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


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.


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.


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.


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)


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


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


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.


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


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


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


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.

Documents

Text Curs Organite Delimitate de Membrane v02