BIOLOGIE GENERALĂ

- moleculară şi celulară -

CURS VOrganitele celulare

Organitele celulare – definiţie şi clasificare

Organitele celulare sunt subunităţi ale celulei specializate în indeplinirea unor funcţii specifice.

Noţiunea nu este unitară, unii autori consideră că un organit este o zonă distinctă a celulei ce conţine ADN propriu, alţii că reprezintă o zonă specifică şi distinctă din celulă.

Clasificare:

1. Organite ce conţin membrane a) simple: reticolul endoplasmatic, aparatul Golgi, vacuole, lizozomi, peroxizomi, glioxizomi

b) duble: mitocondria, cloroplastul, nucleul

2. Organite lipsite de membrane: ribozomul, flagelii, cilii, citoscheletul

Zona interioară a celulei delimitată de membrana celulară nu este o simplă solutie de molecule biologice, ci conţine zone ce indeplinesc funcţii specifice, asemănător cum un organ îndeplineşte un rol pentru organism. Aceste zone se numesc organite.

Reticolul endoplasmatic (RE)

- reticol – retea, endoplasmatic – în interiorul citoplasmei - alcătuit din numeroase membrane fosfolipidice pliate ce conţin proteine membranare şi care formează o reţea de canale şi vezicule în interiorul celulei.

- zona din interiorul veziculelor RE – spaţiul cisternal, zona din exteriolul veziculelor - citosol

RibozomiRER

REG

REG, REN şi Aparatul Golgi

Tipuri de RE:

A) reticol endoplasmatic neted - REN – conţine enzime asociate cu membrana ce produc lipide, carbohidraţi sau care degradează diversi compuşi toxici. Intre REN şi membrană se realizează un trafic activ de vezicule cu compuşi de dimensiuni mari (fagocitoza) sau liposolubili.

B) reticol endoplasmatic rugos - RER – conţine ribozomi asociaţi si este implicat în sinteza proteinelor membranare (integrate sau transmembranare) ce vor fi exportate din celulă. Proteinele sunt sintetizate în zona spaţiului cisternal şi apoi din REN se desprind vezicule ce călătoresc spre aparatul Golgi.

Aparatul Golgi- numit şi complexul Golgi - are rolul de a recepţiona şi procesa proteinele produse de REG şi de a le distribuii spre compartimente celulare diverse- este alcătuit din o serie de vezicule aplatizate şi stivuite asemănător monezilor într-un fişic. Faţa dinspre RE se numeste cis şi aici sunt recepţionate veziculele desprinse din RE. Pe partea opusă se desprind vezicule cu molecule procesate – faţă trans.

- proteinele, lipidele şi glucidele produse de REG şi respectiv REN sunt transportae in aparatul Golgi unde sunt procesate. Cea mai frecventă modificare este adiţia la unui rest glucidic la o moleculă proteică – glicoproteină sau la o moleculă lipidică – glicolipid.

Alte organite veziculare

Lizozomi

- vezicule delimitate de o membrană simplă desprinse din aparatul Golgi.- conţin un număr mare de enzime litice - catalizeză degradarea proteinelor, carbohidraţilor, a acizilor nucleici sau a lipidelor- enzimele sunt menţinute în formă inactivă, la un pH bazic – lizozom primar- lizozomul primar fuzioneză cu o altă veziculă – lizozom secundar – pH-ul interior scade prin activitatea pompelor de H+ (pompează în interior sau în exterior H+ ?) şi enzimele se activează.- implicat în liza diverselor organite celulare sau în fagocitoză.

Microzomi- vezicule delimitate de o membrană simplă. Nu se formează din RE sau aparatul Golgi- conţin enzime variate şi îndeplinesc funcţii specifice

Ex: Glioxizomii – conţin enzime ce convertesc lipidele în glucide

Peroxizomii – conţin enzime ce realizeză oxidarea diverselor substrate şi generează apă oxigenată

Un peroxizom conţinând peroxidază cristalizată în forma pură

Ribozomul

- corpusculul lui Palade – cercetător american de origine română născut în Iaşilaureat în 1974 al premiului Nobel pentru fiziologie și medicină

- are rol esenţial în sinteza de proteine- organit celulare liber sau ataşat de RE alcătuit prin asocierea ARN-ului ribozomal (ARNr) cu proteinele ribozomale- la procariote, au diametrul de 20 nm, conţin 65% ARNr şi 35% proteine ribozomale şi sunt în număr de câteva zeci de mii per celulă- la eucariote, au diametrul de 30 nm, conţin aprox. 50% ARNr şi 50% proteine ribozomale şi sunt în număr de câteva milioane per celulă

Indiferent de origine, ribozomii sunt alcătuiţi din 2 subunităţi:

Alan M. Tartakoff - George Emil Palade: charismatic virtuoso of cell biology - Nature Reviews Molecular Cell Biology 3, 871-876

Subunitate Dimeniuni (unităţi Svedberg)

Procariote Eucariote

A) mare 50S (două molec. ARNr şi 31

proteine)

60S (trei molec. ARNr şi 46

proteine)

B) mică 30S (o molec ARNr şi 21

proteine)

40S(o molec ARNr şi 33

proteine)

Dimensiunea ribozomului 70S 80S

Ribozomul

Subunitatea 50S

Subunitatea 30S

- ribozomul este funcţional doar când cele două unităţi sunt ansamblate. - celule în care are loc o sinteză proteică intensă au nevoie de un număr mare de ribozomi. Informatia necesară producerii de ARNr şi de proteine ribozomale este codificată de molecula de ADN. În cazul eucariotelor, procesul de sinteză şi ansamblare a subunităţilor ribozomale are loc în nucleol, o zonă specifică mai densă şi clar delimitată din nucleul celulei.

Ribozomul

Mitocondria

- organit celular oval sau tubular ce se întâlneşte în toate celule eucariote- supranumit ''uzina energetică ale celulei'' – conţine enzimele necesare respiraţiei şi producerii energiei- au diametru cuprins între 0,5 şi 1 m şi o lungime cuprinsă între 1 şi 10 m (similare cu dimensiunile bacteriilor)- numărul lor per celulă variază între 0 (hematie) şi 2000 (celula hepatică)

Componentele mitocondriei:

- o membrană externă, netedă, de natură fosfolipidică ce delimitează mitocondria la exterior si conţine numeroase porine

- o membrană internă, fosfolipidică ce prezintă numeroase pliuri numite criste. Membrana internă delimitează matrix-ul mitocondrial – spaţiul din interiorul mitocondriei.

- între membrana internă şi cea externă se delimitează un spaţiu inter-membranar.

- în membrana internă şi pe suprafaţa acesteia se află proteinele responsabile de fosforilarea oxidativă şi sinteza ATP

- genomul-ul mitocondrial – molecule de ADN circular ce conţin câteva gene mitocondriale si codifică proteine esenţiale pentru funcţia mitocondriei în producerea de energie. Proteinele sunt produse de ribozomi a căror componente sunt codificate tot de ADN-ul mitocondrial si care sunt amplasati în matrix-ul mitocondrial

Cea mai mare parte a proteinelor mitocondriale sunt însă produse în citoplasmă şi importate în mitocondrie

Membrană externă

Membrană internă

MatrixCristăSpaţiu inter-membranar

Cloroplastul

- organite celulare lenticulare specifice organismelor eucariote fotosintetizatoare (plante, alge)- conţin clorofilă şi la acest nivel are loc fotosinteza – producerea de compuşi organici pornind de la CO2 şi H2O folosind energia luminoasă

- au diametru de 5 m şi o grosime de 2.5 m- numărul lor per celulă variază între 1 (alge) şi 100 (celule din frunzele plantelor superioare)

Componentele cloroplastului:

- o membrană externă - de natură fosfolipidică ce delimitează cloroplastul la exterior- o membrană internă, fosfolipidică din care se desprind o serie de prelungiri lamelare spre interiorul cloroplastului –

tilacoide. Pe aceste lamele se dispun asemănător monezilor într-un fişic saculi granari ce contin clorofilă. Tilacoidele împreună cu saculi granari formează grana.

- membrana internă delimitează stroma - fluidul din interiorul cloroplastului.- între membrana internă şi cea externă se delimitează un spaţiu inter-membranar.- genomul cloroplastidial – molecule de ADN circular ce conţin 60 – 100 gene care codifică proteine esenţiale

pentru funcţia sintetizatoare a cloroplastului. Proteinele din cloroplast sunt produse de ribozomii amplasati în stroma cloroplastului.

Membrană externă Membrană internă

RibozomADN-circular

TilacoidGrana

Originea mitocondriilor si cloroplastelor

Caracteristici comune ale mitocondriilor si cloroplastelor:

1) - au membrană dublă

2) - au materia genetic propriu, sub forma unor molecule de ADN circular

3) - au proprii ribozomi, diferiţi de ai celulei eucariote dar asemănători cu cei din procariote

4) - nu sunt produse de nuovo de către celulă ci se multiplică prin diviziunea directă a organitelor deja existente.

Teoria endosimbiontică postulează că mitocondriile şi cloporplastele îsi au originea în organisme unicelulare libere ce au fost incluse în celulele eucariote. Procesul a avut loc acum 1,5 bilioane de ani şi treptat enităţile intracelulare au devenit din ce în ce mai dependente de organismul gazdă.

Mitocondriile au evoulat din bacterii (proteobacteria, Rickettsiales)

Cloroplastele au evoulat din cianobacterii (cianobacterii filamentoase fixatoare de N

2)

CitoscheletulForma celulei eucariote şi amplasarea specifică a diverselor organite celulare este realizată de o reţea de proteine fibrilare ce alcătuiesc citoscheletul.

Fibrele ce alcătuiesc reţeaua sunt formate prin polimerizarea unor subunităţi de natură proteică şi se pot dizolva prin de-polimerizare.

Tipuri de fibre:

Subunităţi Diametru Descriere Rol

1. Filamente de actină(microfilamente)

actină 7 nm Fibre duble răsucite - mișcările celulare- menţinerea formei celulei conferind rezistenţă la întindere

2. Microtubuli dimeri de şi tubulină

25 nm Tuburi goale la interior, în secţiune perimetrul tubului este alcătuit din 13 dimeri

- mişcările celulare- menţinerea formei celulei conferind rezistenţă la compresie- transportul componentelor în interiorul celulei

3. Filamente intermediare

proteinefibrilare:cheratină,vimentină

8-10 nm Subunitătile dimerizeză şi formează fibre ce se întrepătrund

- ancorează nucleul şi alte organite celulare- menţinerea formei celulei conferind rezistenţă la întindere

Motilitatea intra-celulară- fiecare organit are o funcţie (exemple)– celula vie este compartimentată, existând necesitatea de a muta rapid componentele de la un compartimet la altul

- o modalitate de transport este prin sistemul endo-membranar RE - Aparat Golgi, însă acesta este lent

Microtubuluii din citoschelet nu au doar un rol de suport, ci asigură şi o reţea de transport a componentelor celulare. Sistemul de transport intra-celular conţine 4 componente specifice:

1. o veziculă sau organit ce trebuie transportat

2. o moleculă motor ce utilizează energia stocată în ATP pentru a iniţia miscarea – kinesina sau dineina

3. o moleculă conectoare ce face legătura între molecula motor şi vezicula/organit - kinectina

4. microtubuluii pe care molecula motor va circula precum locomotiva pe şina sa. Microtubulii au doi poli, unul + la care are loc polimerizarea subunităţilor orientat în general spre periferia celulei şi unul – la care are loc depolimerizarea subunităţilor. Transportul componentelor este orientat, în sensul că:

- kinesina circulă + → -

- dineina circulă - → +

Motilitatea celulelor

Motilitatea celulară are la bază 2 mecanisme principale:

1. Existenţa unor organite specializate precum flagelii simpli la procariote şi flagelii şi cilii de la eucariote.

2. miscarea ameboidală – are la bază exitenţa citoplasmei în două stări – cea de sol în zona centrală (endoplasmă, conţine organite) şi cea de gel în zona periferică (ectoplasmă, nu conţine organite). Starea de gel se datoreză filamentelor de actină interconectate. Prin de-polimerizarea acestora într-o anumită zonă, gel-ul se transformă în soluţie şi întreg conţinutul celular este împins în această zonă, ceea ce duce la o deformare a membranei celulare – se formează un pseodopod.

Celula bacteriană Celula animală Celula vegetală

Perete celular Prezent (peptido-glicanic)

Absent Prezent (celuloză)

Membrană celulară

Prezentă Prezentă Prezentă

RE Absent În general prezent În general prezent

Aparat Golgi Absent Prezent Prezent

Ribozomi Prezenți Prezenți Prezenți

Centrioli Absenți Prezenți Prezenți

Mitocondrii Absente Prezente Prezente

Cloroplaste Absente Absente Prezente

Lizozomi Absenți În general prezenți Prezenți

Vacuolă Absentă In general absentăsau mică

Prezentă, unică dedimensiuni mari

Microtubuli Absenți Prezenți Prezenți

Flagel Poate fi prezent Poate fi prezent În general absent

Nucleu Absent Prezent Prezent

Cromosomi Unic, o moleculăcirculară de ADN

În număr mare,ADN-ul este asociat

cu proteine

În număr mare,ADN-ul este asociat

cu proteine