ribozomi si peroxizomi

UMF Carol Davila Bucureti

UMF Carol Davila Bucureti

2012 2012

Organite nedelimitate

de membrane

ef de lucrri Dr. Sanda Maria Creoiu

Organite nedelimitate

de membrane


Organite nedelimitate de membrane

2

ORGANITE CELULARE

Organitele celulare sunt structuri permanente, cu durat de via mai mic

dect a celulei i care se rennoiesc permanent.

O parte din organite sunt observabile la microscopul optic i 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, avnd

dimensiuni de ordinul nanometrilor i sunt numite ultrastructurale: reticulul

endoplasmic neted i rugos, lizozomii, peroxizomii, ribozomii, microtubulii,

microfilamentele.


3

Organitele celulare se pot clasifica n: organite delimitate de membrane i

organite nedelimitate de membrane.

ORGANITE CELULARE NEDELIMITATE DE MEMBRANE

RIBOZOM II

Istoric. Ribozomii sunt denumii i granulele lui Palade, deoarece au fost

descoperii la microscopul electronic (n 1951) de savantul american de origine

romn George Emil Palade (19 noiembrie 1912, Iai d. 8 octombrie 2008),


4

laureat al premiului Nobel 1974.El a pus n eviden particule intracitoplasmatice

bogate n ARN, la nivelul crora se realizeaz biosinteza proteinelor. Termenul de

ribozom a fost propus de Richard B. Roberts n 1958.

Etimologie. Denumirea de ribozomi provine de la acidul ribonucleic din

structura acestora i de la cuvntul grecesc soma corp.

Tipuri de ribozomi, localizare. Ribozomii sunt organite citoplasmatice

gsite att la procariote ct i la eucariote. La eucariote, ribozomii sunt prezeni n

toate tipurile celulare, cu excepia hematiei adulte , dar i n matricea unor

organite celulare cum sunt cloroplastele i mitocondriile, unde au rol n sinteza

protein-enzimelor specifice. Ribozomii mitocondriali sunt ntotdeauna mai mici

fa de ribozomii citoplasmatici i comparabili cu ribozomii procariotelor ceea ce

reflect originea pe scara evoluiei a mitocondriei.

Ribozomii sunt gsii n celul sub dou forme : liberi i ataai reticulului

endoplasmic. Starea n care se gsesc ribozomii depinde de prezena n lanul

poliptetidic sintetizat a unei secvene numite semnal de orientare ctre reticulul

endoplasmic (ER-targeting signal sequence).

Ribozomii liberi

Gsii n citoplasm (citosol)

Pot apare singuri sau n grupuri sub form de poliribozomi sau

polizomi (ataai de un ARNm)

Mai numeroi n celulele implicate n sinteza proteinelor solubile n

citoplasm sau care formeaz structuri citoplasmatice importante sau elemente

motile.

Ribozomii ataai

Se gsesc ataai la exteriorul reticulului endoplasmic formnd RER


5

Apar n cantiti mai mari n celulele care secret proteine de export ,

proteine care n general conin puni disulfurice sau aminoacizi cu cisteina

necesitnd sinteza n lumenul RE

Responsabili de sinteza proteinelor care vor intra n constituia

membranelor sau vor fi mpachetate n vezicule i stocate n citoplasm sau

exportate nafara celulei

Celulele angajate n procese intense de sintez proteic conin un numr

foarte mare de ribozomi. Ribozomii sunt responsabili de bazofilia citoplasmei.

Dup valoarea constantei de sedimentare se descriu la procariote ribozomi

70 S i la eucariote ribozomi 80 S (unitatea Svedberg este o msur a ratei de

sedimentare a unui component centrifugat, care depinde att de greutatea

molecular ct i de forma tridimensional a componentului). Aceasta diferen de

structur st la baza utilizrii antibioticelor care distrug doar ribozomii

procariotici ai bacteriilor fr a aciona asupra ribozomilor 80S. Ribozomii

mitocondriali sunt protejai de aciunea antibioticelor prin prezena dublei

membrane.

Dimensiunile ribozomilor sunt cuprinse ntre 15 30 nm. Structural sunt

formai din ribonucleoproteine RNP- i din molecule de ARNr (3 la procariote i 4

la eucariote). Componenta proteic are rol de a stabiliza structura i influnteaz

mai degraba abilitatea ARNr de a sintetiza proteine dect de a participa direct la

procesul de cataliz. Practic, din punct de vedere funcional ribozomii, prin

componenta ARNr, traduc informatia nscris pe ARNm, pentru a forma lanuri

polipeptidice i de aceea sunt considerai astazi ca particule enzimatice din

categoria ribozimelor. Cele mai cunoscute ribozime naturale sunt: peptidil


6

transferaza 23S ARNr, RNase P, Group I and Group II introns, GIR1, branching

ribozyme, Leadzyme.

n citoplasm, ribozomii pot disocia reversibil n 2 subuniti: mare i mic

(50 S i 30 S la procariote i 60 S i 40 S la eucariote). Cele 2 subuniti se

asambleaz n funcie de concentraia ionilor de Mg2+ din citoplasm. Pentru ca

cele dou subuniti sa fie mpreun concentraia optim a Mg2+ este de 10-3 M.

Sub acest nivel subunitile se dezasambleaz i organitul dispare din citoplasm.

Subunitatea mic ribozomal 40S

Alctuit dintr-o molecul ARN: 18S

Conine aprox. 33 lanuri proteice (notate S1S33), cu greutate

molecular mic

Subunitatea mare ribozomal 60S

Alctuit din 3 molecule ARN: 28S, 5,8S (provenite dintr-un transcript

comun de 45S) i 5S

Conine aprox. 50 lanuri proteice (notate L1L50), cu greutate

molecular mic

Numrul acestora difer de la un tip celular la altul, dar este diferit i n

aceeai celul n raport cu momentele de activitate i repaus ale celulei.

Biogeneza ribozomilor. Biogeneza ribozomilor are loc n citoplasma i n

nucleol i implic funcionarea coordonat a peste 200 de proteine i procesarea

celor 4 ARNr cat si asamblarea acestora cu RNP. RNP sunt sintetizate n

citoplasm n vecinatatea nucleului. Componentele proteice ale subunitilor mare

i mic sunt importate n nucleu prin porii nucleari cu diametru de 120nm. Prin

porii nucleari sunt importate prin transport activ peste 560000 RNP pe minut.

ARNr este transcris cu vitez foarte mare n nucleol aici gsindu-se toate cele 45


7

de gene care codific ARNr. Dup aceea este asamblat cu subunitile ribozomale

i este exportat prin porii nucleari n citoplasm.

Funcia ribozomilor. Ribozomii constituie sediul biosintezei proteinelor

prin interaciuni ntre ARNm, ARNt i ARNr fiind denumii aparatul de traducere al

celulei.

Etapele traducerii informaiei genetice

1. Sinteza aminoacil-ARNt

2. Iniierea sintezei lanului polipeptidic

3. Elongarea lanului polipeptidic

4. ncheierea sintezei lanului polipeptidic

1. Sinteza aminoacil-ARNt

Se realizeaz de ctre aminoacil-ARNt sintetaze 20 de enzime ce

recunosc specific cei 20 aminoacizi i anticodonii asociai de la nivelul moleculeor

de ARNt

Aminoacil-ARNt realizeaz legtura dintre secvena codonilor din

ARNm i structura primar a proteinelor

Situsurile de legare ARN ale ribozomului

Situsul pentru ARNm

Situsuri pentru ARNt

1. Situsul A: leag aminoacil-ARNt

2. Situsul P: leag polipeptidul n curs de sintez cuplat cu ARNt

3. Situsul E: leag o molecul de ARNt fr rest aminoacil/peptidil


8

2.Iniierea sintezei lanului polipeptidic

Se formeaz un complex de preiniiere din: subunitatea mic

ribozomal, primul aminoacil-ARNt, iniiator, (ntotdeauna metionin-ARNt) i

factorii eucariotici de iniiere eIF1 eIF4

Complexul se ataeaz pe ARNm i detecteaz codonul start

(ntotdeauna AUG)

Se formeaz complexul de iniiere prin legarea subunitii ribozomale

60S i pierderea factorilor de iniiere. Met-ARNt este situat n situsul P al

ribozomului. Met-ARNt este folosit o singur dat n sinteza unui lan peptidic i

este numit ARNt de iniiere

n situsul A se ataeaz aminoacil-ARNt corespunztor urmtorului

codon din ARNm

Este catalizat sinteza legturii peptidice dintre metionin i al doilea

aminoacid, cu transferul dipeptidului pe al doilea ARNt (sub aciunea

transpeptidazei din subunitatea 60S) , rezultnd ATNt dipeptidil

Simultan, subunitatea mare ribozomal se deplaseaz cu 3 baze n

direcia 3 a ARNm, astfel nct ARNt iniiator ajunge n situsul E

4. Elongarea

ncepe cnd ARNt-dipeptidil este transferat din situsul A n situsul P,

proces care va continua pe toat lungimea ARNm

ntotdeauna n situsul A se va alinia un alt codon care va fi recunoscut

de anticodonul corespunztor din ARNt i care va lega un nou aminoacid la catena

polipeptidic


9

5. Terminarea sintezei lanului polipeptidic

Are loc cnd n dreptul situsului A ajunge codonul stop (UAA; UAG;

UGA) pentru care nu exist ARNt cu anticodon complementar

Codonii stop sunt recunoscui de o protein numita factor de

terminare, care se leag n situsul A i produce hidroliza legturii dintre catena

polipeptidic i ARNt din situsul P

Lanul polipeptidic este modificat n continuare prin hidroliza i

ndeprtarea radicalului metionil.

PROTEAZOMII

Definiie, structur. Proteazomii sunt complexe moleculare proteolitice

intracelulare, ATP-dependente, implicate n degradarea proteinelor etichetate cu

poli-ubiquitin. Proteazomii se gsesc n toate tipurile celulare (ntr-o celula

uman sunt n jur de 20.000 30.000 de proteazomi). Proteazomii au fost

descoperiti de Alfred Goldberg i Martin Rechsteiner n 1980.

Complexul proteazomic 26S are masa molecular de 2.400 kDa, form de

butoia i este alctuit din urmtoarele componente:

particula miez sau de baz format din 4 inele suprapuse fiecare alctuit

din apte proteine protomerice: dou inele centrale cu situsuri catalitice

avnd activitate de treonin-proteaze (dou situsuri cu activitate de

chimotripsina care diger aminoacizii hidrofobi, dou situsuri cu activitate

de tripsina care digera aminoacizii bazici si dou situsuri caspazice de

clivare a aminoacizilor acizi) i dou inele fr activitate catalic

cunoscut;


10

dou particule reglatoare identice, cte una la fiecare capt al particulei

miez. Fiecare particul reglatoare are n structura sa 14 proteine (numite

PA700) diferite de cele din particula miez, ase dintre acestea fiind ATP-

aze. Unele dintre subunitile particulei reglatoare au situsuri care permit

recunoasterea ubiquitinei.

Funcie. Degradarea proteinelor este eseniala pentru celul deoarece:

asigur aminoacizi pentru o nou sintez proteic;

ndeparteaz enzimele aflate n exces;

ndeparteaz factorii de transcripie (aciunea genelor) care nu mai

sunt necesari.

n celule exist dou organite intracelulare eseniale n procesele de digestie

a proteinelor denaturate sau inutile (n exces) :

lizozomii: pentru proteine extracelulare ajunse n celul prin

endocitoz, endocitoz mediat de receptori i fagocitoz;

proteazomii: pentru proteine endogene (proteine sintetizate n

celul), factori de transcriere, cicline ale ciclului celular, proteine

codificate de virusuri, proteine incorect pliate datorit unor greeli de

translaie (produse de gene cu erori) i proteine degradate de

molecule din citosol.

Calea de degradare a proteinelor mediat de ubiquitin a fost descris de

Aaron Ciechanover, Avram Hershko i Irwin Rose care au primit premiul Nobel n

2004.

Proteazomii degradeaz proteinele n peptide mici care sunt apoi

hidrolizate de exopeptidaze citoplasmatice. Digestia proteinelor ncepe cnd

proteinei ce urmeaz a fi digerate i se ataeaz un mic polipeptid numit


11

ubiquitin. Ubiquitina (Ub) este o protein globular de 76 de aminoacizi i are un

capt C-terminal aflat n spaiul apos (citosol). Are aceeai structura la bacterii,

drojdii si mamifere. Proteinele destinate procesului de degradare sunt conjugate

cu ubiquitina care se leag de captul N-terminal al unui reziduu de lizin.

Urmeaz ataarea altor molecule de ubiquitin cu formarea unui lan.

Ubiquitina este ataat proteinei ce urmeaz a fi digerat sub influena a

trei enzime:

E1 (enzima de activare a Ub) care modifica Ub n aa fel nct Gly din

captul C-terminal s reacioneze cu Lys de pe protein;

E2 (enzima de conjugare a Ub) care ataeaza Ub la protein;

E3 (Ub ligaze) cu rolul de a recunoate proteina substrat i de a i lega

ubiquitina.

Legarea ubiquitinei reprezint semnalul care permite proteinei s intre n

complexul proteazomic.

Etapele procesului de digestie

complexul protein-ubiquitin se leag de situsul de recunoastere al

ubiquitinei de pe particula reglatoare;

proteina este depliat i transferat n cavitatea central a particulei

miez;

se desfac anumite legaturi peptidice ale lanului sub aciunea

situsurilor active din inelele centrale, rezultatul fiind un set de

peptide avnd n medie 8-10 aminoacizi;


12

fragmentele de peptide prsesc particula miez pe o cale

necunoscut putnd fi degradate n continuare pn la aminoacizi

individuali de ctre peptidaze din citosol sau pot fi incorporate in

clasa I a moleculelor de histocompatibilitate pentru a fi prezentate

sistemului imun ca potentiale antigene;

particula reglatoare elibereaz apoi ubiquitina pentru a fi refolosit.

Un mare procent dintre proteinele care sunt sintetizate in citosol nu ating

niciodata starea funcional deoarece conin erori de structur aprute n urma

proceselor de translaie sau pliere. Aceste produse ribozomale defecte sunt rapid

ubiquitinizate i degradate in proteazomi, reprezentnd o sursa importanta de

peptide din clasa MHC I. Astfel, peptidele mici cu 8-10 aminoacizi sunt

transportate n reticulul endoplasmic (RE) de ctre un transportor asociat cu

complexul de prezentare a antigenelor (TAP). n RE peptidele se leag i

stabilizeaz heterodimerii de MHC I, legare supravegheat de proteine

chapoerone cum ar fi BiP, calreticulina i ERp57. Dup asamblare moleculele de

MHC purttoare de peptide antigenice sunt translocate prin aparatul Golgi spre

suprafaa celular, unde sunt expuse i vor ntlni celule T purttoare de receptori

specifici complementari (TCR) care distrug celula inta infectat. Majoritatea

substraturilor care au epitopi MHC I sunt conjugate cu un lant multiubiquitinat,

care l orienteaz catre proteazom pentru a fi degradat.

Calea de degradare proteazomic este esenial pentru numeroase procese

celulare inclusiv rspunsul din stresul oxidativ.

Proteazomii regleaz numeroase aspecte ale transcripiei att prin

mecanisme proteolitice ct i prin mecanisme non-proteolitice.


13

interactioneaz cu cromatina ca urmare a ubiquitinizarii histonei H2b

i induce metilarea histonei H3;

regleaza transcripia prin turn-overul activatorilor;

regleaza recrutarea i schimbul co-activatorilor i co-represorilor prin

ambele mecanisme;

recruteaz ARN polimeraza la locul transcripiei;

intervin n elongare;

sunt necesari pentru terminarea transcripiei.

Blocarea digestiei intracelulare la nivelul proteazomilor poate ajuta la

protejarea celulei. Blocarea degradrii se face cu inhibitori de proteazomi care

produc acumularea intracelular a proteinelor greit mpachetate sau degradate i

marcate cu ubiquitina. Consecina este declanarea unui rspuns de tip heat

shock care protejeaja celula de ageni toxici sau temperaturi crescute.

Implicaii clinice. Companiile de medicamente se afl permanent n cutarea

unui inhibitor de proteazomi care s susin abilitatea unei celule de a:

rezista n condiii de ischemie sau la meninerea organelor dup

transplant;

modula cantitatea i durata de via a ciclinelor i a factorilor de

transcripie;

trata cancerelor cu medicamente ca Velacade care inhib proteoliza

mediat de ubiquitin.

Bortezomib este un medicament inhibitor de proteazomi, utilizat in

tratamentul mielomului multiplu boala cu niveluri ridicate de proteazomi.


14

Medicamentul blocheaz aciunea proteolitic a proteazomului i inhib ciclinele

stopnd diviziunea haotic a celulelor canceroase.

Inhibitorii de proteazomi sunt substante de viitor i n tratamentul bolilor

autoimune cum ar fi lupusul eritematos diseminat (LES) i artrita reumatoid. Der

asemenea, fibroza chistic este o boal produs de degradarea prea rapid a

transportorului de clor la nivelul proteazomilor.

INCLUZIUNILE CELULARE

Incluziunile celulare sunt depozite de molecule organice i anorganice care

apar n citoplasma celulelor, avnd caracter tranzitoriu sau definitiv, ireversibil,

normal sau patologic.

Incluziunile fiziologice sunt cele mai mobilizabile, modificndu-se

permanent n raport cu starea celulei sau n funcie de necesitile organismului.

Spre deosebire de organite, incluziunile nu au funcii specifice. n funcie de

proveniena lor incluziunile se pot clasifica n: exogene i endogene. Incluziunile

celulare exogene pot apare n celule n condiii fiziologice (spre exemplu

carotenul din morcovi) sau n condiii 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, pigmeni, ioni, etc.

Incluziunile de natur glucidic

Depozitele de glucide din celulele animale sunt sub form de glicogen, iar

cele din celulele vegetale sub form de amidon.

Celulele animale bogate n depozite glucidice sunt hepatocitele i celulele

musculare la nivelul crora se gsesc cantiti mari de incluziuni de glicogen.

Depozitele de glicogen sunt utilizate n situaia n care celula este supus unor

activiti mecanice intense (ex. contracia muscular), sau n condiii de activitate


15

intens de sintez. Aceste depozite se formeaz prin glicogenogenez i sunt

utilizate de celul n urma procesului de glicogenoliz.

Glicogenul poate fi pus n eviden la MO prin coloraia carmine amoniacal

Best, evideniindu-se sub form de plaje mai mult sau mai puin ntinse, dar nu

ocup niciodat ntreaga citoplasm. Incluziunile de glicogen apar la ME sub

form de bastonae (particule alfa) sau de rozet (particule beta). n patologie se

observ depozite mari de glicogen n boala Pompe caracterizat prin

hepatomegalie.

Incluziunile de natur lipidic

Incluziunile lipidice pot fi ntlnite n celul n urmtoarele circumstane:

-tranzitoriu celula hepatic postprandial, sub form de picturi lipidice

izolate, proporionale ca numr cu cantitatea de lipide ingerate, sunt repede

metabolizate i dispar din citoplasm la cateva ore dup ingestie

-temporar, pe o durata de timp variabil n celulele secretorii din glanda

mamar n lactaie, dispar din celul dup terminarea perioadei de lactaie

-permanent n celule specializate ale esutului conjunctiv numite

adipocite, celule grase sau lipocite. Aceste celule sunt de 2 tipuri : adipocite albe

i adipocite brune.

Adipocitele albe formeaz esutul adipos alb, alctuind paniculul adipos. Au

form rotunjit cnd sunt izolate sau poligonal cand sunt grupate. Incluziunea

lipidic este unic - unilocular i ocup ntreaga citoplasm care este mpins

spre periferia celulei, predominant n jurul nucleului. Celula capt aa-numitul

aspect de inel cu pecete. Aceste celule au rol n metabolismul lipidic, de

protecie a principalelor organe i n termogenez la nivelul tegumentului (n

hipoderm).

Adipocitele brune formeaz esutul adipos brun, bine dezvoltat la nou-

nscut i n copilrie i care apoi involueaz. La adult persist n regiunea


16

interscapular i inghinal. Celulele adipoase brune au form rotunjit, conin n

citoplasm numeroase incluziuni lipidice adipocit multilocular. Nucleul este

sferic, eucromatic, situat central, iar citoplasma are aspect vacuolar, spumos

datorit numeroaselor incluziuni lipidice.

n patologie se pot observa numeroase incluziuni lipidice n hepatocite la

alcoolici.

Incluziuni de natur proteic

Apar n celule secretorii exo- i endocrine n momente de supraproducie ,

cnd nu pot fi exocitate n acelai ritm cu cel n care se produc i rmn stocate in

citoplasm sau atunci cnd exocitoza este mediat de receptori, necesitnd un

semnal extracelular. Aceste incluziuni se gsesc n vezicule delimitate de

endomembrane.

Frecvent, n celulele glandelor salivare, ale stomacului sau n celulele

pancreasului exocrin se pot observa vezicule secretorii, care conin precursori

enzimatici (zimogeni). Aceti precursori sunt precursorul amilazei n glande

salivare, pepsinogenul n ce lulele principale ale stomacului i tripsinogenul n

pancreas. Veziculele sunt stocate la polul apical al celulelor i se elibereaz prin

exocitoz.

Incluziuni de natur glicoproteic

Aceste incluziuni apar la polul apical al celulelor epiteliale care secret

mucus stocat n vezicule delimitate de membrane sub form de precursor

denumit mucinogen. Mucinogenii sunt eliberai din celul prin exocitoz, se

hidrateaz i formeaz mucusul. Cel mai edificator exemplu de celul secretoare

de glicoproteine este ce lula caliciform singura gland unicelular, gsit n

epiteliul din tractul digestiv i respirator. Rolul mucusului este acela de a proteja

mucoasele. Iritaiile locale duc uneori la eliberarea ntregului coninut celular.

Incluziunile pigmentare

Pot apare n condiii fiziologice i patologice.


17

Incluziuni fiziologice

Melanina pigment negru evident n epidermul pielii, n SNC substana

neagr i locus caeruleus. n celulele pielii, pigmentul este sintetizat n

melanocite, celule stelate, cu aspect de fulg de nea n microscopia optic.

Pigmentul este apoi transferat i depozitat n cheratinocite, n cantiti variabile n

funcie de ras.

Lipofuscina sau pigmentul de uzur se observ pe msura naintrii n

vrst a organismului, n special la nivelul miocardocitelor i al celulelor nervoase,

dar i n macrofage. Lipofuscina este de fapt produsul nedigerat al unor reacii

litice la nivel subcelular. Pe msur ce organitele mbtrnesc sunt degradate i

ceea ce nu poate fi reutilizat din structura lor rmne sub forma lipofuscinei.

Deoarece neuronii nu se divid de-a lungul anilor se acumuleaz pigment, numit

de aceea pigment de uzur. Lipofuscina se acumuleaz i n celulele adipoase,

fiind responsabil de culoarea galben a adipocitelor.

Macrofagele pot conine lipofuscin provenit din cele mai variate surse:

celule moarte, organite proprii, bacterii moarte etc.

Hemosiderina - este reziduul nedigerabil rezultat n urma distrugerii

hematiilor, cuvntul hemo- provenind de la hemoglobin,care conine fier.

Macrofage bogate n hemosiderin se pot observa n cantiti mari n splin i

ficat, locurile de elecie pentru distrugerea hematiilor mbtrnite. In coloraia HE

poate fi confundat cu lipofuscina sau melanina, dar se evideniaz specific prin

coloraia cu albastru de Prusia pentru fier.

Incluziuni patologice

Pigmenii biliari pot apare n anumite condiii patologice sub form de

bilirubin n celule le Kupfer sau chiar n hepatocite.

ribozomi si peroxizomi

Documents