Peroxizomi: Caracteristici, locație, funcții și structură

Peroxizomii sunt organele celulare sferice, cu un diametru de aproximativ 0, 2 până la 1, 0 μm și înconjurate de o membrană. Acestea se găsesc în celulele animale și de plante și au enzimele necesare pentru căile metabolice legate de procesele de oxidare ale biomoleculelor (aminoacizi și acizi grași) sau substanțe toxice (alcool).

Enzimele implicate în aceste procese se numesc oxidaze, care sunt, de asemenea, implicate în căi sintetice. Peroxizomii au în special o enzimă: catalază, cu care sunt capabili să elimine peroxidul de hidrogen (H 2 O 2 ), care este un produs secundar cauzat de degradarea substanțelor toxice.

Rețineți că această substanță potențial dăunătoare este originară și eliminată în aceeași organelle, astfel încât celula nu este niciodată expusă acestui compus. Peroxizomii au fost descoperiți în 1954 de către suedezul Johannes Rhodin, în timp ce studiau morfologia rinichilor în muride. Inițial s-au numit microorganisme.

Mai târziu, în 1966, un grup de cercetători au descris proprietățile biochimice ale noii organelle și i-au atribuit numele peroxizomului, datorită producerii și degradării H 2 O 2 .

Caracteristici generale și locație

Peroxizomii sunt compartimente sferice înconjurate de o singură membrană. Ei nu au propriul lor genom sau ribozomi atașați la structura lor, spre deosebire de alte compartimente celulare, cum ar fi mitocondriile sau cloroplastele, care sunt înconjurate de un sistem complex de două sau trei membrane, respectiv.

Cele mai multe celule animale și vegetale au peroxizomi. Principala excepție sunt celulele roșii sau eritrocitele.

Enzimele implicate în metabolismul oxidativ se găsesc în cadrul acestei structuri. Oxidarea unor produse produce peroxid de hidrogen, deoarece hidrogenii acestor substraturi sunt transferați moleculelor de oxigen.

Peroxidul de hidrogen este o substanță toxică a celulei și trebuie eliminată. Prin urmare, peroxizomii conțin enzima catalazică, care permite conversia sa în molecule de apă și oxigen.

Diversitatea peroxizomilor

Peroxizomii sunt organele destul de diverse. În funcție de tipul de celule și de specia de studiu, ele pot modifica compoziția enzimatică din interior. În același mod, se pot schimba în funcție de condițiile de mediu la care sunt expuși.

De exemplu, sa dovedit că în drojdiile care cresc în prezența carbohidraților, peroxizomii sunt mici. Când aceste organisme cresc în medii bogate în metanol sau acizi grași, peroxizomii sunt mai mari pentru a oxida acești compuși.

În combaterea genului Trypanosoma (acest gen include speciile patogene T. cruzi, agentul cauzal al bolii Chagas) și alte kinetoplastide, ele au un tip de peroxizom numit glicozom. Această organelle posedă anumite enzime de glicoliză.

În ciuperci există o structură numită corpul lui Woronin. Acesta este un tip de peroxizom care participă la întreținerea structurii celulare.

În mod similar, există enzime în peroxizomii anumitor specii care sunt unice. În flăcări, peroxizomii conțin enzima luciferază, care este responsabilă de bioluminescența tipică acestui grup de coleoptere. În fungi de genul Penicillium, peroxizomii conțin enzime implicate în producerea de penicilină.

funcții

Căile de oxidare esențiale pentru celule apar în peroxizom. Acestea au mai mult de 50 de tipuri de enzime care pot degrada acizii grași, acidul uric și aminoacizii. Ei participă de asemenea la căile de sinteză a lipidelor. Apoi, fiecare dintre funcțiile sale va fi descrisă în detaliu:

Degradarea acizilor grași

Oxidarea acizilor grași în peroxizom se realizează printr-o cale metabolică numită oxidare β, care rezultă din producerea grupării acetil. Acest lucru este contrar reacției analogice de degradare care apare în mitocondrie, în care produsele finale de degradare a acizilor grași sunt dioxidul de carbon și ATP.

Spre deosebire de celulele animale, unde oxidarea β are loc în mitocondrii și în peroxizom, în drojdii apare numai în peroxisomi.

Grupările acetil pot fi transportate în alte compartimente celulare și pot fi incluse în căile de biosinteză a metaboliților esențiali.

Degradarea produselor toxice

Peroxizomii participă la reacțiile de detoxifiere, în special la nivelul ficatului și rinichilor.

Peroxizomii pot degrada substraturile toxice care intră în sânge, cum ar fi alcoolul, fenolii, acidul formic și formaldehida. Aceste reacții de oxidare produc peroxid de hidrogen.

Numele organelui este dat de producerea acestei molecule. Pentru a-l degrada, posedă enzima catalazică, care catalizează următoarea reacție chimică care produce substanțe inofensive pentru celulă, apă și oxigen:

2 H 2 O 2 -> H 2 O + O 2

Sinteza biomoleculelor

În celulele animale, sinteza colesterolului și dolicholului are loc în peroxizom și în reticulul endoplasmatic. Colesterolul este o lipidă esențială a unor țesuturi. Prezența sa în membranele plasmatice determină fluiditatea acesteia. Se găsește, de asemenea, în plasma sanguină.

Dolichol, ca și colesterolul, este o lipidă și este prezentă în membranele celulare, în special în reticulul endoplasmatic.

Peroxizomii participă, de asemenea, la sinteza acizilor biliari, componente ale bilei. Acești compuși provin din colesterol. Funcția principală a bilei este saponificarea grăsimilor din intestine, acționând ca un fel de detergent.

Plasmalogenii sunt molecule de natură lipidică, caracterizate prin prezența unei legături de tip eter. Această lipidă se găsește ca o componentă indispensabilă a membranelor celulelor care alcătuiesc țesuturile inimii și creierului. Peroxizomii participă la primele două etape care dau naștere la aceste lipide.

Din acest motiv, când apare o insuficiență celulară la nivelul peroxizomilor, se poate manifesta în anomalii neurologice. Un exemplu al acestor patologii este sindromul Zellweger.

Peroxizomul în plante

glyoxisomes

Plantele conțin organele specializate tip peroxisom numite glioxizomi. Funcția este de a stoca substanțe și de a degrada lipidele. Ele se găsesc în principal în semințe.

O reacție tipică a plantelor apare în glicoxizomii: conversia acizilor grași în glucoză.

Această cale metabolică este cunoscută sub denumirea de ciclu glioxilat și este destul de similară cu ciclul acidului citric. Pentru a realiza această conversie, două molecule de acetil CoA sunt utilizate pentru a produce acid succinic, care ulterior trece la glucoză.

Planta care iese din semințe nu este încă fotosintetic activă. Pentru a compensa acest lucru, ei pot folosi aceste carbohidrați de la glicoxizom până când planta le poate sintetiza singură. Acest proces este esențial pentru germinația corectă a semințelor.

Această conversie a acizilor grași la carbohidrați este imposibilă în celulele animale, deoarece acestea nu posedă enzimele ciclului glicoxilat.

fotorespirației

Peroxizomii participă la procesele de fotorespirație din celulele plantei. Funcția sa principală în această cale este de a metaboliza produsele secundare formate în timpul proceselor fotosintetice.

Enzima rubisco (ribuloză-1, 5-bisfosfat carboxilază / oxigenază) participă la fixarea dioxidului de carbon. Cu toate acestea, această enzimă poate lua oxigen și nu dioxid de carbon. După cum indică denumirea enzimei, este o carboxilază și o oxigenază la un moment dat.

Unul dintre compușii produs prin această cale alternativă de oxigenare este fosfoglicolul. După ce a fost transformat în glicolat, această moleculă este trimisă la peroxizom, unde are loc oxidarea acesteia în glicină.

Glicina poate fi dusă la mitocondriile, unde devine serină. Serina revine la peroxizom și devine glicerat. Acesta din urmă trece cloroplastul și poate fi încorporat în ciclul Calvin.

Cu alte cuvinte, peroxizomii ajută la recuperarea carbonului, deoarece fosfoglicolatul nu este un metabolit util pentru plante.

structură

Peroxisomii au structuri foarte simple. Ele sunt înconjurate de o singură membrană lipidică.

Deoarece aceste compartimente nu posedă niciun fel de material genetic, trebuie importate toate proteinele necesare pentru funcțiile lor. Proteinele care trebuie transportate la peroxizomi sunt sintetizate de ribozomi și transportați de la citozol până la destinația lor finală.

Eticheta care indică localizarea unei anumite proteine ​​la peroxizomi se caracterizează prin aceea că conține o secvență de serină, lizină și leucină în carbonul terminal al lanțului proteic. Această etichetă este cunoscută sub numele de PTS1 pentru acronimul său în limba engleză, semnalul de direcționare cu peroxizom 1.

Există și alte etichete care indică localizarea proteinei în peroxizom, cum ar fi prezența a nouă aminoacizi la capătul amino numit PTS2. În același mod, fosfolipidele sunt sintetizate în reticulul endoplasmatic și sunt luate la peroxizom.

Ele sunt similare cu lizozomii, cu excepția originii acestora. Lizozomii izvorăsc din sistemul membranar al celulelor. Peroxizomii, precum mitocondriile și plastidele, se pot replica prin divizare. Datorită încorporării proteinelor și a lipidelor, peroxizomii pot crește și pot fi împărțiți în două compartimente separate.

sursă

În trecut, sa propus ca peroxizomii să provină dintr-un proces endosimbiotic; totuși, această opinie a fost foarte pusă la îndoială.

Dovezi recente au demonstrat existența unei relații strânse între reticulul endoplasmatic și peroxizomii, care susține ipoteza că acestea au provenit din reticulum.