¡Descarga TEMA 2.4: COMUNICACIÓ CELLULAR y más Apuntes en PDF de Citología e Histología Vegetal y Animal solo en Docsity!
TEMA 2.4: COMUNICACIÓ CEL·LULAR
- Fitohormones
- Sistema de comunicació directe, cèl·lula a cèl·lula.
- La paret cel·lular impedeix les unions GAP, però desenvolupen porus en la membrana protoplast.
- Paret foradada per plasmodesmes, molt nombrosos més de 100 distribuïts a l’atzar, en els llocs de la paret és més prima, que fan comunicar les cèl·lules protoplast.
- Paret cel·lular = cel·lulosa + aigua
- (^) Plasmodesma comunica pel desmotubul, està relacionat en la formació dels fragmoplasts, són molt dinàmics i envoltats de membrana. Si es tancarà un plasmodesma no hi ha comunicació.
Comunicació cel·lular. La comunicació entre cèl·lules permet als organismes pluricel·lulars donar respostes integrades. Els organismes, com més cèl·lules tenen, més especialització i més necessitat de coordinació, la qual cosa vol dir més eficàcia en la comunicació. Com més sofisticada és la comunicació més possibilitat que l’organisme doni una resposta integrada. Les plantes, amb la paret cel·lular cel·lulòsica que actua com un filtre que no deixa passar molècules grosses, no poden utilitzar senyals externs (hormones) de tipus polipeptídic, però han desenvolupat un tipus de canals de comunicació citoplasmàtica específics que s’anomenen plasmodesmes.
Plasmodesmes
Sòn petits canals o ponts citoplasmàtics que travessen la paret anomenats plasmodesms o plasmodesmes. Una cèl·lula típicament pot tenir més de 100 plasmodesmes que la uneixen amb les cèl·lules adjacents. A través dels plasmodesmes es produeix continuïtat de la membrana plasmàtica, del citoplasma i del reticle endoplasmàtic. Els plasmodesmes es formen en el moment de la divisió i tenen el seu orígen al fragmoplast
Teoria organìsmica: Caràcter sincitial de la planta.
La definició de cèl·lula com una unitat d’estructura i funció : una vesícula voltada de membrana que conté el protoplasma a l’interior, no es correspon estrictament amb el les cèl·lules de la planta que no són unitats tancades sinó que mantenen connexions citoplasmàtiques a través de la paret. Alguns autors opinen que les plantes no són pròpiament organismes pluricel·lulars sinó un sinciti (un citoplasma amb molts nuclis) compartimentat per la paret cel·lular. Aquesta teoria, coneguda amb el nom de “teoria organísmica”, és especulativa pensant que a la planta cada cèl·lula, encara que estigui comunicada per plasmodesmes, conserva el seu caràcter individual. Resulta útil des del punt de vista teòric per interpretar alguns aspectes de l’organització de les plantes que difereixen dels animals. Es relaciona també amb el possible origen filogenètic: deriven d’un antecessor sincitial (les algues clorofícies són sincitials) o es van originar per la fusió d’algues unicel·lulars?
Sinciti o plasmodi: massa de citoplasma amb molts nuclis que es pot originar per divisions sense citocinesi (separació) o per la fusió de cèl·lules com es el cas de la fibra muscular esquelètica, per exemple.
Els plasmodesmes.
.
Els plasmodesmes són porus de molta complexitat. Tenen forma de petits túbuls envoltats de membrana plasmàtica que contenen a l’interior un estructura cilíndrica anomenada desmotúbul derivada de reticle endoplasmàtic que conté a l’interior una vareta o bastó central (central rod). Entre la membrana i el desmotúbul queda un espai anomenat beina citoplasmàtica. La membrana i el desmotúbul estan connectats per proteïnes associades.
En una secció longitudinal
El desmotúbul manté continuïtat amb el RE de cèl·lules veïnes.
Imatge dels plasmodesmes a la paret d’Azolla, una falguera aquàtica
Els plasmodesmes.
Els plasmodemes són molt complexos. La interpretació de les imatges al TEM i diferents tipus d’anàlisis moleculars han permès elaborar models per explicar l’organització supramolecular dels plasmodesmes.
D’acord amb aquests models es distingeixen: un canal revestit de membrana que conté a l’interior un desmotúbul que deriva del reticle endoplasmàtic. Entre el desmotúbul i la membrana hi ha una beina citoplasmàtica que a la part central del plasmodesme deixa una cavitat més ampla ( central cavity ) mentre als extrems (colls) forma una mànega (sleeve) més estreta. La beina de citoplasma entre el desmotúbul i la MP, està ocupada per proteïnes associades que s’uneixen amb la capa externa del desmotúbul o/i amb la capa interna de la membrana plasmàtica (flilamentous proteins). El desmotúbul està ocupat per la vareta o bastó central (central rod) formada per proteïnes i alguns grups lípidics,
Les substàncies difonen per la beina de citoplasma o per l’interior del desmotúbul. L’apertura de la beina i la densitat dels filaments determinen el pas. Algunes substàncies poden passar des del reticle a traves del desmotúbul, però la presencia de lípids exclou a priori substàncies hidròfiles i admet que s’hi puguin transportar alguns lípids associats a RE.
Entre el desmotúbul i la membrana hi ha un anell de citoplasma. L’espai ocupat pel citoplasma és més ampli a la regió central (cavitat central o ventre del plasmodesme), mentre que als dos extrems (colls) és molt més estret,
Dreta: Model d’organització supramolecular
La interpretació de les imatges al TEM i diferents tipus d’anàlisi molecular han permès elaborar models per a l’organització supramolecular dels plasmodesmes. D’acord amb aquests models el desmotúbul està ocupat per la vareta central que conté grups polars de lípids i algunes proteïnes la qual cosa exclou la possibilitat que el desmotúbul pugui ser una via aquosa però, en canvi, admet el pas de lípids associats a RE.
La beina de citoplasma entre el desmotúbul i la MP, està ocupada per proteïnes associades que s’uneixen amb la capa externa del desmotúbul o/i amb la capa interna de la membrana plasmàtica.
Imatge: Transport: virus PVX (immunomarcatgeTEM )
A , secció longitudinal mostrant pds i material fibril·lar que passa de cèl·lula a cèl·lula (fletxes obertes). B, C i D, Plasmodesmes mostrant marcatge amb anticòs anti-proteïnes de la càpsula viral. El marcatge s’associa amb el canal dels plasmodesmes. La fletxa negra indica una secció transversal. barres= 100 μm. L’anticós es marca amb partícules d’or opaques a les radiacions (punts negres).
Dinàmica dels plasmodesmes Els plasmodesmes tenen majoritàriament el seu origen a la citocinesi (formació primària), però casos també poden formar de nou en parets ja formades (formació secundària). Un cop formats poden ser modificats, obturats o eliminats…... La formació primària o secundaria i les modificacions posteriors permeten regular el transport i definir dominis simplàstics. PLASMODESMES PRIMARIS.- La gran majoria. Es formen a la placa divisòria a partir de filaments de RE que queden en la placa. Inicialment queden distribuïts a l’atzar, però en moltes cèl·lules el creixement de la paret per extensió es fa de manera que els Pds queden agrupats formant camps (grups) i sovint en les zones que es formaran les puntejadures (pit fields). PLASMODESMES SECUNDARIS.- Es formen una vegada la làmina mitjana ja està formada. No és freqüent però tampoc molt rar. Fins i tot poden formar entre dues cèl·lules que no provenen d’una mateixa cèl·lula mare com s’ha pogut observar en alguns empelts. La formació secundària segueix una sèrie de passos: unió del RE amb la membrana plasmàtica, aprimament localitzat de la paret, fusió de les membranes i dels filaments de reticle de les dues cèl·lules, estructuració del nou plasmodesma. REGULACIO :Modificació, obturació i eliminació .- Els plasmodesmes un cop madurs poden ser modificats variant l’apertura (espai de la beina més o menys dilatat) o el nombre de raminicacions. També obstruïts de manera temporal o permanent i/o eliminats. Aquest procés permet regular el transport i crear (o desfer) dominis. Per exemple, les cèl·lules de guarda quan maduren perden la comunicació per plasmodesmes amb l’epidermis però la mantenen entre si.
L’apertura dels plasmodesmes, és variable i en funció de l’apertura ho és la difusió. En funció de l’apertura es parla del límit d’exclusió (Size Exclusion Limit, SEL) que és el límit (mida màxima) de les substàncies passen lliurement a través del plasmodesma. Varia en general de de 0,4 a més de10 KDa.
Es considera plasmodesma tancat quan el SEL està per sota de 1 Kda. Es considera plasmodesma obert quan el SEL està per sobre de 1 i fins a 20 Kda. Es considera plasmodesma dilatat si l’obertura del SEL és més gran de 20 Kda ( fins 50 KDa)
Els canvis del SEL poden ser ràpids, generalment canvis mecànics per la pressió osmòtica, o poden ser lents lligats dipòsits de cal·losa.
La comunicació entre les cèl·lules queda determinada pel nombre i les característiques dels plasmodesmes que comparteixen. Els canvis que es produeixen en el SEL i/o l’obturació /formació de plasmodesmes fan variar la
“ Subdomains for transport via plasmodesmata corresponding to the apical–basal axis are established during Arabidopsis embryogenesis “ (Kim et at.2005 PNAS 102 (33) 11945-11950 )
Els autors es proposen uns objectius generals, una hipòtesi de treball i uns objectius concrets ,
En funció d’aquests es plantegen i una estratègia experimental per portar-los a terme.
✓ Utilitzant GFP(green florescent protein) com a marcador
- Proteïna solubles, es detecta be per fluorescència, no altera el funcionament. ✓ (^) Expressar GFP en unes poques cèl·lules i analitzar temporalment la difusió
- utilitzar el promotor de STM, u gen que només s’expressa al MAB
✓ obtenir construccions amb GFP de diferents pesos moleculars
- pSTM::GFP psSTM::GFP-GFP pSTM::GFP-GFP-GFP
✓ Disposar d’un control per a difusió de GFP
- pSTM::ER-GFP GFP que s’uneix a RE (no pot viatjar pels Pdms)
✓ transformar Arabidopsis i analitzar l’embrió quan es forma el patró.
Subdomains for transport via plasmodesmata corresponding to the apical–basal axis are established during Arabidopsis emb.ryogenesis “ (Kim et at.2005 PNAS 102 (33) 11945-11950 ).
Els autors investiguen els canvis dels límits d'exclusió dels plasmodesmes (SEL, size exlusion límit) durant tres etapes de l’embrió: embrió en forma de cor, embrió torpede i embrió cotiledoni inicial.
L’estrategia éxperimental: a. Utilitzar proteïnes de fusió de la proteïna verd fluorescent soluble (sGFP) amb diferents pesos moleculars (1x GFP 27kDa; 2XGFP 54kDa; 3xGFP 81kDa). b. Expressar aquestes proteïnes unides al promotor STM (shoot meristemless) que s’expressa localitzat a les cèl·lules del meristema apical de brot. c. Analitzar la fluorescència en tres estadis de l’embrió per veure si la proteïna té restriccions de transport indicatives de la formació de dominis o subdominis a l’embrió.
d) Per control utilitzen la construcció STM:ER-GFP. ER, és un senyal ancoratge a RE. la proteïna ER-GFP queda unida al RE I no es pot moure.
Subdomains for transport via plasmodesmata corresponding to the apical–basal axis are established during Arabidopsis embryogenesis “ (Kim et at.2005 PNAS 102 (33) 11945-11950 ).
En quines cèl·ñules s’expresarà GFP? Per què s’utilitza el promotors STM? Quins avantatges té.
Per què s’utilitza GFP amb diferents fusions amb el promotor?
Per què es convenient tenir un control que no pugui ser transportat pels pdms i com s’aconsegueix?
Anàlisi de tres estadis: Cor, torpede i cotiledoni.
Què mostra l’anàlisi de pSTM::ER-GFP?
Es comprova que GFP només es sintetitza a les cèl·lules del MAB?
Què mostra l’anàlisi de les plantes transformades pSTM:: GFP?
Com es distribueix GFP en les tres etapes analitzades?
Demostra que els dominis tenen relació amb el patró?
Què caldria fer a continuació? (quins gens estan implicats, quines proteïnes............
Com valores l’experiment?
Demostra que hi há canvis al SEL?
Demostra la formació de dominis?
Demostra que els dominis tenen relació amb el patró?
Què caldria fer a continuació?
Els plasmodesmes Es defineixen com petits canals recoberts de membrana que interconnecten el citoplasma entre cèl·lules veïnes. Són ponts citoplasmàtics que travessen la paret cel·lular , bàsicament túbuls de membrana plasmàtica que envolten un desmotúbul. Entre el desmotúbul i la membrana plasmàtica hi ha una funda de citoplasma (o un anell de citoplasma en secció transversal).
Existeixen moltes morfologies de plasmodesmes, segons la ramificació i l,’amplaria de la cavitat central. Imatges
Esquerra. Dalt, paret cel·lular travessada per plasmodesmes. Sota, secció transversal de la paret en la qual es poden veure els plasmodesmes amb la membrana (plasmalemma) i el desmotúbul a l’interior.
Dreta. Dalt, secció d’un plasmodesma al TEM. Es pot observar que està recobert per la membrana plasmàtica i connectat amb el reticle endoplasmàtic. Sota esquemes dels plasmodesmes.
Plasmodesmes es troben a la majoria de cèl·lules vegetals
La imatge mostra els plasmodesmes entre la cèl·lula companya (esquerra). I el tub cribrós (dreta). Els tubs cribrosos i les cèl·lules companyes mantenen una estreta connexió i mantenen nombrosos plasmodesmes, Els tubs són cèl·lules molt transformades, que perden el nucli i la majoria del citoplasma però es mantenen vives i fan una funció , el transport de la saba, que necessita energia. Les cèl·lules companyes, amb un citoplasma molt dens i molt actiu sintetitza proteïnes i altres molècules necessàries per al manteniment que passen directament al tub cribrós pels plasmodesmes.
Preguntes:
- Regulant plasmodesmes es poden crear barreres de comunicació?
- (^) Un domini independent pot desenvolupar un programa propi?
- La formació de dominis serveix per definir els patrons durant l’embriogènesi?
