Text Curs Organite Delimitate de Membrane v02
Click here to load reader
-
Upload
loredana-boghez -
Category
Documents
-
view
49 -
download
5
Transcript of Text Curs Organite Delimitate de Membrane v02
Dr. Sanda M. Creţoiu – Curs biologie celulară
1
ORGANITE CELULARE DELIMITATE DE MEMBRANE
Organitele celulare sunt structuri permanente, cu durată de viaţă mai mică decât a celulei şi care
se reînnoiesc permanent.
O parte din organite sunt observabile la microscopul optic şi pot fi numite structurale. Ele au
dimensiuni de ordinal micrometrilor: mitocondria, aparatul Golgi, centrul celular, ergastoplasma.
Alte organite pot fi observate numai la microscopul electronic, având dimensiuni de ordinul
nanometrilor şi sunt numite ultrastructurale: reticulul endoplasmic neted şi rugos, lizozomii, peroxizomii,
ribozomii, microtubulii, microfilamentele.
Organitele celulare se pot clasifica în organite delimitate de membrane şi organite nedelimitate
de membrane.
Delimitate de membrane Nedelimitate de membrane
Reticulul endoplasmic Ribozomii
Complexul Golgi Citoscheletul
Lizozomii Centrozomul
Peroxizomii Flagelul
Mitocondria Cilii
Vacuole Incluziunile
Nucleul Proteazomii
Reticulul endoplasmatic
Este un organit delimitat de endomembrane, organizat sub forma unei reţele de cisterne şi/sau tubuli,
care pot prezenta sau nu pe suprafaţa citoplasmatică ribozomi ataşaţi.
Se clasifică în 2 categorii: neted (fără rugozităţi) şi rugos (cu ribozomi ataşaţi).
Reticulul endoplasmatic (RE) este implicat în biogeneza şi traficul intracelular al membranelor alături de
complexul Golgi, lizozomi şi sistemul endozomal, fiind organitul care iniţiază aceste procese celulare.
Prezenţa acestui organit în celule a fost pusă în evidenţă de Porter, în 1948, când a observat o structură
nouă pe culturile celulare de embrion de pui, pe care a denumit-o reticulul endoplasmatic (în latină
Dr. Sanda M. Creţoiu – Curs biologie celulară
2
reticulum înseamna reţea, iar pentru faptul că aceasta este localizată preferenţial în profunzimea
citoplasmei a primit denumirea de endoplasmatică).
Detaliile ultrastructurale au fost însă obţinute în urma examinării preparatelor de microscopie
electronică şi confirmate prin microscopie de scanning pe secţiuni seriate realizate prin tehnica îngheţare-
fracturare-sublimare. În urma acestor examinări s-a observat că organitul este structurat sub formă de
tubuli sau cisterne delimitate de endomembrane, cu numeroase anastomoze, care formează un lumen cu
diametru de 30-60 nm (pot exista variaţii ale diametrului în funcţie de starea de activitate a organitului).
Lumenul RE este continuu între cisterne şi tubuli, realizând anastomoze şi cu lumenul anvelopei nucleare.
Zonele organizate sub formă de cisterne prezintă, de regulă, ribozomi ataşaţi pe membrana
citoplasmatică a organitului şi formează reticulul endoplasmic rugos - RER (membrana nucleară externă
prezintă de asemenea ribozomi ataşaţi), iar zonele structurate sub formă de tubuli, ce continuă cisternele
RER au fost denumite reticulul endoplasmic neted - REN.
Trebuie să precizăm că RER şi REN nu sunt două organite distincte, ci sunt regiuni organizate
ultrastructural diferit ale aceluiaşi organit. Raportul dintre cele două forme de RE diferă în funcţie de tipul
celular şi de starea de activitate a celulei.
Prin omogenizare şi centrifugare diferenţială RE, aparatul Golgi şi membrana celulară se fragmentează
în vezicule membranare formând fracţia microzomală. În urma proceselor de centrifugare diferenţială se
pot obţine separat microzomii rugoşi şi netezi, care ulterior pot fi separaţi prin centrifugare în gradient de
densitate.
Cele doua tipuri de RE îndeplinesc în celulă funcţii diferite, astfel RER: sinteza de proteine, prelucrarea,
sortarea şi transportul lor spre aparatul Golgi; iar REN: metabolizarea lipidelor, stocarea ionilor de calciu,
detoxifierea celulară.
Reticulul endoplasmic rugos
Biosinteza proteinelor la nivelul RER implică formarea proteinelor membranare, a celor rezidente în RE,
complexul Golgi sau lizozomi, precum şi proteine destinate exportului.
Acest proces începe în citoplasmă la nivelul ribozomilor liberi, transferul lanţului polipepetidic în RE
fiind iniţiat de prezenţa unei secvenţe semnal. Peptidul semnal este localizat la capătul N-terminal şi
conţine mai mulţi aminoacizi cu sarcină pozitivă, urmaţi de o regiune cu resturi hidrofobe. În interacţiunea
dintre polipeptid şi membrana RE intervin doua componente: particula de recunoaştere a semnalului
(signal recognition particle - SRP) şi receptorul corespunzător.
SRP este o particulă citoplasmatică ce structurează situsuri de legare pentru peptidul semnal din lanţul
proteic în curs de sintetizare şi un domeniu pentru situl A ribozomal. În urma interacţiunii cu molecula
semnal şi ribozom, SRP expune un al treilea sit de legare la receptorul specific de pe membrana RE.
Totodată, SRP blochează sinteza proteinei în absenţa membranelor RER. Complexul astfel format transferă
sistemul de sinteză – ribozom şi lanţ în formare – unui alt ansamblu proteic, ce poartă denumirea de
translocon. Transloconul este astfel structurat încât delimitează un canal hidrofil prin care are loc elongaţia
polipeptidului direct de pe ribozom în lumenul RE. În momentul preluării ribozomului de către translocon
are loc şi disocierea SRP de receptor, eliberând astfel situl A ribozomal şi permiţând astfel reluarea sintezei
proteice. Proteinele destinate exportului, proteinele necesare funcţiei RE, aparatului Golgi şi lizozomului
conţin o secvenţă semnal către capătul carboxi-terminal, ce este recunoscută de o hidrolază (peptid-
hidrolază) şi astfel lanţul proteic este eliberat în lumenul RE.
Dr. Sanda M. Creţoiu – Curs biologie celulară
3
Lumenul reticulului endoplasmic conţine următorii compuşi unici şi caracteristici:
a) Disulfid izomeraza – bogat reprezentată în RE al celulelor care sintetizează proteine bogate în punţi
disulfurice. Această proteina supraveghează formarea corectă a punţilor disulfurice.
b) Calciu - concentraţia de calciu este de 5 mmol în lumenul RE acesta fiind necesar pentru diferite
procese metabolice
c) Chaperoni – molecule care au rolul de a suraveghea plierea corectă a proteinelor. Aceştia sunt
membrii ai familiilor hsp70 şi hsp90, Grp-94 şi peptidilprolil izomeraze.
d) Calnexina – proteina integrală transmembranară din membrana RE care prezintă un domeniu
catalitic spre lumenul RE. Acest domeniu are rolul de lega proteinele incorect pliate şi de a le reţine
în lumenul RE. Este numita şi molecula CTC.
e) Calreticulina identificată iniţial în lumenul RS din celulele musculare este o proteină ubiquitara a
lumenului RE. Are mare afinitate pentru calciu, dar are si rolul de a lega proteine la capătul carboxil,
proteine ce urmează a fi rezidente în RE. In plus modulează legarea receptorilor steroizi la situsul de
pe ADN.
Odată eliberat în lumen, lanţul polipeptidic continuă să fie prelucrat, acest proces implicând modificări
co- şi posttraducere. Înainte de a fi livrate către destinaţiile finale proteinele suferă o serie de transformări:
formarea de legături disulfidice, pliere, clivajul proteolitic, asamblarea în proteine multimerice, toate aceste
procese asigurând adoptarea unei conformaţii corespunzătoare funcţiei noului lanţ polipeptidic.
În timpul procesului de sinteză proteinele pot suferi mutaţii, ce împiedică plierea corectă şi astfel
blochează transportul către aparatul Golgi. Proteinele împachetate greşit formează legături ireversibile cu
nişte proteine speciale cu rol în asistarea procesului de sinteză, ce poartă denumirea de chaperone.
Complexul astfel format este transferat în citosol, prin retrotranslocon, unde primeşte o etichetă –
poliubiquitina – şi intră în proces de degradare proteolitică la nivelul proteazomului.
Reticulul endoplasmic neted
REN este implicat într-o varietate de funcţii speciale în celulă: metabolizarea lipidelor, detoxifierea
celulară, depozit dinamic de ioni de calciu.
Hormonii steroizi, de exemplu steroizii sexuali la vertebrate şi steroizii secretaţi de glandele adrenale
sunt produşi de celule care secretă aceste substanţe şi sunt bogate în REN şi mitocondrii.
Celulele din ficat sunt şi ele bogate în RE neted. Aceste celule depozitează carbohidraţii sub forma
glicogenului. Hidroliza glicogenului produce fosfatul glucozei, o formă ionică de zahar care nu poate ieşi din
celulă. O enzimă glucozo-6-fosfataza din REN al acestor celule îndepărtează fosfatul şi transformă glucozo-6
fosfatul în glucoză, astfel încât glucoza poate ieşi din celulă. Astfel, ea pătrunde în circuitul sanguin prin care
poate ajunge oriunde este nevoie.
Procesele de detoxifiere celulară se realizează preponderent la nivelul hepatocitelor şi implică
eliminarea din celulă a diverşilor compuşi (fiziologici, patologici sau farmacologici), ce ar putea afecta
fluiditatea bistratului lipidic. Acest rol poate fi sugerat de prezenţa unei cantităţi considerabile de REN, ce
apare la scurt timp după administrarea de barbiturice, în hepatocitele pacienţilor cărora li s-a prescris acest
tip de medicamente. Hiperplazia indusă acest tip de medicaţie este reversibilă, cantitatea de REN, revenind
la normal după încetarea agresiunii. Fenomenul este uşor de evidenţiat, deoarece la nivelul celulelor
hepatice cantitatea de RER şi REN este aproximativ egală.
Dr. Sanda M. Creţoiu – Curs biologie celulară
4
Enzimele din REN ajută la detoxifierea drogurilor şi otrăvurilor prin adăugarea unei grupări de hidroxil la
substanţe, astfel încât ele devin mai solubile şi mai uşor de eliminat din corp.
Reticulul sarcoplasmic
În celulele musculare, veziculele şi tubulii REN sunt cunoscute sub denumirea de reticulul sarcoplasmic.
Acesta este adaptat pentru depozitarea şi eliberarea ionilor de calciu. Procesul este realizat de pompele de
calciu şi necesită energie furnizată de ATP (adenozintrifosfat). Pompele de calciu sunt proteine
membranare adaptate pentru transportul activ al ionilor de calciu în mediul extraceleular (interiorul
reticulului sarcoplasmic este de asemenea mediu extracelular). În fibra musculară striată scheletică
pompele de calciu sunt reglate de calmodulină, iar în cele miocardice de fosfolamban. Calciul este necesar
pentru contracţia fibrei, fiind eliberat din reticulul sarcoplasmic în momentul în care fibra respectivă este
excitată, prin deschiderea canalelor de calciu dependente de voltaj. În perioadele dintre contracţii,
pompele îl concentrează în lumenul reticulului sarcoplasmic. Un rol important în realizarea acestei funcţii îl
are calsechestrina, proteină cu mare afinitate pentru ionii de calciu şi care se găseşte în cantitate crescută
în lumenul REN.
Aparatul Golgi
Aparatul Golgi a fost printre primele organite descrise la microscopul optic datorita dimensiunilor sale
relativ mari faţă de restul organitelor. Această descriere aparţine lui Camillo Golgi, în 1898, şi a fost făcută
în celulele nervoase studiate prin impregnare argentică. El a observat o reţea în jurul nucleului, care a
primit inţial denumirea de aparat reticular intern.
Pe preparatele de microscopie optică, în celulele care secretă şi exocitează proteine, dar şi în cele care
sintetizează fosfolipide şi proteine membranare, aparatul Golgi apare ca o zonă clară perinucleară.
Utilizarea microscopului electronic a permis descrierea cu acurateţe a organitului. Complexul Golgi este
un organit delimitat de endomembrane, ce se prezintă sub forma unei stive de 3-7 cisterne curbate,
localizat în general perinuclear. Numărul complexelor Golgi diferă de la o celulă la alta, putând ajunge până
la 50 în hepatocite. Fiecare stivă are două feţe: o faţă cis (de intrare) şi o faţă trans (de ieşire).
Astfel, complexul Golgi este un organit cu polaritate atât morfologică, cât şi biochimică, căruia i se
descriu o faţă cis, convexă, o faţă trans sau concavă, o reţea de microvezicule pe faţa cis (ce realizează
comunicarea cu RER) şi o reţea de macrovezicule pe faţa trans (vezicule ce se desprind spre destinaţiile
finale). Faţa cis este orientată spre RE şi nucleu şi mai poartă denumirea de faţă imatură, iar cea trans către
membrana plasmatică şi se mai numeşte faţă matură. La nivelul acestor cisterne există o distribuţie
specifică a echipamentului enzimatic: reţeaua şi cisternele cis au capacitatea de a reduce ioni metalici,
cisternele mediene au activitate manozidazică, cisternele trans prezintă nucleozid-difosfataze, iar reţeaua
trans are în alcătuire fosfataza acidă, enzimă specifică pentru lizozomi.
Modalitatea prin care aparatul Golgi îşi menţine polaritatea a fost explicată prin elaborarea a două
modele: 1) modelul transportului vezicular (modelul suveică) şi 2) modelul maturării cisternelor.
Modelul transportului vezicular presupune transportul materialului de la RE la cisternele cis şi în final
trans prin vezicule, ce se desprind din cisternele donatoare şi care apoi fuzionează cu membrana cisternei
acceptoare. Moleculele ce iau parte la acest proces, dar şi cele care în mod obişniut nu apar în această
regiune sunt returnate printr-un transport retrograd.
Dr. Sanda M. Creţoiu – Curs biologie celulară
5
Modelul maturării cisternelor se face prin transportul anterograd al întregii cisterne, iar moleculele
implicate în diversele procese biochimice sunt, de asemenea, returnate prin transport vezicular retrograd.
Existenţa transportului retrograd a fost demonstrată în urma unor experimente ştiiţifice, ce au pus în
evidenţă prezenţa enzimelor golgiene la nivelul RE şi anvelopei nucleare, ca urmare a inhibării transportului
anterograd prin tratarea celulelor cu brefalină A. Transportul RE-Golgi se face în ambele direcţii cu
implicarea unor structuri intermediare: ERGIC/VTG (endoplasmic reticulum Golgi intermediate
compartment/ vesicular tubular compartment).
Organitul reprezintă principalul sediu al prelucrării sfingolipidelor, al glicozilării proteinelor, al
producerii GAG, al sulfatării glucidelor, al etichetării enzimelor lizozomale, dar şi determinarea destinaţiei
finale a proteinelor venite de la nivelul RE, toate aceste procese succedându-se în etape bine controlate.
Proteinele din lumenul complexului Golgi sunt dirijate către vezicule secretorii, membrana celulară şi
lizozomi.
În unele celule, cum sunt cele epiteliale, care prezintă polaritate, compoziţia membranelor apicale şi
latero-bazale diferă din punct de vedere chimic, deci moleculele ce se desprind de pe faţa trans a aparatului
Golgi trebuie să aibă destinaţii diferite, pe baza unor semnale specifice. Modalitatea prin care are loc
această sortare nu este pe deplin cunoscută. Transportul veziculelor către destinaţiile finale se face cu
ajutorul elementelor de citoschelet: filamentele de actină şi microtubuli, fenomen demonstrat prin
inhibarea polimerizării microtubulilor cu noconazol sau colchicină. Fuzionarea dintre moleculele sintetizate
şi structurile ţintă se produce în urma interacţiunii specifice v-SNARE/t-SNARE. Acest proces se realizează
prin intermediul unor proteine adaptoare, ce fac parte din categoria proteinelor G monomerice.
Veziculele secretorii constituite la nivelul aparatului Golgi pot fi exocitate prin două căi: constitutivă şi
mediată de receptori. Calea constitutivă este modalitatea prin care are loc procesul de exocitoză în toate
tipurile de celule şi se desfăşoară concomitent cu înlocuirea membranei celulare, atât în condiţii normale,
cât şi patologice.
Calea de secreţie semnalizată se realizează doar în celulele specializate în sinteza de proteine şi implică
stocarea produşilor finali sub formă de vezicule până la primirea unor semnale specifice. Molecula semnal
se leagă la receptor şi determină o cascadă de evenimente, care vor duce în final la fuzionarea vacuolelor
cu membrana plasmatică şi exocitarea moleculelor sintetizate.
Pa baza unor studii chinetice, s-a stabilit că transportul veziculelor de la RE la Golgi durează aproximativ
10 minute, în timp ce tranzitul organitului şi transportul pînă la membrana plasmatică variază între 30 şi 60
minute.
Deoarece mecanismele intime ale proceselor ce au loc la nivelul complexului Golgi nu sunt pe deplin
cunoscute, numeroase studii ce se desfăşoară în momentul de faţă vor aduce probabil informaţii
suplimentare menite să elucideze funcţiile organitului şi implicaţiile acestuia în patologie.
Lizozomii
Etimologic: din grecescul: lysis a liza şi soma corp, adică corpi litici
Sinonime: sistem vacuolar, sistem lizozomal
Filogenetic – origine in vacuolele protozoarelor (Amoeba)
Dr. Sanda M. Creţoiu – Curs biologie celulară
6
Definiţie
Lizozomii sunt organitele digestiei intracelulare descoperite de Christian deDuve, delimitate de o
membrană, prezente în toate celulele, cu excepţia hematiei adulte. Se găsesc în număr foarte mare în
hepatocite şi macrofage
conţin enzime hidrolitice (peste 50) implicate in degradarea tuturor tipurilor de polimeri biologici:
proteine - proteaze, lipide - lipaze, carbohidraţi-glicozidaze şi acizi nucleici- nucleaze, toate active în mediu
acid , dar au şi funcţia de a îndepărta de pe anumite molecule grupările fosfat, sulfat şi glicozil
principala caracteristică este lumenul cu pH acid asigurat de o pompă protonică membranară ATP-
dependentă care schimbă Na cu H asigurând astfel un mediu optim pentru acţiunea hidrolazelor – pH 5
(pH-ul citoplasmei este 7,2)
Ultrastructura lizozomilor
Morfologia lizozomilor este heterogenă. Aspectul ultrastructural clasic este al unui organit de 0,5 um în
diametru, adesea având un miez electronodens. Deoarece lizozomii sunt greu de caracterizat doar pe baza
criteriilor morfologice este necesară existenţa unor criterii suplimentare:
identificarea produşilor unor reacţii histochimice pentru fosfataza acidă localizaţi în lizozomi
imunoelectromicroscopia arată prezenţa hidrolazelor specifice şi absenţa receptorilor pentru manoză
6-fosfat
Într-o singură celulă pot exista câteva sute de lizozomi, ocupând aproximativ 0,5 – 5% din volumul
celular. Cea mai mare parte a lizozomilor este dispusă în regiunea juxtanucleară în strânsă vecinătate cu
aparatul Golgi, centrul organizator al microtubulilor şi endozomii secundari faza avansata de evolutie.
Membrana lizozomilor
componenţii acesteia sunt unici asigurând rezistenţa la acţiunea hidrolazelor proteinele membranare
au greutăţi moleculare variate între 20 şi 150 kDa, mai importante fiind 2 proteine unipass integrale tip I :
lgp A şi lgp B (100 – 120 kDa) –, cu cea mai mare parte a domeniului orientată către lumen şi extensiv
glicozilate ( cu cât este mai mare procentul de carbohidraţi al unei proteine, cu atât este mai greu digerată).
De aceea, cele mai multe proteine lizozomale membranare implicate în asigurarea funcţiei lizozomilor
(transportul moleculelor digerate în afara lizozomilor) sunt înalt glicozilate
proteinele membranei lizozomale sunt sintetizate în RE şi transportate apoi la aparatul Golgi pentru o
glicozilare extensivă
Originea şi formarea lizozomilor
formarea lizozomilor reprezintă o intersecţie între calea secretorie şi endocitoză
Lizozomii se formează în aparatul Golgi. Complexul Golgi sortează în regiunea trans enzimele primite de
la reticulul endoplasmic rugos prin regiunea cis. În această regiune precursorului hidrolazelor lizozomale i
se ataşează un radical fosfat la reziduul de manoză. Gruparea manozo-6 fosfat formeză semnalul de
sortare, enzima fiind transportată prin cisternele aparatului Golgi spre regiunea trans unde se leagă de un
receptor specific. După legare incepe formarea unei vezicule care se acoperă cu clatrină, se desprinde şi va
fuziona cu lizozomul în formare. Lizozomul are pe suprafaţă o pompă protonică cu rol de acidifiere a
Dr. Sanda M. Creţoiu – Curs biologie celulară
7
interiorului, ducând la îndepărtarea grupării fosfat şi la disocierea hidrolazei de pe receptor. Receptorul va
fi reciclat înapoi în complexul Golgi.
Biogeneza lizozomilor
Enzimele intralizozomale sunt sintetizate şi ajung în lizozomi în urma unor procese elucidate de curând.
Proteina pe cale de a fi sintetizată este co-translatată şi transportată vectorial prin membrana RE, peptidul
semnal terminal capătul-N este clivat şi apare N-glicozilarea în lumenul RE. După această etapă urmează
transpotul prin intermediul compartimentului vezicular către complexul Golgi unde oligozaharidele legate
covalent sunt modificate enzimatic de către glicotransferaze prin adăgarea unor reziduuri terminale de
manozo-6.fosfat. Acest fapt permite legarea la unul sau doi receptori de manozo 6-fosfat distincţi care
direcţionează enzimele spre lizozomi.
Studii recente sugerează existenţa a 2 tipuri de lizozomi: secretori şi convenţionali.
Lizozomii secretori sunt găsiţi , deşi nu singuri, în diferite celule ale sistemului imun derivate din linia
hematopoietică, ex. Limfocitele T
Lizozomii secretori sunt o combinaţie între lizozomii convenţionali şi granulele secretorii. Ei diferă de
lizozomii convenţionali deoarece conţin produsul de secreţie specific tipului celular în care se află. Spre
exemplu limfocitele T conţin produşi de secreţie cum ar fi perforina şi granzimele care atacă atât celulele
tumorale cât şi celulele infectate viral. Lizozomii secretori conţin şi hidrolaze, proteine membranare, şi au
aceleaşi facilităţi în menţinerea pH-ului ca şi lizozomii convenţionali. În acest mediu acid produşii de
secreţie sunt menţinuţi într-o formă inactivă.
Lizozomii secretori maturi se deplasează până în vecinătatea membranei plasmatice unde rămân în
stand by cu secreţiile pregătite şi gata de atac. Când limfocitul T este perfect orientat către celula ţintă
secreţiile sunt eliberate, iar factorii de mediu, modificarile chimice locale, inclusiv cele de pH activează
secreţiile înainte ca acestea sa actioneze. Totul se face cu o precizie maximă în ceea ce priveşte locaţia şi
timpul pentru a avea un efect maxim asupra ţintei şi minim asupra celulelor înconjurătoare nepatologice.
Lizozomii convenţionali
- Sosiri, întâlniri, 'kiss and run', fuziuni şi modele de maturare.
Sosiri şi întâlniri
Lizozomii sunt consideraţi ca organite refolosibile şi când celula se divide fiecare celulă fiică primeşte un
număr de lizozomi. Mecanismul prin care numărul acestora creşte intracelular nu este elucidat. Se crede că,
conţinutul lizozomilor este depăşit prin aport de la ap. Golgi. Componentele lizozomale sunt produse în
reticulul endoplasmic, modificate în aparatul Golgi şi transporatate către lizozomi sub formă de vezicule
sigilate. Modificările din aparatul Golgi includ marcarea destinaţiei la nivel molecular penru a fi siguri că
veziculele ajung la lizozomi şi nu la membrana plasmatică sau în altă parte. Marcajul sau eticheta este apoi
returnat la aparatul Golgi pentru a fi refolosit.
Materialele cu care intră în contact lizozomii necesită procese de dezasamblare şi reciclare şi provin
din 3 surse : 2 extracelulare şi 1 intracelulară.
Sursele extracelulare. Includ procesele de endocitoză, inclusiv pinocitoza, prin care sun introduse
lichide şi mici particule datorită formării unor mici invaginări membranare acoperite de proteine. Acestea
Dr. Sanda M. Creţoiu – Curs biologie celulară
8
vor forma in final vezicule acoperite de proteine (clatrină, coatomer şi caveolină). Fiecare veziculă se
dezvoltă formînd un endozom primar 'early endosome' şi apoi un endozom secundar 'late endosome'.
Tot din surse extracelulare , prin fagocitoza se introduc particule mari , în general >250 nm inclusiv
bacterii şi detritusuri celulare. Fagocituza poate avea loc în orice celulă, dar este specifică macrofagelor care
conţin peste 1000 de lizozomi. Structura rezultată în urma fagocitozei se numeşte fagozom.
Surse intracelulare sunt reprezentate de autofagozomi responsabili de îndepărtarea unor organite
degradate cum ar fi mitocondrii sau ribozomi. Fiecare organit a carui viaţă a expirat este înconjurat de o
structura membranară formând un autofagozom care fuzionează cu lizozomul pentru a forma un organit
hibrid.
Sistemul endolizozomal : sărută şi fugi, activităţi de fuziune completă şi modele de maturare
În ultimii ani cercetătorii au emis ipoteze noi privitoare la modul de interacţiune şi acţiune al lizozomilor
urmărind traseul substanţelor endocitate şi eventual şi degradarea acestora. Cea mai mare parte a
activităţii acestora a fost centrată pe studiul endozomilor primari şi secundari. Cu anumite rezerve, se pot
considera fagozomii, autofagozomii şi endozomii secundari ca fiind toţi endozomi secundari în scopul de a
înţelege noţiunea de sistem endolizozomal. Există dovezi care arată că:
sediul proteolizei nu este în lizozomi ci într-un organit care seamănă mai degrabă cu un endozom
secundar şi conţine 20% din hidrolaze.
lizozomii conţin aproximativ 80% din enzimele necesare digestiei intracelulare.
lizozomii sunt probabil organite care stochează hidrolaze pe care le ţin într-o formă inactivă la un pH
aprox. 5.0.
lizozomii nu acţionează ca organite de sine stătătoare ci se intâlnesc cu endozomii secundari şi
acţionează ca un sistem endolizozomal.
Aceste dovezi au condus la dezvoltarea unor modele bazate pe tipurile de interacţiuni dintre endozomi
şi lizozomi. Unul din aceste modele se numeşte sărută şi fugi 'kiss and run' iar celălalt fuziune 'fusion'.
Sărută şi fugi “Kiss and Run”
Acest model după cum sugerează şi numele este bazat pe un scurt contact între endozomul secundar şi
lizozom, pentru a schimba între ei conţinutul chimic. După separate lizozomul este disponibil pentru a
săruta un alt endozom secundar.
Fuziunea
Este ipoteza bazată pe fuziunea completă dintre un endozom secundar şi un lizozom în urma căreia rezultă
un organit hibrid. În tipul fuziunii are loc dezasamblarea moleculară a conţinutului endocitat. Aminoacizii şi
alte molecule rezultate sun preluati de transportori şi trec din organitul hibrid în citoplasmă. După aceste
procese de dezasamblare şi reciclare, conţinutul organitului hibrid se condensează, lizozomul se reformează
şi este disponibil pentru o nouă fuziune cu alt endozom secundar. Uneori rămâne un mic reziduu care este
eliminat din celulă prin exocitoză sau este sigilat intr-o granulă pigmentară pe toată durata vieţii
organismlui.
Dr. Sanda M. Creţoiu – Curs biologie celulară
9
Modele ale sistemelor de maturare
Modelele bazate pe principiul unor strucuri care se maturează pentru a formal lizozomi nu sunt
populare în prezent, dar două ar tebui menţionate.
Modelul maturării – un endozom primar este format din vezicule cu originea în membrana plasmatică care
fuzionează între ele. Alte vezicule aduc şi preiau substanţe chimice pănă când se transformă în endozom
secundar şi apoi atinge stadiul de lizozom.
Modelul transportului vesicular – endozomii primari şi secundari sunt organite separate şi stabile legate
prin vezicule care transportă substanţe de la endozomii primari spre cei secundari care se matureză pentru
a deveni lizozomi.
Acţiunea digestivă a lizozomilor poate fi sistematizată în următoarele direcţii:
1. Autofagia – materialul are origine intracelulară.
a. Macroautofagia este procesul normal de turn over al organitelor. Organitul este înconjurat de o
membrană REN formând o vacuolă autofagică ce va fuziona cu lizozomul primar pentru a forma
autofagozomul în care are loc digestia.
b. Microautofagia este procesul care implică pinocitoza unor proteine citoplasmatice.
2. Autoliza este distrugerea internă a întegii celule.
a. este o parte a apoptozei (moarte celulară programată).
b. celulele bolnave pot fi îndepărtate prin acest proces. Este prevalentă în ţesuturile care necesită
resorbţie (viaţa embrionară).
3. Heterofagia implică endocitoza (fagocitoza şi pinocitoza) de materiale extracelulare.
a. Fagocitoza este procesul prin care sunt încorporate particule străine formându-se fagozomi ce vor
fuziona cu lizozomii primari dând naştere lizozomilor secundari.
b. Pinocitoza este procesul prin care sunt înglobate macromolecule în soluţie formându-se
pinozomi.Aceştia vor fuziona şi ei cu lizozomii primari.
c. După digestie lizozomii ajung într-un stadiu în care materialul conţinut nu mai poate fi degradat în
continuare datorită epuizării echipamentului enzimatic. Astfel apar corpii reziduali sau lizozomii terţiari.
4. Crinofagia – digestia produşilor de secreţie în celulele secretorii glandulare, prin care celula îşi
controlează calitatea şi cantitatea substanţelor secretate.
INCLUZIUNILE CELULARE
Dr. Sanda M. Creţoiu – Curs biologie celulară
10
Incluziunile celulare sunt depozite de molecule organice şi anorganice care apar în citoplasma celulelor,
având caracter tranzitoriu sau definitiv, ireversibil, normal sau patologic.
Incluziunile fiziologice sunt cele mai mobilizabile, modificându-se permanent în raport cu starea celulei sau
în funcţie de necesităţile organismului.
Spre deosebire de organite, incluziunile nu au funcţii specifice. În funcţie de provenienţa lor incluziunile se
pot clasifica în: exogene şi endogene. Incluziunile celulare exogene pot apare în celule în condiţii fiziologice
(spre exemplu carotenul din morcovi) sau în condiţii patologice (incluziuni de metale grele sau particule de
de azbest, siliciu, carbon, praf).
Incluziunile celulare endogene sunt de cele mai multe ori depozite intracelulare de lipide , glucide, proteine,
pigmenţi, ioni, etc.
Incluziunile de natură glucidică
Depozitele de glucide din celulele animale sunt sub formă de glicogen, iar cele din celulele vegetale sub
formă de amidon.
Celulele animale bogate în depozite glucidice sunt hepatocitele şi celulele musculare la nivelul cărora se
găsesc cantităţi mari de incluziuni de glicogen. Depozitele de glicogen sunt utilizate în situaţia în care celula
este supusă unor activităţi mecanice intense (ex. contracţia musculară), sau în condiţii de activitate intensă
de sinteză. Aceste depozite se formează prin glicogenogeneză şi sunt utilizate de celulă în urma procesului
de glicogenoliză.
Glicogenul poate fi pus în evidenţă la MO prin coloraţia carmine amoniacal Best, evidenţiindu-se sub formă
de plaje mai mult sau mai puţin întinse, dar nu ocupă niciodată întreaga citoplasmă. La ME pot fi vazute sub
formă de bastonaşe particule alfa sau de rozetă particule beta. In MET rozete de material electronodens.
În patologie se observă depozite mari de glicogen în boala Pompe caracterizată prin hepatomegalie.
Incluziunile de natură lipidică
Incluziunile lipidice pot fi întlnite în celulă în următoarele circumstanţe:
- tranzitoriu – celula hepatică postprandial, sub formă de picături lipidice izolate, proporţionale ca număr
cu cantitatea de lipide ingerate, sunt repede metabolizate şi dispar din citoplasmă la cateva ore după
ingestie
- temporar, pe o durata de timp variabilă – în celulele secretorii din glanda mamară în lactaţie, dispar din
celulă după terminarea perioadei de lactaţie
Dr. Sanda M. Creţoiu – Curs biologie celulară
11
- permanent – în celule specializate ale ţesutului conjunctiv numite adipocite, celule grase sau lipocite.
Aceste celule sunt de 2 tipuri : adipocite albe şi adipocite brune.
Adipocitele albe formează ţesutul adipos alb, alcătuind paniculul adipos. Au formă rotunjită când sunt
izolate sau poligonală cand sunt grupate. Incluziunea lipidică este unică - uniloculară şi ocupă întreaga
citoplasmă care este împinsă spre periferia celulei, predominant în jurul nucleului. Celula capătă aşa-
numitul aspect de “inel cu pecete”. Aceste celule au rol în metabolismul lipidic, de protecţie a principalelor
organe şi în termogeneză la nivelul tegumentului (în hipoderm).
Adipocitele brune formează ţesutul adipos brun, bine dezvoltat la nou-născut şi în copilărie şi care apoi
involuează. La adult persistă în regiunea interscapulară şi inghinal. Celulele adipoase brune au formă
rotunjită, conţin în citoplasmă numeroase incluziuni lipidice – adipocit multilocular. Nucleul este sferic,
eucromatic, situat central.
În patologie se pot observa numeroase incluziuni lipidice în hepatocite la alcoolici.
Incluziuni de natură proteică
Apar în celule secretorii exo- şi endocrine în momente de supraproducţie când nu pot fi exocitate în acelaşi
ritm cu cel în care se produc şi rămân stocate in citoplasmă sau atunci când exocitoza este mediată de
receptori, necesitând un semnal extracelular.
Frecvent, în celulele glandelor salivare, ale stomacului sau în celulele pancreasului exocrin se pot observa
vezicule secretorii, delimitate de membrane, care conţin precursori enzimatici (zimogeni). Aceste vezicule
sunt stocate la polul apical al celulelor şi se eliberează prin exocitoză. Aceşti precursori sunt tripsinogenul în
pancreas, pepsinogenul în celulele principale ale stomacului şi precursorul amilazei în glande salivare.
Incluziuni de natură glicoproteică
Aceste incluziuni apar la polul apical al celulelor epiteliale care secretă mucus stocat în vezicule delimitate
de membrane sub formă de precursor denumit mucinogen. Mucinogenii sunt eliberaţi din celulă prin
exocitoză, se hidratează şi formează mucusul. Prototipul celular secretor de mucus este singura glandă
unicelulară – celula caliciformă, găsită în epiteliul din tractul digestiv şi respirator. Rolul mucusului este
acela de a proteja mucoasele. Iritaţiile locale duc uneori la eliberarea întregului conţinut celular.
Incluziunile pigmentare
Pot apare în condiţii fiziologice şi patologice.
Incluziuni fiziologice
Dr. Sanda M. Creţoiu – Curs biologie celulară
12
Melanina – pigment negru evident în epidermul pielii, în SNC – substanţa neagră şi locue caeruleus. În
celulele pielii, pigmentul este sintetizat în melanocite, celule stelate, cu aspect la MO de fulg de nea şi este
depozitat apoi în cheratinocite, în cantităţi variabile în funcţie de rasă.
Lipofuscina sau pigmentul de uzură – se observă pe măsura înaintării în vârstă a organismului, în special la
nivelul miocardocitelor şi al celulelor nervoase, dar şi în macrofage. Lipofuscina este de fapt produsul
nedigerat al unor reacţii litice la nivel subcelular. Pe măsură ce organitele îmbătrânesc sunt degradate şi
ceea ce nu poate fi reutilizat din structura lor rămâne sub forma lipofuscinei. Deoarece neuronii nu se divid
de-a lungul anilor se acumulează pigment de aceea numit de uzură. Lipofuscina se acumulează şi în celulele
adipoase, fiind responsabil de culoarea galbenă a adipocitelor.
Macrofagele pot conţine lipofuscină provenită din cele mai variate surse: celule moarte, organite proprii,
bacterii moarte etc.
Hemosiderina - este reziduul nedigerabil rezultat în urma distrugerii hematiilor, cuvântul hemo provenind
de la hemoglobină. Gruparea hem conţine în centru un atom de Fe. Macrofage bogate în hemosiderină se
pot observa în cantităţi mari în splină şi ficat, locurile de elecţie pentru distrugerea hematiilor îmbătrânite.
In coloraţia HE poate fi confundată cu lipofuscina sau melanina, dar se evidenţiază specific prin coloraţia cu
albastru de Prusia pentru fier.
Incluziuni patologice
Pigmenţii biliari pot apare în anumite condiţii patologice sub formă de bilirubină în celulele Kupfer sau chiar
în hepatocite.