seguida pela autodigestão da célula (autólise). Aumento (condensação) ou diminuição da quantidade de cromatina, ruptura nuclear podem ser causadas por hipóxia, radiação ionizante, etc. Esses distúrbios são acompanhados por diminuição na síntese de ácidos nucléicos e proteínas.

Quando o núcleo encolhe (cariopicnose), ele diminui de tamanho, a heterocromatina se acumula nele, o que leva ao aumento da coloração do carioplasma (hipercromatose). Os nucléolos tornam-se mais densos, diminuem de tamanho e muitas vezes se desintegram. A síntese de RNA e subunidades ribossômicas nesse núcleo é drasticamente reduzida. Progredindo, essas alterações levam à segmentação do núcleo com sua posterior desintegração em aglomerados (cariorrexe), que são então destruídos. Essas consequências são desastrosas para a célula. Tal célula se desintegra em partes, que sofrem fagocitose por macrófagos.

Quando uma célula morre, a cromatina coagula e se reúne em conglomerados grosseiros.

Quando a síntese de rRNA é suprimida, o nucléolo se contrai e se fragmenta, perdendo grânulos. “Cavidades” de baixa densidade aparecem no nucléolo.

A maturação prejudicada do ribossomo (inibição do processamento do rRNA) causa um aumento no tamanho dos nucléolos, mas eles não possuem subunidades ribossômicas maduras.

Alterações no citosol (hialoplasma). São caracterizados por patologias de ciclose, garantindo a interação das estruturas celulares entre si, glicólise anaeróbica, metabolismo de carboidratos, proteínas, lipídios e outras substâncias, deposição de glicogênio, gorduras, pigmentos.

Hipóxia, processos proteolíticos, autólise e predomínio de processos anaeróbio-glicolíticos podem levar ao acúmulo de compostos orgânicos de baixo peso molecular e alterar a pressão oncótica. Um aumento na pressão oncótica faz com que a água se difunda no hialoplasma e incha as células. Fenômenos semelhantes podem acompanhar a hiperidria hipoosmolar. Com o inchaço repentino, a citomembrana se rompe e o conteúdo do hialoplasma se funde com a substância intercelular.

O aumento da permeabilidade da citomembrana sob várias influências patológicas causa a liberação de íons potássio da célula e a entrada de íons sódio, cloro e cálcio nela. A pressão osmótica do hialoplasma aumenta. A água entra e a célula incha.

A desidratação e a hiperosmolaridade da substância intercelular levam à liberação de água do hialoplasma e ao encolhimento celular. A perda de água pela célula (desidratação) reduz a atividade funcional, retarda a ciclose e ocorre acúmulo de resíduos (autointoxicação).

Na patologia, o equilíbrio ácido-base na matriz celular muda. Produtos suboxidados que se acumulam na matriz causam acidose metabólica e aumentam a permeabilidade da membrana. A violação da permeabilidade ativa enzimas proteolíticas, que causam autodigestão intracelular - autólise.

Fisiopatologia das mitocôndrias. Está associado à fosforilação aeróbica e ao fornecimento de energia prejudicados. Alterações nas mitocôndrias ocorrem durante a hipóxia e a ação de toxinas que bloqueiam as cadeias de fosforilação oxidativa.

A função mitocondrial prejudicada é observada no hipertireoidismo devido à triiodotironina, cujos receptores estão presentes na organela. α-dinitrofenol, glicocorticóides, insulina, interleucina-1, excesso de cálcio e hormônios tireoidianos causam inchaço mitocondrial e desacoplamento das cadeias de fosforilação oxidativa. Como resultado, a célula não consegue produzir ATP suficiente e os processos dependentes de energia morrem. Esses distúrbios funcionais são acompanhados por alterações estruturais na forma de inchaço das mitocôndrias, alterações na estrutura de suas cristas e na densidade da matriz.

Em caso de distúrbios metabólicos, hipóxia ou intoxicação, as mitocôndrias incham, sua matriz torna-se clara e vacuola. Tudo isso leva a uma diminuição na formação de ATP e na eficiência da fosforilação oxidativa.

O desacoplamento das cadeias de fosforilação oxidativa ocorre durante a febre, quando a temperatura aumenta, e durante a hipotermia, como mecanismo que garante o aumento da produção de calor.

Além do inchaço, pode-se observar condensação e fragmentação das mitocôndrias. Formam-se inclusões orgânicas (proteínas, lipídicas) e minerais (sais de cálcio insolúveis). Tudo isso também reduz a eficiência da síntese de ATP devido ao bloqueio total ou parcial dos processos oxidativos.

Às vezes há mitocôndrias gigantes com hipertrofia de cristas correspondentes. Esses distúrbios ocorrem no caso de hipertrofia de organelas ou devido à sua fusão. O número e a forma das cristas da membrana interna também mudam. Um aumento no número de cristas geralmente indica um aumento na atividade mitocondrial. Às vezes, a forma das cristas é transformada e aparecem não apenas cristas trabeculares, mas também multivesiculares (tubulares). É submetido à dinâmica e direcionado ao cristal. Pode ocorrer orientação longitudinal e transversal. A fragmentação das cristas e a violação de sua localização correta aparecem durante a hipóxia.

Com a hipovitaminose, a intoxicação alcoólica, o formato das mitocôndrias e das cristas nas células tumorais muda.

As mudanças quantitativas no conteúdo das mitocôndrias em uma célula podem ser um aumento ou uma diminuição. O aumento do número de mitocôndrias em uma célula geralmente ocorre com o aumento de sua atividade funcional (hiperfunção e hipertrofia), no processo de restauração de funções prejudicadas e durante a apoptose. Uma diminuição no conteúdo absoluto de mitocôndrias em uma célula indica uma diminuição em sua atividade funcional e processos atróficos destrutivos.

A distribuição das mitocôndrias é altamente dinâmica. Assim, em diversas situações patológicas eles estão localizados ao redor do núcleo ou em um dos pólos da célula. Como resultado da modelagem matemática, foi demonstrado que essas alterações, entre outras, podem ser causadas pela dinâmica da difusão do oxigênio e da glicose.

Alguns antibióticos interrompem especificamente a síntese de proteínas nos ribossomos mitocondriais, por exemplo, cloranfenicol, eritromicina. Se tais antibióticos forem adicionados a mitocôndrias isoladas, os processos sintéticos são interrompidos e as organelas morrem. Fenômenos semelhantes não são observados em todo o organismo, uma vez que esses antibióticos não se acumulam no interior da célula eucariótica, penetrando mal em sua membrana.

Processos patológicos em ribossomos. Eles são acompanhados por uma violação da tradução com a formação de cadeias polipeptídicas no citosol, gr. EPS e mitocôndrias.

Esses distúrbios ocorrem sob a influência de certos fatores patológicos, por exemplo, medicamentos antitumorais que bloqueiam a síntese protéica em eucariotos.

Alterações nos complexos ribonucleoproteicos dos ribossomos, bem como nos receptores para eles, podem ser acompanhadas por uma diminuição na ligação dos ribossomos e polissomos ao gr. EPS durante a formação de proteínas secretoras. Essas cadeias polipeptídicas recém-formadas são rapidamente destruídas na matriz citoplasmática.

A patologia do aparelho nucleolar leva à diminuição do conteúdo de ribossomos no citoplasma e à supressão dos processos plásticos no corpo.

A patologia dos ribossomos mitocondriais apresenta algumas características. Seus distúrbios são causados ​​​​por medicamentos que bloqueiam a síntese protéica em bactérias, por exemplo, cloranfenicol, eritromicina, que não afetam a atividade dos ribossomos citoplasmáticos.

Violações no EPS. Mudanças na gr. e alegria. Os EPS são próximos em suas manifestações e se resumem aos listados abaixo.

Expansão das cisternas do RE com vacuolização do citoplasma celular. É observada quando a atividade do EPS aumenta com o acúmulo de substâncias sintetizadas em sua estrutura, quando o transporte de substâncias para o complexo de Golgi é interrompido e o acúmulo de substâncias patológicas. Com o acúmulo excessivo de substâncias normais e patológicas, desenvolve-se a degeneração celular.

Fragmentação EPS, o acúmulo de fragmentos de membrana e restos de organelas celulares nos túbulos é característico de um grande número de danos celulares, incluindo necrose e paranecrose, células de “choque”, e são acompanhados por uma diminuição significativa na atividade sintética do EPS.

Hipertrofia do RE observado com hiperfunção de células secretoras decorrente de efeitos estimulantes excessivos na célula. Estas são disfunções do sistema nervoso autônomo, disormonose, efeitos irritantes nas células secretoras e sua degeneração tumoral.

Hipotrofia do RE acompanhado por uma diminuição na atividade secretora das células e na taxa de substituição dos complexos de membrana. Isso é típico de desnutrição, atrofia, apoptose e pode ser consequência da supressão do sistema nervoso autônomo.

controle, bloqueio hormonal da secreção, hipóxia e fome.

Simplificando a estrutura e mudando a distribuição do EPS ocorrem durante a desnutrição e atrofia em áreas de processos inflamatórios crônicos, desdiferenciação de células em tumores.

Distúrbios no ER granular manifestada por bloqueio, síntese excessiva de polipeptídeos ou síntese de cadeias polipeptídicas alteradas (membrana, lisossomal, secretora).

Hipertrofia gr. O EPS é frequentemente acompanhado por hipersecreção de uma ou outra substância. Isto se deve à ativação externa excessiva de atividade celular específica em distúrbios desormonais e patologias da regulação nervosa.

Patologia gr. EPS com bloqueio de processos sintéticos e/ou de transporte na célula é acompanhado por vacuolização, fragmentação da organela, interrupção da comunicação com ribossomos, etc. Isso leva a distrofias e interrupção de processos ressintéticos na célula.

A hipóxia e vários tipos de intoxicação alteram o formato dos tanques e seus tamanhos. Observa-se fragmentação das cisternas e sua distribuição na célula muda. Os ribossomos desaparecem nas cisternas ou são distribuídos de forma desigual. Esses fenômenos reduzem significativamente a eficiência da função sintética da célula, principalmente a restauração das estruturas da membrana, a síntese de secreções e a reposição de enzimas lisossomais. Isso leva à inibição de processos plásticos (anabólicos) na célula.

Podem ocorrer alterações patológicas no funcionamento dos ribossomos livres e ligados, o que se deve a diversos mecanismos. Gratuito e associado ao gr. Os ribossomos EPS não se ligam ao mRNA, as conexões com o tRNA são bloqueadas e as subunidades ribossômicas necessárias para os processos de tradução não se combinam.

Desagregação de ribossomos e polissomos em gr. O EPS e seu desaparecimento causam distúrbios na síntese de proteínas secretoras e lisossomais, proteínas da membrana celular.

A hipovitaminose C é caracterizada por uma distribuição desigual dos ribossomos nas membranas, causada por uma violação da função receptora das membranas. EPS e provoca uma diminuição na atividade sintética da célula.

Distúrbios no RE suave são expressos por patologia de regeneração da membrana celular, síntese de glicogênio, lipídios, hormônios esteróides, deposição e liberação de Ca 2+, desintoxicação de substâncias exógenas e endógenas. Esses distúrbios se manifestam por uma diminuição da função neutralizadora das células do fígado, bem como uma diminuição da atividade secretora das glândulas exócrinas e endócrinas e uma diminuição da intensidade das contrações no tecido muscular. A atividade motora dos fagócitos pode diminuir, a transmissão da excitação nos neurônios pode ser interrompida, etc.

Distúrbios no complexo de Golgi. São patologias de modificação, classificação e empacotamento de proteínas que são secretadas pela célula ou entram no plasmalema, alterações nos lisossomos, interrupção da formação de polissacarídeos, glicoproteínas, lipoproteínas, glicolipídios.

A hiperfunção do complexo de Golgi com sua hipertrofia causa secreção excessiva e/ou acúmulo de produtos secretores no interior da célula. A hipertrofia com hiperfunção do complexo de Golgi nas células secretoras é observada com estimulação excessiva da secreção pelas terminações nervosas autônomas e hiperfunção dos hormônios que estimulam a secreção. A hiperfunção do complexo de Golgi é acompanhada por inchaço das cisternas, aumento de seu número e tamanho. Os vacúolos e vesículas envolvidos em sua formação mudam de forma semelhante.

A hipofunção do complexo de Golgi perturba a reparação dos complexos da membrana celular, reduz a sua atividade secretora e capacidade digestiva. A hipofunção ocorre com hipotrofia e atrofia, desnervação, hipofunção de hormônios que estimulam a atividade secretora das células e/ou com aumento da atividade de hormônios que bloqueiam a secreção e distúrbios nutricionais. Durante as infecções virais, as estruturas do complexo de Golgi podem desaparecer ou seu conteúdo pode diminuir drasticamente.

As disfunções parciais do complexo de Golgi são causadas por enzimopatias congênitas ou adquiridas e são acompanhadas por um bloqueio da maturação de glicoproteínas, lipoproteínas e outros complexos individuais.

Patologia dos lisossomos. É acompanhada pela ativação da autólise em caso de excesso e da distrofia em caso de atividade insuficiente.

Um aumento na permeabilidade das membranas dos lisossomos sob a influência de hipóxia, peroxidação lipídica, substâncias cancerígenas, etc. leva à ativação da digestão com autodigestão da célula (autólise). A autólise é desencadeada por hipóxia, caquexia (exaustão) do corpo, lesões celulares, exposição a temperaturas excessivamente altas ou baixas, ácidos e álcalis, intoxicação grave, radiação ionizante, etc. Glicocorticóides, colesterol e antiinflamatórios mantêm a segurança de membranas, impedindo a autodigestão.

O fenômeno oposto - digestão intracelular insuficiente - é acompanhado pelo acúmulo de produtos de destruição incompleta na célula, o que pode levar à distrofia. Como variante do distúrbio digestivo - a incapacidade de destruir microorganismos patogênicos - ele perturba as reações protetoras do corpo. Uma diminuição no número de lisossomos e uma diminuição na atividade enzimática ocorrem com hipóxia crônica, excesso de hormônios esteróides, algumas infecções e distúrbios metabólicos, etc.

A patologia nos lisossomos é observada com os seguintes fenômenos: alterações nos próprios lisossomos e reação dos lisossomos a distúrbios em outros componentes celulares. Com alterações genéticas que provocam reestruturação das enzimas lisossomais e reduzem sua atividade enzimática, ocorrem “doenças de armazenamento”, nas quais aumenta o número de corpos residuais e altera a estrutura das mitocôndrias secundárias. O envenenamento de células com caroteno durante a hipervitaminose aumenta a permeabilidade das membranas celulares, incluindo as membranas dos lisossomas, os substratos celulares tornam-se disponíveis para as enzimas lisossomais e a autólise é ativada.

Disfunção peroxissômica. Isso reduz a eficiência de neutralização dos radicais de oxigênio e ativa processos de peróxido na célula, leva ao acúmulo de produtos suboxidados e à ativação de processos de peróxido de radicais livres, o que perturba a permeabilidade da membrana, causa mutações e autólise. O conteúdo de peroxissomos diminui sob radiação ionizante e em células tumorais.

O aumento do número de peroxissomos ocorre em processos patológicos e tem caráter protetor-compensatório, por exemplo, na leptospirose e nas hepatites virais.

Distúrbios da estrutura e função dos centríolos. Isso interrompe a divisão celular, a estruturação celular fora da divisão e a formação de cílios e flagelos.

Distúrbios na estrutura e função dos centríolos que formam o centro celular estão intimamente relacionados aos processos de polimerização e despolimerização dos microtúbulos. Como resultado da desintegração dos centríolos e da destruição da centrosfera, a distribuição das organelas no hialoplasma muda. O complexo de Golgi está localizado próximo ao centro celular. Em caso de distúrbios no centro celular, podem ocorrer alterações significativas na distribuição dos processos de transporte tanto dentro dos compartimentos do complexo como dele em direção à citomembrana (secreção regulada) e no citosol (prelisossomos).

Sob a influência da colchicina e seus análogos, que destroem o centro celular, os processos de mitose e a distribuição normal do material genético e citoplasmático durante a divisão são bloqueados.

Alterações nos elementos do citoesqueleto (microtúbulos, microfilamentos, microtrabéculas). Eles alteram a forma e a mobilidade das células, perturbam a distribuição e o movimento dos componentes celulares, o transporte de substâncias para dentro e para fora da célula e ocorre desagregação nas junções intercelulares.

A patologia da polimerização dos microtúbulos pode levar à perturbação do movimento de vesículas secretoras, lisossomas, organelas na célula, perturbação da mitose, dificuldade na exocitose de inclusões secretoras, alterações na formação e motilidade de cílios e flagelos. Por exemplo, uma mudança na atividade da dineína bloqueia o movimento dos cílios do trato respiratório e dos órgãos genitais, levando à estagnação.

A polimerização está intimamente relacionada ao conteúdo de íons cálcio. Pode ser bloqueado pela colchicina. A falta de ATP também causa diminuição da motilidade dos cílios e flagelos. A disfunção dos complexos de cinesina e dineína nos neurotúbulos (microtúbulos dos neurônios) é acompanhada por distúrbios graves no transporte de substâncias ao longo do axônio. A regeneração dos processos neuronais danificados diminui.

A patologia da formação de filamentos finos é acompanhada por danos às microvilosidades e estereocílios, desmossomos em fita. A motilidade celular diminui, os processos de fagocitose e ciclose são interrompidos e ocorre discinesia do trato excretor das glândulas exócrinas. A despolimerização de microfilamentos finos (miofilamentos) do tecido muscular é caracterizada pelo bloqueio das contrações. Fenômenos semelhantes são observados quando é impossível a interação de miofilamentos finos e grossos e complexos de micromiosina, por exemplo, quando o metabolismo do cálcio, a formação, o transporte e o uso de ATP são interrompidos, a estrutura das tropomiosinas muda, etc.

Distúrbios na síntese e distribuição de filamentos intermediários são acompanhados por deformações de células e núcleos, e a resistência mecânica das células e suas conexões é significativamente reduzida. Uma diminuição na resistência das juntas adesivas está associada a contatos desmossômicos e hemidesmossômicos.

Além de alterações na polimerização dos próprios microtúbulos, filamentos intermediários e microfilamentos finos, pode ocorrer desintegração de sua ligação com as proteínas estruturais das citomembranas.

Distúrbios das funções da membrana plasmática. Sob a influência de fatores patogênicos, a permeabilidade iônica da membrana celular pode aumentar durante um longo período de tempo. A função das bombas de potássio-sódio, cálcio-magnésio e outras bombas está prejudicada. Como resultado, ocorre uma redistribuição de íons dentro e fora da célula. Os íons sódio, cálcio e cloreto se acumulam e a quantidade de potássio na célula diminui. O processo é frequentemente acompanhado por uma diminuição na quantidade de ATP ou bloqueio de ATPases. A penetração dos íons Na + e Cl - provoca aumento da pressão intracelular e inchaço até a ruptura da citomembrana. Alterações na permeabilidade da membrana são características de numerosos danos, incluindo hipóxia, exposição a venenos de animais e plantas, radiação ionizante, bloqueadores de ATPase, etc.

Além dos danos ao transporte iônico, ocorre diminuição da absorção de glicose (no diabetes mellitus), de certos aminoácidos, etc.

Juntamente com o bloqueio do transporte ativo, os danos muitas vezes causam alterações nos processos de endocitose e exocitose. A disfunção da endocitose não associada às proteínas receptoras é causada por danos às proteínas de fusão. Isto leva a alterações nos processos de transporte no tecido epitelial, incluindo o endotélio dos vasos sanguíneos.

A microendocitose, mediada por receptores, é interrompida devido a alterações no aparelho receptor da membrana celular. Isso também pode ser devido a uma violação da formação de segundos mensageiros, patologia da fixação de clatrinas à superfície interna da membrana celular.

Durante a fagocitose de bactérias, grandes partes de uma célula, etc., a interação da partícula fagocitada com receptores na superfície celular pode ser interrompida, o conteúdo de cálcio e a polimerização de microfilamentos finos e microtúbulos podem mudar.

A diminuição da secreção espontânea causa danos ao complexo de Golgi, o que leva à restauração insuficiente da citomembrana. A secreção regulada é patologicamente alterada devido à disfunção do controle hormonal e neural, despolarização patológica ou hiperpolarização da membrana, ativação excessiva ou insuficiente da célula através de segundos mensageiros, patologia dos microtúbulos e níveis de cálcio intracelular. As alterações são acompanhadas por excreção prejudicada de produtos secretores, incluindo hormônios, enzimas, muco, mediadores durante a transmissão sináptica no tecido nervoso, etc.

Um dos principais mecanismos de dano às membranas celulares é uma cascata de reações de peroxidação lipídica por radicais livres, em última análise acompanhada pelo acúmulo de compostos anfifílicos com um aumento acentuado na permeabilidade da citomembrana e ativação de processos autolíticos.

Quando o aparelho receptor de uma célula muda, o número de receptores para hormônios ou outras substâncias biologicamente ativas aumenta ou diminui, e a afinidade (especificidade) dos receptores diminui. As causas dos distúrbios podem ser primárias (determinadas geneticamente) ou secundárias (adquiridas). Exemplos de causas de distúrbios secundários são um processo autoimune com destruição de receptores por anticorpos, uma diminuição compensatória da sensibilidade aos hormônios com um aumento na sua atividade, por exemplo, um aumento no conteúdo de insulina em combinação com uma diminuição na sensibilidade a isto na obesidade e no diabetes mellitus não dependente de insulina.

Observa-se um aumento no número de receptores durante a desnervação, por exemplo, em áreas sem controle nervoso simpático, o conteúdo de receptores para adrenalina e norepinefrina aumenta. A diminuição do conteúdo dos receptores leva ao desenvolvimento de doenças associadas a uma deficiência relativa do hormônio, que não são corrigidas pela administração de doses ainda maiores dessa substância biologicamente ativa (diabetes mellitus não dependente de insulina, nanismo).

Às vezes, são observadas alterações na transmissão do sinal dos receptores para a célula. A excitação causada por um sinal pode ser transmitida profundamente na célula de várias maneiras: através da interação do receptor com a proteína G integral, que ativa a formação de moléculas sinalizadoras no citoplasma (segundos mensageiros) - cAMP, íons cálcio, cGMP ; no segundo caso, o receptor está associado às tirosina quinases, que desencadeiam a cascata Ras, resultando na formação do inositol 1,4,5-trifosfato, diacilglicerol. Os segundos mensageiros influenciam a cadeia de reações catalíticas, incluindo a transcrição. Mudanças na atividade dos segundos mensageiros e nas proteínas que os formam podem levar à diminuição ou aumento da influência dos fatores hormonais.

A violação da afinidade dos receptores para moléculas de adesão e agregação leva a uma diminuição na adesão das células a estruturas semelhantes e/ou intercelulares. A violação do “reconhecimento” de células relacionadas pelo receptor do glicocálice é acompanhada por mobilidade celular patológica com possibilidade de sua migração no corpo. As células tumorais malignas possuem essa capacidade, o que leva à formação de metástases e causa crescimento infiltrativo. Ao mesmo tempo, uma diminuição nas propriedades adesivas das selectinas e integrinas dos leucócitos leva à síndrome dos chamados leucócitos “preguiçosos”, quando não conseguem penetrar do vaso para a área de inflamação.

A patologia das proteínas da citomembrana, que desempenham uma função de estrutura de suporte, perturba a forma das células e sua resistência mecânica. Por exemplo, a anemia com formato prejudicado dos glóbulos vermelhos é causada por danos na conexão das proteínas de suporte com os microtúbulos e microfilamentos finos.

Uma diminuição na atividade das proteínas da citomembrana dos enterócitos colunares complica acentuadamente os processos de digestão parietal no intestino delgado. Danos às proteínas enzimáticas do glicocálice dos tireócitos bloqueiam a formação de hormônios pela glândula tireóide e, nos fibroblastos, suprimem a síntese de colágeno e fibras elásticas.

Distúrbios na formação dos principais complexos de histocompatibilidade de primeira classe são acompanhados pela ativação de processos autoimunes. Alguns microrganismos patogênicos secretam a enzima neuraminidase, que expõe estruturas antigênicas nas membranas das células do corpo, o que leva à destruição dessas células pelos leucócitos. Os principais complexos de histocompatibilidade também mudam durante a degeneração tumoral das células.

A interrupção da função dos contatos celulares mecânicos (desmossomos, hemidesmossomos, desmossomos em fita) leva a uma diminuição na força de tais conexões, a rupturas de contatos celulares com estruturas vizinhas, mesmo com pequenas influências mecânicas.

A patologia das junções comunicantes perturba a unidade das reações fisiológicas nos tecidos. Assim, a condução do impulso é suprimida nos tecidos musculares lisos e cardíacos, e a dessincronização dos processos de regeneração e da atividade secretora das células ocorre no tecido epitelial.

Mudanças estruturais e funcionais nas junções estreitas levam à difusão de substâncias das cavidades para a substância intercelular do epitélio e posteriormente para o tecido conjuntivo e vice-versa, o que perturba a homeostase.

A patologia da função sináptica é acompanhada por bloqueio ou aumento da transmissão sináptica com disfunção do sistema nervoso.

Microscopicamente, nos estágios iniciais do dano, ocorrem com mais frequência o arredondamento (alinhamento da forma e dos limites) das células e a perda do número de processos celulares e microvilosidades. Posteriormente, ao contrário, aparecem na superfície várias protuberâncias e pequenas bolhas, que normalmente não são encontradas. Freqüentemente, a superfície da célula parece ferver.

Assim, os materiais apresentados nesta seção discutem apenas alguns dos pontos-chave de possíveis violações. Eles não podem cobrir todo o espectro de tais fenômenos, mas permitem delinear as direções das mudanças que ocorrem na célula sob a influência de fatores prejudiciais. Cada uma das mudanças não ocorre separadamente, mas acarreta uma cadeia de distúrbios estruturais e funcionais na interação de complexos macromoleculares, organelas e partes da célula.

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