Citoplasmă

Citoplasma este compusă din organite (sau „organite”) cu funcții diferite. Printre cele mai importante organite se numără ribozomii, vacuolele și mitocondriile. Fiecare organit are o funcție specifică în celulă și în citoplasmă. Citoplasma conține o parte din genomul organismului. Deși cea mai mare parte se află în nucleu, unele organite, inclusiv mitocondriile sau cloroplastele, au o anumită cantitate de ADN.

RibozomiEdit

Structura unui ribozom. Subunitatea majoră (1) și cea minoră (2) sunt legate între ele.

Ribosomii sunt granule citoplasmatice care se găsesc în toate celulele și măsoară aproximativ 20 nm. Aceștia transportă, de asemenea, ARN ribozomal.

Sinteza proteinelor are loc pe ribozomi în citoplasmă. ARN-ul mesager (ARNm) și ARN-ul de transfer (ARNt) sunt sintetizate în nucleu și apoi transmise în citoplasmă ca molecule separate. ARN ribozomal (ARNr) intră în citoplasmă sub forma unei subunități ribozomale. Deoarece există două tipuri de subunități, cele două subunități sunt unite în citoplasmă cu moleculele de ARNm pentru a forma ribozomi activi complecși.

Ribosomii activi pot fi suspendați în citoplasmă sau legați de reticulul endoplasmatic dur. Ribozomii suspendați în citoplasmă au funcția principală de a sintetiza următoarele proteine:

1. Proteine care vor face parte din citosol.
2. Proteine care vor construi elemente structurale.
3. Proteine care alcătuiesc elementele mobile din citoplasmă.

Ribosomul este format din două părți, o subunitate majoră și una minoră; acestea părăsesc separat nucleul celular. Prin experiment se poate induce că ele sunt ținute împreună de sarcini, deoarece pe măsură ce concentrația de Mg+2 este scăzută, subunitățile tind să se separe.

LisosomiEdit

Lisosomii sunt vezicule sferice, cu diametrul cuprins între 0,1 și 1 μm. Acestea conțin aproximativ 50 de enzime, de obicei hidrolitice, în soluție acidă; enzimele au nevoie de această soluție acidă pentru o funcționare optimă. Lizozomii mențin aceste enzime separate de restul celulei, împiedicându-le să reacționeze chimic cu elementele și organitele celulare.

Lizozomii își folosesc enzimele pentru a recicla diferitele organite ale celulei, înglobându-le, digerându-le și eliberând componentele lor în citosol. Acest proces se numește autofagie, iar celula digeră structurile sale inutile. Materialul este înghițit de vezicule din reticulul endoplasmatic și din aparatul Golgi pentru a forma un autofagosom. După ce se leagă de lizozomul primar, formează un autofagolizozom și urmează același proces ca mai sus.

În endocitoză, materialele sunt colectate din afara celulei și înghițite prin endocitoză prin membrana plasmatică, formând un fagosom. Lizozomul se leagă de fagosom pentru a forma un fagolizozom și își varsă conținutul în fagosom, degradând substanțele din fagosom. Odată hidrolizate, moleculele utilizabile trec în celulă pentru a intra în căile metabolice, iar ceea ce nu este necesar pentru celulă este eliminat în afara celulei prin exocitoză.

Lizozomii își elimină, de asemenea, enzimele în afara celulei (exocitoză) pentru a degrada în continuare alte materiale. Având în vedere funcțiile lor, prezența lor este ridicată în globulele albe, deoarece au rolul de a degrada corpurile invadatoare.

VacuoleEdit

Vacuola este un sac de lichid înconjurat de o membrană. În celula vegetală, vacuola este o singură vacuolă mai mare; în celula animală, însă, există mai multe vacuole mai mici. Membrana înconjurătoare se numește tonoplast. Vacuola celulei vegetale conține o soluție de săruri minerale, zaharuri, aminoacizi și, uneori, pigmenți, cum ar fi antocianii.

Vacuola plantei are mai multe funcții:

• Azahărul și aminoacizii pot acționa ca un depozit temporar de hrană.
• Antocianii au o pigmentare care dă culoare petalelor.
• În general, ele posedă enzime și pot prelua funcția de lizozomi.

Funcția vacuolelor în celula animală este de a acționa ca un loc în care sunt stocate proteinele; aceste proteine sunt stocate pentru utilizare ulterioară sau, mai degrabă, pentru a fi exportate în afara celulei prin procesul de exocitoză. În acest proces, vacuolele fuzionează cu membrana, iar conținutul lor este scos din celulă. Vacuola poate fi, de asemenea, utilizată pentru procesul de endocitoză; acest proces implică transportul în celulă a unor materiale din afara celulei, care nu sunt capabile să treacă prin membrană.

Reticulul endoplasmaticEdit

Reticulul endoplasmatic este un sistem complex și o colecție de membrane interconectate, care formează un schelet citoplasmatic. Acestea formează un sistem extins de canale și mențin ribozomii împreună. Forma lor poate varia, deoarece natura lor depinde de dispunerea celulelor, care pot fi comprimate sau slab organizate.

Imagine a unui nucleu, a reticulului endoplasmatic și a aparatului Golgi.
(1) Nucleu (2) Porul nuclear (3) Reticulul endoplasmatic aspru (RER) (4) Reticulul endoplasmatic neted (REL) (5) Ribozom în RER (6) Proteine transportate (7) Vezicule (transport) (8) Aparatul Golgi (9) Partea Cis a aparatului Golgi (10) Partea Trans a aparatului Golgi (11) Cisternele aparatului Golgi.

Un ansamblu de cavități închise de formă foarte variabilă: foițe aplatizate, vezicule globulare sau tuburi sinuoase. Acestea comunică între ele și formează o rețea continuă separată de hialoplasmă prin membrana reticulului endoplasmatic. În consecință, conținutul fluid al citoplasmei este împărțit în două părți: spațiul luminal sau cisternal conținut în reticulul endoplasmatic și spațiul citosolic care cuprinde exteriorul reticulului endoplasmatic.

Funcțiile principale includ:

• Circulația substanțelor care nu sunt eliberate în citoplasmă.
• Servind ca zonă pentru reacții chimice.
• Sinteza și transportul proteinelor produse de ribozomii atașați de membranele lor (numai RER).
• Glucozilarea proteinelor (numai RER).
• Producția de lipide și steroizi (numai REL).
• Furnizează un schelet structural pentru a menține forma celulei.

Reticulul endoplasmatic aspruEdit

Când membrana este înconjurată de ribozomi, se numește reticul endoplasmatic aspru (RER). Funcția principală a RER este sinteza proteinelor și tocmai din acest motiv este mai răspândită în celulele în creștere sau care secretă enzime. În mod similar, deteriorarea celulei poate provoca o creștere a sintezei de proteine și se formează RER, prevăzând că sunt necesare proteine pentru a repara deteriorarea.

Proteinele sunt transformate și se deplasează într-o regiune a RER, aparatul Golgi. În aceste corpuri se sintetizează și alte macromolecule decât proteinele.

Reticulul endoplasmatic netedEdit

În absența ribozomilor, se numește reticul endoplasmatic neted (SER). Funcția sa principală este de a produce lipidele celulei, și anume fosfolipidele și colesterolul, care devin apoi parte a membranelor celulare. Restul lipidelor celulare (acizi grași și trigliceride) sunt sintetizate în citosol, motiv pentru care este mai abundentă în celulele care au secreții aferente, cum ar fi glanda sebacee. Cu toate acestea, este rară în majoritatea celulelor.

Aparatul GolgiEdit

Aparatul Golgi, numit după descoperitorul său, Camillo Golgi, are o structură similară cu cea a reticulului endoplasmatic, dar este mai compact. Este compus din saci membranari de formă discoidă și este situat în apropierea nucleului celular.

Un dictiozom este numele dat fiecărui teanc de saci. Acestea măsoară aproximativ 1 µm în diametru și grupează aproximativ 6 cisterne, deși la eucariotele inferioare numărul lor poate fi de până la 30. În celulele eucariote, aparatul Golgi este mai mult sau mai puțin dezvoltat, în funcție de funcția lor. În fiecare caz, numărul dictiozomilor variază de la câțiva la numeroși.

Schema sistemului endomembranos al unei celule eucariote.

Aparatul Golgi este format din una sau mai multe serii de cisterne ușor curbate și aplatizate, delimitate de membrane, și este cunoscut sub numele de stivă Golgi sau dictiozom. Capetele fiecărei cisterne sunt dilatate și înconjurate de vezicule care fie fuzionează cu acest comportament, fie se separă de el prin geminare.

Aparatul Golgi este polarizat structural și biochimic. Acesta are două fețe distincte: fața cis, sau de formare, și fața trans, sau de maturare. Partea cis este situată aproape de membranele ER. Membranele sale sunt subțiri, iar compoziția sa este similară cu cea a membranelor reticulului. În jurul acestuia se află veziculele Golgi, numite și vezicule de tranziție, care provin din ER. Fața trans este de obicei apropiată de membrana plasmatică. Membranele sale sunt mai groase și se aseamănă cu membrana plasmatică. Veziculele mai mari, veziculele secretorii, sunt situate pe această față.

Funcțiile lor sunt variate:

• Modificarea substanțelor sintetizate în RER: substanțele din RER sunt transformate în aparatul Golgi. Aceste transformări pot fi agregări de reziduuri de carbohidrați pentru a obține structura finală sau pentru a fi proteolizate pentru a dobândi conformația lor activă. De exemplu, în RER din celulele acinare ale pancreasului se sintetizează proinsulina, care, datorită transformărilor pe care le suferă în aparatul Golgi, va dobândi forma sau conformația definitivă a insulinei. Enzimele care se găsesc în interiorul dictiozomilor sunt capabile să modifice macromoleculele prin glicozilare (adăugarea de carbohidrați) și fosforilare (adăugarea de fosfați). Pentru a face acest lucru, aparatul Golgi transportă anumite substanțe, cum ar fi nucleotidele și zaharurile din citoplasmă în organel. Proteinele sunt, de asemenea, marcate cu secvențe de semnal care determină destinația lor finală, de exemplu, mannoza-6-fosfat este adăugată la proteinele destinate lizozomilor.
• Pentru a produce glicoproteinele necesare în secreție prin adăugarea unui carbohidrat la proteină.
• Pentru a produce enzime secretorii, cum ar fi enzimele digestive din pancreas: substanțele trec prin toate saculele aparatului Golgi și când ajung pe fața trans a dictiozomului, sub formă de vezicule secretorii, sunt transportate la destinația lor în afara celulei, traversând membrana citoplasmatică prin exocitoză. Un exemplu în acest sens sunt proteoglicanii care alcătuiesc matricea extracelulară a animalelor. Aparatul Golgi este organita de sinteză majoră a carbohidraților. Acest lucru va fi rezolvat de enzimele din Golgi prin intermediul unui reziduu de xiloză. Un alt mod de a marca o proteină poate fi prin sulfatarea unei sulfotransferaze, care obține o moleculă de sulf de la un donator numit PAPS. Acest proces are loc în GAG-urile din proteoglicani, precum și în nucleele proteice. Acest nivel de sulfatare este foarte important pentru funcțiile de marcare a proteoglicanilor și pentru a da o sarcină negativă netă proteoglicanului.
• Segregarea carbohidraților, cum ar fi cei folosiți pentru refacerea peretelui celular.
• Transportul și stocarea lipidelor.
• Formarea lizozomilor primari.

Schema unei mitocondrii. (1) membrană internă (2) membrană externă (3) spațiu intermembranar (4) matrice.

MitocondriiEdit

Mitocondriile sunt un organit care poate fi găsit în toate celulele eucariote, deși în celulele foarte specializate pot fi absente. Numărul mitocondriilor variază în funcție de tipul de celulă, iar dimensiunea lor este, în general, între 5 μm lungime și 0,2 μm lățime.

Ele sunt înconjurate de o membrană dublă. Membrana cea mai exterioară controlează mișcarea substanțelor care intră și ies din celulă și separă organitul de hialoplasmă. Membrana externă conține proteine de transport specializate care permit moleculelor să treacă din citosol în spațiul intermembranar.

Membranele mitocondriale sunt alcătuite din fosfolipide și proteine. Ambele materiale sunt legate între ele pentru a forma un reticul lipidic-proteic. Mitocondriile au funcții diferite:

• Oxidarea piruvatului în CO2m cuplată la reducerea purtătorilor electronici nad+ și fad (în nadh și fadh2)
• Transferul de electroni de la nadh și fadh2 la o2, cuplat la generarea forței motrice a protonilor
• Utilizarea energiei stocate în gradientul electrochimic de protoni pentru sinteza ATP de către complexul f1 f0.

Membrana internă este pliată spre centru, dând naștere unor prelungiri numite criste, dintre care unele se întind pe întreaga lungime a organitei. Principala lor funcție este aceea de a fi în primul rând zona în care au loc procesele respiratorii. Suprafața acestor cristee are granule de-a lungul lungimii lor.

Spațiul dintre cele două membrane este spațiul intermembranar. Restul mitocondriilor reprezintă matricea. Este un material semi-rigid care conține proteine, lipide și puțin ADN.

MatrixEdit

Matricea constă într-o compoziție de material semifluid. Are o consistență gelatinoasă datorită prezenței unei concentrații ridicate de proteine hidrosolubile, este format în proporție de 50% din apă și include:

• Molecule de ADN dublu circular (ADN mitocondrial), care conțin informații pentru sintetizarea unui număr de proteine mitocondriale.
• Moleculele de ARN mitocondrial care formează mitorribosomii, care sunt distincte de restul ribozomilor celulari.
• Ribosomii (mitorribosomii), care sunt localizați atât liberi, cât și atașați de membrana mitocondrială internă. Sunt asemănătoare cu ribozomii bacterieni.
• Ioni, calciu și fosfat, ADP, ATP, coenzima-A și un număr mare de enzime.

Membrana interioarăEdit

Această membrană mitocondrială are o suprafață mai mare datorită crestelor mitocondriale. Este mai bogată în proteine decât alte membrane celulare. Lipidele sale nu includ colesterol și sunt bogate într-un fosfolipid rar, cardiolipina.

Proteinele sale sunt variate, dar se disting prin:

• Proteinele care formează lanțul care transportă electronii către oxigenul molecular (lanțul respirator)
• Un complex enzimatic, ATP-sintetaza, care catalizează sinteza ATP și constă din trei părți: O sferă cu un diametru de aproximativ 9 nm. Este partea catalitică a complexului și se numește factorul F.
• Proteine transportoare, care permit ionilor și moleculelor să treacă prin membrana mitocondrială internă, care este destul de impermeabilă la trecerea ionilor.

Membrana externăEdit

Membrana externă a mitocondriilor seamănă cu alte membrane celulare, în special cu cea a reticulului endoplasmatic. Componentele sale includ:

• Proteinele, care formează „canale apoase sau porine” mari, ceea ce o face foarte permeabilă, spre deosebire de membrana mitocondrială internă.
• Enzime, cum ar fi cele care activează acizii grași pentru oxidare în matrice.

Spațiul intermembranarEdit

Compoziția sa este similară cu cea a hialoplasmei. Funcțiile includ:

• Oxidații respiratorii.
• Sinteza proteinelor mitocondriale. Această funcție este realizată în același mod ca și sinteza proteinelor în hialoplasmă.

PeroxizomiiEdit

Structura de bază a unui peroxizom.

Peroxizomii (sau microcorpii) sunt corpuri sferice, legate de membrană, cu diametrul cuprins între 0,5 și 1,5 μm. Acestea se formează prin înmugurire din reticulul endoplasmatic neted. Pe lângă faptul că sunt granulare, acestea nu au nicio structură internă. Acestea au o serie de enzime importante din punct de vedere metabolic, în special enzima catalază, care catabolizează degradarea peroxidului de hidrogen. Din acest motiv, ele se numesc peroxizomi. Degradarea peroxidului de hidrogen este reprezentată printr-o ecuație.

H 2 O 2 + R ′ H 2 ⟶ R ′ + 2 H 2 O {displaystyle H_{2}O_{2}+R’H_{2}{2}{2}longrightarrow R’+2H_{2}O}