2.2.2.1.8 Organitele digestiei celulare

Digestia celulară cuprinde totalitatea fenomenelor care conduc la
degradarea moleculelor pătrunse în citoplasmă prin endocitoză,
degradarea organitelor celulare uzate sau a unor macromolecule celulare.
În procesul de digestie celulară sunt implicaţi lizozomii şi peroxizomii.
Lizozomii sunt organite citoplasmatice de formă sferică sau
ovoidală, prezenţi în toate celulele eucariote, cu excepţia eritrocitului
adult de la mamifere, în care lipsesc. Aceste organite conţin un
echipament enzimatic deosebit de complex şi de complet şi un
diametru de 200 nm 800 nm (fig. 40 a, b, d). Structura lizozomilor
este complexă şi specifică, prezentând la exterior o membrană
lizozomală, iar la interior o matrice lizozomală.
Membrana lizozomală este de natură lipo-proteică, având o structură
trilaminară de tip mozaic fluid şi o grosime de 6 nm .
Membrana lizozomală acţionează ca o barieră de protecţie între
enzimele digestive conţinute în lizozomi şi citosol. Matricea
lizozomală poate avea aspect diferit (omogen, fin granular, heterogen) ceea ce poate determina un polimorfism lizozomal.
Matricea lizozomală conţine peste 50 de tipuri de enzime: proteaze,
nucleaze, glicozidaze, lipaze, fosfolipaze, sulfataze, peptidaze,
fosfataze, esteraze, etc, care se găsesc în interiorul lizozomilor, într-o
stare latentă (inactive) (aspect fiind specific lizozomilor).

Lizozomii pot degrada şi descompune toţi constituienţii celulari
şi tisulari: proteine, peptide, acizi nucleici, lipide, glucide simple şi
complexe (glucoaminoglicani), etc. până la acizi graşi, aminoacizi sau
monozaharide.
În celula eucariotă se întâlnesc două tipuri de lizozomi: primari
şi secundari. Lizozomii primari se formează în Aparatul Golgi după
sintetiza enzimelor conţinute la nivelul RER. Dimensiunile acestor
lizozomi sunt reduse, diametrul fiind de 200-400 nm. Lizozomii
primari sunt lizozomi tineri care nu au fost angajaţi în activitate şi au o
durata de viaţă scurtă ce nu depăşeşte 24-48 h.
Lizozomii secundari sunt heterogeni ca matrice, au mărimi mai
mari (diametrul lor variind între 500-1000 nm), iar durata lor de viaţă
şi de activitate este mai lungă (de la câteva zile la câteva săptămâni).
Lizozomii secundari se formează prin fuzionarea lizozomilor primari
cu diferite vezicule rezultate din procesul de fagocitoză sau pinocitoză
(fagozomi, pinozomi, receptozomi). Există mai multe tipuri de
lizozomii secundari: heterofagolizozomi, autofagolizozomi,
crinofagolizozomi şi corpii veziculari reziduali .
Principala funcţie a lizozomilor este de participare la digestia
celulară. Există trei tipuri de digestie lizozomală în functie de natura şi
provenienţa materialului "digerat": heterofagia, autofagia şi
crinofagia.
Heterofagia se realizează prin introducerea în citoplasmă prin
endocitoză (fagocitoza, pinocitoza), a diverselor substanţe nutritive,
bacterii, virusuri, macromolecule şi înglobarea acestora în fagozomi şi
respectiv pinozomi.
Aceste vezicule (fagozom, pinozom, receptozom) se contopesc
în citoplasmă cu lizozomii primari, formând lizozomii secundari
(fagolizozomi şi pinolizozomi). În interiorul acestor lizozomi
secundari se va produce procesul de digestie intracelulară pe seama
enzimelor specifice pe care le conţin (hidrolaze acide) .
Substanţele rezultate în urma procesului de heterofagie, trec în
citoplasmă, de unde vor fi utilizate de celulă. În unele situaţii, aceste
substanţe sunt încărcate în nişte microvezicule înglobate ulterior în
lizozomii secundari.
Autofagia se realizează prin "împachetarea" materialului
provenit din interiorul celulei (mitocondrii uzate, fragmente de RER,
ribozomi, macromolecule alterate) în nişte vezicule de izolare
(vacuole autofagice sau autofagozomi). Când autofagozomii întâlnesc
lizozomii primari, se contopesc cu aceştia rezultând
autofagolizozomii, în interiorul cărora se produce un proces de
digestie intracelulară similar heterofagiei .
Autofagia asigură în celule reînnoirea continuă a componentelor
şi organitelor citoplasmatice. S-a evidenţiat faptul că mitocondriile
trăiesc circa 12 zile, peroxizomii 2-3 zile, iar ribozomii 10 zile, după
care aceste organite sunt înlocuite prin mecanismele amintite mai sus
şi că în ţesutul hepatic se distrug într-o oră prin autofagie peste
1.000.000.000 de mitocondrii la fiecare gram de ţesut, procesele de
autofagie fiind accelerate în timpul perioadelor de inaniţie.
Crinofagia este un mecanism de reglare a proceselor secretorii,
caracteristic celulelor secretorii, exocrine şi endocrine. În aceste
celule, în caz de hiperactivitate, se acumulează un surplus de vezicule
secretorii, care nu sunt exocitate, ci digerate. Acest surplus de vezicule
secretorii (crinozomi) se contopesc cu lizozomii primari formând
crinofagolizozomii, în interiorul cărora va avea loc digestia
intracelulară .
Lizozomii care mai conţin particule ce nu pot fi digerate după
terminarea digestiei se numesc lizozomi terţiari sau corpi reziduali; de
obicei aceştia sunt eliminaţi prin exocitoză. În celulele care nu se divid
(neuroni, rabdocit), corpii reziduali acumulaţi în timp, formează nişte
granule numite granule de lipofuscină.
Peroxizomii se întâlnesc constant în toate celulele din
organismul animal şi vegetal şi se caracterizează printr-un conţinut
bogat de peroxidaze (enzime care intervin în procesele de sinteză şi
descompunere a peroxidului de hidrogen sau apa oxigenată).
Numărul peroxizomilor în celule variază funcţie de tipul celular
şi de activitatea celulei, în hepatocit numărul peroxizomilor fiind mai
mare decât al lizozomilor deoarece aceste organite sunt implicate şi în
procesele de detoxificare a organismului. Peroxizomii au formă sferică
sau ovoidală (uneori şi forme neregulate), cu diametrul de 100-1500
nm (fig. 45 a, b). În funcţie de mărime peroxizomii se împart în
microperoxizomi (cu diametrul de 100–400 nm), şi macroperoxizomi
(cu diametrul de 500–1500 nm. La exterior peroxizomii prezintă o
membrană groasă de 6,5–8,0 nm, de natură lipo-proteică cu structură
trilaminară de tip mozaic fluid (fig. 45c, d), iar la interior, au o matrice
cu aspect fin granular, care în unele celule exconţine un cristaloid.
Din punct de vedere chimic peroxizomii conţin proteine
astructurale, lipide şi enzime speciale (catalaza, uratoxidaza,
D-aminoacidoxidaza, enzimele ciclului glioxilat). Catalaza este
enzima marker a peroxizomilor şi reprezintă cca 33% din totalitatea
enzimelor peroxizomale.
Peroxizomii au funcţii multiple, cea mai importantă fiind funcţia
respiratorie, realizată prin intermediul oxidazelor. Acestea folosesc
oxigenul molecular pentru oxidarea directă a unor substraturi variate,
producând peroxidul de hidrogen (H2O2)- toxic pentru celule, şi care va fi
descompus prin intermediul catalazelor până la oxigen şi apă.
O altă funcţie a peroxizomilor este cea de intervenţie în
metabolismul acizilor nucleici, prin intermediul uratoxidazei putând
descompune bazele purinice ca adenina şi guanina.
De asemeni peroxizomii intervin împreună cu mitocondriile în
procesul de beta-oxidare a acizilor graşi- sub acţiunea primei enzime,
acetil-Co-A-oxidaza, rezultând peroxidul de hidrogen (H2O2).
O funcţie importantă a peroxizomilor este cea de detoxificare a
celulei şi implicit a organismului- funcţie se concretizată prin
posibilitatea acestor organite de a neutraliza o serie de molecule toxice
precum alcoolul, fenolii, acidul formic, formaldehidatele.
Peroxizomii produc acetil-Co-A şi reduc NAD+ la NADH, -
molecule ulterior de mitocondrii pentru a genera ATP.
Peroxizomii au rol şi în procesul de termogeneză (producerea
de căldură), în celulele adipoase din ţesutul adipos de tip brun,
existând un număr mai mare de peroxizomi, comparativ cu alte celule.
În celulele de tip vegetal peroxizomii au rol în realizarea
ciclului glioxilat- - varianta vegetală a ciclului KREBS.

2.1.5 Specializările membranei celulare

Membrana celulară poate prezenta o diferenţiere structurală sau
o transformare morfologică complexă, care conferă celulei o anumită
funcţie. Aceste specializări (sau diferenţieri) pot fi de două tipuri:
temporare şi permanente.
Specializările temporare sunt reprezentate de pseudopode,
văluri şi membrane ondulate.
Pseudopodele sunt prelungiri digitiforme, care impreună cu
citoplasma şi conţinutul citoplasmatic (organitele intracitoplasmatice)
aderă şi se sprijină pe suporturi şi trag restul celulei in direcţia de
mişcare .
Aceste mişcări - frontale şi continue- sunt caracteristice
leucocitelor când traversează pereţii vaselor sanguine prin fenomenul
de diapedeză şi se deplasează spre ţesuturi.
Vălurile sunt emise de macrofage în timpul fagocitozei şi nu au
nevoie de suport.
Specializările permanente se află la nivelul plasmalemei polului
apical şi bazal precum şi la nivelul de contact a două celule vecine.
Specializările plasmalemei polului apical sunt: microvilii, cilii
vibratili, cilii imobili (stereocili), iar cele ale polului bazal sunt
reprezentate de labirintul bazal.
Zonele de cuplaj celular se numesc joncţiuni celulare, şi se pot
clasifica în: joncţiuni de adezivitate (desmozomi), desmozomi in
bandă (sau liniari), desmozomi maculari, hemidesmozomi (sau
desmozomii monocelulari), joncţiuni impermeabile (etanşe), joncţiuni
de comunicare şi interdigitaţii
Cilii pot fi mobili sau vibratili (kinocili) şi ficşi (stereocilii).
Cilii vibratili se găsesc la polul apical al celulelor din epiteliul
mucoasei aparatului respirator si din oviduct. Aceştia sunt formaţiuni
filiforme, cu lungimea de 5-15 μ si cu diametrul de 0,5-0,7 μ (5000-
7000 Å). La nivelul fiecărui cil se disting trei porţiuni: tija, corpusculii
bazali şi rădăcina. La exteriorul tijei se distinge plasmalema (densă la
fluxul de electroni şi cu o grosime de circa 90 Å), iar la interior,
axonema .
Axonema este formată din 10 perechi de tubuli dispuşi
longitudinal: o pereche este plasată central, iar 9 perechi (dublete) sunt
plasate periferic şi concentric în jurul perechii centrale. Fiecare dublet
periferic este format dintr-un microtubul complet numit "subfibra A" şi
un microtubul incomplet numit "subfibra B" (Teuşan, V., 2000).
Subfibra A este format din 13 protofilamente iar Subfibra B este format
din 11 protofilamente. Cei doi microtubuli sunt ataşaţi unul de altul.
Subfibra A prezintă doua braţe în formă de cleşte constituite dintr-o
proteină numită "Dineina"; braţe sunt dispuse cu intermitenţă de-a lungul
microtubulului la intervale egale de 240 - 24 nm. Diametrul
microtubulilor din subfibra A şi subfibra B este de 15- 18 nm; dubletul
periferic are grosimea de circa 30 nm. Distanţa dintre două dublete
periferice este de circa 20 nm iar diametrul axonemei măsoară 200 nm.
Fig. 11 Structura şi ultrastructura cililor (după Teuşan, V., 2000):
A – celula prismatică cu cili la polul apical; B – polul apical cu cili; C – structura
cilului; D, E şi F – ultrastructura cilului – secţiune transversală; 1- membrana
celulară; 2 – nucleul; 3 – cili; 4 – vezicule de condensare şi transport;
5 – axoneme; 6 – corpusculi bazali;7 – rădăcina cilului; 8 – braţe externe de
dyneina; 9 – braţe interne de dyneina; 10 – punţi proteice de nexina; 11 – spiţe
radiare (nexina); 12 – buton terminal; 13 – teaca internă; 14 –pereche centrală
de tubuli; 15 – punte proteică ce leagă perechea centrală de microtubuli
Între dubletele periferice există şi nişte punţi alcătuite dintr-o
proteină numită nexina, punţi care se regăsesc prezente şi în dubletele
periferice şi teaca ce înconjoară perechea centrală de microtubuli.
Perechea centrală de microtubuli este formată din două subunitaţi,
fiecare cu un diametru de circa 20 nm şi plasate la mică distanţa una de
alta. Fiecare microtubul din această pereche este complet, fiind format
din 13 protofilamente. Punţile de nexină sunt dispuse ca niste spiţe şi se
termină cu un buton globular. Dineina care intră în componenta braţelor
ce sunt ataşate microtubulilor numiţi subfibra A, este o proteină cu o
intensă activitate de descompunere a acidului adenozin trifosforic
(ATP), deci este de fapt o enzimă cu acţiune ATP- azica.
Corpusculii Bazali sunt elemente componente ale cililor cu o
structură identică cu cea a centriolului, fiind formaţi din doi cilindri
plasaţi perpendicular unul pe altul şi au dimensiuni de 0,3-0,5 μ (300-
500 nm) lungime şi de 0,10-0,15μ (100-150 nm) diametru. Fiecare
cilindru are pereţii formaţi din 9 dublete sau triplete de microtubuli,
fiecare dintre ei având un diametru de 15-20 nm şi fiind orientaţi paralel
cu axul lung al cilindrului. Perechea centrală de microtubuli lipseşte, deci
centrul cilindrului este gol. Corpusculul bazal se pare că îndeplineşte
funcţia de coordonare a mişcarilor pe care le execută cilii .
Rădăcina cililor este formată de asemeni din dublete sau
triplete de microtubuli. Aceştia se continuă de la nivelul corpusculului
bazal şi ajung în citoplasma periferică apicală a celulei ciliate.
Rădăcina ancorează cilul în citoplasmă şi conduce stimulii
recepţionaţi la nivelul tijei; are de asemeni şi proprietăţi contractile.
Stereocilii (cilii imobili) se află la polul apical al celulelor
epiteliale de la nivelul epididimului. Au structură similară cu cea a
cililor vibratili, fără a prezenta perechea centrală de microtubuli în
structura axonemei din tijă (9+0).
Flagelii sunt prelungiri cu lungime mai mare (până la 50-100μ);
se află la polul caudal al celulelor sexuale mascule, formând coada
spermatozoizilor. În structura lor intră o axonemă plasată central,
formată de asemeni din 9 perechi de microtubuli (dublete) plasaţi
periferic şi o pereche plasată central (9+1). În jurul axonemei
mitocondriile sunt dispuse sub forma unui triplu filament spiral.

2.1.4 Citoscheletul membranei celulare

Citoscheletul membranei celulare este format dintr-o reţea de
proteine extrinseci, situat pe frontul intern, plasmatic al membranei
celulare. Rolul său constă în stabilizarea infrastructurii membranei în
mişcările locale ale suprafeţei celulei, conferind flexibilitate şi
rezistenţă membranei celulare.
Citoscheletul membranei celulare are o grosime de circa 5-9 nm
si este ancorat de plasmalemă prin proteinele integrale ale aceasteia. A
fost studiat cu precădere la hematie, la care reprezintă circa 60 % din
totalitatea proteinelor membranare. În structura sa se disting:
- spectrina (proteină cu aspect de bastonaş, prezentă sub formă de
dimeri);
- ankirina (proteină sferică sau piramidală);
- actina (are aspect fibrilar);
- proteina benzii 4,1 (proteină globulară, cu diametrul de cca 6 nm, cu
pondere redusă în membrana celulară).
Nodurile reţelei se ancorează de plasmalemă şi de citoscheletul
citoplasmei prin cele două complexe moleculare din care sunt alcătuite:
- complexul spectrină-ankirină şi proteina integrală, prin intermediul
căruia se leagă de plasmalemă;
- complexul spectrina, actina şi proteina benzii 4,1- care structurează
nodurile propriu-zise şi reprezintă complexul de legătură cu
citoscheletul matricei citoplasmatice.
Citoscheletul citoplasmei este alcătuit dintr-o reţea de
microfilamente care străbat întreaga hialoplasmă, în structura căreia
intră:
- microfilamente de actină (diametrul de 7 nm);
- microtubuli (diametrul 24 nm);
- microfilamente intermediare (diametrul de 10 nm);
- proteine asociate.
Citoscheletul îndeplineşte o serie de funcţii:
- conturează şi menţine forma celulelor şi a prelungirilor celulare;
- asigură mişcarea cililor şi flagelilor precum şi deplasarea celulelor şi
transportul intracelular;
- are rol în diviziunea celulară, în deplasarea cromozomilor în plan
ecuatorial;
- are rol în contracţia musculară.
Microtubulii se află atât izolaţi (microtubuli citoplasmatici), cât
şi fasciculaţi temporar (fibrele fusului de diviziune) sau permanent
(centrioli, corpusculi bazali, cili, flageli).
Fiecare microtubul este format din 13 protofilamente dispuse
circular, echidistant. Protofilamentele sunt formate din dimeri α şi β
de tubulină. Orientarea dimerilor de tubulină în protofilamente conferă
microtubulilor un caracter polar (pozitiv sau negativ).
Microfilamentele de actină sunt formate din polimeri de actină.
Monomerul de actină este denumit şi actină globulară (AG) deoarece
are formă globulară. Prin polimerizarea actinei globulare se formează
filamentele de actină sau actina fibrilară (AF) .