PEROXIZÓMY: VLASTNOSTI, FUNKCIE, ŠTRUKTÚRA, BIOGENÉZA - BIOLÓGIE - 2026

Tieto peroxizómov , známe tiež ako mikrotělesa, sú malé organely, veľmi podobné lyzozómoch, ktoré sú zavesené v cytosolu väčšiny eukaryotických buniek.

Rovnako ako ľudské telo má orgány, ktoré vykonávajú rôzne funkcie, aby ho udržalo nažive, majú ich aj bunky a sú to také, ktoré nazývame „organely“ alebo „organely“.

Schéma mikrobiálnych buniek ukazujúcich peroxizóm (peroxizóm), mitochondrión (mitochondriom) a jadro (jadro) (zdroj: CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) prostredníctvom Wikimedia. Commons)

Rovnako ako srdce pumpuje krv do zvyšku tela, nos a pľúca sa používajú na dýchanie, žalúdok dostáva jedlo a začína jeho trávením a mozog má na starosti koordináciu všetkého (uviesť niekoľko príkladov). Organely sú nevyhnutné pre mnoho funkcií buniek.

Medzi niektoré z bunkových organel patria peroxizómy, ktoré opísal v roku 1960 Christian René de Duve, ten istý výskumný pracovník, ktorý vyvinul techniky subcelulárnej frakcionácie na oddelenie rôznych bunkových organel na základe ich hustoty.

de Duve sa v roku 1974 podelil o Nobelovu cenu za fyziológiu a medicínu s Albertom Claudom a Georgeom Paladeom vďaka ich práci s týmito technikami a objavu peroxizómov.

Názov týchto organely pochádza z vnútorného výroby peroxidu vodíka (H ₂ O ₂ ), čo je vedľajší produkt reakcie oxidačno-redukčných, ktoré sa vyskytujú v nich, a ktoré je potenciálne toxické pre bunky (to môže reagovať s mnohými inými molekulami ), takže sa rýchlo degraduje.

V bunke môže byť v cytozole „plávajúcich“ až 500 peroxizómov, ale počet a veľkosť týchto organel závisí nielen od typu príslušnej bunky, ale od fyziologického stavu bunky a prostredia, ktoré ju obklopuje.

Všeobecné vlastnosti peroxizómov

Existuje veľa charakteristík, ktoré majú peroxizómy, vďaka ktorým sú podobné iným bunkovým organelám a zároveň sa veľmi líšia. Tu je krátky zoznam najdôležitejších:

- Sú to malé organely obklopené jednoduchou membránou, ktorá ich oddeľuje od zvyšku molekúl a organel v cytosóle.

- Veľa z toho, čo je v nich, najmä proteíny a enzýmy, sa syntetizuje v cytozole bunky, do ktorej patria, pomocou voľných ribozómov, čo sú proteínové komplexy schopné sprostredkovať transláciu messengerovej RNA (mRNA) ) z jadra a odvodeného z transkripcie daného génu.

- Nemajú vlastný genóm, to znamená, že neexistuje žiadna DNA ani strojové zariadenie potrebné na jej spracovanie (napríklad replikácia, transkripcia a translácia).

- Vynásobia sa delením.

- Vo vnútri nájdete až 50 rôznych tráviacich enzýmov a ich sekundárnych produktov (nebezpečné pre bunky).

- Ich veľkosť a počet sa môžu medzi jednotlivými bunkami veľmi líšiť, pretože závisia od vnútrobunkových podmienok (sú indukovateľné) a od typu bunky.

Vlastnosti

Peroxizómy plnia rôzne funkcie v bunke, mnohé z nich súvisia s enzýmami, ktoré sú v nej.

- Oxidačné reakcie

Vo vnútri peroxizómov sa vyskytuje veľa oxidačno-redukčných reakcií, to znamená výmena elektrónov medzi jednou zlúčeninou a druhou, obvykle katalyzovaná proteínmi s enzymatickou aktivitou (enzýmy).

Tieto reakcie redoxný do peroxizómov bežne produkovať peroxid vodíka (H ₂ O ₂ ), čo je zlúčenina, ktorá je škodlivé pre bunky.

Vo vnútri peroxizómov je však enzým nazývaný kataláza, ktorý je zodpovedný za rozklad peroxidu vodíka za vzniku vody alebo jeho použitie na oxidáciu iných zlúčenín.

Schopnosť zachytiť tieto reakcie vo vnútri úzko súvisí s ďalšími funkciami, ktoré tieto bunkové organely vykonávajú, pretože metabolická degradácia mnohých molekúl znamená ich oxidáciu.

Bez oxidačných reakcií peroxizómov by akumulácia zlúčenín, ako napríklad mastných kyselín s dlhým reťazcom, mohla spôsobiť značné poškodenie nervových buniek v mozgu.

- Energetický metabolizmus

Peroxizómy sa podieľajú na výrobe ATP, ktorý je hlavnou energetickou „menou“ bunky.

Jedným zo spôsobov, ako to robia, je štiepenie mastných kyselín (z ktorých sa vyrábajú tuky a veľa tukov), trávenie etanolu (druh alkoholu) a aminokyselín („stavebné kamene“, ktoré tvoria bielkoviny) atď.

V živočíšnych bunkách sa väčšina mastných kyselín degraduje v mitochondriách a malá časť sa spracováva v peroxizómoch, ale v kvasinkách a rastlinách je táto funkcia prakticky výhradná pre peroxizómy.

- Biosyntéza

Peroxizómy tiež pôsobia pri produkcii molekúl, ktoré sú súčasťou bunkových membrán. Tieto molekuly sú známe ako plazmallogény a sú veľmi dôležitým typom lipidov pre mozgové a srdcové (srdcové) bunky u ľudí a iných cicavcov.

Ďalšími lipidmi syntetizovanými v peroxizómoch as účasťou endoplazmatického retikula (ďalšie veľmi dôležité bunkové organely) sú cholesterol a dolichol, nevyhnutný pre fungovanie buniek.

Napríklad u mnohých cicavcov sa peroxizómy pečeňových buniek podieľajú aj na syntéze žlčových kyselín, ktoré sú odvodené od cholesterolu a sú veľmi potrebné na trávenie tukov obsiahnutých v potravinách, ktoré sa spracovávajú v žalúdku a potom v tenkom čreve.

štruktúra

Peroxizómy sú membránové organely, ale na rozdiel od membrán pozorovaných v iných organelách, ako sú napríklad mitochondrie a chloroplasty, majú napríklad jednu membránu a nie dvojitý membránový systém.

Jeho vzhľad nie je konštantný, to znamená, že sa môže meniť. Zvyčajne však ide o sférické organely, ktoré majú priemerný priemer medzi 0,2 a 1 μm, to znamená milióntinu metra.

Základná schéma štruktúry peroxizómu (Zdroj: Thuresson / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) prostredníctvom Wikimedia Commons)

Ak nie sú sférického tvaru, potom ich možno vidieť ako malé tubuly rôznych veľkostí, ktoré sú navzájom spojené (určite sa delia na peroxizómy).

Často majú kryštalické centrum alebo jadro, ktoré vedci týmto spôsobom opisujú podľa toho, ako sa naň pozerajú pod mikroskopom, pravdepodobne v dôsledku obrovského množstva bielkovín v nich.

Biogenéza (pôvod)

Hoci peroxizómy neobsahujú DNA vo vnútri, to znamená, že nemajú svoj vlastný genóm, môžu sa rozdeliť pučaním alebo štiepením.

Tento proces závisí od množstva proteínov a materiálov na vytvorenie nových membrán, ktoré majú k dispozícii a ktoré sa „dovážajú“ z cytosolu.

Tí, ktorí sa zúčastňujú?

Endoplazmatické retikulum je zodpovedné za syntézu fosfolipidov, ktoré tvoria peroxizómovú membránu, a za syntézu niektorých jej proteínov, a to prostredníctvom pridružených ribozómov.

Ribozómy (v skutočnosti prítomné v cytozole ako „voľné polyribozómy“) sú tie, ktoré prekladajú väčšinu proteínov. Tieto proteíny môžu vstúpiť do vnútra peroxizómov iba vtedy, ak majú špeciálne označenie alebo „značku“.

Bez týchto značiek nemôžu byť proteíny rozpoznávané inými proteínmi na peroxizómovej membráne, a preto nemôžu prechádzať.

Takže, ak ribozómy pripojené k hrubému endoplazmatickému retikulu (RER) a tie, ktoré sú voľné v cytosóle, „posielajú“ dostatok materiálu do peroxizómov, môžu sa rozdeliť na dva.

Peroxizómy v živočíšnych bunkách

Živočíšne bunky majú veľa peroxizómov a lyzozómov, podobné organely, ktoré sú zodpovedné za „recykláciu“ iných organel a rôznych typov molekúl rôznych veľkostí.

Napríklad bunky niektorých zvierat (ale nie buniek ľudí) majú peroxizómy schopné rozkladať kyselinu močovú, čo je zvyčajne metabolický odpad bohatý na dusík, ktorého hromadenie v krvi môže mať škodlivé účinky.

Funkcie „divné“

Okrem všetkých vyššie uvedených funkcií vykonávajú peroxizómy u niektorých zvierat veľmi špecifické funkcie. Svetlušky a iný hmyz napríklad používajú enzým v peroxizómoch svojich buniek na nájdenie kamarátov a v niektorých prípadoch na nájdenie potravy.

Tento enzým je známy ako luciferáza. Luciferáza pomáha mužom produkovať jasný „záblesk“ svetla, ktorý môže byť zelený alebo žltý a ktorý slúži na prilákanie samíc rovnakého druhu.

Trvanie každého záblesku a interval, v ktorom sa vyskytujú, je špecifický pre každý druh, takže samice dokážu samcov rozlíšiť v noci. U niektorých druhov samica produkuje aj blesk a u iných vyžaruje svetlo, ktoré priťahuje samca, aby ju zjedol.

Modifikované peroxizómy

Rovnako ako rastliny majú glyoxysómy, ktoré sú typom peroxizómu špecializovaného na špecifickú metabolickú cestu, niektoré živočíšne bunky majú modifikované peroxizómy.

Kinetoplastidy, skupina parazitov, ktoré spôsobujú rôzne ochorenia u ľudí a iných zvierat, majú typ "modifikovaného peroxizómu" známy ako glykozóm.

Glykómy sú pomenované týmto názvom, pretože obsahujú enzýmy potrebné na spracovanie glukózy (glykolytické enzýmy), ako aj ďalšie enzýmy, ktoré sa podieľajú na iných metabolických dráhach na získanie energie.

Peroxizómy v rastlinných bunkách

Rastlinné bunky tiež obsahujú peroxizómy, ktoré majú okrem funkcií, ktoré sú spoločné s funkciami peroxizómov iných typov buniek, veľmi dôležité funkcie pre fungovanie rastlín.

- Glyoxylátový cyklus

Napríklad v semenách sú peroxizómy ich buniek zodpovedné za premenu uložených tukov na uhľohydráty, ktoré sú surovinou potrebnou na vývoj semenáčikov, ktoré klíčia.

Proces, ktorým rastlinné peroxizómy vykonávajú túto funkciu, sa nazýva glyoxylátový cyklus, ktorý sa považuje za variant Krebsovho cyklu, a preto niektoré texty označujú tieto peroxizómy ako glyoxysómy.

- Fotodirácia

V rastlinách sú tieto organely tiež zapojené do procesu známeho ako fotorezirácia, ktorá pozostáva z metabolickej cesty „v rozpore“ s fotosyntézou, pretože kyslík sa nevytvára, ale skôr spotrebúva a oxid uhličitý sa uvoľňuje bez získania ATP. ,

Napriek uvedenému je tento proces známy aj ako „regenerácia uhlíka“, pretože peroxizómy dostávajú z chloroplastov (ďalšie organely rastlinných buniek) chemickú zlúčeninu nazývanú glykolát, ktorú prevádzajú na inú zlúčeninu nazývanú glycín (a aminokyselina).

Glycín produkovaný v rastlinných peroxizómoch sa transportuje do mitochondrií (organely, kde sa vyskytuje dýchanie a syntéza veľkého množstva ATP). V mitochondriách sa tento glycín premieňa na serín, ďalšiu aminokyselinu, ktorá sa vracia do peroxizómu.

Serín, raz v peroxizóme, sa premieňa na glycerát a odtiaľ sa znova posiela do chloroplastu. Celý tento proces nevedie k produkcii energie, ale vedie k použitiu atómov uhlíka, ktoré sú naviazané na glykolát.

Peroxizómové choroby

Existujú rôzne typy "porúch" súvisiacich s peroxizómami. Všeobecne sú tieto poruchy spojené s mutáciami v génoch, ktoré sa podieľajú na biogenéze týchto organel alebo dokonca v génoch, ktoré kódujú enzýmy alebo transportné proteíny.

Keďže majú genetickú zložku, tieto poruchy sú zvyčajne vrodené (dedí sa od rodičov k deťom), ktoré môžu mať v závislosti od prípadu mierne alebo vážne následky.

Zellwegerov syndróm

Tento syndróm, aj keď zriedkavý, zahŕňa niektoré z najťažších stavov. Vyznačuje sa úplnou neprítomnosťou alebo značným znížením počtu chromozómov v bunkách tela.

Genetické mutácie, ktoré spôsobujú tento syndróm, tiež spôsobujú hromadenie zlúčenín bohatých na prvky, ako je železo a meď, a mastných kyselín s veľmi dlhým reťazcom v krvi a ďalších tkanivách, ako sú pečeň, mozog a obličky.

Aké sú dôsledky?

Malé deti postihnuté týmto syndrómom sa zvyčajne rodia s poruchami tváre (tváre) a niektorými mentálnymi postihnutiami. Môžu trpieť poruchami zraku a sluchu, ako aj gastrointestinálnymi problémami a problémami s pečeňou, takže obvykle nežijú dlhšie ako rok.

Iné príbuzné syndrómy

Existujú ďalšie choroby súvisiace s poruchami peroxizómov. Medzi ne patrí novorodenecká adrenoleukodystrofia (NALD, novorodenecká adrenoleukodystrofia) a detská refsumová choroba.

Obidve choroby sa vyznačujú oneskoreným nástupom príznakov, ktoré sa zvyčajne pozorujú počas detstva, takže pacienti môžu prežiť do skorej dospelosti.

Referencie

1. Britská spoločnosť pre bunkovú biológiu. (Nd). Získané 13. apríla 2020, zo stránky www.bscb.org/learning-resources/softcell-e-learning/peroxisome/.
2. Cooper, GM a Hausman, RE (2004). Bunka: Molekulárny prístup. Medicinska naklada.
3. De Duve, CABP, a Baudhuin, P. (1966). Peroxizómy (mikrobody a príbuzné častice). Fyziologické prehľady, 46 (2), 323-357.
4. Encyklopédia Britannica Editori. (2014). Encyklopédia Britannica. Získané 13. apríla 2020, z adresy www.britannica.com/science/peroxisome.
5. Hu, J., Baker, A., Bartel, B., Linka, N., Mullen, RT, Reumann, S., & Zolman, BK (2012). Rastlinné peroxizómy: biogenéza a funkcia. The Plant Cell, 24 (6), 2279 - 2303.
6. Lazarow, PB, a Fujiki, Y. (1985). Biogenéza peroxizómov. Ročný prehľad bunkovej biológie, 1 (1), 489-530.
7. Roels, F., Baes, M., & Delanghe, S. (Eds.). (2012). Peroxizomálne poruchy a regulácia génov (zväzok 544). Springer Science & Business Media.
8. Van den Bosch, H., Schutgens, RBH, Wanders, RJA a Tager, JM (1992). Biochémia peroxizómov. Ročný prehľad biochemika.