PEROKSYSOMY: CHARAKTERYSTYKA, FUNKCJE, BUDOWA, BIOGENEZA - BIOLOGIA - 2026

W Peroksysomy , znane również jako microbodies są małymi organelli, bardzo podobnych do lizosomów, które są zawieszone w cytozolu większości eukariotycznych komórek.

Tak jak ludzkie ciało ma narządy, które pełnią różne funkcje, aby utrzymać je przy życiu, tak i komórki je posiadają i są one tym, co nazywamy „organellami” lub „organellami”.

Schemat komórki drobnoustroju przedstawiającej peroksysom (peroksysom), mitochondrium (mitochondriom) i jądro (jądro) (źródło: CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) przez Wikimedia Lud)

Tak jak serce pompuje krew do reszty ciała, tak nos i płuca są wykorzystywane do oddychania, żołądek otrzymuje pożywienie i rozpoczyna jego trawienie, a mózg jest odpowiedzialny za koordynację wszystkiego (aby podać kilka przykładów). Organelle są niezbędne dla wielu funkcji komórek.

Wśród niektórych organelli komórkowych są peroksysomy, które zostały opisane w 1960 roku przez Christiana René de Duve, tego samego badacza, który opracował techniki frakcjonowania subkomórkowego w celu oddzielenia różnych organelli komórkowych na podstawie ich gęstości.

de Duve w 1974 r. podzielił się Nagrodą Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny z Albertem Claude i George'em Palade dzięki ich pracy z tymi technikami i odkryciu peroksysomów.

Nazwa tych organelli wywodzi się z wewnętrznej produkcji nadtlenku wodoru (H ₂ O ₂ ), produktu ubocznego zachodzących w nich reakcji utleniania i redukcji, potencjalnie toksycznego dla komórek (może reagować z wieloma innymi cząsteczkami ), więc szybko ulega degradacji.

W komórce w cytozolu może „pływać” do 500 peroksysomów, ale liczba i wielkość tych organelli zależy nie tylko od typu danej komórki, ale od jej stanu fizjologicznego i otaczającego ją środowiska.

Ogólna charakterystyka peroksysomów

Istnieje wiele cech, które mają peroksysomy, które sprawiają, że są one podobne do innych organelli komórkowych, a jednocześnie bardzo różne. Oto krótka lista najważniejszych:

- Są to małe organelle otoczone prostą membraną, która oddziela je od reszty cząsteczek i organelli w cytozolu.

- Duża część tego, co się w nich znajduje, zwłaszcza białka i enzymy, jest syntetyzowana w cytozolu komórki, do której należą za pomocą wolnych rybosomów, które są kompleksami białkowymi zdolnymi do pośredniczenia w translacji informacyjnego RNA (mRNA ) z jądra i pochodzi z transkrypcji danego genu.

- Nie mają własnego genomu, to znaczy wewnątrz nie ma DNA ani mechanizmu niezbędnego do jego przetwarzania (na przykład replikacja, transkrypcja i translacja).

- Mnoży się je przez dzielenie.

- Wewnątrz można znaleźć do 50 różnych enzymów trawiennych i ich produktów ubocznych (niebezpiecznych dla komórek).

- Ich rozmiar i liczba mogą się znacznie różnić w zależności od komórki, ponieważ zależą od warunków wewnątrzkomórkowych (są indukowalne) i typu komórki.

cechy

Peroksysomy pełnią różne funkcje w komórce, wiele z nich związanych jest z enzymami, które są w komórce.

- Reakcje oksydacyjne

Wiele reakcji utleniania-redukcji zachodzi wewnątrz peroksysomów, czyli wymiany elektronów między jednym związkiem a drugim, na ogół katalizowanej przez białka o aktywności enzymatycznej (enzymy).

Te reakcje utleniania-redukcji w peroksysomach zwykle powodują powstanie nadtlenku wodoru (H ₂ O ₂ ), związku szkodliwego dla komórek.

Jednak wewnątrz peroksysomów znajduje się enzym zwany katalazą, który jest odpowiedzialny za rozkładanie nadtlenku wodoru do postaci wody lub wykorzystanie go do utleniania innych związków.

Zdolność do powstrzymywania tych reakcji wewnątrz jest ściśle związana z innymi funkcjami, które pełnią te organelle komórkowe, ponieważ metaboliczna degradacja wielu cząsteczek implikuje ich utlenianie.

Bez reakcji utleniania peroksysomów nagromadzenie związków, takich jak na przykład długołańcuchowe kwasy tłuszczowe, mogłoby spowodować znaczne uszkodzenie komórek nerwowych w mózgu.

- metabolizm energetyczny

Peroksysomy uczestniczą w produkcji ATP, która jest główną „walutą” energetyczną komórki.

Jednym ze sposobów, w jaki to robią, jest rozkład kwasów tłuszczowych (z których zbudowane są tłuszcze i wiele lipidów), trawienie etanolu (rodzaj alkoholu) i aminokwasów („cegiełek” tworzących białka) i tak dalej.

W komórkach zwierzęcych większość kwasów tłuszczowych ulega degradacji w mitochondriach, a niewielka część jest przetwarzana w peroksysomach, ale w drożdżach i roślinach funkcja ta jest praktycznie wyłączna dla peroksysomów.

- Biosynteza

Peroksysomy działają również w produkcji cząsteczek wchodzących w skład błon komórkowych. Cząsteczki te są znane jako plazmalogeny i są bardzo ważnym rodzajem lipidów w mózgu i komórkach serca (serca) ludzi i innych ssaków.

Innymi lipidami syntetyzowanymi w peroksysomach i przy udziale retikulum endoplazmatycznego (kolejnej bardzo ważnej organelli komórkowej) są cholesterol i dolichol, niezbędne do funkcjonowania komórek.

Na przykład u wielu ssaków peroksysomy komórek wątroby uczestniczą również w syntezie kwasów żółciowych, które pochodzą z cholesterolu i są bardzo potrzebne do trawienia tłuszczów zawartych w pożywieniu, które są przetwarzane w żołądku, a następnie w jelicie cienkim.

Struktura

Peroksysomy są błoniastymi organellami, ale w przeciwieństwie do błon obserwowanych w innych organellach, takich jak mitochondria i chloroplasty, mają na przykład pojedynczą membranę, a nie system podwójnej membrany.

Jego wygląd nie jest stały, to znaczy może się zmieniać. Jednak są to zwykle organelle kuliste, które mają średnią średnicę od 0,2 do 1 μm, czyli jedną milionową metra.

Podstawowy schemat budowy peroksysomu (źródło: Thuresson / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) via Wikimedia Commons)

Gdy nie mają one kształtu kulistego, można je postrzegać jako małe kanaliki o różnych rozmiarach, które są ze sobą połączone (z pewnością są to podzielone peroksysomy).

Często mają krystaliczne centrum lub jądro, które naukowcy opisują w ten sposób, jak patrzą na nie pod mikroskopem, prawdopodobnie w wyniku ogromnej ilości białka w ich wnętrzu.

Biogeneza (pochodzenie)

Chociaż peroksysomy nie zawierają wewnątrz DNA, to znaczy nie mają własnego genomu, można je podzielić przez pączkowanie lub rozszczepienie.

Proces ten zależy od ilości białek i materiałów do budowy nowych membran, którymi dysponują, a które są „importowane” z cytozolu.

Ci, którzy uczestniczą?

Retikulum endoplazmatyczne jest odpowiedzialne zarówno za syntezę fosfolipidów tworzących błonę peroksysomów, jak i za syntezę niektórych jej białek, poprzez powiązane z nią rybosomy.

Większość białek tłumaczą rybosomy (faktycznie obecne w cytozolu jako „wolne poliryboosomy”). Białka te mogą dostać się do wnętrza peroksysomów tylko wtedy, gdy mają specjalną etykietę lub „znak”.

Bez tych znaków białka nie mogą być rozpoznawane przez inne białka na błonie peroksysomów i dlatego nie mogą przez nie przejść.

Tak więc, jeśli rybosomy przyczepione do szorstkiej retikulum endoplazmatycznego (RER) i te, które są wolne w cytozolu „wysyłają” wystarczającą ilość materiału do peroksysomów, mogą podzielić się na dwie części.

Peroksysomy w komórkach zwierzęcych

Komórki zwierzęce mają wiele peroksysomów i lizosomów, podobnych organelli, które są odpowiedzialne za „recykling” innych organelli i różnych typów cząsteczek o różnej wielkości.

Na przykład komórki niektórych zwierząt (ale nie ludzkich) zawierają peroksysomy zdolne do rozkładania kwasu moczowego, który na ogół jest produktem przemiany materii bogatym w azot, którego nagromadzenie we krwi może mieć szkodliwe skutki.

„Dziwne” funkcje

Oprócz wszystkich funkcji wymienionych powyżej, peroksysomy pełnią bardzo szczególne funkcje u niektórych zwierząt. Na przykład świetliki i inne owady używają enzymu w peroksysomach swoich komórek, aby znaleźć partnerów, a w niektórych przypadkach, aby zlokalizować swój pokarm.

Ten enzym jest znany jako lucyferaza. Lucyferaza pomaga samcom wytwarzać jasny „błysk” światła, który może być zielony lub żółty i który służy do przyciągania samic tego samego gatunku.

Czas trwania każdego błysku i interwał, w którym się pojawiają, są specyficzne dla każdego gatunku, dzięki czemu samice mogą odróżnić samce w ciemności nocy. U niektórych gatunków samica również wytwarza błysk, a u innych emituje światło, które przyciąga samca do jego zjedzenia.

Zmodyfikowane peroksysomy

Tak jak rośliny posiadają glioksysomy, które są rodzajem peroksysomów wyspecjalizowanych w określonym szlaku metabolicznym, tak niektóre komórki zwierzęce posiadają zmodyfikowane peroksysomy.

Kinetoplastydy, grupa pasożytów, które wywołują różne choroby u ludzi i innych zwierząt, mają rodzaj „zmodyfikowanego peroksysomu” zwanego glikosomem.

Glikosomy otrzymały tę nazwę, ponieważ zawierają enzymy niezbędne do przetwarzania glukozy (enzymy glikolityczne), a także inne enzymy, które biorą udział w innych szlakach metabolicznych w celu uzyskania energii.

Peroksysomy w komórkach roślinnych

Komórki roślinne zawierają również peroksysomy, które pełnią bardzo ważne funkcje dla funkcjonowania roślin, oprócz funkcji, które są wspólne z funkcjami peroksysomów innych typów komórek.

- Cykl glioksylanowy

Na przykład w nasionach peroksysomy ich komórek są odpowiedzialne za przekształcanie zmagazynowanych tłuszczów w węglowodany, które są surowcem niezbędnym do rozwoju kiełkującej sadzonki.

Proces, w którym peroksysomy roślinne pełnią tę funkcję, jest znany jako cykl glioksylanowy, który jest uważany za wariant cyklu Krebsa, dlatego w niektórych tekstach peroksysomy te są określane jako glioksysomy.

- Fotooddychanie

U roślin organelle te biorą również udział w procesie zwanym fotooddychaniem, który składa się ze ścieżki metabolicznej „przeciwnej” do fotosyntezy, ponieważ tlen nie jest wytwarzany, ale jest raczej zużywany, a dwutlenek węgla jest uwalniany bez uzyskania ATP. .

Pomimo powyższego proces ten jest również nazywany „odzyskiem węgla”, ponieważ peroksysomy otrzymują z chloroplastów (innych organelli komórek roślinnych) związek chemiczny zwany glikolanem, który przekształcają w inny związek zwany glicyną ( aminokwas).

Glicyna wytwarzana w peroksysomach roślinnych jest transportowana do mitochondriów (organelli, w których zachodzi oddychanie i synteza dużych ilości ATP). W mitochondriach glicyna jest przekształcana w serynę, inny aminokwas, który jest zawracany do peroksysomu.

Seryna znajdująca się w peroksysomie jest przekształcana w glicerynian i stamtąd ponownie przesyłana do chloroplastu. Cały ten proces nie prowadzi do produkcji energii, ale prowadzi do wykorzystania atomów węgla, które są przyłączone do glikolanu.

Choroby peroksysomów

Istnieją różne rodzaje „zaburzeń” związanych z peroksysomami. Ogólnie rzecz biorąc, zaburzenia te mają związek z mutacjami w genach, które biorą udział w biogenezie tych organelli lub nawet w genach kodujących enzymy lub białka transportowe.

Ponieważ mają one komponent genetyczny, te zaburzenia są zwykle wrodzone (są dziedziczone od rodziców do dzieci) i mogą mieć umiarkowane lub poważne konsekwencje, w zależności od przypadku.

Zespół Zellwegera

Zespół ten, choć rzadki, obejmuje niektóre z najcięższych schorzeń. Charakteryzuje się całkowitym brakiem lub znacznym zmniejszeniem liczby chromosomów w komórkach organizmu.

Mutacje genetyczne powodujące ten zespół powodują także gromadzenie się związków bogatych w pierwiastki takie jak żelazo i miedź oraz bardzo długołańcuchowych kwasów tłuszczowych we krwi i innych tkankach, takich jak wątroba, mózg i nerki.

Jakie są konsekwencje?

Małe dzieci dotknięte tym zespołem rodzą się zwykle z deformacjami twarzy (twarzy) i niektórymi niepełnosprawnościami intelektualnymi. Mogą cierpieć na problemy ze wzrokiem i słuchem, a także z problemami żołądkowo-jelitowymi i wątrobowymi, dlatego zwykle nie żyją dłużej niż rok.

Inne powiązane zespoły

Istnieją inne choroby związane z defektami peroksysomów. Należą do nich noworodkowa adrenoleukodystrofia (NALD, noworodkowa adrenoleukodystrofia) i choroba refluksowa wieku dziecięcego.

Obie choroby charakteryzują się późnym początkiem objawów, które zwykle obserwuje się w dzieciństwie, dzięki czemu pacjenci mogą przeżyć do wczesnej dorosłości.

Bibliografia

1. Brytyjskie Towarzystwo Biologii Komórki. (nd). Pobrano 13 kwietnia 2020 r. Ze strony www.bscb.org/learning-resources/softcell-e-learning/peroxisome/.
2. Cooper, GM i Hausman, RE (2004). Komórka: podejście molekularne. Medicinska naklada.
3. De Duve, CABP i Baudhuin, P. (1966). Peroksysomy (mikrociała i pokrewne cząsteczki). Physiological reviews, 46 (2), 323–357.
4. Encyklopedia Britannica Redakcja. (2014). Encyclopaedia Britannica. Pobrano 13 kwietnia 2020 r. Ze strony www.britannica.com/science/peroxisome.
5. Hu, J., Baker, A., Bartel, B., Linka, N., Mullen, RT, Reumann, S. i Zolman, BK (2012). Peroksysomy roślinne: biogeneza i funkcja. The Plant Cell, 24 (6), 2279-2303.
6. Lazarow, PB i Fujiki, Y. (1985). Biogeneza peroksysomów. Coroczny przegląd biologii komórki, 1 (1), 489-530.
7. Roels, F., Baes, M. i Delanghe, S. (red.). (2012). Zaburzenia peroksysomalne i regulacja genów (tom 544). Springer Science & Business Media.
8. Van den Bosch, H., Schutgens, RBH, Wanders, RJA i Tager, JM (1992). Biochemia peroksysomów. Coroczny przegląd biochemika.