2.2. Citoplasma celulară

Citoplasma este zona celulei cuprinsă între plasmalemă şi
nucleolemă (învelişul nucleului sau membrana nucleară); este
constituită dintr-o matrice citoplasmatică (hialoplasmă) în care sunt
înglobate organitele celulare precum şi dintr-o serie de incluziuni
citoplasmatice (substanţe nutritive de rezervă, pigmenţi, etc.).
2.2.1. Matricea citoplasmatică
La microscopul optic (MO) matricea citoplasmatică apare ca o
masă astructurată cu grade diferite de acidofilie sau bazofilie. Matricea
citoplasmatică determină şi menţine forma celulelor, fiind o reţea de
microtrabecule care conţine un număr mare de ansambluri moleculare
proteice (structurale şi enzime), care se comportă ca nişte structuri solide.
Pe lângă faza solidă a matricei citoplasmatice (reţeaua de
microtrabecule) există şi o fază lichidă a acesteia (citosol) care
conţine: apă, electroliţi, molecule organice mici (proteine solubile,
glucoză, aminoacizi), gaze dizolvate, etc.
Masa principală a citoplasmei este constituită de către organele
citoplasmatice care sunt de diferite dimensiuni şi îndeplinesc roluri
foarte diferite în celule.
33
2.2.2. Organitele celulare
Organitele citoplasmatice au dimensiuni foarte reduse
(microscopice), dar diferite unele faţă de altele. Unele dintre ele –care
au dimensiuni de ordinul nanometrilor sau al zecilor şi sutelor de
nanometri- pot fi văzute cu microscopul optic (Aparatul Golgi, REN,
RER, mitocondrii, centrul celular); altele,- cu dimensiuni de ordinul
zecilor sau sutelor de Angstromi)- precum ribozomii, lizozomii,
peroxizomii sau microtubulii se pot observa numai la microscopul
electronic.
Organitele citoplasmatice pot fi clasificate după mai multe
criterii: prezenţa sau absenţa lor în toate celulele animale; prezenţa sau
absenţa unor membrane la suprafaţa lor; funcţia îndeplinită.
În funcţie de existenţa membranelor la suprafaţa lor, se disting
organite cu membrană (Aparatul Golgi, Reticulul endoplasmatic,
mitocondriile, lizozomii, peroxizomii) şi organite fără membrană
(ribozomi, microtubuli, microfilamente de actină şi miozină, centrul
celular, etc.)
În funcţie de rolul îndeplinit, se deosebesc organite de mişcare
(microfilamentele de actină şi miozină, microtubulii, centriolii),
organite generatoare de energie (mitocondriile), organite de sinteză şi
secreţie (ribozomii, Aparatul Golgi, Reticulul endoplasmatic neted şi
rugos), organite de digestie şi dezintoxicare celulară (lizozomii şi
peroxizomii). Există şi organite cu funcţii speciale, precum
miofilamentele în celulele musculare, tonofilamentele în celulele
epiteliale, neurofilamentele în celulele nervoase.
2.2.2.1. Organitele de mişcare intracelulară
Organitele citoplasmatice de mişcare determină realizarea
tuturor mişcărilor intracitoplasmatice şi a celor celulare. În această
categorie se disting: microfilamentele de actină; microfilamentele de
miozină, microtubulii, centriolii, corpusculii bazali, fusul de diviziune.
Aceste organite au dimensiuni foarte variate (de la câteva zeci sau sute
de Angstromi la câteva zeci de microni) şi sunt lipsite de membrane la
suprafaţa lor.
2.2.2.1.1. Microfilamentele de actină şi de miozină
Microfilamentele de miozină şi de actină sunt organite
citoplasmatice aflate în toate celulele organismului animal, cu
precădere în cele de tip muscular, unde îndeplinesc funcţii complexe
în realizarea mişcărilor intracitoplasmatice.
Microfilamentele de actină apar în urma polimerizării unor
molecule proteice mai mici cu forma globuloasă numite actine. Aceste
microfilamente au un diametru de cca 6 nm, se găsesc atât în celulele
nemusculare ("microfilamente"), cât şi în celulele musculare
34
("filamente subţiri"). Microfilamentele de actină rezultă din
polimerizarea actinelor globulare, care se leagă unele de altele
formând un şirag sau un lanţ de acţiune. Două astfel de lanţuri de
actine se vor înfăşura unul în jurul celuilalt (un dublu helix răsucit
spre dreapta), pentru a forma un microfilament de actină.
În celulele nemusculare, microfilamentele de actină sunt
asociate cu cele de miozină, cu care vor interacţiona. Microfilamentele
de actină (AF) se află în echilibru dinamic cu monomerii de actină
(AG) din citosol, iar acest echilibru între procesul de polimerizare şi
cel de depolimerizare a actinelor globulare, joacă un rol esenţial în
realizarea mişcărilor intracelulare bazate pe mecanismul de
interacţiune actină – miozină.
În celulele musculare, actina filamentoasă (AF) este asociată cu
o serie de proteine reglatoare împreună cu care formează "filamentele
subţiri". În structura acestora intră două lanţuri de actine globulare
înfăşurate unul în jurul celuilalt, apoi la exteriorul acestei formaţiuni
se dispun molecule alungite de tropomiozină care sunt şi ele înfăşurate
helicoidal în jurul filamentului de actină (Teuşan, V., 2000).
2.2.2.1.2 Microfilamentele de miozină au diametrul de 10 –
20 nm şi rezultă din polimerizarea moleculelor de miozină.
Moleculele de miozină au un aspect de "bastonaş lung şi subţire" cu
unul din capete globulos (fig. 21). Capătul globulos al moleculei a fost
denumit "cap" iar partea alungită şi mai subţire a acesteia a fost
numită "coadă". Lungimea moleculei de miozină este de 1600 Å
(160 nm), din care "capul" măsoară 200 – 250 Å (20 – 25 nm), iar
"coada" 1350 Å (135 nm). În ceea ce priveşte grosimea moleculei de
miozină, aceasta este la nivelul cozii de 20 Å (2 nm) iar la nivelul
capului de 40 – 50 Å (4 – 5 nm). Regiunea globuloasă sau capul
moleculei de miozină este alcătuită din doi lobi distincţi .
Molecula de miozină este alcătuită din 6 lanţuri polipeptidice
diferite ca greutate moleculară. Două dintre acestea sunt considerate
ca fiind ”lanţuri polipeptidice grele” pentru că au fiecare o greutate
moleculară de 200 Kdal., iar celelalte 4 (două perechi) sunt
considerate ca fiind “lanţuri polipeptidice uşoare” pentru că au o
greutate moleculară de 15 –20 Kdal. fiecare. Deci molecula de
miozină are o greutate moleculară de 470 Kdal. (2x200+2x15+2x20)
(Teuşan, V., 2000).
Sub acţiunea tripsinei molecula de miozină este descompusă în
două fragmente numite: meromiozina uşoară şi meromiozina grea
Meromiozina uşoară (LMM) apare ca un bastonaş lung de 80 nm şi
gros de 2 nm, corespunzând unei porţiuni a cozii moleculei de
miozină. Greutatea moleculară a acestui fragment (LMM) este de
circa 170 Kdal .
35
Fig. 21 O grupare de molecule de miozină (după Teuşan, V., 2000)
Meromiozina grea (HMM) are o lungime totală de 80 nm, şi se
compune la rândul ei din două fragmente: subfragmentul 1 (S1) şi
subfragmentul 2 (S2). Subfragmentul 1(S1) este o porţiune
globuloasă, cu o lungime de 20 nm şi o greutate moleculară de 240
Kdal. Are două proprietăţi fundamentale (care stau la baza
mecanismului de contracţie musculară): activitate
adenozintrifosfatazică; - interacţionează cu actina.
Subfragmentul 2 (S2) este porţiunea liniară a meromiozinei
grele, cu o lungime de 60 nm şi o greutate moleculară de 60 Kdal; nu
are cele două proprietăţi caracteristice subfragmentului 1(S1).
Acţiunea ATP-azica a moleculei de miozină (a subfragmentului S1)
este stimulată şi accelerata de cca 300 de ori în prezenţa moleculei de
actină., formând nişte punţi caracteristice.
În celulele musculare, polimerizează circa 200-500 molecule de
miozină pentru a forma un filament miozinic gros (cu un diametru de
10- nm).
2.2.2.1.3. Funcţiile microfilamentelor de actină şi de miozină
şi structura miofibrilelor striate; mecanismul de contracţie
musculară în muşchiul scheletic
Microfilamentelor de actină de miozină au funcţii complexe şi
variate. Filamentele participă la realizarea unor mişcări
intracitoplasmatice, ca: deplasarea organitelor celulare, mişcările
microvililor, mişcările veziculelor formate în timpul fagocitozei şi
pinocitozei, mişcările cromozomilor în timpul mitozei şi a meiozei,
mişcarea granulelor pigmentare în citosol.
Filamentele de actină şi de miozină participă şi la producerea
unor mişcări celulare mai ample, precum mişcarea ameboidală,
motilitatea fibroblastelor sau emiterea de pseudopode, valuri şi
membrane ondulate. Cea mai bună formă de organizare a moleculelor
de actină şi de miozină se găseşte în celulele musculare de tip striat
(rabdocit şi celula musculară cardiacă), unde aceste molecule
polimerizează, formând miofilamentele de actină şi miofilamentele de
miozină, care la rândul lor formează miofibrilele.
36
Miofilamentele de actină au lungimi de circa 2,0 μ şi grosimi de
60 – 65 Å şi pot conţine circa 600 molecule de actină globulară,
precum şi proteinele calmoduline asociate. Miofilamentele de miozină
au lungimi de 1,5 μ şi grosimi de 10 – 20 nm, putând conţine 200 –
500 molecule de miozină. Prin dispunerea lor orientată, aceste
miofilamente formează miofibrilele care sunt organite specifice
celulelor musculare .
Miofibrilele au diametre de 1 – 2 μ, sunt organizate în pachete
dispuse longitudinal în celule numite “colonetele lui Leydig”. În
secţiune transversală apar dispuse în mod grupat, formând câmpurile
hexagonale Cohnheim (fig.22).
Fig. 22 Schema de organizare a miofibrilelor la nivelul
rabdocitului (după Teuşan, V. 2000)
a – organizarea generală a unui muşchi scheletic; b – rabdocit; b’ – rabdocit
secţionat cu punere în evidenţă a miofibrilelor striate (rabdofibrile);
c – organizarea şi dimensiunile unei rabdofibrile; d – structura şi dimensiunile
sarcomerului; d’’ – structura microfilamentelor de actină; d’’’ - structura
microfilamentelor de miozină. 1 – sarcolema; 2 – nuclei rabdocitului;
3 – rabdofibrile; H – zona Hensen; I – banda (disc) izotropă (Clară); A – banda
anizotropă (întunecată); M – membrana de Mijloc (Mittellinie); Z – membrana
izotropică (Amici); T – tendon muscular.
37
Unitatea fundamentală morfo-funcţională a miofibrilei este
"sarcomerul”. Sarcomerul este distanţa dintre două membrane Z
dispuse succesiv şi cuprinde un disc întunecat flancat de două jumătăţi
de discuri clare. Lungimea sarcomerului este de 2,3 – 2,5 μ (1,5 + 0,4
+ 0,4). În structura sarcomerului se găsesc şi microfilamentele de
actină de miozină. Microfilamentele de actină se prind cu un capăt pe
membrana Z (stria Amici) iar celălalt capăt este liber şi va culisa
printre microfilamentele de miozină (în timpul contracţiei musculare).
În cuprinsul discului I (clar) se află numai microfilamente de actină.
Microfilamentele groase de miozină se prind cu un capăt pe
membrana M (din mijlocul zonei H) şi se întind pe toată lungimea
discului întunecat (A).
În zona Hensen se găsesc numai microfilamentele de miozină în
timp ce în restul discului (A) aceste microfilamente (actina şi miozina)
interdigitează în timpul procesului de contracţie musculară.
Pe toată suprafaţa microfilamentelor groase de miozină (în tot
lungul lor) se află nişte punţi transversale care sunt capetele
globuloase ale moleculelor de miozină. La un microfilament miozinic
gros format din 200 de molecule de miozină exist 200 de punţi
transversale, care sunt dispuse helicoidal. Pasul spiralei este de
43 mm.
Mecanismul contracţiei musculare în muşchiul scheletic
este o scurtare a sarcomerului, suma acestor mişcări de scurtare a
tuturor sarcomerilor dintr-o celulă musculară, reprezintând scurtarea
(contracţia) fibrei musculare şi apoi a muşchiului respectiv.
Scurtarea sarcomerului de la lungimea de 2,5 μ la cea de 2,0 μ (deci
cu 20%) şi apoi însumată pentru 20000 de sarcomere, câte există la fiecare
centimetru liniar de miofibrilă şi deci de rabdocit, poate duce la scurtarea
(contracţia) celulei musculare cu un centimetru (de la 5 la 4 cm). În
mecanismul de contracţie musculară, are loc scurtarea numai a discului
clar (I); lungimea discului întunecat nu se modifică (nu se scurtează).
Contracţia muşchiului scheletic are loc atunci când excitaţia
nervului motor care-l deserveşte, declanşează un potenţial de acţiune
în plasmalema rabdocitului (sarcolema), la nivelul plăcii motorie.
Semnalul bioelectric se transmite rapid printr-un sistem de tubuli
transverşi care se întind de la sarcolema şi până la fiecare miofibrilă,
la nivelul membranei Z. Semnalul bioelectric determină eliberarea
ionilor de calciu (Ca++) din cisternele şi tubulii reticulului
sarcoplasmic în citosolul rabdocitului. Eliberarea masivă a Ca++ este
fenomenul care realizează cuplarea excitaţiei cu contracţia musculară
căci ionii de calciu acţionează asupra Troponinei şi a Tropomiozinei
(din structura microfilamentului de actină) .
Ionii de calciu, acţionează împreună (prin cuplare) cu
Troponina C asupra Tropomiozinei, modificându-i poziţia (în cadrul
moleculei şi filamentului de actină).
38
Modificarea poziţiei moleculei de Tropomiozină în cadrul
microfilamentului de actină, face să rămână liberă o porţiune (un
monomer) din lanţul de actine, iar acest monomer de actină se va
cupla imediat cu capul (globulos) unei molecule de miozină. Venind
în contact, cele două molecule (de actină şi de miozină) vor
interacţiona, astfel că activitatea ATP-azică a capului miozinic (subfragmentul
S1) se va amplifica de circa 300 de ori (în prezenţa
actinei). Din descompunerea ATP-ului rezultă energie care va
determina modificarea conformaţională a capului globulos al
moleculei de miozină (acesta se îndoaie sub acţiunea eliberării de
energie din ATP) (Teuşan, V., 2000).
Această modificare conformaţională (încovoiere) a capului
miozinic, determină tragerea (glisarea) microfilamentului de actină
printre cele de miozină. În continuare capul miozinic eliberează ADPul
şi fosforul anorganic (P), după care se cuplează cu o altă moleculă
de ATP, se desprinde de monomerul actinic de care a fost fixat şi îşi
recapăta conformaţia iniţială (normală). Revenirea capului miozinic la
conformaţia iniţială este şi ea determinată de eliberarea de energie din
descompunerea celei de-a doua molecule de ATP. În derularea unui
ciclu de interacţiune actină-miozină se consumă două molecule de
ATP. Contracţia musculară se bazează pe interacţiunea specifică
dintre cele două proteine contractile actină şi miozină, fiind de fapt o
glisare (alunecare) a microfilamentelor de actină printre cele de
miozină. În această mişcare de glisare sunt antrenate şi membranele Z
din structura sarcomerelor.
2.2.2.1.4. Microtubulii
Microtubulii sunt organite citoplasmatice de formă cilindrică,
fiind foarte subţiri, rectilinii şi flexibili, cu un diametru constant, de
25 nm şi lungimi variabile (de la câteva fracţiuni de micron la câţiva
microni). Microtubulii pot să apară grupaţi sau izolaţi. Un microtubul
este format dintr-un număr de 13 protofilamente (protofibrile), fiecare
având un diametru de 5 nm.
Fiecare protofibrilă rezultă din polimerizarea unui mare număr de
molecule proteice numite tubulinecu aspect globular, fiecare fiind
compusă din două subunităţi: alfa tubulina şi beta tubulina (este deci un
dimer). Greutatea moleculară a celor două subunităţi (polipeptide) este
de 50-60 Kdal, iar secvenţa de aminoacizi este asemănătoare. La
polimerizare, dimerii de alfa şi beta tubuline se aranjează în rânduri
helicoidale de aşa manieră încât alfa tubulina de la un dimer vine în
contact (se leagă) de beta tubulina din dimerul ce aparţine rândului vecin.
Diametrul celor două subunităţi tubulinice este de 3,5 – 4,0 nm,
distanţa dintre două rânduri consecutive de alfa sau de beta tubuline
fiind de aproximativ 8 nm (fig.23). Asamblarea tubulinelor în
39
microtubuli prezinta o serie de asemănări cu procesul de polimerizare
a monomerilor de actină (AG) în filamente (AF). Şi aici (la
polimerizarea tubulinelor) există un nucleotid ataşat, dar acesta este
Guanozintrifosfatul (GTP) şi nu ATP-ul ca la polimerizarea actinelor.
GTP-ul poate fi hidrolizat până la guanozindi şi monofosfat (GDP,
GMP) cu eliberarea de energie.
Fig. 23 Structura microtubulilor (după Teuşan, V., 2000)
a – celulă prismatică cu microtubuli în citoplasmă; b – dimensiunile şi structura
microtubulilor; c – sec]iune transversală printr-un microtubul; d – structura
protofibrilelor; 1 – membrana celulară; 2 – microtubuli în citoplasmă;
3 – microvili; 4 – nucleul celular;5 – Aparatul Golgi; 6 – nucleoli; 7 – microtubul
format din 13 protofibrile; 8 – secţiune transversală printr-un microtubul;
9 – protofibrile şi diametrul lor; 10 – protofibrila cu structura ei; 11 – rând
helicoidal de alfa tubuline; 12 - rând helicoidal de beta tubuline;
13 – polimerizarea la capătul (+) şi depolimerizarea la capătul (-) al
protofibrilelor şi respectiv a microtubulilor.
Şi microtubulii au o polaritate: la unul din capete, tubulinele
polimerizează (se autoasamblează) astfel că microtubulul se alungeşte
(acesta fiind polulpozitiv), iar la capătul opus se produce fenomenul
de depolimerizare a microtubulului, acesta scurtându-se (aici fiind
polul negativ). Procesul de creştere într-o direcţie şi de scădere în
direcţie opusă, reprezintă de fapt o mişcare a microtubulilor.
În citoplasma celulelor există un echilibru dinamic între
procesul de polimerizare şi cel de depolimerizare a tubulinelor (între
microtubuli şi dimerii de tubuline din citosol). Polimerizarea se
produce în mod spontan la temperatura de + 37° C, iar la temperaturi
de 0°C are loc procesul de depolimerizare a microtubulilor. Pentru
realizrea procesului de polimerizare, în afară de o temperatură
corspunzătoare, mai sunt necesari şi ionii de calciu (Ca++) şi de
magneziu (Mg++) în concentraţie mică (micromolară) precum şi unele
40
proteine asociate (MAPs şi tau), proteine cu greutăţi moleculare de
200 – 300 Kdal, care pot accelera mult acest proces.
Procesul de asamblare şi de dezasamblare a tubulinelor în
microtubuli este controlat în mod permanent de către o serie de
proteine reglatoare. Polimerizarea microtubulilor poate fi blocată şi de
alte substanţe, precum: vinblastina şi vincristina, substanţe din
categoria citostaticelor (care blochează şi distrug fusul de diviziune şi
opresc proliferarea celulelor maligne).
Microtubulii au rol dublu: structural şi dinamic. Rolul structural
rezidă din faptul că microtubulii intră în structura citoscheletului şi a
expansiunilor citoplasmatice precum: cili, axoni, dendrite, flageli, etc.,
unde determină şi menţin forma celulelor; de asemeni, microtubulii
contribuie la păstrarea geometriei spaţiale a organitelor citoplasmatice
şi în organizarea citoscheletului citoplasmatic precum şi în anumite
momente (în cursul procesului de spermatogeneză, când se formează
coada spermatozoidului şi când microtubulii vor fi dispuşi în spirală în
jurul axonemei). Ulterior, ei vor dispărea, locul lor fiind luat de către
mitocondrii, care, în final vor structura filamentul spiral al axonemei
flagelului. Rolul dinamic al microtubulilor, rezidă din faptul că
microtubulii asigură toate mişcările celulare ce au la bază sistemul
molecular mobil tubulină – dineină, mişcările cililor şi flagelilor, apoi
mişcările intracitoplasmatice (mişcări de molecule); transportul axonal
(flux rapid de 400 mm / 24 ore şi flux lent de 2 mm / 24 ore) sau
procesele de eliberare a proteinelor şi lipoproteinelor sintetizate în
hepatocite. Microtubulii se găsesc în citoplasmă fie sub formă de
entităţi libere, fie sub formă de structuri stabile, cum sunt: centriolii,
fusul de diviziune, cilii, flagelii, etc.
2.2.2.1.5 Centrul celular (centriolii), fusul de diviziune
Centrul celular este un organit citoplasmatic dispus de cele mai
multe ori în vecinătatea nucleului (lateral sau desupra) şi se mai
numeşte centrozom.
Centrozomul are în interiorul său doi centrioli dispuşi
perpendicular unul pe altul. Centriolii au formă cilindrică, au o
lungime de 5000 Å (0,5 μ) şi un diametru de 1500 Å (0,15 μ). La
periferia cilindrului centriolar sunt dispuse 9 triplete de microtubuli cu
un diametru fiecare de 150-200 Å. Fiecare microtubul este format din
13 protofilamente iar acestea sunt formate din tubuline (vezi structura
microtubulilor). La fiecare tripletă, microtubulul central a fost notat cu
litera A, microtubulul intermediar a fost notat cu litera B iar
microtubulul extern (periferic) a fost notat cu litera C. Aceşti
microtubuli (din componenţa tripletelor) sunt înconjuraţi de o
substanţă densă la fluxul de electroni. În centrul centriolilor nu se
gasesc microtubuli, structura lor fiind de tipul 9+0 (ca şi în structura
corpuscului bazal).
41
În jurul centrozomului (centrului celular) se organizează
citoplasma. În această zonă citoplasma conţine mai multe proteine şi
ARN şi apare mai densă, mai clară.
Zona aceasta circulară în care se organizează citoplasma (în jurul
centrozomului) se numeşte sferă atractivă sau centrosferă. Centrul celular
este implicat în desfăşurarea procesului de diviziune celulară, prin
urmare acest organit va lipsi din celulele foarte specializate (care au
pierdut capacitatea de înmulţire) (neuron, eritrocit, etc.).
În timpul diviziunii celulare, centrozomul reprezintă centrul
organizatoric al microtubulilor care se dispun radial în jurul şi la
periferia centrosferei şi astfel se va structura asterul. Asterul împreună
cu centrosfera vor structura astrosfera care reprezintă aparatul
acromatic al celulei. Materialul proteic din centrosferă între altele,
determină şi controlează procesul de polimerizare a tubulinelor şi deci
formarea microtubulilor. Şi aici microtubulii au un capăt negativ adică
locul unde se descompun protofilamentele şi un capăt pozitiv unde se
produce polimerizarea tubulinelor. Capătul negativ (-) al
microtubulilor este îndreptat spre centrozom, iar capătul pozitiv (+) al
acestora este îndreptat în sens opus .
Fusul de diviziune. În intercineză, centrozomul se află situat în
vecinătatea nucleului, în jurul lui organizându-se asterul. În timpul
fazei sintetice a ciclului celular (S) (când are loc sinteza de proteine şi
replicarea ADN-ului), începe şi procesul de diviziune a
centrozomului. Diviziunea centrozomului începe cu separarea celor
doi centrioli care se îndepărtează unul de celălalt, după care în
vecinătatea fiecăruia (dintre cei vechi) se va asambla căte un centriol
nou. Această asamblare se face prin polimerizarea tubulinelor
existente în citoplasmă. În felul acesta se vor forma doi centrozomi
(două perechi de centrioli), care treptat se vor îndrepta spre cei doi
poli ai celulei şi vor structura fusul de diviziune. Deci fusul de
diviziune are în componenţa lui tot microtubuli de diferite lungimi,
care se dispun ca un mănunchi în plan meridional şi se asociază cu
diferite proteine reglatoare. Se apreciază că în componenţa fusului de
diviziune ar intra circa 100 microtubuli. Fibrele fusului de diviziune se
pot împărţi în fibre scurte, de care se leagă cromozomii în timpul
mitozei şi meiozei şi fibre lungi care se întind între cei doi centrozomi
(de la un pol la altul al celulei). De fibrele fusului de diviziune se pot
alipi, în afară de proteinele reglatoare asociate şi o serie de resturi de
membrane din RER, REN, vezicule golgiene
Centrul celular (centrozomul) este un organit citoplasmatic
dispus în vecinătatea nucleului (lateral sau desupra).
În interiorul centrozomului se găsesc doi centrioli dispuşi
perpendicular unul pe altul, cu formă cilindrică, lungime de 0,5 μ şi un
diametru de 0,15 μ. La periferia cilindrului centriolar sunt dispuse 9
triplete de microtubuli, fiecare având un diametru de 0,015-0,02 μ.
Fiecare microtubul este format din 13 protofilamente, formate din
tubuline. Microtubulii din componenţa tripletelor sunt înconjuraţi de o
substanţă densă la fluxul de electroni. În jurul centrozomului se
42
organizează citoplasma. Citoplasma conţine în această zonă mai multe
proteine şi ARN.
Zona circulară în care se organizează citoplasma în jurul
centrozomului se numeşte sferă atractivă sau centros Acest organit
lipseşte din celulele foarte specializate (care au pierdut capacitatea de
înmulţire) (neuron, eritrocit), centrul celular fiind implicat în
desfăşurarea procesului de diviziune celulară,
Microtubulii se dispun radial în jurul şi la periferia centrosferei în
timpul diviziunii celulare, structurând asterul. Asterul împreună cu
centrosfera vor forma astrosfera - aparatul acromatic al celulei (fig. 24).
Fig. 24 Structura centrozomului (după Teuşan, V., 2000):
a – poziţia centrozomului în celulă; b – structura centrozomului şi imaginea lui la
MO; c – imaginea şi dimensiunile centriolilor la ME; d – structura
electronooptică a centriolilor; e – o tripletăde microtubuli din structura
centriolilor (ME); 1 – membrana celulară; 2 – membrana nucleară; 3 – nucleoli;
4 – cromatina; 5 – mitocondrii; 6 – RER; 7 – centrozom; 7’ – centrioli;
7’’ – citoplasmăpericentriolară; 7’’’ – microtubuli dispuţi radial (asterul);
8 – lizozomii; 9 – Aparatul Golgi; 10 – ribozomi; 11 – cei doi cilindri centriolari
compuşi din câte 9 triplete de microtubuli; 12 – triplete de microtubuli (ABC)
fiecare fiind format din câte 13 protofibrile
Fusul de diviziune are în componenţa lui microtubuli de
diferite lungimi, care se dispun ca un mănunchi în plan meridional şi
se asociază cu diferite proteine reglatoare. În componenţa fusului de
diviziune intră circa 100 microtubuli. Fibrele fusului de diviziune pot
fi scurte (de care se leagă cromozomii în timpul mitozei şi meioze) şi
lungi (care se întind între cei doi centrozomi). De fibrele fusului de
diviziune se pot alipi şi o serie de resturi de membrane din RER, REN,
vezicule golgiene sau resturi din nucleolemă (fig25).
43
Fig.25 Fusul nuclear de diviziune celulară:
a – fusul de diviziune celulară; b, c, d, e, - detalii de structură ale acestuia;
1 – centrioli; 2 – microtubulii care compun asterul; 3 – fibrele lungi (polare) ale
fusului de diviziune; 3’ - fibre polare (detaliu); 3’’ – fibra polară(fragment secţionat
transversal); 4 – fibrele scurte (cinetocorice) ale fusului de diviziune; 5 – microtubuli;
6 – proteine asociate microtubulilor care compun fibrele fusului de diviziune.
2.2.2.1.6 Organite generatoare de energie
Organite generatoare de energie sunt mitocondriile, care sunt
specializate în producerea energiei necesară pentru desfăşurarea
proceselor metabolice din celula eucariotă. Mitocondriile sunt
adevărate "fabrici de energie", în care energia eliberată prin oxidarea
unor substanţe organice (substraturi), este convertită în energie chimică
de tip macroergic (de tip ATP) prin procesul de fosforilare oxidativă.
Forma, dimensiunile, numărul mitocondriilor
Forma mitocondriilor este variabilă: alungită (condrioconţi),
sferică (mitocondrii), granule dispuse în şirag (condriomite).
Majoritatea mitocondriilor au forme sferice şi oval (fig.26).
Fig. 26 Celula prismatică cu cili şi mitocondrii ovoidale dispersate în
citoplasmă (după Teuşan, V., 2000):
1 – membrana celulară; 2 – cili; 3 – membrana nucleară; 4 – nucleol;
5 – RER; 6 – REN; 7 – Aparat Golgi; 8 – mitocondrii.
44
Dimensiunile mitocondriilor sunt variabile: lungimea este de 3 -
10 μ, iar diametrul mitocondriilor poate varia între 0,3 - 1,0 μ. Forma
şi dimensiunile mitocondriilor suferă modificări în funcţie de fazele
ciclului fiziologic prin care trec (condensare-balonizare) (fig.27).
Fig. 27 Fibroplast cu multe prelungiri de tip filamentos:
(văzut la MCF) (după Teuşan, V., 2000):
1 – membrana celulară;2 – prelungiri ale membranei; 3 – membrana nucleară;
4 – nucleol; 5 – cromatina; 6 – RER; 7 – REN; 8 – Aparat Golgi; 9 – mitocondrii
filamentoase.
Numărul mitocondriilor diferă de la o celula la alta, depinzând
de gradul de intensitate a activităţii funcţionale a celulei (în hepatocit
pot exista 1000 - 3000 mitocondrii, în nefrocit 3000 mitocondrii, în
spermatozoid 20 - 24 mitocondrii, în celula musculară cardiacă 5000 –
10000).
Mitocondriile din celula musculară cardiacă (sarcozomi) au
dimensiuni mai mari (1 - 2 μ diametru şi 5 - 7 μ lungime) şi ocupă
aproximativ 40% din spaţiul intern al celulei. Mitocondriile se mişcă
în celulă parcurgând spaţiul cuprins între membrana nucleară şi
celulară, prin mişcări pasive (antrenate de curenţii citoplasmatici) sau
active (mişcări determinate de schimbarea formei proprii). În acelaşi
timp mitocondriile sunt şi plastice, adică au capacitatea de a reacţiona
la o multitudine de factori externi precum: anoxia, variaţiile de
temperatură, acizi, baze, etc.
Mitocondriile sunt amplasate în citosol, în tot spaţiul intern al
celulei sau în acele locuri unde este nevoie de energie (ATP)
(mitocondriile sunt răspândite printre miofibrile în rabdocit şi în celula
musculară cardiacă; helicoidal în jurul axonemei flagelului în
45
spermatozoid; diseminate în toată celula în neuroni). Mitocondriile îşi
pot schimba în permanenţă poziţia în funcţie de activitatea lor
metabolică.
Conţinutul biochimic al mitocondriilor este de 60-70% proteine,
25 - 28% lipide, 0,5% ARN, 0,5% ADN, mici cantităţi de glucide, ioni
şi apă. Din totalitatea proteinelor, 30% sunt proteine structurale iar
70% sunt enzime. Din totalitatea lipidelor, 95% sunt fosfolipide, iar
restul de 5% sunt colesterol, trigliceride şi cardiolipin. Într-o
mitocondrie toate proteinele ca şi toate lipidele sunt înlocuite la
aproximativ 20 de zile.
Structura şi ultrastructura mitocondriilor
Mitocondriile prezintă o membrană externă şi una internă
(fig.28).
Fig. 28 Mitocondria – morfologie şi structură: a – forme de
mitocondrii (după Teuşan, V., 2000):
1 – sferice; 2 – reniforme; 3 – ovale; 3’ – secţiune transversalăprintr-o
mitocondrie ovală; 4 – mitocondrii dispuseî`n şirag; 5 – mitocondrie
filamentoasă; b – dimensiunile mitocondriilor; c – structura mitocondriilor:
1 – membrana externă; 2 – membrana internă; 3 – criste mitocondriale;
4 – compartimentul extern;5 – compartimentul intern; d, e, f, g, - ultrastructura
mitocondriei; d şi e reprezintă structura şi dimensiunile membranelor
mitocondriale şi a cristelor mitocondriale; f şi g – membrana internă (1 – piesa
bazală; 2 – piesa intermediară; 3 – piesa terminală).
46
Membrana externă este de natură lipoproteică (proteinele
reprezintă circa 60% iar fosfolipidele reprezintă aproximativ 40%),
având suprafaţa netedă, o grosime de 7-8 nm şi o structură trilaminară
tip mozaic fluid. Membrana mitocondrială externă conţine o proporţie
ridicată de colesterol şi una scăzută de cardiolipin.
Membrana externă a mitocondriilor este permeabilă putând fi
traversată de către moleculele cu greutate moleculară mai mică de
5000 Dal.
În membrana externă există enzime: monoaminoxidaza (MAO),
care este şi enzima marker a membranei mitocondriale externe;
coenzima A (CoA); ligaze (care formează esteri cu acizii graşi liberi şi
cu coenzima A (CoA)); sistemul enzimatic NADH2 – citocrom – C –
reductază, etc. Membrana internă a mitocondriei este tot de natură
lipo-proteică; are structură de mozaic fluid, şi o grosime de 6-7 nm,
dar cu o suprafaţă mult mai mare, prezentând din loc în loc nişte pliuri
(criste mitocondriale). Rolul acestor pliuri este de a mări foarte mult
suprafaţa activă de contact, de desfăşurare a reacţiilor enzimatice.
Membrana mitocondrială internă (inclusiv la nivelul cristelor)
conţine 80% şi 20% fosfolipide. Membrana mitocondrială internă
conţine mai puţin colesterol şi mai mult cardiolipin, decât membrana
mitocondrială externă, fiind mai puţin permeabilă decât cea externă.
Prin membrana internă trec spre interior ionii de calciu şi magneziu
necesari pentru activarea enzimelor din matricea mitocondrială,
precum şi moleculele de AMP, ADP, ATP, acizi graşi, aminoacizi,
etc. Aceste substanţe sunt transportate prin membrana mitocondrială
internă de către proteinele cărăuşi (translocaze, permeaze).
Numărul de criste mitocondriale, mărimea şi forma lor, variază
în funcţie de tipul şi intensitatea activităţii metabolice desfăşurate în
celula respectivă: cristele mitocondriale pot fi lamelate sau septate,
sau tubulare.
Între membrana externă şi cea internă există un spaţiu
intermembranar cu o grosime de 7 - 8 nm, activ din punct de vedere
metabolic. Aici există un mare număr de enzime precum: -
adenilatkinaza (enzima care menţine echilibrul între ATP, ADP,
AMP); nucleozidmonofosfokinaza; nucleoziddifosfokinaza;
sulfitoxidaza (fig.29). Spaţiul intern este cuprins între cristele
mitocondriale şi conţine o multitudine de substanţe biochimice:
proteine, vitamine, acizi nucleici, ioni de substanţe minerale, lipide,
glicogen, riboproteine, etc.
47
Fig.29 Strucrura mitocondriilor (după Teuşan, V., 2000)
Proteinele din matricea mitocondrială se clasifică în proteine
structurale şi contractile (fig.30).
Fig. 30 Structura şi compoziţia chimică a mitocondriei
(după Teuşan, V., 2000):
1 – granule de glicogen; 2 – AND mitocondrial; 3 – ribozomi mitocondriali
cuplaţi cu molecule de ARNm mitocondrial; 4 – criste mitocondriale;
ME – membrana externă; MI – membrana internă; CE – compartiment extern;
CI – compartiment intern; MAO - monoaminooxidaza
Grosime:
48
Cele mai importante sisteme enzimatice dn matricea
mitocondrială sunt: sistemul enzimatic al ciclului KREBS; sistemul
enzimatic al beta-oxidării acizilor graşi; sistemul enzimatic de
transaminare la care se adaugă enzimele proteolitice şi enzimele
pentru sinteze specifice. Dintre vitamine, s-au evidenţiat vitaminele
din complexul B, vitamina A, şi vitamina C. În matricea mitocondrială
se găsesc şi cei doi acizi nucleici: ADN şi ARN (de tip diferit faţă de
cei existenţi în nucleul celularşi care permit o independenţă genetică
parţială a mitocondriei), precum şi ionii de Na+, K+, Ca++, Mg++ (care
au rolul de a activa enzimele din sistemele enzimatice amintite mai
sus), lipidele simple sau complexe, glucidele polimerizate (glicogen)
precum şi ribozomii mitocondriali (riboproteine) .
Acizii nucleici mitocondriali sunt diferiţi de cei din nucleul
celulei: ADN-ul mitocondrial are o lungime de 20 μ, molecula este
dispusă circular, replicarea lui nefiind sincronă cu cea a ADN-ului
nuclear, ci mai lentă şi independentă.
Acidul ribonucleic (ARN) mitocondrial se găseşte sub trei
forme: ARN mesager, ARN de transport şi ARN ribozomal.
În matricea mitocondriilor se găsesc şi ribozomi (de cca 15 nm)
de tipul 70 S, formaţi fiecare din două subunităţi: o subunitate mare de
tipul 50 S şi o subunitate mică de tipul 30 S.
Mitocondria are autonomie genetică parţială, fiind capabilă săşi
sintetizeze singură (fără aportul nucleului) o parte dintre enzimele
de care are nevoie: citocrom – oxidaze, elemente ale diferitelor
sisteme enzimatice, ATP-aze, şi să folosească un cod genetic parţial
diferit de codul genetic nuclear.
Ultrastructura membranei interne mitocondriale prezintă o
succesiune de subunităţi de membrană (particule elementare sau
oxizomi sau particule F1).
Oxizomul este o proeminenţă sferică prinsă printr-un picioruş la
suprafaţa membranei. Fiecare oxizom este format din trei elemente:
piesa bazală, piesa intermediară şi piesa terminală.
Piesa bazală are o lungime de 11,5 nm şi o grosime de 4,5 nm.
Piesa intermediară (tija oxizomului) are lungimea de 5 nm şi
grosimea de 3,3 nm.
Piesa teminala (butonul oxizomului) are un diametru de 10 nm.
Metabolismul mitocondrial
În mitocondrie are loc metabolismul celular aerob care se
bazează pe trei procese biochimice esenţiale: ciclul KREBS (ciclul
acidului citric), beta-oxidarea acizilor graşi şi fosforilarea oxidativă,
prin care, în mitocondrii se sintetizează ATP, care este folosit ca sursă
de energie în celulă. În lipsa mitocondriilor, celulele animale ar
depinde de procesul de glicoză anaerobă. Din glicoliza anaerobă
fiecare moleculă de glucoză este descompusă în două molecule de
ATP. În urma degradării complete a moleculei de glucoză, aceasta
49
este degradată complet şi intermediul lanţurilor enzimatice vor rezulta
36 molecule ATP precum şi bioxid de carbon şi apă. ATP-ul conţine
trei legături macroergice şi din hidroliza lui rezultă o mare cantitate de
energie disponibilă pentru procesele metabolice din celulă.
Procesele metabolice localizate în mitocondrii pot fi încadrate
în doua mari clase: metabolismul energetic mitocondrial şi biosinteza
mitocondrială.
Metabolismul energetic mitocondrial cuprinde totalitatea
reacţiilor biochimice prin care substanţele potenţial energetice
(glucoză, acizi graşi, aminoacizi), prin descompunerea lor pun la
dispoziţie energia necesară pentru sinteza ATP-ului. Prin procesul de
beta-oxidare, din descompunerea acizilor graşi cu lanţuri scurte sau
lungi va rezulta în final Acetil-coenzima A.
În urma descompunerii glucozei prin glicoliză aerobă rezultă
piruvatul şi ulterior acetil - coenzima A.
Acetil - coenzima A rezultată din descompunerea acizilor graşi şi
a glucozei, va intra în ciclul KREBS, iar în urma parcurgerii tuturor
reacţiilor specifice acestui ciclu, vor rezulta două molecule de bioxid de
carbon (CO2), trei molecule de Nicotinamid - Adenin – dinucleotid
dehidrogenaza (NADH) şi o moleculă de Flavin – Adenin - dinucleotid
- dehidrogenaza (FADH) (proteine catalitice care intră în ansamblul
reacţiilor de oxidare ce au loc în membrana mitocondrială internă).
Prin oxidarea NADH-ului şi a FADH-ului se eliberează o
cantitate de energie liberă de 52,6 Kcal, care este folosită în cea mai
mare parte pentru sinteza ATP.
Prin procesele biosintetice mitocondriile îşi sintetizează o parte
dintre enzimele necesare reacţiilor metabolice şi pot controla unele
etape ale sintezei hemului şi a hormonilor steroizi. Aceste procese
sunt facilitate de faptul că acest organit celular dispune de o anumită
cantitate de informaţie genetică (AND-mitocondrial) ca şi de
posibilitatea de a transfera această informaţie (ARN-mitocondrial) la
nivelul ribozomilor mitocondriali, unde au loc procesele de biosinteză.
În cadrul acestor reacţii, mitocondriile suferă modificări
structurale alternative şi reversibile care formează ciclul de
balonizare-contracţie- pe baza unor modificări suferite de membrana
internă. Sub acţiunea proteinelor contractile pe care le conţine,
mitocondria se transformă într-o stare condensată, în care volumul
organitului se reduce mult, spaţiul (compartimentul) extern se şterge,
cristele mitocondriale se tasează şi se alipesc de membrana externă,
mitocondria apărând ca un corp dens şi întunecat. În starea de umflare
sau de balonizare, organitul îşi măreşte volumul prin acumulare de
apă, cristele mitocondriale se şterg, iar cele două membrane se alătură.
Aceste procese sunt fiziologice şi reversibile, în cursul desfăşurării
ciclului mitocondrial, mitocondriile putând suferi frecvente repetări
ale etapelor respective.
50
2.2.2.1.7 Organitele sintezei şi secreţiei celulare
În sinteza proteinelor structurale, enzimelor, lipidelor,
glucidelor celula eucariotă foloseşte organite specializate precum:
ribozomii, reticulul endoplasmatic rugos, reticul endoplasmatic neted,
iar pentru procesul de secreţie dispune de aparatul Golgi.
Ribozomii sunt prezenţi în toate celulele procariote şi eucariote,
cu excepţia hematiilor adulte la mamifere, unde care lipsesc. Deoarece
au dimensiuni foarte mici (de ordinul zecilor de nanometri), sunt
vizibili doar cu microscopul electronic . Ribozomii se află liberi,
izolaţi, grupaţi, sau ataşaţi de membranele reticulului endoplasmatic
sau pe faţa externă a membranei nucleare externe (fig. 31 a). Au rol
esenţial în coordonarea procesului de traducere a codului genetic în
sinteza de proteine, putând fi socotiţi ca fiind veritabile "uzine de
asamblare" a proteinelor din aminoacizi. Numărul ribozomilor variază
în funcţie de intensitatea proceselor biosintetice din celule: în celulele
care sintetizează proteine pentru eliminare la exterior există un număr
foarte mare de ribozomi ataşaţi de membranele reticului
endoplasmatic granular, iar în alte celule ribozomii se găsesc liberi şi
într-un număr mai mic. Grupaţi, poartă denumirea de polizomi,
poliribozomi. Ribozomii sunt formaţi din două subunităţi inegale ca
mărime, compoziţie chimică şi nivel de sedimentare (fig.31 b,c).
Ribozomii se formează în nucleol, de unde sunt transferaţi prin
porii membranei nucleare în citoplasmă, unde are loc procesul de
maturare a lor.
Din punct de vedere chimic, ribozomii conţin 45% ARNr (toate
cele patru tipuri), 50% proteine ribozomale, 4,5% fosfolipide şi 0,5%
ioni de Ca++ şi de Mg++, precum şi cantităţi foarte mici de apă.
ARN-ul ribozomal, se găseşte la suprafaţa celor două subunităţi
ribozomale, iar proteinele ribozomale în profunzimea lor.
Fig.31 Ribosomii (după Teuşan, V., 2000):
a, a’, b, b’, b’’, - poziţie şi dispunere intracitoplasmatică;
c, c’, c’’, c’’’, - agregarea ribosomilor cu formare de dimeri sau tetrameri;
51
ARN-ul ribozomal este dispus sub formă de lanţuri dublu
helicoidale şi sub formă de lanţuri nespiralate. Cele două segmente de
ARNr alternează. Proteinele ribozomale sunt aproximativ sferice şi au
dimensiuni de circa 3,0 nm.
Biogeneza şi funcţiile ribozomilor – Ribozomii participă la
sinteza tuturor tipurilor de proteine, când se ataşează de moleculele de
ARN mesager (ARNm) formând poliribozomii sau polizomul.
Numărul de ribozomi care se grupează într-un polizom, este în
funcţie de mărimea moleculei proteice ce urmează a fi sintetizată.
Ataşaţi de molecula de ARNm, ribozomii apar ca un şirag de mărgele
pe o aţă. Molecula de ARNm are aspect filamentos cu diametru de
circa 2,0 nm şi leagă ribozomii dintr-un polizom, trecând prin spaţiul
dintre subunitatea mare şi mică a fiecărui ribozom component al
lanţului respectiv (fig.32).
Fig. 32 Structura unui polizom (după Teuşan, V., 2000)
(un număr variabil de ribosomi legaţi de molecula de ARNm:
1 – subunitatea mare a ribosomilor; 2 – subunitatea micăa ribosomilor;
3 – molecula de ARNm.
Biogeneza şi asamblarea ribozomilor începe în nucleol şi se
termină în citoplasmă. Asamblarea ribozomilor este precedată de
sinteza, tot la nivelul nucleolului, a unui ARN precursor. Sinteza
ARN-ului precursor se face pe baza informaţiei genetice conţinută în
ADN-ul din nucleol (Teuşan, V., 2000).
La nivelul ribozomilor se sintetizează toate proteinele celulare
(proteine structurale, enzime şi proteine pentru export).
Reticulul endoplasmatic este un organit nespecific, care la
suprafaţă prezintă un sistem de membrane biologice (fig.33 a.) el
există în toate celulele eucariote cu excepţia hematiilor adulte (la
mamifere) în care lipseşte. Reticulul endoplasmatic (RE) este un
sistem de membrane ce formează o reţea (de saci, cisterne, tuburi şi
vezicule) care străbate întreaga citoplasmă. Este dispus tridimensional
în spaţiul intern al celulei, între nucleu şi plasmalemă, venind în
contact morfologic şi funcţional cu nucleolema, dar rămânând separat
de plasmalemă printr-o zonă numită axoplasmă. În axoplasmă se
găsesc structurile fibrilare ale citoscheletului membranar.
52
Fig. 33 Raporturile dintre nucleul celular şi RE (după Teuşan, V., 2000):
A – nucleul celular; B – RER; C – REN; 1 – membrana nucleară externă;
2 - membrana nucleară internă; 3 – cisternă perinucleară; 4 – ribosomi ataşaţi
de membrana nucleară externă; 5 – pori în membrana nucleară; 6 – cromatina
nucleară; 7 – nucleol; 8 – nucleoplasma (sucul nuclear); 9 – tubuli aparţinând
REN; 10 – tubuli aparţinând RER cu ribosomi ataşaţi de membrane.
Numărul, forma şi poziţia RE în celule
În celulele nervoase RE ia formă de granule, pete, blocuri,
bastonaşe, formaţiuni denumite Corpii Tigroizi sau Corpi NISSL. În
celulele pancreatice RE apare ca o reţea de striaţiuni longitudinale,
plasate sub nucleu şi denumite ergastoplasmă. În celulele hepatice RE
apare ca nişte zone sferice şi bazofile, numite Corpii lui BERG, iar în
celulele glandei interstiţiale (Leydig) sau în celulele glandei
suprarenale, precum şi în plasmocite RE apare ca fiind foarte
dezvoltat, sub forma de reţea complexă de tubuli, cisterne sau vacuole.
Lumenul formaţiunilor care compun RE (tubuli, canale,
cisterne, vacuole) este variază între 5 – 500 nm.
Membranele formaţiunilor componente ale RE au grosimi de 6-
7 nm, sunt de natură lipoproteică şi au o structură de tip mozaic fluid;
proteinele pe care le conţin sunt glicoproteine integrale, iar majoritatea
lipidelor din structura membranelor RE sunt fosfolipide. În aceste
membrane există puţin colesterol iar acizii graşi din structura
fosfolipidelor sunt foarte nesaturaţi.
Reticulul endoplasmatic este de două tipuri:
- Reticulul endoplasmatic neted (REN) sau Reticul
endoplasmatic agranular (REA);
53
- Reticul endoplasmatic rugos (RER) sau Reticul endoplasmatic
granular (REG).
Reticulul endoplasmatic rugos (RER, REG) prezintă pe
suprafaţa externă a membranelor sale foarte mulţi ribozomi ataşaţi în
izolat sau în grupuri, prin intermediul subunităţii mari (60 S),
subunitatea mică rămânând liberă. Astfel se structurează aspectul de
"om de zăpadă" - caracteristic membranelor reticulului endoplasmatic
rugos.
Subunitatea mare a ribozomului este străbătută de un canal
foarte fin - deschis în lumenul formaţiunilor componente ale RER
(tubuli, cisterne, vacuole), prin care lanţurile de polipeptide sintetizate
pe ribozomi sunt introduse în cisterne, unde vor fi supuse unor procese
de maturare. Reticulul endoplasmatic rugos (RER) are o mare putere
de adaptare în raport cu vârsta sau starea funcţională a celulei.
Ribozomii care se ataşează membranelor RER se aglomerează în
prealabil în lungul moleculei de ARNm după care împreună cu aceasta
se vor cuplează la membranele RER (fig. 34).
Fig. 34 Modul de ataşare a unui polizom de membrana unui tubul
RER (după Teuşan, V., 2000):
1 - membrana tubulului RER; 2 - riboforine sau receptori pentru ribozomi;
3 - receptori ai particulelor de recunoaştere a semnalelor de inserţie;
5 - subunităţile mari ale ribosomilor; 6 – subunităţile mici ale ribosomilor;
7 - molecula de ARNm (purtătoare de informaţie genetică); 8 - lanţ polipeptidic
dispus în canalul ribosomal; 9 - lanţuri polipeptidice sintetizate pe ribosomi şi
adăpostite în lumenul tubulului RER.
Reticulul endoplasmatic neted (REN, REA) reprezintă un
sistem de tubuli cu diametrul de 30 nm, foarte dezvoltat în celulele
care sintetizează hormoni steroizi, glicogen, acid clorhidric sau în
celule care acumulează pigmenţi (fig. 35).
În rabdocit şi leiocit REN este foarte dezvoltat având un rol
deosebit de important în cuplarea mecanismului de excitaţie cu cel de
contracţie musculară.
În celulele pigmentare ale retinei (celule cu conuri şi bastonaşe),
REN are atât aspect tubular normal, cât şi aspect de corpi mieloizi
(formaţiuni biconvexe).
54
Din punct de vedere chimic reticulul endoplasmatic conţine
60% proteine structurale şi enzime şi 40% lipide.
Fig. 35 REN imagine tridimensională (după Teuşan, V., 2000)
Funcţiile reticulului endoplasmatic sunt atât comune cât şi
diferenţiale.
Funcţiile comune ale reticulului endoplasmatic sunt multiple.
Prin RE se vehiculează permanent substanţe în toată citoplasma,
tranzitul de substanţe intracelulare extinzându-se şi la nivelul altor
organite sau structuri celulare.
De asemeni, RE împreună cu alte organite citoplasmatice,
contribuie la crearea şi menţinerea formei celulare precum şi la
compartimentarea celulei.
O altă funcţie comună a reticulului endoplasmatic constă în
faptul ca prin membranele acestui organit se realizează schimburi
active şi selective cu citosolul. Alte funcţii comune ale reticulului
endoplasmatic sunt sinteza fosfolipidelor şi biogeneza membranelor şi
a organitelor citoplasmatice cu membrană. Reticulul endoplasmatic
este implicat în procesele de sinteză a proteinelor şi fosfolipidelor
componente ale endomembranelor şi plasmalemei precum şi în sinteza
enzimelor din lizozomi şi peroxizomi sau a proteinelor enzime
destinate exportului celular.
Funcţiile diferenţiate reprezintă funcţiile specifice pentru
fiecare dintre cele două forme ale reticulului endoplasmatic. Reticulul
endoplasmatic rugos (RER) este implicat în procesul de sinteză a
proteinelor-enzime de export ca şi a celor de membrană.
Reticulul endoplasmatic neted are rol specific în sinteza
hormonilor steroizi, biosinteza lipidelor, metabolismul glucidic, în
procesul de detoxifiere a celulei, în cuplarea procesului de excitaţie cu
cel de contracţie musculară, în sinteza de acid clorhidric, precum şi în
sinteza pigmenţilor vizuali iodopsina şi rodopsina.
Complexul Golgi (AG) (gama-citomembrane) este prezent în
citoplasma tuturor celulelor eucariote (cu excepţia hematiei adulte din
sângele de mamifer, din care lipseşte) sub forma unui sistem de "stive
de cisterne aplatizate" (saci aplatizaţi) asociate cu numeroase
55
microvezicule şi macrovezicule. Poziţia şi gradul de dezvoltare a
aparatului Golgi diferă în funcţie de tipul şi activitatea celulelor. În
neuroni apare ca o reţea dispusă perinuclear, (fig.36 a,) în celulele
secretorii exocrine din pancreas, se dispune supranuclear (în spaţiul
dintre nucleu şi polul apical al celulei) (fig. 36 b, c,) iar în celulele
foliculilor tiroideni oscilează între cei doi poli -în funcţie de activitatea
metabolică preponderentă a unuia sau altuia.
Fig. 36 Poziţia Aparatului Golgi în trei tipuri de celule
(după Teuşan, V., 2000)
(a - neuron; b - celulă pancreatică; c - celulă caliciformă)a - (1 - dendrite;
2 - axon 3 - Aparatul Golgi dispus perinuclear; 4 - Corpi Nissl (RER);
5 - neurofibrile; 6 - mitocondrii; 7 - nucleu bogat în eucromatină şi cu nucleol;
b - (1 - membrana celulară;2 - nucleul celular; 3 - nucleol; 4 - Aparatul Golgi dispus
supranuclear; 5 - RER; 6 - mitocondrii; 7 - vezicule de condensare; 8 – REN;
c - (1 - membrana celulară;2 - nucleul; 3 - nucleolul; 4 - RER; 5 - mitocondriile;
6 - Aparatul Golgi dispus periferic; 7 - vacuole de condensare; 8 - microvili.
În structura sa, Aparatul Golgi prezintă trei elemente
componente: "stivele de lame golgiene (pachetele de saci aplatizaţi),
microveziculele şi macroveziculele (fig. 37). Lamele golgiene au o
faţă convexă (faţa imatură sau faţa "cis") (îndreptată fie spre nucleu fie
spre RER) şi o faţă distală (faţa "trans” sau concavă ) considerata
matură (fig. 38).
Microveziculele golgiene (vezicule de transfer), se găsesc pe
feţele "cis" ale lamelor golgiene şi se formează prin pensarea
(ciugulirea) capetelor mai dilatate ale cisternelor şi tubulilor
reticulului endoplasmatic rugos.
La nivelul acestor formaţiuni se acumulează proteinele
sintetizate pe ribozomi . Microveziculele golgiene au diametre de 20-
80 nm, formă elipticâ sau sferoidală, iar la exterior prezintă o
membrana de natură lipo-proteică, trilaminară de tip mozaic fluid cu o
grosime de 6 nm. Microveziculele odată formate se desprind de RER
şi se îndreaptă spre faţa "cis" a cisternelor golgiene şi ulterior se vor
uni cu sacii golgieni, vărsându-şi astfel conţinutul în cisternele
Aparatului Golgi.
56
Macroveziculele golgiene sunt formaţiuni ovoidale sau
sferoidale cu diametrul cuprins între 200-600 nm, care se dispun la
faţa "trans" a lamelor golgiene şi în vecinătatea polului apical al
celulelor. La exterior prezintă o membrană de natură lipo-proteică,
trilaminară de tip mozaic fluid cu o grosime de circa 80 8 nm iar la
interior un conţinut amorf sau granular heterogen ce apare mai
condensat decât în restul Aparatului Golgi).
Din punct de vedere chimic, Aparatul Golgi conţine 60%
proteine şi 40% fosfolipide şi colesterol. Dintre enzime, în
membranele şi lumenul Aparatului Golgi se găsesc:
tiaminpirofosfatază, nucleoziddifosfatază şi glicoziltransferaza,
sulfotransferaza, fosfataza acidă, NADH2 şi NADPH2 citocrom C,
reductaza, iar dintre vitamine, vitamina A şi K.
Fig. 37 Structura şi ultrastructura Aparatului Golgi
(după Teuşan, V., 2000):
a - secţiune longitudinală prin aparatul Golgi (1 - lame golgiene;
2 - macrovezicule golgiene; 3 - microvezicule golgiene; 4 - lame golgiene în
formare sau imature; 5 - extremităţile bombate ale lamelor golgiene mature din
care se vor desprinde macroveziculele). b - fragment din lamele golgiene (1 - faţa
“trans”concavă şi matură a lamelor golgiene; 1’ – faţa “cis” convexă şi imatură
a lamelor golgiene; 2 - spaţiul dintre lamele golgiene; 3 - materialul granular fin
din interiorul cisternelor golgiene)b’ - structura şi grosimea membranelor
“trans”ale lamelor golgiene b’’ - structura şi grosimea membranelor “cis” ale
lamelor golgienec c’ - structura, dimensiunile şi conţinutul macroveziculelor
golgiened - structura şi dimensiunile microveziculelor golgiene ca şi a
membranelor care există la exteriorul lor.
57
Fig. 38 Faţa ventrală sau imatură (“cis”) a lamelor golgiene
(Placa fenestrată) (după Teuşan, V., 2000):
1 - microvezicule golgiene ce afluează dinspre RER şi REN;2 - microtubuli de
aceeaşi origine;3 - microvezicule care se contopesc cu lamele golgiene şi îşi
descarcă încărcătura lor, adusă de la nivelul RER şi REN; 4 - plăci (lame)
golgiene văzute de pe faţa lor imatură (“cis”); 5 - pori cu diametrul de 60-600 Å
care există pe faţa imatură a lamelor golgiene şi prin care se realizează legătura
cu microveziculele şi microtubulii ce afluează dinspre RER şi REN.
Funcţiile Aparatului Golgi sunt multiple:
- are rol esenţial în realizarea procesului de secreţie intracelulară;
- are rol în procesele de concentrare şi de condensare a produselor de
sinteză primite de la RER;
- este implicat în procesul de reciclare a membranelor celulare;
- participă la sinteza glicoproteinelor;
- are rol în biogeneza lizozomilor primari;
- este implicat în procesul de formare a acrozomului la spermatozoid,
în cadrul procesului de spermiogeneză
Ciclul secretor este drumul parcurs de proteinele sintetizate
pentru exportul de la locul de sinteză (ribozomi şi RER) şi până la
exocitarea lor.
Acest drum se realizează în 5 faze: sinteza şi segregarea;
transportul intracelular; condensarea şi maturarea; depozitarea
intracelulară; exocitoza.
Sinteza şi segregarea proteinelor are loc pe polizomi la nivelul
RER, conform informaţiei genetice transmisă de la ADN prin
intermediul ARN-ului mesager.
Transportul intracelular are loc prin tubulii şi cisternele RER
până la Aparatul Golgi prin intermediul microveziculelor golgiene.
Depozitarea intracelulară se realizează sub formă de vezicule
secretorii, care rămân temporar în citoplasmă, ulterior fiind eliminate
la exterior prin exocitoză.
58
Exocitoza, depinde de o serie de factori printre care:
concentraţia intracelulară a substanţelor respective şi a ionilor de Ca++,
prezenţa ATP-ului şi a AMP-ului ciclic.
Prin exocitoză trec în mediul extracelular o serie de substanţe:
hormonii, enzimele, imunoglobulinele, lipoproteinele, neurotransmiţătorii,
diverşi constituienţi ai serului şi ai laptelui, fragmente
de membrane sau produşi terminali inerţi din punct de vedere
metabolic (corpi reziduali) (fig. 39).