Lizozomi Peroxizomi Text

Dr. Sanda Maria Crețoiu

1

LIZOZOMII

Definiţie şi caracteristici. Etimologic denumirea de lizozomi deriva de la grecescul: lysis -

a liza şi soma - corp, adică corpi litici (sinonime: sistem vacuolar, sistem lizozomal). Din punct de

vedere filogenetic lizozomii îşi au originea in vacuolele protozoarelor (Amoeba). Au fost

descoperiţi de Christian de Duve.

Lizozomii sunt organite ale digestiei intracelulare, prezenţi în toate celulele, cu excepţia

hematiei adulte. Se găsesc în număr foarte mare în hepatocite şi macrofage. Într-o singură celulă pot

exista câteva sute de lizozomi, ocupând aproximativ 0,5 – 5% din volumul celular. Cea mai mare

parte a lizozomilor este dispusă în regiunea juxtanucleară în strânsă vecinătate cu aparatul Golgi,

centrul organizator al microtubulilor şi endozomii secundari în fază avansată de evoluţie.

Lizozomii sunt delimitaţi de o membrană de natură fosfolipidică şi conţin enzime hidrolitice

(peste 50) implicate in degradarea tuturor tipurilor de polimeri biologici: proteine - proteaze, lipide -

lipaze, carbohidraţi - glicozidaze şi acizi nucleici- nucleaze, toate active în mediu acid. Enzimele au

şi funcţia de a îndepărta de pe anumite molecule grupările fosfat, sulfat şi glicozil. Principala

caracteristică a lizozomilor este lumenul cu pH acid asigurat de o pompă protonică membranară

ATP-dependentă care schimbă Na+ cu H+ asigurând astfel un mediu optim pentru acţiunea

hidrolazelor – pH 5 (pH-ul citoplasmei este 7,2).

Membrana lizozomilor deţine componenţi unici care asigură rezistenţa la acţiunea

hidrolazelor. Proteinele membranare au greutăţi moleculare variate între 20 şi 150 kDa, mai

importante fiind 2 proteine integrale unipass de tip I : lgp A şi lgp B (100 – 120 kDa), cu cea mai

mare parte a domeniului orientată către lumen şi extensiv glicozilate (cu cât este mai mare

procentul de carbohidraţi al unei proteine, cu atât este mai greu digerată). De aceea, cele mai multe


2

proteine lizozomale membranare implicate în asigurarea funcţiei lizozomilor (transportul

moleculelor digerate în afara lizozomilor) sunt înalt glicozilate.

Originea şi formarea lizozomilor. Formarea lizozomilor reprezintă o intersecţie între calea

secretorie şi endocitoză.

Lizozomii se formează în aparatul Golgi. Proteinele membranei lizozomale sunt sintetizate

în RE şi transportate apoi la aparatul Golgi pentru o glicozilare extensivă. Enzimele intralizozomale

sunt sintetizate şi ajung în lizozomi în urma unor procese elucidate de curând. Proteina pe cale de a

fi sintetizată este co-translatată şi transportată vectorial prin membrana RE, peptidul semnal de la

capătul N- terminal este clivat şi apare N-glicozilarea în lumenul RE. Complexul Golgi sortează în

regiunea trans enzimele primite de la reticulul endoplasmic rugos prin regiunea cis. În această

regiune precursorului hidrolazelor lizozomale i se ataşează (sub acţiunea unor glicotransferaze) un

radical fosfat la reziduul de manoză. Gruparea manozo-6 fosfat formeză semnalul de sortare,

enzima fiind transportată prin cisternele aparatului Golgi spre regiunea trans unde se leagă la unul

sau doi receptori de manozo 6-fosfat distincţi care direcţionează enzimele spre lizozomi. După

legare începe formarea unei vezicule care se acoperă cu clatrină, se desprinde şi va fuziona cu

lizozomul în formare. Lizozomul are pe suprafaţă o pompă protonică cu rol de acidifiere a

interiorului, ducând la îndepărtarea grupării fosfat şi la disocierea hidrolazei de pe receptor.

Receptorul va fi reciclat înapoi în complexul Golgi. Dintre acesti doi receptori cel mai bine studiat

este receptorul cation independent (M= 215.000 - 300.000 Da) care leagă liganzi fosforilaţi la

manoză la pH usor acid care apare în lumenul aparatului Golgi şi îi elibereaza la pH<5,5. Acest

receptor este o proteina transmembranara de tip I. Receptorul sortează enzimele lizozomale

(fosforilate la manoză) din reţeaua trans-Golgi în vezicule acoperite care conţin clatrina si adaptina.

Studii de imunoelectronomicroscopie au aratat ca receptorul manozo-6-P cation-independent

nu este prezent în lizozomi, ci este concentrat într-un compartiment delimitat de membrane şi

denumit compartiment pre-lizozomal care este un compartiment endozomal târziu. Enzimele


3

lizozomale sunt găsite la concentraţii reduse faţă de lizozomi în compartimentul pre-lizozomal,

sugerând că acesta ar fi un compartiment intermediar între regiunea trans a aparatului Golgi şi

lizozomi, cei care primesc noile enzime lizozomale sintetizate şi asociate cu receptorii manozo-6-P

derivaţi din veziculele acoperite ale trans-Golgi. Reciclarea membranelor apare atât între lizozomi

şi compartimentul pre-lizozomal, cât şi între acesta şi trans-Golgi. Al doilea receptor are

specificitate de legare similară, dar legarea oligozaharidelor fosforilate este cation dependentă. De

aceea se neumeste receptor de manozo-P cation dependent (M = 46.000Da) şi este o proteină

transmembranară tip I glicozilată, cu o distributie celulară mai bogată în compartimentul pre-

lizozomal.

Tipuri de lizozomi. Studii recente sugerează existenţa a 2 tipuri de lizozomi: secretori şi

convenţionali.

Lizozomii secretori sunt găsiţi, deşi nu singuri, în diferite celule ale sistemului imun derivate

din linia hematopoietică (ex. limfocitele T).

Lizozomii secretori sunt o combinaţie între lizozomii convenţionali şi granulele secretorii.

Ei diferă de lizozomii convenţionali deoarece conţin produsul de secreţie specific tipului celular în

care se află. Spre exemplu limfocitele T conţin produşi de secreţie cum ar fi perforina şi granzimele

care atacă atât celulele tumorale cât şi celulele infectate viral. Lizozomii secretori conţin şi

hidrolaze, proteine membranare, şi au aceleaşi facilităţi în menţinerea pH-ului ca şi lizozomii

convenţionali. În acest mediu acid produşii de secreţie sunt menţinuţi într-o formă inactivă.

Lizozomii secretori maturi se deplasează până în vecinătatea membranei plasmatice unde

rămân în stand by cu secreţiile pregătite şi gata de atac. Când limfocitul T este perfect orientat către

celula ţintă secreţiile sunt eliberate, iar factorii de mediu, modificarile chimice locale, inclusiv cele

de pH activează secreţiile înainte ca acestea sa actioneze. Totul se face cu o precizie maximă în ceea

ce priveşte locaţia şi timpul pentru a avea un efect maxim asupra ţintei şi minim asupra celulelor

înconjurătoare nepatologice.


4

Lizozomii convenţionali

Lizozomii sunt consideraţi ca organite refolosibile şi când celula se divide fiecare celulă

fiică primeşte un număr de lizozomi. Mecanismul prin care numărul acestora creşte intracelular nu

este elucidat.

În ultimii ani cercetătorii au emis ipoteze noi privitoare la modul de interacţiune şi acţiune al

lizozomilor urmărind traseul substanţelor endocitate şi eventual, şi degradarea acestora. Cea mai

mare parte a activităţii acestora a fost centrată pe studiul endozomilor primari şi secundari. Cu

anumite rezerve, se pot considera fagozomii, autofagozomii şi endozomii secundari ca fiind toţi

endozomi secundari în scopul de a înţelege noţiunea de sistem endolizozomal. Există dovezi care

arată că:

1. sediul proteolizei nu este în lizozomi ci într-un organit care seamănă mai degrabă cu

un endozom secundar şi conţine 20% din hidrolaze.

2. lizozomii conţin aproximativ 80% din enzimele necesare digestiei intracelulare.

3. lizozomii sunt probabil organite care stochează hidrolaze pe care le ţin într-o formă

inactivă la un pH aprox. 5.0.

4. lizozomii nu acţionează ca organite de sine stătătoare ci se intâlnesc cu endozomii

secundari şi acţionează ca un system endolizozomal.

Aceste dovezi au condus la dezvoltarea unor modele bazate pe tipurile de interacţiuni dintre

endozomi şi lizozomi. Unul din aceste modele se numeşte sărută şi fugi ('kiss and run') iar celălalt

fuziune 'fusion'.

Modelul “Kiss and Run”. Acest model după cum sugerează şi numele este bazat pe un scurt

contact între endozomul secundar şi lizozom, pentru a schimba între ei conţinutul chimic. După

separate lizozomul este dsponibil pentru a săruta un alt endozom.secundar.

Fuziunea. Este ipoteza bazată pe fuziunea completă dintre un endozom secundar şi un

lizozom în urma căreia rezultă un organit hibrid. În tipul fuziunii are loc dezasamblarea moleculară


5

a conţinutului endocitat. Aminoacizii şi alte molecule rezultate sun preluati de transportori şi trec

din organitul hibrid în citoplasmă. După aceste procese de dezasamblare şi reciclare, conţinutul

organitului hibrid se condensează, lizozomul se reformează şi este disponibil pentru o nouă fuziune

cu alt endozom secundar. Uneori rămâne un mic reziduu care este eliminat din celulă prin exocitoză

sau este sigilat intr-o granulă pigmentară pe toată durata vieţii organismlui.

Modele ale sistemelor de maturare

Modelele bazate pe principiul unor structuri care se maturează pentru a forma lizozomi nu

sunt populare în prezent, dar două ar tebui menţionate.

Modelul maturării – un endozom primar este format din vezicule cu originea în membrana

plasmatică care fuzionează între ele. Alte vezicule aduc şi preiau substanţe chimice pănă când se

transformă în endozom secundar şi apoi atinge stadiul de lizozom.

Modelul transportului vesicular – endozomii primari şi secundari sunt organite separate şi

stabile legate prin vezicule care transportă substanţe de la endozomii primari spre cei secundari care

se matureză pentru a deveni lizozomi.

Digestia lizozomală. Materialele cu care intră în contact lizozomii necesită procese de

dezasamblare şi reciclare şi provin din 3 surse : 2 extracelulare şi 1 intracelulară.

1. Sursele extracelulare. Includ procesele de endocitoză, inclusiv pinocitoza, prin care

sun introduse lichide şi mici particule datorită formării unor mici invaginări membranare acoperite

de proteine. Acestea vor forma in final vezicule acoperite de proteine (clatrină, coatomer şi

caveolină). Fiecare veziculă se dezvoltă formînd un endozom primar 'early endosome' şi apoi un

endozom secundar 'late endosome'.

2. Tot din surse extracelulare, prin fagocitoza se introduc particule mari , în general

>250 nm inclusiv bacterii şi detritusuri celulare. Fagocituza poate avea loc în orice celulă, dar este

specifică macrofagelor care conţin peste 1000 de lizozomi. Structura rezultată în urma fagocitozei

se numeşte fagozom.


6

3. Sursele intracelulare sunt reprezentate de autofagozomi responsabili de îndepărtarea

unor organite degradate cum ar fi mitocondriile sau ribozomii. Fiecare organit a cărui viaţă a expirat

este înconjurat de o structura membranară formând un autofagozom care fuzionează cu lizozomul

pentru a forma un organit hibrid.

Acţiunea digestivă a lizozomilor poate fi sistematizată în următoarele direcţii:

1. Autofagia – materialul are origine intracelulară.

a. Macroautofagia este procesul normal de turn over al organitelor. Organitul este

înconjurat de o membrană REN formând o vacuolă autofagică ce va fuziona cu lizozomul primar

pentru a forma autofagozomul în care are loc digestia.

b. Microautofagia este procesul care implică pinocitoza unor proteine citoplasmatice.

2. Autoliza este distrugerea internă a întegii celule.

a. Este o parte a apoptozei (moarte celulară programată).

b. celulele bolnave pot fi îndepărtate prin acest proces. Este prevalentă în ţesuturile care

necesită resorbţie (viaţa embrionară).

3. Heterofagia implică endocitoza (fagocitoza şi pinocitoza) de materiale extracelulare.

a. Fagocitoza este procesul prin care sunt încorporate particule străine formându-se

fagozomi ce vor fuziona cu lizozomii primari dând naştere lizozomilor secundari.

b. Pinocitoza este procesul prin care sunt înglobate macromolecule în soluţie formându-se

pinozomi.Aceştia vor fuziona şi ei cu lizozomii primari.

c. După digestie lizozomii ajung într-un stadiu în care materialul conţinut nu mai poate fi

degradat în continuare datorită epuizării echipamentului enzimatic. Astfel apar corpii reziduali sau

lizozomii terţiari.

4. Crinofagia – digestia produşilor e secreţie în celulele endocrine, prin care celula îşi

controlează calitatea şi cantitatea substanţelor secretate.


7

PEROXIZOMII

Definiţie. Peroxizomii sunt organite mici (0,5-1,5 µm), sferice, delimitate de endomembrane,

găsite în majoritatea celulelor eucariote. Au fost iniţial caracterizaţi morfologic de J. Rhodin în

1954, în celule renele de şoarece, primind denumirea de microcorpi. În 1965, Christian De Duve a

propus denumirea de peroxizomi pentru a sublinia implicarea lor în metabolismul peroxidului de

oxigen. Sunt sediul princpal al utilizării oxigenului. Numele de peroxizomi provine de la conţinutul

crescut în oxidaze care produc peroxidul de hidrogen, toxic pentru celule. Această reacţie este:

RH2+ O2 R+H2O2.

Catalaza, enzima marker a peroxizomilor degradează peroxidul de hidrogen în oxigen şi apă.

Peroxizomii conţin aproximativ 50 de enzime implicate în diferite căi metabolice: D-

aminoacid oxidaza, urat oxidaza, HMG-CoA reductaza, ţinta principală a medicamentelor numite

statine, responsabile de scăderea colesterolului.

Examinaţi la microscopul electronic de transmisie, peroxizomii sunt delimitaţi la exterior

de o membrană simplă, de circa 6 nm grosime, iar în interior conţin o matrice granulară, amorfă sau

fibrilară. În matrice, se observă uneori, una sau mai multe structuri cristaline înconjurate de material

amorf mediu electronodens. Aceste structuri denumite cristaloizi (miez de urat oxidază) se observă

în special la regnul animal, dar sunt absente în peroxizomii umani.

Biogeneza peroxizomilor. Procesul prin care se formează membrana peroxizomilor este

puţin cunoscut. Acesta implică formarea bistratului lipidic şi apoi importul proteinelor specifice în

bistrat. Există 3 proteine implicate în procesul de formare a membranei peroxizomilor, numite

peroxine PEX3, PEX 16, PEX 19

Modelul biogenezei membranei peroxizomale implică:

1. Formarea bistratului lipidic. Desi numeroase organite se formează în reticulul

endoplasmic, rolul acestuia în formarea peroxizomilor este incert. Se presupune că aici ar avea loc

http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/C/Cholesterol.html#lovastatin


8

formarea bistratului lipidic înainte de importul PEX3, 16, 19, proces dependent de proteine

necunoscute încă.

2. Importul PEX16 şi PEX3. Aceste 2 proteine necesare formării membranei peroxizomale

sunt importate în funcţie de prezenţa PEX 19 singura peroxină despre care se ştie că intervine

direct în legarea proteinelor din membrana peroxizomilor, fiind absolut necesară în geneza acestora.

Importul proteinelor matricei peroxizomale

Proteinele matricei peroxizomale sunt codificate de gene aflate în nucleu şi sintetizate pe

ribozomii liberi apoi importate post-translaţional în citoplasmă. Proteinele specifice peroxizomilor

au 2 peptide semnal care direcţionează aceste proteine spre matricea peroxizomală, numite PTS1 şi

PTS2 (peroxisomal targeting signal)

Importul proteinelor matricei peroxizomale are 5 etape:

1. Legarea ligandului la receptor PEX5 recunoaşte PTS-1, iar PEX7 recunoaşte PTS-2. Se

presupune că în acest proces intervin şi proteine chaperone.

2. Transportul spre peroxizom este foarte puţin cunoscut.

3. Andocarea receptorilor. PEX5 şi PEX7 se asociază cu PEX13,PEX14 şi PEX17

constituenţi ai complexului de andocare.

4. Disocierea şi translocarea. PEX10 şiPEX12 sunt proteine integrale din membrana

peroxizomilor care interacţionează direct cu PEX5. Procesul de import al proteinelor în matricea

peroxizomilor este ATP-dependent.

5.Reciclarea receptorului . PEX5 este un receptor care efectuează cicluri, fiind reciclat de

peroxine cu rol de ATP-aze: PEX1 şi PEX6.

Funcţii. Peroxizomii sunt esenţiali pentru ca o celulă să funcţioneze nomal, deoarece:

- intervin în oxidarea excesului de acizi graşi cu lanţ lung de atomi de carbon

rezultând fragmente cu 2 atomi de carbon care, fie sunt convertite la acetilcoenzima A, fie sunt

exportate din peroxizomi şi folosite la noi sinteze de compuşi celulari;


9

- descompun purinele AMP şi GMP la acidul uric şi aminoacizi;

- produc şi exportă în citoplasmă colesterol;

- conţin primele 2 enzime necesare sintezei plasmalogenilor (un grup important de

fosfolipide) care reprezintă 19% din fosfolipidele organismului (se găsec concentrate în creier şi

cord);

La plante există peroxizomi specializaţi denumiţi glioxizomi, care convertesc acizii graşi şi

lipidele în glucide. La insecte (licurici) intervin în atragerea partenerului prin enzima numită

luciferază.

Organit semiautonom. Organitele celulare semiautonome sunt definite ca organitele aflate

în relaţie de simbioză cu celula, capabile de autoreplicare prin fisiune binară. In această categorie

sunt incluse mitocondriile, cloroplastele şi mai nou peroxizomii, care spre deosebire de primele nu

posedă material genetic propiu, dar sunt capabili de autoreplicare şi se află în interrelaţie cu

reticulul endoplasmic neted şi cu mitocondriile.

Peroxizomii sunt capabili de a se divide deşi nu posedă material genetic.

Proliferarea peroxizomilor este o adaptarea la stimulii de mediu care semnalizează

necesitatea unor enzime lizozomale. Inducerea proliferării se face în 2 faze:

1. Proliferarea prin înmugurire din peroxizomii preexistenţi

2. Creşterea organitului prin importatrea de proteine ale matricei peroxizomale

Biogeneza peroxizomilor şi formarea membranei peroxizomilor

Proliferarea peroxizomilor este un proces dependent de o altă peroxină, PEX11. PEX11α

este exprimată în mod normal şi responsabilă de menţinerea numărului de peroxizomi, iar PEX11β

poate fi indusă ca răspuns la stimuli externi, determinând proliferarea peroxizomilor.

Boli peroxizomale. La om există o varietate rară de boli peroxizomale moştenite, care

implică existenţa unor variante mutante a uneia sau a mai multor enzime peroxizomale.


10

Adrenoleukodistrofia X-linkată (X-ALD) este o boală în care acizii graşi nu sunt

metabolizaţi corespunzător, consecinţa fiind o deteriorare a tecii de mielină a neuronilor. Boala

apare la băieţi, deoarece gena este x-linkată.

Alte boli sunt urmarea producerii unor peroxizomi nefuncţionali. Sindromul Zellweger este

consecinţa moştenirii a 2 gene mutante, pentru receptorii care sunt responsabili de importarea

proteinelor în matricea peroxizomului.

Lizozomi Peroxizomi Text

Documents

Transcript of Lizozomi Peroxizomi Text