Charakterystyka, lokalizacja, funkcje i struktura peroksysomów



The peroksysomy są to kuliste organelle komórkowe o średnicy w przybliżeniu 0,2 do 1,0 μm, otoczone membraną. Znajdują się one w komórkach zwierzęcych i roślinnych i zawierają niezbędne enzymy dla szlaków metabolicznych związanych z procesami utleniania biocząsteczek (aminokwasów i kwasów tłuszczowych) lub substancji toksycznych (alkohol)..

Enzymy biorące udział w tych procesach są nazywane oksydazami, które są również zaangażowane w drogi syntezy. Peroksysomy mają specjalny enzym: katalazę, dzięki której są w stanie wyeliminować nadtlenek wodoru (H2O2), który jest produktem wtórnym spowodowanym degradacją substancji toksycznych.

Zauważ, że ta potencjalnie szkodliwa substancja pochodzi i jest usuwana w tej samej organelli, więc komórka nigdy nie jest narażona na ten związek. Peroksysomy zostały odkryte w 1954 roku przez szwedzkiego Johannesa Rhodina, badając morfologię nerek w mysich. Początkowo nazywano je mikro-ciałami.

Później, w 1966 r., Grupa badaczy opisała właściwości biochemiczne nowej organelli i nadała jej nazwę peroksysomu, ze względu na produkcję i degradację2O2.

Indeks

  • 1 Ogólna charakterystyka i lokalizacja
    • 1.1 Różnorodność peroksysomów
  • 2 Funkcje
    • 2.1 Degradacja kwasów tłuszczowych
    • 2.2 Degradacja produktów toksycznych
    • 2.3 Synteza biomolekuł
  • 3 Peroksysom w roślinach
    • 3.1 Glioksysomy
    • 3.2 Fotooddychanie
  • 4 Struktura
  • 5 Pochodzenie
  • 6 referencji

Ogólna charakterystyka i lokalizacja

Peroksysomy są sferycznymi przedziałami otoczonymi pojedynczą membraną. Nie mają własnego genomu ani rybosomów przyłączonych do ich struktury, w przeciwieństwie do innych przedziałów komórkowych, takich jak mitochondria lub chloroplasty, które są otoczone odpowiednio złożonym układem dwóch lub trzech błon..

Większość komórek zwierzęcych i roślinnych ma peroksysomy. Głównym wyjątkiem są krwinki czerwone lub erytrocyty.

Enzymy zaangażowane w metabolizm oksydacyjny znajdują się w tej strukturze. Utlenianie niektórych produktów wytwarza nadtlenek wodoru, ponieważ wodory tych substratów są przenoszone do cząsteczek tlenu.

Nadtlenek wodoru jest substancją toksyczną dla komórki i musi zostać wyeliminowany. Dlatego peroksysomy zawierają enzym katalazy, który umożliwia jego przekształcenie w cząsteczki wody i tlenu.

Różnorodność peroksysomów

Peroksysomy są dość zróżnicowanymi organellami. W zależności od typu komórki i gatunku badanego mogą modyfikować skład enzymatyczny wewnątrz. W ten sam sposób mogą się zmieniać w zależności od warunków środowiskowych, na które są narażone.

Na przykład udowodniono, że w drożdżach rosnących w obecności węglowodanów peroksysomy są małe. Kiedy te organizmy rosną w środowiskach bogatych w metanol lub kwasy tłuszczowe, peroksysomy są większe do utleniania tych związków.

W protistach gatunku Trypanosoma (ten rodzaj obejmuje gatunki patogenne T. cruzi, czynnik sprawczy choroby Chagasa) i inne kinetoplasty, mają typ peroksysomu zwany glikozomą. Organelle te posiadają pewne enzymy glikolizy.

W grzybach znajduje się struktura zwana ciałem Woronina. Jest to rodzaj peroksysomu, który uczestniczy w utrzymaniu struktury komórkowej.

Podobnie, w peroksysomach niektórych gatunków występują enzymy, które są unikalne. W świetlikach peroksysomy zawierają enzym lucyferazę, który jest odpowiedzialny za bioluminescencję typową dla tej grupy coleoptera. W grzybach rodzaju Penicillium, peroksysomy zawierają enzymy biorące udział w produkcji penicyliny.

Funkcje

Ścieżki utleniania niezbędne dla komórek występują w peroksysomach. Mają ponad pięćdziesiąt rodzajów enzymów, które mogą rozkładać kwasy tłuszczowe, kwas moczowy i aminokwasy. Uczestniczą również w drogach syntezy lipidów. Następnie każda z jego funkcji zostanie szczegółowo opisana:

Degradacja kwasów tłuszczowych

Utlenianie kwasów tłuszczowych w peroksysomach zachodzi poprzez szlak metaboliczny zwany utlenianiem β, który wynika z produkcji grupy acetylowej. Jest to sprzeczne z analogiczną reakcją degradacji zachodzącą w mitochondriach, w której końcowymi produktami degradacji kwasów tłuszczowych są dwutlenek węgla i ATP.

W przeciwieństwie do komórek zwierzęcych, gdzie utlenianie β zachodzi w mitochondriach i peroksysomach, u drożdży występuje tylko w peroksysomach.

Grupy acetylowe można transportować do innych przedziałów komórkowych i włączać w szlaki biosyntezy podstawowych metabolitów.

Degradacja produktów toksycznych

Peroksysomy uczestniczą w reakcjach detoksykacji, szczególnie w wątrobie i nerkach.

Peroksysomy mogą rozkładać toksyczne substraty, które dostają się do krwiobiegu, takie jak alkohol, fenole, kwas mrówkowy i formaldehyd. Te reakcje utleniania wytwarzają nadtlenek wodoru.

Nazwa organelli wynika z produkcji tej cząsteczki. Aby go zdegradować, posiada enzym katalazy, który katalizuje następującą reakcję chemiczną, która wytwarza substancje nieszkodliwe dla komórki, wody i tlenu:

2 H2O2 -> H2O + O2

Synteza biomolekuł

W komórkach zwierzęcych synteza cholesterolu i dolicholu zachodzi w peroksysomach i retikulum endoplazmatycznym. Cholesterol jest niezbędnym lipidem niektórych tkanek. Jego obecność w błonach plazmowych determinuje jego płynność. Występuje również w osoczu krwi.

Dolichol, podobnie jak cholesterol, jest lipidem i jest obecny w błonach komórkowych, szczególnie w retikulum endoplazmatycznym.

Peroksysomy biorą również udział w syntezie kwasów żółciowych, składników żółci. Związki te pochodzą z cholesterolu. Główną funkcją żółci jest zmydlanie tłuszczów w jelitach, działając jako rodzaj detergentu.

Plazmalogeny to cząsteczki o charakterze lipidowym, charakteryzujące się obecnością wiązania typu eterowego. Lipid ten jest niezbędnym składnikiem błon komórek, które tworzą tkanki serca i mózgu. Peroksysomy uczestniczą w pierwszych dwóch etapach, które powodują powstanie tych lipidów.

Z tego powodu, gdy na poziomie peroksysomów dochodzi do pewnej niewydolności komórkowej, może ona objawiać się zaburzeniami neurologicznymi. Przykładem tych patologii jest zespół Zellwegera.

Peroksysom w roślinach

Glioksysomy

Rośliny zawierają wyspecjalizowane organelle typu peroksysomów zwane glioksysomami. Funkcja polega na przechowywaniu substancji i degradacji lipidów. Występują głównie w nasionach.

Typowa reakcja roślin występuje w glioksysomach: przekształcenie kwasów tłuszczowych w glukozę.

Ten szlak metaboliczny jest znany jako cykl glioksylanowy i jest bardzo podobny do cyklu kwasu cytrynowego. Aby osiągnąć tę konwersję, dwie cząsteczki acetylo-CoA są używane do produkcji kwasu bursztynowego, który następnie przechodzi do glukozy.

Roślina, która wyłania się z nasion, nie jest jeszcze fotosyntetycznie aktywna. Aby zrekompensować ten fakt, mogą używać tych węglowodanów z glioksysomu, dopóki roślina nie będzie mogła sama ich syntetyzować. Ten proces jest niezbędny do prawidłowego kiełkowania nasion.

Ta konwersja kwasów tłuszczowych do węglowodanów jest niemożliwa w komórkach zwierzęcych, ponieważ nie posiadają one enzymów cyklu glioksylanowego.

Photorespiration

Peroksysomy uczestniczą w procesach fotooddychania w komórkach roślinnych. Jego główną funkcją jest metabolizowanie produktów wtórnych powstających podczas procesów fotosyntezy.

Enzym rubisco (karboksylaza rybulozo-1,5-bisfosforanowa / oksygenaza) uczestniczy w utrwalaniu dwutlenku węgla. Jednak ten enzym może przyjmować tlen, a nie dwutlenek węgla. Jak wskazuje nazwa enzymu, jest to jednocześnie karboksylaza i oksygenaza.

Jednym ze związków wytwarzanych tą alternatywną drogą natleniania jest fosfoglikolan. Po przekształceniu w glikolan cząsteczka ta jest wysyłana do peroksysomu, gdzie następuje jego utlenienie do glicyny.

Glicyna może być przenoszona do mitochondriów, gdzie staje się seryną. Seryna wraca do peroksysomu i staje się gliceryna. Ten ostatni przechodzi przez chloroplast i może zostać włączony do cyklu Calvina.

Innymi słowy, peroksysomy pomagają odzyskać węgle, ponieważ fosfoglikolan nie jest użytecznym metabolitem dla rośliny.

Struktura

Peroksysomy mają bardzo proste struktury. Są otoczone pojedynczą błoną lipidową.

Ponieważ przedziały te nie posiadają żadnego rodzaju materiału genetycznego, wszystkie białka niezbędne do ich funkcji muszą być importowane. Białka, które muszą być transportowane do peroksysomów, są syntetyzowane przez rybosomy i transportowane z cytozolu do miejsca docelowego.

Znacznik wskazujący położenie określonego białka w peroksysomach charakteryzuje się tym, że zawiera sekwencję seryny, lizyny i leucyny w końcowym węglu łańcucha białkowego. Ta etykieta jest znana jako skrót PTS1 w języku angielskim, sygnał skierowany na peroksysomy 1.

Istnieją również inne etykiety, które wskazują położenie białka w peroksysomach, takie jak obecność dziewięciu aminokwasów na końcu aminowym zwanym PTS2. W ten sam sposób fosfolipidy są syntetyzowane w retikulum endoplazmatycznym i przenoszone do peroksysomu.

Są podobne do lizosomów, z wyjątkiem ich pochodzenia. Lizosomy wyrastają z systemu membranowego komórek. Peroksysomy, takie jak mitochondria i plastydy, mogą replikować przez podział. Dzięki włączeniu białek i lipidów peroksysomy mogą rosnąć i dzielić się na dwie oddzielne komory.

Pochodzenie

W przeszłości proponowano, że peroksysomy powstają w procesie endosymbiotycznym; Ten pogląd został jednak bardzo zakwestionowany.

Najnowsze dowody wykazały istnienie ścisłego związku między siateczką endoplazmatyczną a peroksysomami, co potwierdza hipotezę, że pochodzą one z siateczki.

Referencje

  1. Campbell, N. A., i Reece, J. B. (2007). Biologia. Ed. Panamericana Medical.
  2. Cooper, G. M. (2000). The Cell: A Molecular Approach. Druga edycja. Sinauer Associates
  3. Gabaldón, T. (2010). Różnorodność peroksysomów i ewolucja. Transakcje filozoficzne Królewskiego Towarzystwa B: Nauki biologiczne, 365(1541), 765-773.
  4. Lodish, H. (2005). Biologia komórkowa i molekularna. Ed. Panamericana Medical.
  5. Terlecky, S. R., i Walton, P. A. (2005). Biogeneza i biologia komórek peroksysomów w ludzkim zdrowiu i chorobie. W Biogeneza organelli komórkowych (str. 164-175). Springer, Boston, MA.
  6. Titorenko, V. I. i Rachubinski, R. A. (2004). Peroksysom: koordynowanie ważnych decyzji rozwojowych z wnętrza komórki. The Journal of Cell Biology, 164 (5), 641-645.
  7. Tortora, G. J., Funke, B. R. i Case, C. L. (2007). Wprowadzenie do mikrobiologii. Ed. Panamericana Medical.