BIOLOGIE CELULARA

BIOLOGIE CELULARA (10; 12; 13; 14)/14

Reticulul endoplasmic (RE) este componentul principal al sistemului de endomembrane celulare. RE consta dintr-o retea membranara de vezicule si tubuli. Interiorul acestui complex constituie lumenul RE. Exista 2 tipuri de RE: RE rugos – la suprafata caruia se leaga ribozomii, si RE neted (fara ribozomi atasati).

Completati legenda de pe desenele de mai jos (stanga):

Ce sunt ribozomii?

Ribozomii sunt structuri celulare mici, de natura ribonucleoproteica (adica contin un numar mare de molecule proteice diferite (mai mult de 50) si ARN-ribozomal (rARN)) cu rol esential in biosinteza proteinelor si nu sunt delimitati de membrane. Se gasesc fie liberi in citosol, fie atasati RE, se gasesc in nucleu, in mitocondrii si in celula vegetala si in cloroplaste.

Potriviti coloana din dreapta cu descrierile corespunzatoare din stanga in tabelul de mai jos:

Ribozomii de la eucariote sedimenteaza prin ultracentrifugare la un coeficient de accelerare de 80 S. Daca se continua ultracentrifugarea la valori mai mari, ribozomii se vor separa in doua subunitati structurale. Care sunt acestea?

Cele doua subunitati structurale sunt:

o subunitate mica (30-40 S) si

o subunitatea mare (60 S).

Aceste subunitati sunt formate din rARN si proteine. Ribozomii au 3 situsuri de legatura, unul pentru mARN si doua pentru tARN. ARN mesager (mARN) se leaga in spatiul dintre subunitati.

Descrieti cele 3 etape prin care se desfasoara biogeneza ribozomilor.

In nucleu au loc:

sinteza moleculelor de ARN si a moleculelor proteice ribozomale specifice;

asamblarea moleculelor de ARN cu proteinele specifice in subunitati ribozomale; subunitatile ribozomale parasesc nucleul prin porii membranari.

Apoi in citoplasma:

3) Subunitatile ribozomale se intalnesc cu moleculele de mARN si ioni de magneziu, avand loc asamblarea subunitatilor si formarea ribozomilor.

Cum se explica prezenta ribozomilor in interiorul unor organite celulare cum sunt mitocondriile si cloroplastele?

Exista o ipoteza conform careia mitocondriile si cloroplastele au fost organisme procariote care s-au asociat cu celule eucariote ancestrale prin mutualism[†] (castigand protectie si oferind in schimb energie). Astfel se explica de ce aceste organite poseda ADN si sinteza proteica proprie, si inclusiv ribozomi. Ipoteza se numeste ipoteza endosimbiotica privind originea mitocondriilor si cloroplastelor.

Ce tipuri de celule umane care produc proteine pentru export (secretie) cunoasteti? Care organit celular este puternic dezvoltat in astfel de celule?

Celulele specializate din unele glande, de exemplu celulele Langerhans din pancreas (care secreta insulina), sau celulele din glandele salivare, sunt exemple de celule cu activitate secretorie. In celulele specializate in secretie, RE si AG sunt bine dezvoltate intrucat participa la depozitarea si procesarea proteinelor pentru export.

Care tip de ribozomi sunt mai abundenti in celule secretoare – cei liberi in citoplasma sau cei asociati RE rugos?

Ribozomii liberi sunt in legatura cu producerea proteinelor pentru consumul intern celular, pe cand cei atasati la RE rugos sunt mai importanti in sinteza proteinelor pentru export. Proteinele sintetizate de ribozomii atasati la RE patrund in RE si sunt transferate apoi la AG. Deci in celulele secretoare ribozomii atasati la RE sunt mai numerosi.

Unde se realizeaza sinteza mARNului in celula eucariota? Unde migreaza apoi aceste molecule?

Moleculele de mARN sunt sintetizate in nucleu, apoi trec prin porii nucleari in citoplasma unde se gasesc ribozomii care realizeaza sinteza proteica.

Cum se numeste procesul de sinteza proteica, avand in vedere ca se bazeaza pe informatia din mARN?

Sinteza proteica se numeste translatie (traducere a informatiei genetice in proteine).

Din engleza “translation” = traducerea unui anumit text dintr-o anumita limba, intr-un text echivalent, care comunica acelasi mesaj, intr-o alta limba (sau limbaj)

Care este diferenta intre transcriptie si translatie?

Se numeste transcriptie (sau transcriere) formarea de molecule de ARN pornind de la o catena de ADN care este folosita ca model (matrita).

Translatia este formarea polipeptidelor (secvente de AA) si deci a proteinelor pe baza informatiei copiate de molecula de mARN.

In celula ek transcriptia are loc in nucleu, iar translatia in ribozomi. Transcriptia precede translatia.

Molecula de mARN realizeaza transferul informatiei genetice si imprima moleculelor proteice formate caracterele impuse de moleculele de ADN. Cum este posibil acest lucru? (explicati sau completati tabelul de mai jos)

De cine se leaga mARN-ul pentru a incepe sinteza proteica?

Pentru a forma proteine, moleculele de mARN se asociaza cu ribozomii. Ribozomii au doua situsuri de legare pentru doi codoni alaturati, locuri unde anticodoni (tARN) se leaga prin legaturi de hidrogen. Astfel, ribozomii sunt structurile responsabile pentru pozitionarea si expunerea codonilor pentru traducere. In ribozomi are loc si formarea legaturii peptidice intre doi AA adusi de moleculele de tARN. Legatura peptidica se formeaza atunci cand moleculele de tARN care aduc AA se leaga de codonii mARN expusi.

Cum sunt adusi AA in zona in care are loc translatia? Ce este un anticodon?

AA sunt adusi la ribozomi de moleculele de ARN de transfer (tARN). Un tARN asociat cu AA specific lui se leaga printr-o secventa speciala formata din 3 nucleotide de un codon de mARN expus in ribozom. Aceasta secventa din tARN se numeste anticodon. Anticodonul tARN trebuie sa fie complementar codonului mARN de care se leaga, corespunzator regulii A-U, C-G. Dupa accea ribozomul aluneca de-a lungul moleculei de mARN (proces numit translocare) pentru a expune urmatorul codon pentru legare de un alt tARN. Atunci cand AA corespunzatori codonilor alaturati se leaga printr-o legatura peptidica, primul tARN este eliberat.

Ce stiti despre enzima care catalizeaza formarea legaturilor peptidice?

Enzima care catalizeaza formarea legaturii peptidice se numeste peptidil transferaza. Activitatea catalitica a acestei enzime se realizeza in ribozom. (adica ribozomul contine enzima)

La ribozomii de 80 S (ek), subunitatea ribozomala mare (de 60S) contine enzima peptidil transferaza.

De ce se deplaseaza ribozomii de-a lungul mRNA in timpul translatiei?

In timpul translatiei ribozomii expun intotdeauna doi codoni mARN pentru a fi tradusi prin deplasarea lor de-a lungul mARN-ului. Cand se formeaza o legatura peptidica, ribozomul se deplaseaza pentru a expune codonul urmator. Aceasta deplasare se numeste translocatie ribozomala. (In cazul RE rugos ribozomii sunt atasati la exteriorul membranei si a moleculelor de mARN, nu se deplaseaza prin ele)

De cate ori se sintetizeaza aceeasi proteina in acelasi timp de catre fiecare ribozom care realizeaza translatia unei singure molecule de mARN? Cum se desfasoara producerea consecutiva a proteinelor in translatie?

Ribozomii nu sintetizeaza mai multe proteine diferite simultan, ei le sintetizeaza una dupa alta.

La nivelul aceleiasi molecule de mARN pot actiona simultan mai multi ribozomi, numiti poliribozomi. Acestia pot fi liberi in citoplasma sau atasati RE rugos. Fiecare ribozom din cadrul acestor grupari actioneaza independent si sintetizeaza aceeasi proteina.

(poliribozomii functioneza ca o fabrica in care se produce o anumita proteina)

Este adevarat ca o molecula de mARN codifica doar o singura proteina?

Celulele ek au mARN monocistronic, adica fiecare mARN codifica doar un lant polipeptidic (o singura proteina). Procariotele au mARN policistronic.

La sfarsitul asamblarii AA in lantul polipeptidic, molecula de mARN, prin unul din codonii terminali, semnalizeaza ribozomului ca polipeptidul este complet. Ribozomul elibereaza apoi proteina produsa. La pk dupa acest moment poate sa urmeze informatia pentru inceperea sintezei unei proteine diferite in aceeasi molecula de mARN.

Daca un anticodon tARN este CAA care este codonul mARN corespunzator? Care aminoacid este codificat de acest codon in codul genetic?

Corespunzator regulii A-U, C-G, anticodonului CAA ii corespunde codonul GUU.

Tabelul cu codul genetic pentru translatie contine codoni si nu anticodoni. AA codificat de GUU, dupa codul genetic, este valina.

Daca un fragment de acid nucleic are o secventa de nucleotide TAC inseamna ca este vorba de un codon sau de un anticodon?

Un acid nucleic care contine secventa TAC cu siguranta nu este tARN, este ADN, deoarece ARNul nu prezinta timina. Deoarece nu este ARN nu poate fi nici codon nici anticodon.

Ce intelegeti prin conceptul de universalitate a codului genetic? Exista si exceptii?

Codul genetic este universal deoarece regulile de codificare a proteinelor bazate pe codonii mARN sunt practic aceleasi la toate fiintele vii cunoscute. De exemplu, codul genetic este acelasi la om, bacterii si nevertebrate.

Insa sinteza proteica in mitocondrii, cloroplaste si unele protozoare este realizata printr-o codificare genetica diferita.

Cum se aplica universalitatea codului genetic in tehnologia ADN-ului recombinant?

Universalitatea codului genetic se refera la faptul ca toate fiintele vii realizeaza sinteza proteica pe baza acelorasi principii de conservare, transmitere si recunoastere de informatii, inclusiv translatia codonilor mARN. Acest lucru face posibil schimbul de gene sau de fragmente de gene intre organisme diferite si continuarea rolului lor in codificarea sintezei proteice, in cadrul organismului unde au fost transferate.

Astfel, se poate realiza insertia unui fragment de ADN uman care contine o gena pentru producerea unei anumite proteine, in materialul genetic al unei bacterii. Deoarece transcriptia si translatia la bacterii se fac in acelasi mod ca la om, bacteria respectiva va incepe sa sintetizeze proteina umana corespunzatoare fragmentului de ADN inserat. Astfel se realizeaza, de exemplu, o productie industriala de insulina (pentru pacienti diabetici) care este sintetizata de bacterii cu ADN modificat. Daca codul genetic nu ar fi fost universal valabil, astfel de manipulari genetice nu ar fi fost posibile, sau ar fi foarte greu de realizat in lipsa unor progrese tehnologice noi.

(Bio)Sinteza proteinelor la eucariote (schematic)

Procesul – reprezentat animat il puteti gasi pe Internet la adresa:

https://learningobjects.wesleyan.edu/proteinsynthesis/

Sinteza proteinelor este procesul prin care celulele formeaza proteine. Este un proces care are mai multe etape, el incepe cu sinteza AA si transcriptia ADN nuclear in mARN (sau ARNm, se folosesc ambele variante), apoi acesta (mARN) este folosit pentru translatie.

ADN-ul este transcris in mai multe variante intermediare de ARN. Ultima varianta este folosita ca matrita pentru sinteza lantului polipeptidic.

Sinteza AA: AA sunt monomerii care sunt polimerizati pentru a produce proteine. Sinteza AA este grupul de procese biochimice (cai metabolice) care sintetizeaza aminoacizii (AA) din surse de carbon, cum este de exemplu glucoza.

Multe organisme au capacitatea de a sintetiza doar o parte dintre AA de care au nevoie. Omul adult, de exemplu, trebuie sa obtina din hrana 10 din cei 20 de AA esentiali.

Transcriptia

Prin transcriptie se obtine un lant de mARN, acesta a avut ca matrita o catena din ADNul dublu-catenar. Transcriptia se poate imparti in 3 etape: initierea, elongarea si terminarea, fiecare este reglata de un numar mare de proteine cum sunt factorii de transcriptie care asigura ca o anumita gena sa fie transcrisa.

Catena de ADN este citita in directia 3’ 5’, iar mARN este transcris in directia 5’ 3’ de catre enzima ARN polimeraza.

Transcriptia se desfasoara in nucleu, unde se gaseste ADNul. ADNul are o structura dublu helicoidala formata din zaharuri (pentoze) si acid fosforic legati prin baze. Intre zaharuri si acidul fosforic se gasesc legaturi covalente. ADNul este clivat in doua, cum am deschide un fermoar, de catre enzima helicaza, lasand un lant monocatenar de nucleotide deschis pentru a fi copiat. Enzima ARN polimeraza citeste catena de ADN incepand cu capatul 3’ catre capatul 5’, in timp ce sintetizeaza in directia 5’ 3’ o singura catena de mARN. Structura generala a ARN este foarte similara cu a ADNului, dar in ARN Uracilul ia locul Timinei din ADN. Catena unica de mARN paraseste nucleul prin porii nucleari si migreaza in citoplasma.

Primul produs al transcriptiei este diferit la celulele ek fata de cele pk, intrucat la acestea din urma produsul obtinut este mARN, care nu necesita nici o modificare post-transcriptionala, pe cand la celulele ek, primul produs este numit ARN transcris primar, care necesita modificari post-transcriptionale pentru a genera ARN heterogen nuclear (ARNhn). hnARN contine secvente informationale (exoni) si secvente non-informationale (introni). Sub actiunea spliceozomilor, are loc indepartarea intronilor, printr-un proces numit clivare si imbinare cap la cap (splicing), si astfel este produs ARN matur.

Translatia

Sinteza proteinelor este cunoscuta sub numele de translatie. Translatia are loc in citoplasma, unde sunt localizati ribozomii. Ribozomii sunt formati dintr-o subunitate mica si o subunitate mare care inconjoara mARNul. In timpul translatiei, mARNul este decodificat pentru a se obtine un polipeptid specific, in conformitate cu regulile specificate de codul genetic. Acesta foloseste o secventa de mARN ca matrita pentru a dirija sinteza unui lant de AA care formeaza o proteina. Translatia se desfasoara in 4 etape: activarea, initierea, elongatia si terminarea (toate descriu cresterea lantului de AA, sau a polipeptidului care este produsul translatiei).

Activarea: AA corect este cuplat la tARN corespunzator. Desi acest lucru nu este o etapa propriu-zisa a procesului de translatie, ea este necesara pentru ca translatia sa inceapa. AA este atasat prin gruparea sa carboxil la gruparea OH din pozitia 3’ a tARN. Cand tARN are un AA legat pe el, se mai spune ca este „incarcat”.

Initierea se face atunci cand subunitatea mica a ribozomului se leaga la capatul 5’ al mARN cu ajutorul factorilor de initiere (IF) si a altor proteine specifice are intervin in acest proces.

Elongatia se realizeaza cand urmatorul tARNincarcat (care este la rand) se leaga la ribozom impreuna cu GTP si un factor de elongare. Elongatia continua pana cand ribozomul ajunge in dreptul unui codon stop. In acel moment, la situsul A al ribozomului se leaga un factor de eliberare, care determina eliberarea lantului proteic de la nivelul ribozomului. Ribozomul se desprinde de mARN si disociaza in cele 2 subunitati.

Evenimente care urmeaza translatiei

Inainte de a fi livrate catre destinatiile lor finale, polipeptidele nou sintetizate sufera o serie de modificari la nivelul RE: formarea de legaturi disulfidice; plierea; aditia si procesarea resturilor glucidice; clivajul proteolitic; asamblarea in proteine multimerice.

Complexul (sau aparatul) Golgi

Completati spatiile libere din textul de mai jos:

Aparatul Golgi este compus dintr-o serie de 3-7 saci membranari (cisterne), de forma curbata; fiecare cisterna are un diametru de 0,5-1µm si este marginita de o membrana neteda, creand astfel lumenul aparatului Golgi. Complexul Golgi este polarizat: are o fata convexa (cis) si una concava (trans). Deoarece fata cis este orientata spre nucleu si RE, iar fata trans catre membrana plasmatica, cisternele pot fi impartite in cis, mediane si trans. Multe dintre veziculele care insotesc AG sunt de asemenea polarizate: veziculele mici sau de transport (50 nm diametru) sunt asociate cu fata cis, iar veziculele mari sau secretorii (0,5 µm diametru) cu fata trans. Fata trans este asociata cu reteaua trans-Golgi (TGN).    

Se observa la ME un complex format din vezicule aplatizate, unimembranare, care adesea sunt suprapuse, la periferia acestora iau nastere vezicule printr-un proces de strangulare. Unele dintre ele devin macrovezicule in care se concentreaza produsi de secretie. Care este structura observata si care este functia sa biologica?

Structura observata este complexul Golgi sau aparatul Golgi. Acest organit este asociat cu depozitarea si concentrarea proteinelor sintetizate de RE rugos, maturarea si transferul lor in citoplasma. Veziculele vazute la ME contin material deja procesat, gata de export (secretie celulara). Macroveziculele se formeaza prin inmugurire din sacii aplatizati, apoi migreaza in citoplasma, transformandu-se in vezicule secretorii. Dupa ce fuzioneaza cu membrana plasmatica, secreta substantele continute la exterior.

Una dintre implicatiile majore ale procesului de glicozilare desfasurat in AG este prezenta grupelor sangvine ale sistemului AB0. Ce sunt antigenele[‡] de grup sangvin care pot declansa reactii imune fatale si ce importanta au ele in realizarea transfuziilor de sange?

Sunt oligozaharide atasate glicoproteinelor sau glicolipidelor de pe suprafata eritrocitelor (= hematii sau globule rosii).

In cazul transfuziilor trebuie respectata compatibilitatea dintre grupele sangvine ale donatorului si primitorului, altfel se declanseaza reactii imune cu consecinte grave, chiar letale asupra primitorului.

Lizozomii

Care sunt organitele celulare care indeplinesc functia de digestie celulara? Care este structura lor biochimica?

Lizozomii sunt organitele celulare implicate in digestia celulara. Lizozomii au un continut bogat in enzime hidrolazice[§]. Fosfataza acida (enzima hidrolazica) reprezinta enzima “marker” pentru lizozomi.

RE rugos este implicat in sinteza proteinelor enzime, care vor forma matricea lizozomala, iar complexul Golgi realizeaza maturarea enzimelor si genereaza membrana. O mare parte din macroveziculele desprinse din complexul Golgi sunt lizozomi primari.

Ce este digestia extracelulara?

Digestia extracelulara se desfasoara in spatiul extracelular, este procesul in care nutrientii sunt degradati in molecule utile care pot fi internalizate de catre celule. Pentru aceasta celulele secreta substante care degradeaza moleculele mari in molecule mai mici in mediul extern. Ulterior celulele pot beneficia de pe urma acestor produsi de digestie.

Functiile lizozomilor (pe scurt)

Lizozomii sunt organitele celulare care indeplinesc functia de digestie celulara.

Datorita enzimelor pe care le contin, ei transforma substantele macromoleculare preluate prin endocitoza, dar si propriile molecule celulare (autodigestie), in componentele de baza ale materiei vii (AA, monozaharide).

Lizozomii digera si microorganismele patrunse in celula, realizand astfel apararea celulei si implicit participa la apararea organismului. Lizozomii sunt principalele organite celulare ale macrofagelor, leucocitelor polimorfonucleare, monocitelor etc. (celule cu functie de aparare a organismului).

Lizozomii participa la procesele de autoregenerare a tesuturilor. Celulele imbatranite, care nu mai pot indeplini functii celulare, sunt supuse unui proces de autoliza celulara. Autoliza celulara este realizata de proprii lizozomi care isi pierd membranele care ii delimiteaza si isi revarsa continutul enzimatic in celula. Celula se autodistruge. Procesul este repetat in proportii mai mici, cand se produce autoregenerarea unor componente celulare (organite imbatranite).

Digestia celulara se poate realiza prin 2 mecanisme: (a) digestia localizata si (b) autoliza. Ce stiti despre digestia localizata?

Digestia localizata este un proces care se desfasoara cand continutul enzimatic al lizozomilor este eliberat in diferite compartimente ale aparatului vacuolar (fagozomi, autozomi etc). In functie de natura materialului continut in aparatul vacuolar, digestia localizata poate fi:

heterofagie – se digera substante exogene inglobate in celula;

autofagie – digestia sunstantelor endogene celulare.

Heterofagia: endocitoza T vacuole numite heterofagozomi. Acestia sunt purtati prin intermediul curentilor citoplasmatici pana in apropierea lizozomilor primari. Prin contactul membranei heterofagozomului cu membrana lizozomala, enzimele continute in lizozomii primari sunt activate, datorita schimbului de informatii dintre cele doua formatiuni intracelulare. Se formeaza lizozomii secundari. Disparitia membranelor dintre lizozomul secundar si heterofagozom, prin fuzionare, da nastere la o noua formatiune vacuolara heterofagolizozom. Degradarea locala se desfasoara in cadrul limitat al membranelor heterofagolizozomului si se numeste „heterofagie”, iar produsele de degradare nedigerate rezultate se numesc „corpi reziduali”.

Autofagia este procesul prin care celulele isi degradeaza propriile organite celulare imbatranite. Procesul se desfasoara in zona in care s-a produs disfunctia organitului celular. Organitele celulare imbatranite sunt inconjurate de saculi membranosi care cuprind si putina citoplasma, formand „autofagozomul”. Procesul se numeste sechestratie. Lizozomul primar vine in contact cu autofagozomul. El se transforma in lizozom secundar prin activarea enzimelor sub influenta autofagozomului. Membranele celor doua formatiuni intracitoplasmatice fuzioneaza si se formeaza „autofagolizozomul”. Digestia incepe prin fuzionarea lizozomului cu autofagozomul. In urma procesului de digestie celulara rezulta reziduri nedigerate si enzime lizozomale active. Autofagolizozomul poate participa si la alte forme de digestie autofagozomala, pana la epuizarea echipamentului enzimatic.   

Exista numeroase tipuri de patologii lizozomale cu cauze ereditare sau provocate de factori de mediu. Ce este azbestoza?

Azbestoza este o boala in care particule mici de azbest[**] sunt inhalate in plamani si internalizate catre macrofage , fara a fi insa distruse. Aceste particule microfibrilare determina eliberarea hidrolazelor lizozomale acide din macrofage, insotita de inflamatia acuta a tesuturilor; dupa o expunere prelungita apar probleme severe de respiratie.

Peroxizomii

Ce sunt peroxizomii si ce functie indeplinesc in celula?

Peroxizomii sunt vezicule unimembranare cu un diametru de aproximativ 0,5 µm. Ei contin catalaza, D-aminoacid oxidaza, urat oxidaza si alte enzime oxidative. Functie: participa la oxidarea anumitor substante nutritive.

Mitocondria

Ce sunt mitocondriile?

Mitocondriile sunt organite specializate pentru producerea energiei necesare desfasurarii activitatilor celulare (metabolism, miscare etc) (de unde si numele organitului de „uzina energetica a celulei”).

Schema organizarii morfologice a mitocondriei, reprezentare 3-D. Completati legenda de pe desenul de mai jos:

Ce este respiratia celulara?

Respiratia celulara este procesul in care din molecule organice (in special glucoza) si oxigen se produce CO₂ si energie. Energia este inmagazinata in compusul adenozintrifosfat (ATP) si este folosita ulterior in alte reactii metabolice celulare.

Prima etapa a respiratiei celulare este glicoliza si se desfasoara in citosol.

In mitocondrii au loc ultimele doua etape ale respiratiei celulare: ciclul acizilor tricarboxilici (ciclul acidului citric sau ciclul Krebs) si transferul de electroni la nivelul lantului respirator (numit si lant transportor de electroni).

Completati tabelul de mai jos cu denumirea proceselor corespunzatoare ecuatiilor din coloana din stanga:

Ce intelegeti prin fosforilare oxidativa si cum se aplica acest proces la mitocondrie?

Atunci cand o molecula pierde ioni de hidrogen sau electroni se oxideaza, iar cand accepta, se reduce. Fosforilarea oxidativa este procesul prin care o molecula pierde ioni de hidrogen, simultan cu cedarea unei grupari fosfat catre o alta molecula.

La mitocondrie: in desfasurarea ciclului Krebs, ionii de hidrogen sunt donati catre doua molecule transportoare. Dupa ce accepta electroni, NAD se transforma in NADH, iar FAD in FADH2. Electronii sunt transferati chimic catre lantul transportor de electroni, aflat la nivelul cristelor mitocondriale. Pompele de protoni transfera hidrogenul de pe o parte a membranei pe alta, creand astfel un gradient, cu o concentratie ridicata de ioni de hidrogen in spatiul intermembranar.

Care sunt componentele majore ale lantului transportor de electroni (sau respirator) aflat la nivelul cristelor mitocondriale?

Componentele majore ale lantului transportor de electroni sunt complexele NADH dehidrogenaza, citocromul b-c₁, citocrom oxidaza si moleculele transportoare ubiquinona (coenzima Q) si citocromul c.

(Desen-schema:

)

Ce sunt citocromii?

Sunt proteine transportoare de electroni care contin grupari porfirinice cu fier. Toti citocromii sufera tranzitii reversibile de valenta Fe(II)-Fe(III) .

In 1961, Peter Mitchell[‡‡] a propus ipoteza chimio-osmotica pentru cuplarea proceselor de transport de electroni si sinteza de ATP, care contine legaturi fosfat de inalta energie. Ce puteti spune despre aceasta teorie?

Prin parcurgerea reactiilor de glicoliza si a ciclului Krebs de catre macromoleculele nutritive se genereaza la nivelul coenzimelor NADH si FADH₂ electroni de inalta energie.

Coenzimele sunt transportate printr-o serie de reactii redox in lantul transportor de electroni din membrana interna si energia este eliberata treptat pentru pomparea protonilor prin membrana. Astfel se genereaza un gradient electrochimic protonic la nivelul membranei interne mitocondriale.

Enzima ATP-sintaza, legata de membrana, utilizeaza fluxul de protoni pentru sinteza de ATP din ADP, prin adaugarea unei grupari fosfat, realizand astfel cuplarea chimio-osmotica dintre fluxul de protoni si sinteza chimica a ATP.

Diferitele reactii intracelulare pot fie sa utilizeze energie (prin urmare ATP este convertit in ADP, cu eliberarea unei legaturi fosfat incarcate energetic), fie sa o reduca (prin siteza de ATP din ADP).

Ce stiti despre ATP sintaza?

Ce efecte are cianura asupra respiratiei celulare?

Cianura este o otrava care inhiba ultimul citocrom al lantului respirator, intrerupand formarea de ATP si astfel ducand la moartea celulei.

Ce este anoxia?

Anoxia este o situatie in care nu exista oxigen disponibil in celula. Fara oxigen lantul respirator se opreste, nu se produce ATP, celula nu obtine energie si moare.

Anoxia poate fi cauzata de insuficienta pulmonara (de exemplu in caz de inec sau leziuni pulmonare majore), obstructii sau deficiente ale circulatiei sangvine tisulare (ateroscleroza arterelor coronare care iriga miocardul, stop cardiac), prin hemoliza (liza globulelor rosii (hematiilor)), sau stari patologice legate de hemoglobina.

Ce este ipoteza endosimbionta?

Ipoteza endosimbionta afirma ca unele organite celulare (mitocondrii si cloroplaste) au luat nastere prin incorporarea cu ~ 1,5 miliarde de ani in urma, a unor bacterii fotosintetice sau nonfotosintetice in celule eucariote ancestrale, urmata de replicarea lor in citoplasma celulelor gazda.

Ce stiti despre genomul mitocondrial?

Este mic; deviaza de la codul genetic universal (unii codoni au semnificatie diferita); transmiterea genetica a genelor se face intr-o maniera non-mendeliana (la mamifere mostenirea este uniparentala – materna). Analiza ADN-ului mitocondrial sugereaza originea africana a speciei umane si rutele de migratie a popoarelor.

Ce este apoptoza?

Apoptoza sau moartea celulara programata presupune participarea activa a celulei la propria sa moarte (sinucidere celulara), prin activarea unui program genetic.

Apoptoza este implicata in procese normale (cum sunt organogeneza, in mentinerea homeostaziei tisulare si in imunitate), dar si in multe stari patologice (ex. cresterea nr de celule apoptotice in boala Parkinson; in acelasi timp scaderea ritmului apoptozei poate conduce la cancer).

Ce este necroza?

Necroza este un mod pasiv de moarte celulara.

Enumerati cauzele principale care pot declansa apoptoza.

1. Moartea celulara programata este necesara pentru dezvoltarea normala (exemple: indepartarea endometrului uterin la inceputul menstruatiei se face prin apoptoza, resorbtia cozii mormolocilor de broasca in timpul metamorfozei etc.)
2. Moartea celulara programata intervine in distrugerea celulelor care reprezinta o amenintare pentru integritatea organismului (de exemplu: limfocitele T citotoxice omoara celulele infectate viral prin inducerea apoptozei lor)

Mentionati unul din mecanismele efectorii ale apoptozei.

Caspazele (proteazele mortii) sunt o familie de proteaze cisteinice initiatoare si efectoare. Un mecanism de control al activarii caspazelor de initiere ar putea implica blocarea interactiunii dintre pro-caspaze si activatorii lor.

In incheiere: