PEROXISOMER: KARAKTERISTIKA, FUNKTIONER, STRUKTUR, BIOGENESE - BIOLOGI - 2025

De peroxisomer, også kendt som mikrolegemer, er små organeller, som meget ligner det lysosomer, som er ophængt i cytosolen af de fleste eukaryote celler.

Ligesom den menneskelige krop har organer, der udfører forskellige funktioner for at holde den i live, har celler dem også, og det er det, vi kalder "organeller" eller "organeller".

Skematisk en mikrobe-celle, der viser et peroxisom (peroxisom), en mitochondrion (mitochondriom) og kernen (nucleus) (Kilde: CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) via Wikimedia Commons)

Ligesom hjertet pumper blod til resten af ​​kroppen, bruges næsen og lungerne til at trække vejret, får maven mad og begynder med dens fordøjelse, og hjernen er ansvarlig for at koordinere alt (for at give et par eksempler). Organeller er vigtige for mange af cellernes funktioner.

Blandt nogle af de cellulære organeller er peroxisomer, som blev beskrevet i 1960 af Christian René de Duve, den samme forsker, der udviklede subcellulære fraktioneringsteknikker til at adskille de forskellige cellulære organeller baseret på deres tæthed.

de Duve delte i 1974 Nobelprisen i fysiologi og medicin med Albert Claude og George Palade takket være deres arbejde med disse teknikker og opdagelsen af ​​peroxisomer.

Navnet på disse organeller stammer fra den interne produktion af hydrogenperoxid (H ₂ O ₂), et biprodukt af oxidations-reduktionsreaktioner, der forekommer i dem, og som er potentielt toksisk for celler (det kan reagere med mange andre molekyler), så det nedbrydes hurtigt.

I en celle kan der være op til 500 peroxisomer "svømme" i cytosolen, men antallet og størrelsen af ​​disse organeller afhænger ikke kun af den pågældende celletype, men af ​​den fysiologiske tilstand af cellen og det omgivende miljø.

Generelle karakteristika ved peroxisomer

Der er mange egenskaber, som peroxisomer har, der gør dem lig med andre cellulære organeller og på samme tid meget forskellige. Her er en kort liste over nogle af de vigtigste:

- Det er små organeller omgivet af en simpel membran, der adskiller dem fra resten af ​​molekylerne og organellerne i cytosolen.

- En stor del af hvad der er inde i dem, især proteiner og enzymer, syntetiseres i cytosolen i den celle, som de hører til ved hjælp af frie ribosomer, som er proteinkomplekser, der er i stand til at formidle oversættelse af messenger RNA (mRNA) fra kernen og afledt af transkriptionen af ​​et givet gen.

- De har ikke deres eget genom, det vil sige, at der indeni ikke er noget DNA eller det maskiner, der er nødvendigt til dens behandling (replikation, transkription og translation, for eksempel).

- De ganges med opdeling.

- Inde i kan du finde op til 50 forskellige fordøjelsesenzymer og deres sekundære produkter (farligt for celler).

- Deres størrelse og antal kan variere meget fra en celle til en anden, da de afhænger af intracellulære forhold (de er inducerbare) og celletypen.

Funktioner

Peroxisomer udfører forskellige funktioner i en celle, mange af dem er relateret til enzymerne der er inde i den.

- Oxidative reaktioner

Mange oxidationsreduktionsreaktioner forekommer inden i peroxisomer, det vil sige udvekslingen af ​​elektroner mellem en forbindelse og en anden, som generelt katalyseres af proteiner med enzymatisk aktivitet (enzymer).

Disse oxidations-reduktions-reaktioner i peroxisomer almindeligvis dannelse af hydrogenperoxid (H ₂ O ₂), en forbindelse, der er skadeligt for celler.

Inde i peroxisomer er der imidlertid et enzym kaldet katalase, som er ansvarlig for at nedbryde brintperoxid til dannelse af vand eller bruge det til at oxidere andre forbindelser.

Evnen til at indeholde disse reaktioner inden for er tæt knyttet til de andre funktioner, som disse cellulære organeller udfører, da den metaboliske nedbrydning af mange molekyler indebærer deres oxidation.

Uden de oxidative reaktioner af peroxisomer kan akkumulering af forbindelser som langkædede fedtsyrer for eksempel forårsage betydelig skade på nerveceller i hjernen.

- Energimetabolisme

Peroxisomes deltager i produktionen af ​​ATP, som er en celle's vigtigste energi "valuta".

En af måderne de gør dette på er ved at nedbryde fedtsyrer (hvad fedt og mange lipider er lavet af), fordøje ethanol (en type alkohol) og aminosyrer ("byggestenene", der udgør proteiner), og så videre.

I dyreceller nedbrydes de fleste af fedtsyrerne i mitokondrierne, og en lille del behandles i peroxisomerne, men i gær og planter er denne funktion praktisk talt eksklusiv til peroxisomer.

- Biosyntese

Peroxisomer fungerer også i produktionen af ​​molekyler, der er en del af cellemembranerne. Disse molekyler er kendt som plasmallogener og er en meget vigtig type lipid til hjernen og hjertecellerne hos mennesker og andre pattedyr.

Andre lipider, der er syntetiseret i peroxisomer og med deltagelse af det endoplasmatiske retikulum (en anden meget vigtig cellulær organelle) er kolesterol og dolichol, der er essentielle for cellernes funktion.

Hos mange pattedyr deltager for eksempel peroxisomerne i levercellerne også i syntesen af ​​galdesyrer, som er afledt af kolesterol og er meget nødvendige for fordøjelsen af ​​de fedtstoffer, der er indeholdt i fødevarer, der behandles i maven og derefter i tyndtarmen.

Struktur

Peroxisomer er membranøse organeller, men i modsætning til membranerne, der ses i andre organeller, såsom mitokondrier og chloroplaster, har de for eksempel en enkelt membran og ikke et dobbeltmembransystem.

Dets udseende er ikke konstant, det vil sige, det kan ændre sig. Imidlertid er det normalt sfæriske organeller, der har en gennemsnitlig diameter mellem 0,2 og 1 μm, dvs. en milliondel af en meter.

Grundlæggende diagram over strukturen af ​​et peroxisom (Kilde: Thuresson / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) via Wikimedia Commons)

Når disse ikke er kugleformede, kan de ses som små rør i forskellige størrelser, som er forbundet til hinanden (det er bestemt peroxisomer, der er i opdeling).

De har ofte et krystallinsk centrum eller en kerne, som forskere beskriver på denne måde ved, hvordan de ser på det under mikroskopet, sandsynligvis som et resultat af den enorme mængde protein inde i dem.

Biogenese (oprindelse)

Selvom peroxisomer ikke indeholder DNA inde, det vil sige, at de ikke har deres eget genom, kan de opdeles ved spiring eller fission.

Denne proces afhænger af mængden af ​​proteiner og materialer til opbygning af nye membraner, de har til rådighed, som "importeres" fra cytosolen.

De, der deltager?

Den endoplasmatiske retikulum er ansvarlig for både syntesen af ​​de phospholipider, der danner peroxisommembranen, og syntesen af ​​nogle af dens proteiner, dette gennem dets tilknyttede ribosomer.

Ribosomer (faktisk findes i cytosolen som "frie polyribosomer") er dem, der oversætter de fleste af proteinerne. Disse proteiner kan kun komme ind i det indre af peroxisomer, hvis de har en særlig etiket eller "mærke".

Uden disse mærker kan proteiner ikke genkendes af andre proteiner på peroxisommembranen og kan derfor ikke passere igennem.

Så hvis ribosomerne, der er knyttet til det ru endoplasmatiske retikulum (RER), og dem, der er frie i cytosolen "sender" nok materiale til peroxisomerne, kan de dele i to.

Peroxisomer i dyreceller

Dyreceller har mange peroxisomer og lysosomer, lignende organeller, der er ansvarlige for at "genanvende" andre organeller og forskellige typer molekyler i forskellige størrelser.

Cellerne fra nogle dyr (men ikke dem fra mennesker) har for eksempel peroxisomer, der er i stand til at nedbryde urinsyre, som generelt er et nitrogenrigt stofskifte, hvis akkumulering i blodet kan have skadelige virkninger.

"Mærkelige" funktioner

Ud over alle de ovennævnte funktioner udfører peroxisomer meget bestemte funktioner i nogle dyr. Brandmænd og andre insekter bruger f.eks. Et enzym i peroxisomerne i deres celler for at finde kammerater og i nogle tilfælde til at lokalisere deres mad.

Dette enzym er kendt som luciferase. Luciferase hjælper mænd med at producere en lys "flash" af lys, der kan være grøn eller gul, og som tjener til at tiltrække kvinder af samme art.

Varigheden af ​​hver blitz og intervallet, hvori de forekommer, er specifik for hver art, så hunnerne kan skelne hannerne i mørke om natten. Hos visse arter producerer kvinden også et blink, og i andre udsender hun et lys, der tiltrækker hannen til at spise det.

Modificerede peroxisomer

Ligesom planter besidder glyoxysomer, som er en type peroxisom, der er specialiseret i en specifik metabolisk vej, har nogle dyreceller modificerede peroxisomer.

Kinetoplastider, en gruppe af parasitter, der forårsager forskellige sygdomme hos mennesker og andre dyr, har en type "modificeret peroxisom" kendt som et glykosom.

Glykosomer modtager dette navn, fordi de enzymer, der er nødvendige til behandling af glukose (glykolytiske enzymer) er indeholdt i dem, såvel som andre enzymer, der deltager i andre metaboliske veje for at få energi.

Peroxisomer i planteceller

Planteceller indeholder også peroxisomer, og disse har meget vigtige funktioner for planternes funktion ud over de funktioner, der deles med peroxisomer fra andre celletyper.

- Glyoxylatcyklus

I frø er for eksempel peroxisomerne i deres celler ansvarlige for at omdanne lagret fedt til kulhydrater, som er det råmateriale, der er nødvendigt for udviklingen af ​​den frøplante, der vil spire.

Den proces, hvormed planteperoxisomer udfører denne funktion, er kendt som glyoxylatcyklus, der betragtes som en variant af Krebs-cyklussen, hvorfor nogle tekster omtaler disse peroxisomer som glyoxysomer.

- Fotorespiration

I planter er disse organeller også involveret i en proces, der er kendt som fotorespiration, som består af en metabolisk bane "i modsætning til fotosyntesen, da ilt ikke produceres, men snarere forbruges, og kuldioxid frigives uden at opnå ATP..

På trods af ovenstående er denne proces også kendt som "kulstofindvinding", da peroxisomer modtager fra chloroplaster (en anden organelle af planteceller) en kemisk forbindelse kaldet glycolat, som de omdanner til en anden forbindelse kaldet glycin (a aminosyre).

Glycin produceret i planteperoxisomer transporteres til mitochondria (den organelle, hvor respiration og syntese af store mængder ATP forekommer). I mitokondrierne omdannes denne glycin til serin, en anden aminosyre, der returneres til peroxisomet.

Serin omdannes en gang i peroxisomet til glycerat og derfra sendes det til chloroplast igen. Al denne proces fører ikke til produktion af energi, men den fører også til brugen af ​​carbonatomer, der er bundet til glykolatet.

Peroxisomsygdomme

Der er forskellige typer af "lidelser" relateret til peroxisomer. Generelt har disse lidelser at gøre med mutationer i generne, der er involveret i biogenesen af ​​disse organeller eller endda med de gener, der koder for enzymerne eller transporterer proteiner.

Da de har en genetisk komponent, er disse lidelser normalt medfødte (de er arvelige fra forældre til børn), der kan have moderate eller alvorlige konsekvenser, afhængigt af tilfældet.

Zellweger syndrom

Dette syndrom inkluderer, selv om det er sjældent, nogle af de mest alvorlige tilstande. Det er kendetegnet ved fuldstændig fravær eller af en betydelig reduktion i antallet af kromosomer i kroppens celler.

De genetiske mutationer, der forårsager dette syndrom, forårsager også ophobning af forbindelser, der er rige på elementer som jern og kobber, og af meget langkædede fedtsyrer i blodet og andre væv, såsom leveren, hjernen og nyrerne.

Hvad er konsekvenserne?

Små børn, der er berørt af dette syndrom, fødes normalt med ansigtsdeformationer (ansigts) og nogle intellektuelle handicap. De kan lide af syns- og høreproblemer samt mave-tarm- og leverproblemer, så de lever normalt ikke mere end et år.

Andre relaterede syndromer

Der er andre sygdomme relateret til defekter i peroxisomer. Disse inkluderer Neonatal Adrenoleukodystrofi (NALD, Neonatal Adrenoleukodystrophy) og Childhood Refsum Disease.

Begge sygdomme er kendetegnet ved, at symptomer sent kommer, som normalt ses i barndommen, så patienter kan overleve i det tidlige voksenliv.

Referencer

1. British Society of Cell Biology. (Nd). Hentet 13. april 2020 fra www.bscb.org/learning-resources/softcell-e-learning/peroxisome/.
2. Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Cellen: Molekylær tilgang. Medicinska naklada.
3. De Duve, CABP, & Baudhuin, P. (1966). Peroxisomer (mikroboder og beslægtede partikler). Fysiologiske anmeldelser, 46 (2), 323-357.
4. Encyclopaedia Britannica Editors. (2014). Encyclopaedia Britannica. Hentet 13. april 2020 fra www.britannica.com/science/peroxisome.
5. Hu, J., Baker, A., Bartel, B., Linka, N., Mullen, RT, Reumann, S., & Zolman, BK (2012). Planteperoxisomer: biogenese og funktion. Plantecellen, 24 (6), 2279-2303.
6. Lazarow, PB, & Fujiki, Y. (1985). Biogenese af peroxisomer. Årlig gennemgang af cellebiologi, 1 (1), 489-530.
7. Roels, F., Baes, M., & Delanghe, S. (Eds.). (2012). Peroxisomale lidelser og regulering af gener (bind 544). Springer Science & Business Media.
8. Van den Bosch, H., Schutgens, RBH, Wanders, RJA, & Tager, JM (1992). Biokemi af peroxisomer. Årlig gennemgang af biokemiker.