Citoliza

Definiția citolizei

Citoliza, cunoscută și sub numele de liză osmotică, are loc atunci când o celulă explodează și își eliberează conținutul în mediul extracelular din cauza unui aflux mare de apă în celulă, depășind cu mult capacitatea membranei celulare de a conține volumul suplimentar. Acest lucru reprezintă o preocupare în special pentru celulele care nu au un perete celular rezistent pentru a rezista presiunii interne a apei.

Apa poate difuza lent prin bistratul lipidic al membranei celulare, dar transportul rapid necesită prezența unor canale transmembranare selective numite aquaporine. Aceste proteine integrale de membrană permit mișcarea apei, împiedicând în același timp accesul multor solvenți și ioni.

Celele au de obicei o concentrație de săruri și ioni mai mare decât mediul lor imediat, în special la organismele unicelulare care trăiesc în corpuri de apă dulce și acest lucru poate duce la influxul de apă. Majoritatea celulelor au mecanisme interne pentru a face față mișcării constitutive a apei. Cu toate acestea, atunci când are loc o schimbare bruscă a tonicității mediului extracelular sau o modificare a structurii membranare, apa poate inunda celula și o poate face să explodeze.

Imaginea arată impactul concentrației ionice extracelulare asupra structurii celulare. Citoliza este o cauză a morții celulelor la organismele pluricelulare atunci când fluidele lor corporale devin hipotone și este văzută ca un efect secundar al suferinței unui accident vascular cerebral. Liza osmotică este, de asemenea, folosită de unele particule virale replicate pentru a ieși din celula gazdă și a continua procesul infecțios.

Dar, citoliza are și un rol funcțional și este folosită de sistemul imunitar pentru a distruge selectiv celulele tumorale sau pe cele infectate de unii agenți patogeni.

Tipuri de citoliză

Citoliza poate fi cauzată de mulți factori, de la tonicitatea fluidului extracelular până la activitatea altor celule care afectează structura membranei celulare.

Citoliza prin mediu hipotonic

Când celulele sunt plasate într-un mediu de apă pură, apa inundă celula și o face să explodeze. De exemplu, globulele roșii vor suferi hemoliză atunci când sunt plasate în apă distilată și acest lucru poate fi măsurat după apariția hemoglobinei în soluție. O soluție care conține 0,9 g de clorură de sodiu (NaCl, sau sare comună) în 100 ml de apă este considerată izotonică, sau care conține aceeași concentrație de sare ca și interiorul unui globule roșii. Soluțiile cu concentrații mai mici de sare vor face ca aceste celule să explodeze. Prin urmare, injecțiile intravenoase de apă distilată pură pot fi extrem de dăunătoare, în special pentru membranele celulare fragile ale eritrocitelor sau globulelor roșii.

Citoliza prin agenți patogeni

Virusurile sunt extrem de specifice în alegerea gazdei lor. În plus, cele mai multe dintre ele sunt adaptate pentru a infecta nu doar un anumit organism, ci și un anumit tip de celule din cadrul gazdei. Virusurile nu pot funcționa în afara gazdei lor și trebuie să deturneze mașinăria celulară pentru a trece prin metabolism și a iniția reproducerea. Cu toate acestea, după mai multe runde de duplicare, prezența particulelor de virioni poate copleși celula gazdă. În acest moment, virușii pot compromite membrana celulară într-un mod care duce la pătrunderea apei și, în cele din urmă, la citoliză. Odată ce celula suferă liza, virușii sunt eliberați, permițându-le să repete ciclul infecțios cu noi celule gazdă în același țesut.

Specificitatea virușilor pentru gazda lor poate fi potențial exploatată în terapia cancerului. Fenomenul virușilor care induc o remisiune a cancerului a fost observat încă din anii 1800. Multe virusuri infectează preferențial celulele canceroase, lăsând intacte celulele normale, deoarece malignitatea amorțește răspunsul antiviral al unei celule. Aceste virusuri pot induce citoliza în celulele tumorale și, astfel, pot contribui la tratament. În 2011, a fost raportată o particulă de virus care induce citoliza în liniile celulare tumorale, în celulele de inițiere a tumorii, precum și în țesutul tumoral primar de la pacienți. În 2015, FDA din SUA a aprobat prima terapie virală pentru melanom.

Citoliza bacteriană a fost observată din cauza unei creșteri excesive a lactobacililor în vagin. Vaginul femeilor adulte este în mod normal colonizat de lactobacili și, în număr redus, aceste bacterii protejează împotriva infecțiilor fungice. Cu toate acestea, unele femei prezintă simptome de infecție fungică care este rezistentă la tratamentul cu medicamente antifungice. În aceste cazuri, femeile care au scurgeri abundente, mâncărimi și care nu prezintă bacterii sau ciuperci patogene în frotiurile umede prezintă, de asemenea, o abundență crescută de lactobacili. Scurgerile sunt cauzate de citoliza celulelor epiteliale vaginale din cauza infecției bacteriene cu lactobacili.

Citoliza prin sistemul imunitar

Sistemul imunitar folosește o varietate de metode pentru a induce citoliza -în agenții patogeni, precum și în celulele infectate sau canceroase din organism. Printre cei mai puternici mediatori ai citolizei în sistemul imunitar se numără celulele T și celulele Natural Killer (NK). Aceste două celule pot fie să inducă o celulă să intre în apoptoză, fie să elibereze proteine numite perforine care formează canale pe membrana celulară. Atunci când apa pătrunde în celulă prin aceste canale, aceasta suferă o liză osmotică. În plus, celulele NK pot acționa și prin intermediul sistemului imunitar adaptativ, interacționând cu celulele T, precum și cu anticorpii eliberați de celulele B. Prin intermediul sistemului anticorpilor și al complementului, celulele patogene pot fi lizate prin formarea unei structuri transmembranare asemănătoare unui inel pe membrana celulară de către proteinele complementului.

Această metodă de citoliză poate duce la o complicație majoră atunci când există histoincompatibilitate între mamă și făt. Atunci când un anumit tip de anticorpi (IgG) trece prin placentă și recunoaște antigene pe sângele fetal, poate activa sistemul complementului, precum și imunitatea înnăscută, determinând ca acele globule roșii să sufere hemoliză. Copilul se naște cu simptome asemănătoare icterului.

Celulele ucigașe naturale sunt, de asemenea, cruciale pentru mecanismul de apărare al organismului împotriva formării tumorilor. Atunci când celulele canceroase downreglează expresia antigenelor de suprafață, celulele puternice ale sistemului imunitar adaptativ nu pot recunoaște aceste celule sau să organizeze un răspuns imunitar împotriva lor. Celulele NK pot activa un răspuns inflamator, pot atrage alte celule citotoxice și, împreună, pot induce fie liza osmotică, fie apoptoza asupra celulelor precursoare ale tumorii.

Funcțiile citolizei

Citoliza este adesea folosită ca instrument de supraviețuire de către diverse celule. În timp ce organismele unicelulare și agenții patogeni o folosesc pentru a respinge atacul sau pentru a avea acces la noi gazde, organismele pluricelulare folosesc citoliza în timpul unui răspuns imunitar sau pentru a elimina celulele deteriorate și periculoase din interiorul corpului lor.

Prevenirea citolizei

În ciuda numeroaselor sale utilizări, este important pentru un organism să controleze când și cum are loc citoliza. Plantele au un mecanism natural de apărare împotriva citolizei, deoarece conțin un perete celular rezistent. Atunci când o celulă vegetală este plasată într-un mediu hipotonic și apa se precipită înăuntru, peretele celular exercită o presiune opusă asupra membranei celulare, împiedicând extinderea sau ruperea acesteia. Într-un mediu hipertonic, celula suferă o pierdere de apă, cunoscută și sub numele de plasmoliză. Într-o soluție izotonă, există o cantitate egală de apă care intră și iese din celulă, lăsând intact volumul total al acesteia. În soluțiile hipotone, pe măsură ce apa intră în celulă, vacuola preia o mare parte din excesul de apă, protejând citoplasma de diluție.

Paridul celular creează, de asemenea, o presiune inversă, determinând ieșirea apei din celulă, menținând în același timp turgescența optimă. Această turgescență permite plantelor să rămână în poziție verticală în absența unui sistem scheletic intern.

Protiștii unicelulare, cum ar fi amoeba și paramecium, conțin un organit numit vacuolă contractilă care este implicat în prevenirea citolizei. Este o structură pulsatorie care suferă cicluri repetate de diastole (apa care intră în vacuolă) și sistole (apa este pompată în afara celulei). Mecanismul exact al acestor contracții nu este cunoscut, dar aceste organite par să funcționeze chiar și atunci când celulele sunt plasate într-o soluție cu o concentrație mare de sare.

Organismele multicelulare au, de obicei, un mecanism sofisticat pentru a se asigura că toate celulele lor sunt scăldate într-o soluție izotonă. La om și la alte mamifere, acesta este sistemul de organe excretoare format din unitățile funcționale de nefroni din rinichi. Pe măsură ce sângele este filtrat în rinichi, sărurile, ionii, produsele reziduale, amoniacul și excesul de apă sunt eliminate și expulzate la intervale regulate, permițând organismului să își mențină homeostazia. Dacă există o creștere a aportului de apă, există o creștere concomitentă a eliminării apei prin sistemul excretor. Acest sistem este reglementat de o rețea elaborată de hormoni și de alte reacții fiziologice și se asigură că toate celulele din organism sunt expuse în principal la un lichid extracelular izoton. Celulele prezente la interfața cu lumea exterioară – fie pe piele, fie căptușind sistemul digestiv – sunt protejate de citoliză printr-un strat hidrofob alcătuit fie din uleiuri, fie din ceară.

Ocazional, sistemul excretor este copleșit atunci când un organism absoarbe brusc o cantitate mare de apă în raport cu rezervele de sare ale organismului. Aceasta se numește intoxicație cu apă, iar simptomele apar ca urmare a efectului citolizei în celulele creierului.

• Sistem imunitar adaptativ – Un subansamblu al sistemului imunitar la vertebrate care este capabil de memorie imunologică. A doua și următoarele expuneri la un anumit agent patogen evocă răspunsuri rapide și specializate.
• Crenare – Contracția unei celule după expunerea la o soluție hipertonică.
• Tonicitate – Măsură a concentrației relative a solutaților în două soluții separate de o membrană semipermeabilă. Tonicitatea determină direcția și amploarea difuziei prin membrană.
• Presiunea de turgescență – Presiunea apei care împinge membrana celulară împotriva peretelui celular al unei celule vegetale.

Quiz

1. Care dintre aceste soluții va provoca citoliză în celulele roșii din sânge?
A. NaCl 0,9%
B. 1,5% NaCl
C. 0,4% NaCl
D. Apă de mare

2. Care dintre acestea NU induce citoliza?
A. Plasarea celulelor într-un mediu hipertonic
B. Acțiunea perforinelor asupra membranelor celulare
C. Activitatea complexului de atac al membranelor de către proteinele complementului
D. Perturbarea structurii membranare de către viruși

3. Care dintre aceste metode este folosită de amoebe pentru a preveni citoliza?
A. Peretele celular
B. Sistemul de organe excretoare
C. Vacuola contractilă
D. Toate variantele de mai sus

.