Пероксизоми: характеристики, местоположение, функции и структура

Пероксизомите са сферични клетъчни органели, с диаметър от около 0.2 до 1.0 цт и заобиколени от мембрана. Те се намират в животински и растителни клетки и имат необходимите ензими за метаболитни пътища, свързани с окислителните процеси на биомолекули (аминокиселини и мастни киселини) или токсични вещества (алкохол).

Ензимите, участващи в тези процеси, се наричат ​​оксидази, които също участват в синтетични пътища. Пероксизомите имат по-специално ензим: каталаза, с която са в състояние да елиминират водороден пероксид (H ₂ O ₂ ), който е вторичен продукт, причинен от разграждането на токсични вещества.

Имайте предвид, че това потенциално вредно вещество е възникнало и елиминирано в същата органела, така че клетката никога не е изложена на това съединение. Пероксизомите са открити през 1954 г. от шведския Йоханес Родин, докато изучава морфологията на бъбреците в муриди. Първоначално те се наричаха микро тела.

По-късно, през 1966 г., група изследователи са описали биохимичните свойства на новите органели и са му назначили името на пероксизома, поради производството и разграждането на H ₂ O ₂ .

Общи характеристики и местоположение

Пероксизомите са сферични отделения, заобиколени от една мембрана. Те нямат свой собствен геном или рибозоми, свързани с тяхната структура, за разлика от другите клетъчни отделения, като митохондриите или хлоропластите, които са заобиколени от сложна система от две или три мембрани, съответно.

Повечето животински и растителни клетки имат пероксизоми. Основното изключение са червените кръвни клетки или еритроцитите.

В тази структура се откриват ензими, участващи в оксидативния метаболизъм. Окисляването на някои продукти води до образуване на водороден пероксид, тъй като водородите на тези субстрати се прехвърлят на молекули кислород.

Водородният пероксид е токсично вещество в клетката и трябва да бъде отстранен. Следователно, пероксизомите съдържат ензима каталаза, който позволява превръщането му във вода и кислородни молекули.

Разнообразие на пероксизоми

Пероксизомите са доста разнообразни органели. В зависимост от типа на клетката и вида на изследването, те могат да модифицират ензимния състав вътре. По същия начин те могат да се променят според условията на околната среда, на които са изложени.

Например, доказано е, че при дрожди, които растат в присъствието на въглехидрати, пероксизомите са малки. Когато тези организми растат в среда, богата на метанол или мастни киселини, пероксизомите са по-големи, за да окисляват тези съединения.

В протолите на рода Trypanosoma (този род включва патогенните видове T. cruzi, причинител на болестта на Chagas) и други кинетопластиди, те имат вид пероксизома, наречен гликозом. Тази органела притежава някои ензими на гликолизата.

В гъбите има структура, наречена тялото на Воронин. Това е вид пероксизом, който участва в поддържането на клетъчната структура.

По същия начин, съществуват ензими в пероксизомите на някои видове, които са уникални. При светулките пероксизомите съдържат ензима луцифераза, който е отговорен за биолуминесценцията, типична за тази група от coleoptera. В гъбичките от рода Penicillium пероксизомите съдържат ензими, участващи в производството на пеницилин.

функции

Пътищата на окисление, които са съществени за клетките, се срещат в пероксизома. Те имат повече от петдесет вида ензими, които могат да разграждат мастни киселини, пикочна киселина и аминокиселини. Те също участват в пътищата на липиден синтез. След това всяка от нейните функции ще бъде описана подробно:

Разграждане на мастни киселини

Окисляването на мастни киселини в пероксизома се осъществява чрез метаболитен път, наречен β-окисление, което е резултат от производството на ацетилна група. Това противоречи на аналогичната реакция на разграждане, която се появява в митохондриите, в която крайните продукти на разграждането на мастни киселини са въглероден диоксид и АТР.

За разлика от животинските клетки, където β окислението се случва в митохондриите и в пероксизома, при дрождите се среща само в пероксизомите.

Ацетиловите групи могат да бъдат транспортирани до други клетъчни отделения и да бъдат включени в пътищата на биосинтеза на основните метаболити.

Разграждане на токсични продукти

Пероксизомите участват в детоксикационните реакции, особено в черния дроб и бъбреците.

Пероксизомите могат да разграждат токсични субстрати, които влизат в кръвния поток, като алкохол, феноли, мравчена киселина и формалдехид. Тези окислителни реакции произвеждат водороден пероксид.

Името на органелата се дава от производството на тази молекула. За да го разгради, той притежава ензима каталаза, който катализира следната химична реакция, която произвежда вещества, които са безвредни за клетката, водата и кислорода:

2H2O2 -> H20 + O2

Синтез на биомолекули

В животинските клетки синтезът на холестерол и долихол се среща в пероксизома и в ендоплазмения ретикулум. Холестеролът е съществен липид на някои тъкани. Присъствието му в плазмените мембрани определя неговата течливост. Намира се и в кръвната плазма.

Dolichol, подобно на холестерола, е липид и присъства в клетъчните мембрани, по-специално в ендоплазмения ретикулум.

Пероксизомите също участват в синтеза на жлъчни киселини, компоненти на жлъчката. Тези съединения произхождат от холестерол. Основната функция на жлъчката е осапунването на мазнините в червата, действайки като вид детергент.

Плазмологените са молекули с липидна природа, характеризиращи се с присъствието на връзка тип етер. Този липид се намира като незаменим компонент на мембраните на клетките, които изграждат тъканите на сърцето и мозъка. Пероксизомите участват в първите две стъпки, които водят до появата на тези липиди.

Поради тази причина, когато се появи някаква клетъчна недостатъчност на ниво пероксизоми, тя може да се прояви в неврологични аномалии. Пример за тези патологии е синдромът на Zellweger.

Пероксизом в растенията

glyoxisomes

Растенията съдържат специализирани органели от пероксизомен тип, наречени глиоксисоми. Функцията е да съхранява вещества и да разгражда липидите. Те се срещат главно в семена.

Типична реакция на растенията се среща в глиоксисомите: превръщането на мастните киселини в глюкоза.

Този метаболитен път е известен като глиоксилатния цикъл и е доста подобен на цикъла на лимонената киселина. За да се постигне това превръщане, се използват две ацетил СоА молекули за получаване на янтарна киселина, която впоследствие преминава към глюкоза.

Растението, което излиза от семето, все още не е фотосинтетично активно. За да компенсират този факт, те могат да използват тези въглехидрати от глиоксисома, докато растението може да ги синтезира само по себе си. Този процес е от съществено значение за правилното покълване на семената.

Това превръщане на мастни киселини в въглехидрати е невъзможно в животински клетки, тъй като те не притежават ензимите на глиоксилатния цикъл.

photorespiration

Пероксизомите участват в процесите на фотосъпротивление в растителните клетки. Неговата основна функция в този път е да метаболизира вторичните продукти, образувани по време на фотосинтетичните процеси.

Ензимът rubisco (рибулоза-1, 5-бисфосфат карбоксилаза / оксигеназа) участва в фиксирането на въглероден диоксид. Този ензим обаче може да приема кислород, а не въглероден диоксид. Както показва името на ензима, това е една карбоксилаза и една оксигеназа в даден момент.

Едно от съединенията, получени по този алтернативен път на оксигениране, е фосфогликолатът. След като се превръща в гликолат, тази молекула се изпраща към пероксизома, където се случва неговото окисление до глицин.

Глицинът може да се приема в митохондриите, където става серин. Серинът се връща към пероксизома и става глицерат. Последният преминава през хлоропласта и може да бъде включен в цикъла на Калвин.

С други думи, пероксизомите спомагат за възстановяването на въглеродите, тъй като фосфогликолатът не е полезен метаболит за растението.

структура

Пероксизомите имат много прости структури. Те са заобиколени от една липидна мембрана.

Тъй като тези отделения не притежават никакъв вид генетичен материал, всички протеини, необходими за техните функции, трябва да бъдат внесени. Протеините, които трябва да бъдат транспортирани до пероксизомите, се синтезират от рибозомите и се транспортират от цитозола до тяхното крайно местоназначение.

Етикетът, който показва местоположението на определен протеин към пероксизомите, се характеризира с това, че съдържа последователност от серин, лизин и левцин в крайния въглерод на протеиновата верига. Този етикет е известен като PTS1 за неговия акроним на английски език, пероксизомен таргетиращ сигнал 1.

Има и други етикети, които показват местоположението на протеина в пероксизома, като например наличието на девет аминокиселини в аминокрая, наречен PTS2. По същия начин, фосфолипидите се синтезират в ендоплазмения ретикулум и се вземат в пероксизома.

Те са подобни на лизозомите, с изключение на техния произход. Лизозомите поникват от мембранната система на клетките. Пероксизомите, като митохондриите и пластидите, могат да се репликират чрез разделяне. Благодарение на включването на протеини и липиди, пероксизомите могат да растат и да се разделят на две отделни отделения.

източник

В миналото беше предложено, че пероксизомите произхождат от ендосимбиотичен процес; тази гледна точка обаче беше поставена под въпрос.

Последните доказателства показват наличието на тясна връзка между ендоплазмения ретикулум и пероксизомите, което подкрепя хипотезата, че те произхождат от ретикулума.