Peroxisomenkenmerken, locatie, functies en structuur

de peroxisomen het zijn bolvormige cellulaire organellen, met een diameter van ongeveer 0,2 tot 1,0 μm en omgeven door een membraan. Ze zijn te vinden in dierlijke en plantaardige cellen en hebben de noodzakelijke enzymen voor metabole routes gekoppeld aan oxidatieprocessen van biomoleculen (aminozuren en vetzuren) of toxische stoffen (alcohol)..

De enzymen die betrokken zijn bij deze processen worden oxidasen genoemd, die ook betrokken zijn bij synthetische routes. Peroxisomen hebben een speciaal enzym: catalase, waarmee ze waterstofperoxide kunnen elimineren (H₂O₂), een secundair product dat wordt veroorzaakt door de afbraak van giftige stoffen.

Merk op dat deze potentieel schadelijke stof is ontstaan ​​en geëlimineerd in dezelfde organel, dus de cel wordt nooit blootgesteld aan deze verbinding. De peroxisomen werden ontdekt in 1954 door de Zweedse Johannes Rhodin, terwijl ze de morfologie van de nieren in muizen bestudeerden. Aanvankelijk werden ze micro-lichamen genoemd.

Later, in 1966, beschreef een groep onderzoekers de biochemische eigenschappen van het nieuwe organel en wees het de naam van het peroxisoom toe, vanwege de productie en degradatie van de₂O₂.

index

• 1 Algemene kenmerken en locatie
  • 1.1 Diversiteit van peroxisomen
• 2 functies
  • 2.1 Degradatie van vetzuren
  • 2.2 Degradatie van toxische producten
  • 2.3 Synthese van biomoleculen
• 3 Peroxisoom in planten
  • 3.1 Glioxysomes
  • 3.2 Fotorespiratie
• 4 Structuur
• 5 Oorsprong
• 6 Referenties

Algemene kenmerken en locatie

Peroxisomen zijn bolvormige compartimenten omgeven door een enkel membraan. Ze hebben hun eigen genoom of ribosomen niet gehecht aan hun structuur, in tegenstelling tot andere cellulaire compartimenten, zoals mitochondriën of chloroplasten, die zijn omgeven door een complex systeem van respectievelijk twee of drie membranen..

De meeste dierlijke en plantaardige cellen hebben peroxisomen. De belangrijkste uitzondering is rode bloedcellen of erytrocyten.

Enzymen die betrokken zijn bij oxidatief metabolisme worden binnen deze structuur gevonden. De oxidatie van sommige producten produceert waterstofperoxide, omdat de waterstofatomen van deze substraten worden overgebracht naar zuurstofmoleculen.

Waterstofperoxide is een giftige stof voor de cel en moet worden geëlimineerd. Daarom bevatten peroxisomen het katalase-enzym, dat de omzetting in water- en zuurstofmoleculen mogelijk maakt.

Diversiteit van peroxisomen

Peroxisomen zijn behoorlijk diverse organellen. Afhankelijk van het celtype en de studiesoort, kunnen ze de enzymatische samenstelling binnenin modificeren. Op dezelfde manier kunnen ze veranderen afhankelijk van de omgevingsomstandigheden waaraan ze worden blootgesteld.

Het is bijvoorbeeld bewezen dat in gisten die groeien in de aanwezigheid van koolhydraten, de peroxisomen klein zijn. Wanneer deze organismen groeien in omgevingen rijk aan methanol of vetzuren, zijn de peroxisomen groter om deze verbindingen te oxideren.

In de protisten van het genre Trypanosoma (dit geslacht omvat de pathogene soort T. cruzi, de veroorzaker van de ziekte van Chagas) en andere kinetoplastiden, hebben een type peroxisoom dat glycosoma wordt genoemd. Dit organel bezit bepaalde glycolyse-enzymen.

In de paddestoelen is er een structuur die het lichaam van Woronin wordt genoemd. Dit is een type peroxisoom dat deelneemt aan het onderhoud van de cellulaire structuur.

Evenzo zijn er enzymen in de peroxisomen van bepaalde soorten die uniek zijn. In vuurvliegjes bevatten peroxisomen het enzym luciferase, dat verantwoordelijk is voor de bioluminescentie die kenmerkend is voor deze groep coleoptera. In de paddenstoelen van het geslacht penicillium, peroxisomen bevatten enzymen die betrokken zijn bij de productie van penicilline.

functies

Oxidatiewegen essentieel voor cellen komen voor in het peroxisoom. Ze hebben meer dan vijftig soorten enzymen die vetzuren, urinezuur en aminozuren kunnen afbreken. Ze nemen ook deel aan routes voor de synthese van lipiden. Vervolgens zal elk van zijn functies in detail worden beschreven:

Degradatie van vetzuren

Oxidatie van vetzuren in het peroxisoom vindt plaats via een metabole route genaamd β-oxidatie, die het resultaat is van de productie van een acetylgroep. Dit is in tegenstelling tot de analoge afbraakreactie die optreedt in de mitochondriën, waarbij eindproducten van de afbraak van vetzuren koolstofdioxide en ATP zijn..

In tegenstelling tot dierlijke cellen, waar β-oxidatie optreedt in de mitochondriën en in het peroxisoom, vindt het bij gisten alleen in peroxisomen plaats.

Acetylgroepen kunnen worden getransporteerd naar andere celcompartimenten en worden opgenomen in biosyntheseroutes van essentiële metabolieten.

Degradatie van toxische producten

Peroxisomen nemen deel aan ontgiftingsreacties, vooral in de lever en de nieren.

Peroxisomen kunnen toxische substraten die in de bloedbaan komen, zoals alcohol, fenolen, mierenzuur en formaldehyde, afbreken. Deze oxidatiereacties produceren waterstofperoxide.

De naam van het organel wordt gegeven door de productie van dit molecuul. Om het te degraderen, bezit het het katalase-enzym, dat de volgende chemische reactie katalyseert die stoffen produceert die onschadelijk zijn voor de cel, water en zuurstof:

2 H₂O₂ -> H₂O + O₂

Synthese van biomoleculen

In dierlijke cellen vindt de synthese van cholesterol en dolichol plaats in het peroxisoom en in het endoplasmatisch reticulum. Cholesterol is een essentieel lipide van sommige weefsels. Zijn aanwezigheid in de plasmamembranen bepaalt de vloeibaarheid ervan. Het wordt ook gevonden in het bloedplasma.

Dolichol is, net als cholesterol, een lipide en is aanwezig in celmembranen, met name in het endoplasmatisch reticulum.

Peroxisomen nemen ook deel aan de synthese van galzuren, componenten van gal. Deze verbindingen zijn afkomstig van cholesterol. De belangrijkste functie van gal is de verzeping van vetten in de darmen, die als een soort wasmiddel fungeert.

Plasmalogenen zijn moleculen met een lipideaard, gekenmerkt door de aanwezigheid van een ether-type binding. Dit lipide wordt gevonden als een onmisbaar onderdeel van de membranen van de cellen die de weefsels van het hart en de hersenen vormen. Peroxisomen nemen deel aan de eerste twee stappen die aanleiding geven tot deze lipiden.

Om deze reden, wanneer een cellulair falen optreedt op het peroxisoomniveau, kan het zich manifesteren in neurologische afwijkingen. Een voorbeeld van deze pathologieën is het Zellwegersyndroom.

Peroxisoom in planten

glyoxisomes

De planten bevatten gespecialiseerde peroxisoomachtige organellen, glyoxysomen genaamd. De functie is om stoffen op te slaan en lipiden af ​​te breken. Ze komen voornamelijk voor in zaden.

Een typische reactie van planten komt voor in glyoxysomen: de omzetting van vetzuren in glucose.

Deze metabolische route staat bekend als de glyoxylate-cyclus en is vrij gelijkaardig aan de citroenzuurcyclus. Om deze omzetting te bereiken, worden twee moleculen acetyl CoA gebruikt om barnsteenzuur te produceren, dat vervolgens naar glucose gaat.

De plant die uit het zaad komt is nog niet fotosynthetisch actief. Om dit te compenseren, kunnen ze deze koolhydraten uit het glyoxysoom gebruiken totdat de plant ze zelf kan aanmaken. Dit proces is essentieel voor de juiste ontkieming van het zaad.

Deze omzetting van vetzuren in koolhydraten is onmogelijk in dierlijke cellen, omdat ze niet de enzymen van de glyoxylatiecyclus bezitten.

fotorespiratie

Peroxisomen nemen deel aan fotorespiratieprocessen in plantencellen. Zijn belangrijkste functie op deze manier is het metaboliseren van de secundaire producten gevormd tijdens de fotosynthetische processen.

Het rubisco-enzym (ribulose-1,5-bisfosfaatcarboxylase / oxygenase) neemt deel aan de fixatie van koolstofdioxide. Dit enzym kan echter zuurstof opnemen en geen koolstofdioxide. Zoals de naam van het enzym aangeeft, is het tegelijkertijd een carboxylase en een oxygenase.

Een van de verbindingen die door deze alternatieve route van oxygenatie wordt geproduceerd, is het fosfoglycolaat. Nadat het is omgezet in glycolaat, wordt dit molecuul naar het peroxisoom gestuurd, waar de oxidatie plaatsvindt tot glycine.

Glycine kan naar de mitochondria worden gebracht, waar het serine wordt. De serine keert terug naar het peroxisoom en wordt glyceraat. De laatste passeert de chloroplast en kan worden opgenomen in de Calvin-cyclus.

Met andere woorden, peroxisomen helpen de koolstoffen te winnen, omdat het fosfoglycolaat geen bruikbare metaboliet is voor de plant.

structuur

Peroxisomen hebben zeer eenvoudige structuren. Ze zijn omgeven door een enkel lipidemembraan.

Omdat deze compartimenten geen enkel genetisch materiaal bevatten, moeten alle eiwitten die nodig zijn voor hun functies worden geïmporteerd. De eiwitten die naar de peroxisomen moeten worden getransporteerd, worden gesynthetiseerd door de ribosomen en van het cytosol naar hun uiteindelijke bestemming getransporteerd.

Het label dat de locatie van een bepaald eiwit aan peroxisomen aangeeft, wordt gekenmerkt door het bevatten van een sequentie van serine, lysine en leucine in het eindstandige koolstofatoom van de eiwitketen. Dit label staat bekend als PTS1 voor zijn afkorting in het Engels, peroxisome richtsignaal 1.

Er zijn ook andere labels die de locatie van het eiwit in het peroxisoom aangeven, zoals de aanwezigheid van negen aminozuren aan het amino-uiteinde genaamd PTS2. Op dezelfde manier worden fosfolipiden gesynthetiseerd in het endoplasmatisch reticulum en naar het peroxisoom gebracht..

Ze lijken op lysosomen, behalve op hun oorsprong. De lysosomen ontspruiten uit het membraansysteem van de cellen. Peroxisomen, zoals mitochondria en plastiden, kunnen per divisie repliceren. Dankzij de opname van eiwitten en lipiden kunnen peroxisomen groeien en opsplitsen in twee afzonderlijke compartimenten.

bron

In het verleden werd voorgesteld dat peroxisomen afkomstig waren van een endosymbiotisch proces; Deze mening is echter zeer in twijfel getrokken.

Recent bewijs heeft aangetoond dat er een nauwe relatie bestaat tussen het endoplasmatisch reticulum en de peroxisomen, wat de hypothese ondersteunt dat ze afkomstig zijn van het dradenkruis..

referenties

1. Campbell, N. A., & Reece, J. B. (2007). biologie. Ed. Panamericana Medical.
2. Cooper, G. M. (2000). The Cell: A Molecular Approach. 2e editie. Sinauer Associates
3. Gabaldón, T. (2010). Peroxisoom diversiteit en evolutie. Filosofische transacties van de Royal Society B: Biological Sciences, 365(1541), 765-773.
4. Lodish, H. (2005). Cellulaire en moleculaire biologie. Ed. Panamericana Medical.
5. Terlecky, S.R., en Walton, P.A. (2005). De biogenese en celbiologie van peroxisomen bij menselijke gezondheid en ziekte. in De biogenese van cellulaire organellen (pp. 164-175). Springer, Boston, MA.
6. Titorenko, V. I., & Rachubinski, R. A. (2004). Het peroxisoom: belangrijke ontwikkelingsbeslissingen orkestreren vanuit de cel. The Journal of Cell Biology, 164 (5), 641-645.
7. Tortora, G. J., Funke, B.R., & Case, C.L. (2007). Inleiding tot de microbiologie. Ed. Panamericana Medical.