Peroksisomer: Egenskaper, plassering, funksjoner og struktur
Peroksisomer er sfæriske cellulære organeller med en diameter på ca. 0, 2 til 1, 0 um og omgitt av en membran. De finnes i dyre- og planteceller og har de nødvendige enzymene for metabolske veier knyttet til oksidasjonsprosesser av biomolekyler (aminosyrer og fettsyrer) eller giftige stoffer (alkohol).
De enzymer involvert i disse prosessene kalles oksidaser, som også er involvert i syntetiske ruter. Peroksisomer har spesielt et enzym: katalase, som de er i stand til å eliminere hydrogenperoksid (H 2 O 2 ), som er et sekundært produkt forårsaket av nedbrytning av giftige stoffer.
Merk at dette potensielt skadelige stoffet er opprinnelig og eliminert i samme organelle, så cellen er aldri utsatt for denne forbindelsen. Peroxisomer ble oppdaget i 1954 av svenske Johannes Rhodin, mens de studerte morfologi av nyrene i murider. I utgangspunktet ble de kalt mikrolegemer.
Senere i 1966 beskrev en gruppe forskere de biokjemiske egenskapene til den nye organellen og tilkalte den navnet peroxisom, på grunn av produksjon og nedbrytning av H 2 O 2 .
Generelle egenskaper og plassering
Peroksisomer er sfæriske rom omgitt av en enkelt membran. De har ikke sitt eget genom eller ribosomer festet til deres struktur, i motsetning til andre cellulære rom, som for eksempel mitokondrier eller kloroplaster, som er omgitt av et komplekst system med henholdsvis to eller tre membraner.
De fleste dyre- og planteceller har peroksisomer. Det viktigste unntaket er røde blodlegemer eller erytrocytter.
Enzymer involvert i oksidativ metabolisme finnes i denne strukturen. Oksidasjonen av noen produkter gir hydrogenperoksid, siden hydrogenene av disse substratene overføres til oksygenmolekyler.
Hydrogenperoksid er et giftig stoff i cellen og må elimineres. Derfor inneholder peroksisomer katalaseenzymet, som gjør det mulig å omdanne til vann og oksygenmolekyler.
Mangfold av peroksisomer
Peroksisomer er ganske forskjellige organeller. Avhengig av celletype og undersøkelsesart, kan de endre den enzymatiske sammensetningen innvendig. På samme måte kan de endre seg i henhold til de miljømessige forholdene de er utsatt for.
For eksempel har det vist seg at i gjær som vokser i nærvær av karbohydrater, er peroksisomerene små. Når disse organismene vokser i miljøer rik på metanol eller fettsyrer, er peroksisomer større for å oksidere disse forbindelsene.
I protister av slekten Trypanosoma (dette slekt inkluderer den patogene arten T. cruzi, forårsakelsesagenten av Chagas sykdom) og andre kinetoplastider, har de en type peroksisom kalt glykosom. Denne organelle har visse enzymer av glykolyse.
I sopp er det en struktur kalt Woronins kropp. Dette er en type peroxisom som deltar i vedlikehold av den cellulære strukturen.
Tilsvarende er det enzymer i peroxisomer av visse arter som er unike. I ildfluer inneholder peroksisomer enzymet luciferase, som er ansvarlig for bioluminescensen som er typisk for denne gruppen av coleoptera. I sopp av slekten Penicillium inneholder peroksisomer enzymer involvert i produksjon av penicillin.
funksjoner
Oksidasjonsbaner avgjørende for celler forekommer i peroksisomet. De har mer enn femti typer enzymer som kan nedbryte fettsyrer, urinsyre og aminosyrer. De deltar også i lipidsynteseveier. Deretter vil hver av sine funksjoner beskrives i detalj:
Nedbrytning av fettsyrer
Oksidasjon av fettsyrer i peroksisomet forekommer gjennom en metabolsk vei som kalles β-oksydasjon, noe som resulterer fra produksjon av acetylgruppe. Dette er i strid med den analoge nedbrytningsreaksjonen som forekommer i mitokondriene, hvor sluttprodukter av nedbrytning av fettsyrer er karbondioksid og ATP.
I motsetning til dyreceller, hvor β-oksidasjon forekommer i mitokondriene og i peroksisomet, i gjær forekommer det bare i peroksisomer.
Acetylgrupper kan transporteres til andre cellefelt og inkluderes i biosyntesesveier av viktige metabolitter.
Nedbrytning av giftige produkter
Peroksisomer deltar i avgiftningsreaksjoner, spesielt i lever og nyrer.
Peroksisomer kan nedbryte giftige substrat som kommer inn i blodet, som alkohol, fenoler, myresyre og formaldehyd. Disse oksidasjonsreaksjonene produserer hydrogenperoksid.
Navnet på organellen er gitt ved produksjonen av dette molekylet. For å nedbryte den har den katalasenzymet, som katalyserer følgende kjemiske reaksjon som produserer stoffer som er ufarlige for cellen, vannet og oksygenet:
2 H202 -> H20 + 02
Syntese av biomolekyler
I dyreceller forekommer syntesen av kolesterol og dolichol i peroksisomet og i endoplasmatisk retikulum. Kolesterol er et viktig lipid av noen vev. Dens tilstedeværelse i plasmamembranen bestemmer dens fluiditet. Det finnes også i blodplasmaet.
Dolichol, som kolesterol, er en lipid og er tilstede i cellemembraner, spesielt i endoplasmatisk retikulum.
Peroksisomer deltar også i syntese av gallsyrer, gallekomponenter. Disse forbindelsene stammer fra kolesterol. Hovedfunksjonen til galle er forsåpningen av fett i tarmene, som fungerer som en slags vaskemiddel.
Plasmalogener er molekyler av lipid natur, karakterisert ved tilstedeværelsen av et eter-type binding. Denne lipiden er funnet som en uunnværlig komponent i membranene i cellene som utgjør vevet i hjertet og hjernen. Peroksisomer deltar i de første to trinnene som gir opphav til disse lipidene.
Av denne grunn, når noen cellesvikt oppstår på peroksisomnivået, kan det manifestere seg i nevrologiske abnormiteter. Et eksempel på disse patologiene er Zellweger syndrom.
Peroksisom i planter
glyoxisomes
Planter inneholder spesialiserte peroksisom type organeller kalt glyoksysomer. Funksjonen er å lagre stoffer og nedbryte lipider. De finnes hovedsakelig i frø.
En typisk reaksjon av planter forekommer i glyoksysomer: omdannelsen av fettsyrer til glukose.
Denne metabolske banen er kjent som glyoksylatsyklusen og er ganske lik citronsyre syklusen. For å oppnå denne omdannelsen brukes to acetyl-CoA-molekyler til å produsere ravsyre, som deretter overgår til glukose.
Planten som kommer fra frøet er ennå ikke fotosyntetisk aktiv. For å kompensere for dette faktum, kan de bruke disse karbohydrater fra glyoksysomet til planten kan syntetisere dem av seg selv. Denne prosessen er viktig for riktig spiring av frøet.
Denne omdannelsen av fettsyrer til karbohydrater er umulig i dyreceller, siden de ikke har enzymer i glyoksylatsyklusen.
fotorespirasjon
Peroksisomer deltar i fotorespirasjonsprosesser i planteceller. Hovedfunksjonen i denne vei er å metabolisere sekundære produkter dannet under fotosyntetiske prosesser.
Rubisco-enzymet (ribulose-1, 5-bisfosfatkarboxylase / oksygenase) deltar i fikseringen av karbondioksid. Dette enzymet kan imidlertid ta oksygen og ikke karbondioksid. Som navnet på enzymet indikerer, er det en karboksylase og en oksygenase ad gangen.
En av forbindelsene fremstilt ved denne alternative oksygeneringsruten er fosfoglykolatet. Etter å ha blitt omdannet til glykolat, sendes denne molekylen til peroksisomet, hvor oksidasjonen til glycin forekommer.
Glycin kan tas til mitokondriene, hvor det blir serin. Serinen vender tilbake til peroxisomet og blir glycerat. Sistnevnte passerer kloroplast og kan innlemmes i Calvin-syklusen.
Med andre ord hjelper peroksisomerene til å gjenvinne karbonene, siden fosfoglykolatet ikke er en nyttig metabolitt for planten.
struktur
Peroksisomer har veldig enkle strukturer. De er omgitt av en enkelt lipidmembran.
Da disse rommene ikke har noen type genetisk materiale, må alle proteinene som er nødvendige for deres funksjoner, importeres. Proteinene som må transporteres til peroksisomer, syntetiseres av ribosomene og transporteres fra cytosol til deres endelige destinasjon.
Etiketten som angir plasseringen av et bestemt protein til peroksisomer karakteriseres ved å inneholde en sekvens av serin, lysin og leucin i den terminale karbon i proteinkjeden. Denne etiketten er kjent som PTS1 for sin akronym i engelsk, peroxisom- målingssignal 1.
Det finnes også andre etiketter som angir plasseringen av proteinet i peroksisomet, slik som tilstedeværelsen av ni aminosyrer ved aminoterminalen kalt PTS2. På samme måte syntetiseres fosfolipider i endoplasmatisk retikulum og tas til peroksisomet.
De ligner lysosomer, unntatt deres opprinnelse. Lysosomene sprer seg fra membransystemet til cellene. Peroksisomer, som mitokondrier og plastider, kan replikere ved deling. Takket være inkorporeringen av proteiner og lipider kan peroksisomer vokse og splitte seg i to separate rom.
kilde
Tidligere ble det foreslått at peroksisomer stammer fra en endosymbiotisk prosess; Denne utsikten har imidlertid blitt høyst spørsmålstegn.
Nylige bevis har vist at det eksisterer et nært forhold mellom endoplasmatisk retikulum og peroxisomer, som støtter hypotesen om at de stammer fra retikulumet.
