Charakteristiky peroxizomů, umístění, funkce a struktura



peroxizomů jsou to sférické buněčné organely o průměru 0,2 až 1,0 μm a jsou obklopeny membránou. Nacházejí se ve zvířecích a rostlinných buňkách a mají potřebné enzymy pro metabolické cesty spojené s oxidačními procesy biomolekul (aminokyselin a mastných kyselin) nebo toxických látek (alkohol)..

Enzymy zapojené do těchto procesů se nazývají oxidázy, které se také účastní syntetických cest. Peroxizomy mají speciální enzym: katalázu, se kterou jsou schopny eliminovat peroxid vodíku (H2O2), což je druhotný produkt způsobený degradací toxických látek.

Všimněte si, že tato potenciálně nebezpečná látka vzniká a vylučuje se ve stejné organele, takže buňka není nikdy vystavena této sloučenině. Peroxizomy byly objeveny v roce 1954 švédským Johannesem Rhodinem při studiu morfologie ledvin v muridech. Zpočátku se jim říkalo mikroorganismy.

Později, v roce 1966, skupina výzkumníků popsala biochemické vlastnosti nové organely a přiřadila jí název peroxizomu vzhledem k produkci a degradaci.2O2.

Index

  • 1 Obecné vlastnosti a umístění
    • 1.1 Rozmanitost peroxizomů
  • 2 Funkce
    • 2.1 Degradace mastných kyselin
    • 2.2 Degradace toxických látek
    • 2.3 Syntéza biomolekul
  • 3 Peroxizom v rostlinách
    • 3.1 Glioxysomy
    • 3.2 Fotorezpirace
  • 4 Struktura
  • 5 Původ
  • 6 Odkazy

Obecné vlastnosti a umístění

Peroxizomy jsou sférické prostory obklopené jedinou membránou. Nemají svůj vlastní genom nebo ribozomy připojené ke své struktuře, na rozdíl od jiných buněčných kompartmentů, jako jsou mitochondrie nebo chloroplasty, které jsou obklopeny komplexním systémem dvou nebo tří membrán..

Většina živočišných a rostlinných buněk má peroxizomy. Hlavní výjimkou jsou červené krvinky nebo erytrocyty.

Enzymy podílející se na oxidativním metabolismu se nacházejí v této struktuře. Oxidace některých produktů produkuje peroxid vodíku, protože vodíky těchto substrátů se přenášejí na molekuly kyslíku.

Peroxid vodíku je toxická látka pro buňku a musí být odstraněna. Peroxizomy proto obsahují enzym katalázy, který umožňuje jeho přeměnu na molekuly vody a kyslíku.

Rozmanitost peroxizomů

Peroxizomy jsou poměrně rozmanité organely. V závislosti na typu buňky a druhu studie mohou enzymové složení uvnitř modifikovat. Stejným způsobem se mohou měnit podle podmínek prostředí, kterým jsou vystaveny.

Například bylo prokázáno, že v kvasinkách, které rostou v přítomnosti sacharidů, jsou peroxizomy malé. Když tyto organismy rostou v prostředí bohatém na metanol nebo mastné kyseliny, jsou peroxizomy větší, aby tyto sloučeniny oxidovaly.

V protestech tohoto žánru Trypanosoma (tento rod zahrnuje patogenní druhy T. cruzi, původce Chagasovy choroby) a dalších kinetoplastidů, mají typ peroxizomu nazývaného glykosom. Tato organela má určité enzymy glykolýzy.

V houbách je struktura zvaná tělo Woronina. Jedná se o typ peroxizomu, který se podílí na udržování buněčné struktury.

Podobně jsou v peroxizomech určitých druhů enzymy, které jsou jedinečné. V světlušek obsahují peroxizomy enzym luciferázu, který je zodpovědný za bioluminiscence typickou pro tuto skupinu coleoptera. V houbách rodu Penicillium, peroxizomy obsahují enzymy podílející se na produkci penicilinu.

Funkce

Oxidační cesty nezbytné pro buňky se vyskytují v peroxizomu. Mají více než padesát typů enzymů, které mohou degradovat mastné kyseliny, kyselinu močovou a aminokyseliny. Podílí se také na způsobech syntézy lipidů. Dále budou podrobně popsány jednotlivé funkce:

Degradace mastných kyselin

Oxidace mastných kyselin v peroxizomu probíhá prostřednictvím metabolické dráhy zvané β oxidace, která je výsledkem produkce acetylové skupiny. To je v rozporu s analogickou degradační reakcí, ke které dochází v mitochondriích, ve kterých finální produkty degradace mastných kyselin jsou oxid uhličitý a ATP..

Na rozdíl od živočišných buněk, kde dochází k oxidaci β v mitochondriích a v peroxizomu, v kvasinkách se vyskytuje pouze v peroxizomech.

Acetylové skupiny mohou být transportovány do jiných buněčných kompartmentů a mohou být zahrnuty do biosyntetických cest esenciálních metabolitů.

Degradace toxických látek

Peroxizomy se účastní detoxikačních reakcí, zejména v játrech a ledvinách.

Peroxizomy mohou degradovat toxické substráty, které vstupují do krevního oběhu, jako je alkohol, fenoly, kyselina mravenčí a formaldehyd. Tyto oxidační reakce produkují peroxid vodíku.

Název organely je dán produkcí této molekuly. Pro jeho degradaci, to má katalázu enzym, který katalyzuje následující chemickou reakci, která produkuje substance, které jsou neškodné pro buňku, vodu a kyslík: \ t

2 H2O2 -> H2O + O2

Syntéza biomolekul

Ve zvířecích buňkách se syntéza cholesterolu a dolicholu vyskytuje v peroxisomu a v endoplazmatickém retikulu. Cholesterol je základní lipid některých tkání. Jeho přítomnost v plazmatických membránách určuje jeho tekutost. Také se nachází v krevní plazmě.

Dolichol, podobně jako cholesterol, je lipid a je přítomen v buněčných membránách, konkrétně v endoplazmatickém retikulu.

Peroxizomy se také účastní syntézy žlučových kyselin, složek žluči. Tyto sloučeniny pocházejí z cholesterolu. Hlavní funkcí žluči je zmýdelnění tuků ve střevech, které působí jako druh detergentu.

Plazmalogeny jsou molekuly lipidové povahy, charakterizované přítomností vazby etherového typu. Tento lipid se nachází jako nepostradatelná složka membrán buněk, které tvoří tkáně srdce a mozku. Peroxizomy se účastní prvních dvou kroků, které vedou k vzniku těchto lipidů.

Z tohoto důvodu, když dojde k určitému buněčnému selhání na úrovni peroxisomu, může se projevit v neurologických abnormalitách. Příkladem těchto patologií je Zellwegerův syndrom.

Peroxizom v rostlinách

Glioxysomy

Rostliny obsahují specializované peroxizomové organely zvané glyoxysomy. Funkce slouží k ukládání látek a degradaci lipidů. Nacházejí se hlavně v semenech.

Typická reakce rostlin se vyskytuje v glyoxysomech: přeměně mastných kyselin na glukózu.

Tato metabolická cesta je známa jako cyklus glyoxylátu a je zcela podobná cyklu kyseliny citrónové. Pro dosažení této konverze se používají dvě molekuly acetyl-CoA k produkci kyseliny jantarové, která následně přechází na glukózu.

Rostlina, která se vynoří ze semene, ještě není fotosynteticky aktivní. K vyrovnání této skutečnosti mohou tyto sacharidy použít z glyoxysomu, dokud je rostlina nedokáže syntetizovat sama. Tento proces je nezbytný pro správné klíčení semen.

Tato přeměna mastných kyselin na uhlohydráty není v živočišných buňkách možná, protože nemají enzymy glyoxylátového cyklu..

Fotorezpirace

Peroxizomy se účastní fotorezpiračních procesů v rostlinných buňkách. Jeho hlavní funkcí je metabolizovat vedlejší produkty vznikající při fotosyntetických procesech.

Enzym rubisco (ribulóza-1,5-bisfosfátkarboxyláza / oxygenáza) se podílí na fixaci oxidu uhličitého. Tento enzym však může mít kyslík a ne oxid uhličitý. Jak ukazuje název enzymu, je to současně karboxyláza a oxygenáza.

Jednou ze sloučenin vyráběných touto alternativní cestou okysličování je fosfoglykolát. Po přeměně na glykolát je tato molekula odeslána do peroxizomu, kde dochází k jeho oxidaci na glycin.

Glycin může být odnesen do mitochondrií, kde se stává serinem. Serin se vrací do peroxizomu a stává se glycerátem. Ten prochází chloroplastem a může být začleněn do Calvinova cyklu.

Jinými slovy, peroxizomy pomáhají obnovit uhlíky, protože fosfoglykolát není užitečným metabolitem pro rostlinu..

Struktura

Peroxizomy mají velmi jednoduché struktury. Jsou obklopeny jednou lipidovou membránou.

Vzhledem k tomu, že tyto prostory nemají žádný typ genetického materiálu, musí být dováženy všechny proteiny nezbytné pro jejich funkce. Proteiny, které musí být transportovány do peroxizomů, jsou syntetizovány ribozomy a transportovány z cytosolu do konečného cíle..

Štítek, který označuje umístění určitého proteinu k peroxisomům, je charakterizován tím, že obsahuje sekvenci serinu, lysinu a leucinu v terminálním uhlíku proteinového řetězce. Toto označení je známé jako PTS1 pro jeho zkratku v angličtině, peroxisomální směrovací signál 1.

Existují také další značky, které indikují umístění proteinu v peroxisomu, jako je přítomnost devíti aminokyselin na aminovém konci zvaném PTS2. Stejně tak jsou fosfolipidy syntetizovány v endoplazmatickém retikulu a odvezeny do peroxizomu..

Jsou podobné lysosomům, s výjimkou jejich původu. Lysosomy vycházejí z membránového systému buněk. Peroxizomy, jako mitochondrie a plastidy, se mohou replikovat dělením. Díky zabudování proteinů a lipidů mohou peroxizomy růst a rozdělit se na dvě oddělené komory.

Původ

V minulosti bylo navrženo, aby peroxizomy vznikly endosymbiotickým procesem; Tento názor však byl velmi zpochybněn.

Nedávné důkazy ukázaly existenci úzkého vztahu mezi endoplazmatickým retikulem a peroxizomy, který podporuje hypotézu, že pocházejí z retikula.

Odkazy

  1. Campbell, N. A., & Reece, J. B. (2007). Biologie. Panamericana Medical.
  2. Cooper, G. M. (2000). Cell: Molecular Approach. 2. vydání. Sinauer Associates
  3. Gabaldón, T. (2010). Peroxisomální rozmanitost a evoluce. Filozofické transakce Královské společnosti B: Biologické vědy, 365(1541), 765-773.
  4. Lodish, H. (2005). Buněčná a molekulární biologie. Panamericana Medical.
  5. Terlecky, S. R., & Walton, P. A. (2005). Biogeneze a buněčná biologie peroxizomů v lidském zdraví a nemoci. In Biogeneze buněčných organel (str. 164-175). Springer, Boston, MA.
  6. Titorenko, V. I., & Rachubinski, R. A. (2004). Peroxisome: organizování důležitých vývojových rozhodnutí zevnitř buňky. Journal of Cell Biology, 164 (5), 641-645.
  7. Tortora, G. J., Funke, B.R., a C. L. (2007). Úvod do mikrobiologie. Panamericana Medical.