Peroxizomi si incluziunile celulare. Ultrastructura, functii. Aplicatii medicale.

Peroxizomi si incluziunile celulare. Ultrastructura, functii. Aplicatii medicale.

Evolutie si descoperire.

Peroxizomii si incluziunile celulare sunt cele mai recent descoperite organite celulare- ele fiind descoperite cu ajutorul microscopiei electronice in 1954 Rhodin semnaleaza prezenta unor structuri celulare la nivelul rinichilor iar ulterior conceptul de peroxizom ca organit independent a fost semnalizat de de Duve in celula hepatica (prin care s-a fractionat o subunitate ce continea 3 enzime marker: uratoxidaza si catalaza care au actiune specifica asupra celulei hepatice si D-aminoxidaza- cu actiune extinsa si asupra altor organe).

s-a costatat prezenta nu numai in celula hepatica dar si in alte tesuturi ale corpului uman a peroxizomilor.

In prezent atit prin implicare enzimelor specifice- peroxizomilor - in procese de metabolism celular cit si actiunea lor asupra unor organe vitale situeaza peroxizomii ca organite vital ale corpului uman.

Peroxizomii au capacitatea de a produce si descompune H2O2 (peroxid de hidrogen) de unde si denumirea de peroxizomi.

Cercetarile recente dovedesc prezenta acestor organite in sturcturile celulare ale celulelor corpului uman evidentiati prin intermediul unui reactiv denumit 3-3 -diaminobenzidina.

Nr peroxizomilor difera de la un tip celular la altul in momentul de activitate - uneori nur peroxizomileor care sunt de obicei situate in apropierea lizozomilor poate sa fie mai mare decit prezenta acestora.

Diametrul este situat intre 0,1-1,5 micromicroni, intr-o celula distingem 2 categorii de peroxizomi:

Macroperoxizom

Microperoxizom

Organizare ultrastructural.

Forma sferica sau ovala, sunt protejati de o membrana.

In interiorul sub forma unor granule se formeaza matricea cu o densitate mai mare care contine la rindul ei o zona centrala numita miez sau cristaloid. In cristaloid (care e format din urotoxidaza) matricea are o stuctura cvasicristalina.

Cristoloidul poate sa apara numai in anumite conditii si este alcatuid din politubuli.

Se mai distinge si o zona denumita placa marginala, sub forma unei condensari de elemente granulare si politubuli a caror activitate nu este cunoscuta.

In anumite situatii (prin cercetarile lui Lazarow) peroxizomii se pot continua pina    la nivelul RER, cu care formeaza o continuitate printr-o prelungire denumit Reperoxizomal, care are o structura diferita fata de RE.

In ceea ce priveste membrana se apreciaza ca o constituita din o serie de proteine intergrale si contine enzimele peroxizomale : catalaza si uratoxidaza.

Cu ajutorul unor coloranti s-a descris o varianta a peroxizomilor- denumiti microperoxizomi la care lipseste miezul central.

Enzimele peroxizomale.

Specifice numai peroxizomilor - produc descompunerea peroxidului de hidrogen si catalizeaza reactii prin care se produce peroxidul de hidrogen.

Dintre acestea dextroaminoxidacetaza (D-aminacidoxidaza) constituie reactia primara de utilizare a D-aminoacizilor din bacteriile intestinale si realizeaza dezaminarea alaninei si formarea piruvatului.

A II enzima inrudita (derivata) alfa-hidroxiacidoxidazele au rolul de a transforma alfa hidroxiacizii i alfa cetoacizi (lactatul- oxidat in piruvat). In aceste reactii se formeaza in totdeazna peroxid de hidrogen prin procesul de oxidare.

RH2 +O2 → H2O2

Peroxidul de hidrogen rezultata in urma activitatii enzimelor este utilizata de catalaza, principala enzima a peroxizomilor care poate oxida alcooli, fenoli, acid formic sau formaldehida- in acesta caz catalaza actioneaza pt a descompune peroxidul de hidrogen eliminind radicalul acid si descompunind peroxidul de hidrogen:

H2O2 + RH 2 (in prezenta catalazei→) R +2H2O

Rol , functii:

Prin cele 2 reactii peroxizomii au rol in detoxificare, diferite molecule:

Jumatate din etanolul ingerat este oxidat in acetaldehida

Peroxizomii consuma aproximativ 10% din O2 folosit de ficat pt functia de detoxifiere in celula hepatica, fiind posibil pt ca membrana peroxizomului este permeabila pt ioni si alete substante care patrund din citosol.

Prin cele 2 reactii catalaza realizeaza "o supapa de siguranta pt indepartarea peroxidului de hidrogen din organism" care e toxica pt celula deoarece prin radicalii liberi pusi in libertate acestia ataca proteinele si acizii nucleici

Pe linga reactiile de detoxicare, catalizeaza oxidarea acizilor grasi in acetilCoA folosind o enzima speciala ce actioneaza asupra acestora si rupe lanturile acizilor grasi scotind din structura lor peroxidul de hidrogen:

acetilCoA este ulterior transferata la mitocondrii pt ciclul Crebs sau reactii bioenzimatice

se apreciaza ca un sfert din totalul oxidarii are loc in peroxizomi, restul in mitocondrii

caracteristica peroxizomilor este ca oxideaza acizii grasi cu lanturi de C lungi C6-C8, iar cind lantul s-a scurtat si nu se mai poate realiza oxidarea aceasta continua in mitocondrii.

Exista deci o colaborare functionala intre peroxizomi si mitocondrii

Peroxizomii au o functie specifica in celula umana- de a sintetiza plasmalogenii- structuri inrudite cu fosfolipidele in care lanturile de acizi grasi sunt legate de glicerol prin legaturi eterice

Plasmalogenii prin structura lor intra in compozitia membranei peroxizomilor si cind nu mai sunt sintetizati contribuie la instalarea unor tulburari cerebrale, hepatice si renale, prin lipsa enzimelor peroxizomale- instalindu-se boala Zellweger- acese functii determina boli genetice.

Peroxizomii pot activa si oxidare unor acizi grasi cum este palmitatul si laureatul, care contribuie la instalarea sy Zellweger si intervin si in biosinteza unor glicolipide prin intermediul enzimei dihidroacetonofosfataciltransferaza enzima prezenta in peroxizom.

Intervin in termogeneza, producind caldura si realizind adaptarea la frig, se presupune ca nr peroxizomilor este crescut in tesutul adipos brun.

Peroxizomii sunt implicati in patologie, pina in prezent sunt cunoscute 2 boli peroxizomale congenitale la indivizii la care lipseste catalaza din peroxizom se produce acatalazemia. Boala in care procesul de formare a catalazei este blocat de la nivelul RE, unde ribozomii liberi blocheaza sinteza proteinelor si importul acestora in peroxizom- in urma caruia are loc o diviziune a peroxizomilor, dar si la cei noi catlaza lipseste instalindu-se boala. Intrucit peroxizomii contin un sistem enzimatic activ pt betaoxidarea acizilor grasi care se degradeaza, ei ramin nedegradati la nivelul peroxizomilor si distrug catalaza.

Peroxizomii genereaza la fel prezenta a 2 boli:

oxaluria- boala peroxizomala datorita faptului ca la nivelul celulei hepatice (metabolismulului peroxizomal hepatic) nu se mai realizeaza oxidarea glicolatului in oxalat.

Glicinuria- la nivelul celulei hepatice, datorita faptului ca nu are loc conversia glicolatului in glicina.

Cercetarile au demonstrat ca administrarea de clofibnet (substanta hipolipemianta) induce o crestere a betaoxidarii lipidice in peroxizomii hepatici.

Hypertiroidia- determina o proliferare a peroxizomilor din celula hepatica cu cresterea remarcabila a activitatii catalazei si a betaoxidarii acizilor grasi cu lant lung in peroxizom- aceasta crestere a activitatii tiroidei trebuie deci controlata.

Aplicatii medicale.

Rolul peroxizomilor este determinat de procesul de biogeneza, deoarece membrana peroxizomilor contin receptori specifici, acesti receptori sunt expusi spre fata citosolica a membranei si recunosc semnalul proteinelor care trebuiesc importate din citosol. Proteinele din citosol pot patrunde in peroxizomi (sintetizati de ribozomii liberi), patrunderea se realizeaza prin intermediul unui semnal de import - ce realizeaza un proces de inmugurire si formare de noi peroxizomi.

In situatia in care nu se formeaza enzimele peroxizomale se instaleaza cerebro-hepato-renal o boala ereditara, in care cauza o reprezinta o severa deficienta in peroxizom si enzime peroxizomale. Datorita importului deficitar. Nou nascutii prezinta hypotonie severa, acumulari lipidice in creer, hepatomegalie- ulterior ciroza, chisturi renale, anomalii scheletice, moartea survenind inainte de virsta de un an.

O forma a acestei sy se datoreaza mutatiei genei care codifica o proteina peroxizomala membranara (factorul 1 de asamblare a peroxizomilor), probabil implicata in importarea proteinelor din citosol in peroxizom.

Cercetarile recente descriu in cadrul sy Zellweger o diminuare in oxidarea acizilor grasi cu lant lung de atom de C, aparind disfunctii- denumite adeno-leuco-distrofii, ce determina distrugerea progresiva a substantei albe din creer si a corticosuprarenalei.

Prezenta boli acatalasemia, prin cercetarile lui de Duve, arata o corelatie intre peroxizom si aparitia cancerului - una din cele mai constante trasaturi    a cancerului fiind activitatea scazuta a catalazei din ficat.

Peroxizomul poate fi identificat in tumorile cu crestere lenta, dar lipseste total in cancerul cu crestere rapica.

Peroxizomii apar in nr mare si dimensiuni marite in cazuri patologice: hepatita virala sau supradozaj medicamentos cu substante hypolipemiante.

Incluziunile celulare.

Celula poate acumula in mod normal diferite produsi ai metabolismului, temporar sau definitiv in citosol.

Acestea pot fii:

Glucide- sub forma de glicogen, in celula hepatica- vizibil in microscopie optica sub forma de grasimi sau plaje, de obicei apar in citosol dar in boli de depozit sau diabet sunt prezenti si in nucleu.

Lipidele- apar frecvent in celula hepatica sub forma unor grupari sferice- punindu-se in evidenta prin colorarea cu Sudan, in corticosuprarenala, in corpus luteum (corpul galben de la niv ovarului)- servesc ca depozit pt hormonii steroizi secretati de celula respectiva. Pot sa apara sub forma de extensie in toata celula- in celula adipoasa uniloculara (alb), sau dispersat in citosol in celula adipoasa bruna (multilocular). Aparitia lor sub forma sferica indica un metabolism activ.

Proteinele- depozitate in granulele si celulele secretorii.

Pigmenti- sub forma de granule de melanina sau pigment brun-negru, in celulele pigmentare sau sub forma de lipofuxina (galben), in celulele nervoase, celulele corticosuprarenalelor, in muschiul cardiac si celula nervoasa (la imbatrinirea organismului).