Характеристики пероксисомів, розташування, функції та структура



The пероксисом вони являють собою сферичні клітинні органели, діаметром від 0,2 до 1,0 мкм приблизно і оточені мембраною. Вони знаходяться в клітинах тварин і рослин і мають необхідні ферменти для метаболічних шляхів, пов'язаних з процесами окислення біомолекул (амінокислот і жирних кислот) або токсичних речовин (спирту)..

Ферменти, що беруть участь у цих процесах, називаються оксидазами, які також залучені до синтетичних шляхів. Пероксисоми мають спеціальний фермент: каталазу, з якою вони здатні усунути перекис водню (Н2O2), який є вторинним продуктом, викликаним деградацією токсичних речовин.

Зверніть увагу, що ця потенційно шкідлива речовина походить і усувається в тій самій органелі, тому клітина ніколи не піддається цьому з'єднанню. Пероксисоми були відкриті в 1954 році шведським Йоганном Родіном, вивчаючи при цьому морфологію нирок в муридах. Спочатку їх називали мікроорганізмами.

Пізніше, в 1966 році, група дослідників описала біохімічні властивості нової органели і присвоїла їй назву пероксисому, завдяки виробництву та деградації2O2.

Індекс

  • 1 Загальна характеристика та розташування
    • 1.1 Різноманітність пероксисомів
  • 2 Функції
    • 2.1 Деградація жирних кислот
    • 2.2 Деградація токсичних продуктів
    • 2.3 Синтез біомолекул
  • 3 Пероксисом у рослинах
    • 3.1 Гліоксисоми
    • 3.2
  • 4 Структура
  • 5 Походження
  • 6 Посилання

Загальна характеристика та розташування

Пероксисоми - сферичні відсіки, оточені єдиною мембраною. Вони не мають власного геному або рибосом прикріплені до їх структури, на відміну від інших клітинних компартментів, таких як мітохондрії або хлоропласти, які оточені складною системою з двох або трьох мембран відповідно..

Більшість клітин тварин і рослин мають пероксисоми. Основним винятком є ​​еритроцити або еритроцити.

Ферменти, що беруть участь в окисному метаболізмі, знаходяться в цій структурі. При окисленні деяких продуктів утворюється перекис водню, оскільки водні атоми цих субстратів переносяться на молекули кисню.

Перекис водню є токсичною речовиною для клітини і повинна бути усунена. Таким чином, пероксисоми містять фермент каталази, який дозволяє перетворити його у воду і молекули кисню.

Різноманітність пероксисомів

Пероксисоми є досить різноманітними органелами. Залежно від типу клітин і досліджуваного виду, вони можуть модифікувати ферментативну композицію всередині. Так само вони можуть змінюватися в залежності від умов навколишнього середовища, до яких вони піддаються.

Наприклад, доведено, що у дріжджів, які ростуть у присутності вуглеводів, пероксисоми невеликі. Коли ці організми ростуть у середовищах, багатих метанолом або жирними кислотами, пероксисоми більші для окислення цих сполук.

У протестах жанру Трипаносома (цей рід включає патогенні види T. cruzi, збудника хвороби Шагаса) та інших кінетопластидів, мають тип пероксисом, званий глікозомою. Ця органела володіє певними ферментами гліколізу.

У грибах є структура, яка називається тілом Вороніна. Це тип пероксисома, який бере участь у підтримці клітинної структури.

Аналогічно, в пероксисомах певних видів є унікальні ферменти. У світлячків пероксисоми містять фермент люцифераза, який відповідає за біолюмінесценцію, типову для цієї групи коопептик. У грибах роду Penicillium, пероксисоми містять ферменти, що беруть участь у виробництві пеніциліну.

Функції

Шляхи окислення, необхідні для клітин, відбуваються в пероксисоме. У них більше п'ятдесяти типів ферментів, здатних розкладати жирні кислоти, сечову кислоту і амінокислоти. Вони також беруть участь у шляхах синтезу ліпідів. Далі кожна з її функцій буде детально описана:

Деградація жирних кислот

Окислення жирних кислот у пероксисоме відбувається через метаболічний шлях, який називається β-окисленням, що є результатом виробництва ацетильной групи. Це суперечить аналогічній реакції деградації, що відбувається в мітохондріях, в яких кінцевими продуктами деградації жирних кислот є діоксид вуглецю і АТФ..

На відміну від клітин тварин, де окислення β відбувається в мітохондріях і в пероксисоме, у дріжджах це відбувається тільки в пероксисомах.

Ацетильні групи можуть транспортуватися в інші клітинні компартменти і бути включені в шляхи біосинтезу ефірних метаболітів..

Деградація токсичних продуктів

Пероксісоми беруть участь в детоксикаційних реакціях, особливо в печінці і нирках.

Пероксисоми можуть деградувати токсичні субстрати, що надходять у кров, такі як алкоголь, феноли, мурашина кислота і формальдегід. Ці реакції окислення продукують перекис водню.

Назва органели дається продукцією цієї молекули. Для його деградації він володіє ферментом каталази, який каталізує наступну хімічну реакцію, яка продукує речовини, які нешкідливі для клітини, води і кисню:

2 H2O2 -> H2O + O2

Синтез біомолекул

У клітинах тварин синтез холестерину і долихола відбувається в пероксисоме і в ендоплазматичній мережі. Холестерин є важливим ліпідом деяких тканин. Його присутність в плазматичних мембранах визначає його плинність. Вона також зустрічається в плазмі крові.

Доліхол, як і холестерин, є ліпідом і присутній в клітинних мембранах, зокрема в ендоплазматичному ретикулюмі.

Пероксисоми також беруть участь у синтезі жовчних кислот, компонентів жовчі. Ці сполуки походять від холестерину. Основною функцією жовчі є омилення жирів в кишечнику, що діє як вид миючого засобу.

Плазмалогени являють собою молекули ліпідної природи, що характеризуються наявністю ефірного типу зв'язку. Цей ліпід виявляється як незамінний компонент мембран клітин, що складають тканини серця і мозку. Пероксисоми беруть участь у перших двох стадіях, які дають початок цим ліпідам.

З цієї причини, коли якась клітинна недостатність виникає на рівні пероксисом, вона може проявлятися в неврологічних відхиленнях. Прикладом цих патологій є синдром Зельвегера.

Пероксисоми в рослинах

Гліоксисоми

Рослини містять спеціалізовані органели типу пероксисом, звані гліоксисомами. Функція полягає в зберіганні речовин і зниженні ліпідів. Вони зустрічаються переважно в насінні.

Типова реакція рослин відбувається в гліоксисомах: перетворення жирних кислот в глюкозу.

Цей метаболічний шлях відомий як гліоксилатний цикл і досить схожий на цикл лимонної кислоти. Для досягнення цієї конверсії використовують дві молекули ацетилу СоА для отримання бурштинової кислоти, яка згодом переходить до глюкози.

Рослина, що виходить з насіння, ще не фотосинтетично активна. Щоб компенсувати цей факт, вони можуть використовувати ці вуглеводи з гліоксисоми, поки рослина не може їх синтезувати сама по собі. Цей процес необхідний для правильного проростання насіння.

Це перетворення жирних кислот у вуглеводи неможливе в клітинах тварин, оскільки вони не володіють ферментами гліоксилатного циклу.

Фотопотяг

Пероксисоми беруть участь у процесах фотореспірації в клітинах рослин. Її основною функцією є метаболізація вторинних продуктів, що утворюються в процесі фотосинтезу.

Фермент rubisco (рибулозо-1,5-бісфосфат-карбоксилаза / оксигеназа) бере участь у фіксації діоксиду вуглецю. Однак цей фермент може приймати кисень, а не вуглекислий газ. Як вказує назва ферменту, це одночасно карбоксилаза і оксигеназа.

Одним з з'єднань, отриманих цим альтернативним шляхом оксигенації, є фосфогліколят. Після перетворення в гліколят ця молекула направляється в пероксисом, де відбувається його окислення до гліцину.

Гліцин можна приймати до мітохондрій, де він стає серином. Серин повертається до пероксисому і стає гліцератом. Останній проходить хлоропласт і може бути включений в цикл Кальвіна.

Іншими словами, пероксисоми допомагають відновлювати вуглеводи, оскільки фосфогліколят не є корисним метаболітом для рослини.

Структура

Пероксисоми мають дуже прості структури. Вони оточені єдиною ліпідною мембраною.

Оскільки ці компартменти не мають жодного генетичного матеріалу, всі білки, необхідні для їх функцій, повинні бути імпортовані. Білки, які повинні транспортуватися до пероксисомів, синтезуються рибосомами і транспортуються від цитозолу до кінцевого пункту призначення..

Мітка, яка вказує на розташування певного білка до пероксисомам, характеризується тим, що містить послідовність серину, лізину і лейцину в кінцевому вуглеці білкового ланцюга. Ця позначка відома як PTS1 для своєї абревіатури англійською мовою, сигнал націлювання пероксисом 1.

Існують також інші мітки, які вказують на розташування білка в пероксисоме, такі як присутність дев'яти амінокислот на аміно-кінці, званому PTS2. Таким же чином, фосфоліпіди синтезуються в ендоплазматичному ретикулумі і приймаються в пероксисом.

Вони схожі на лізосоми, за винятком їх походження. Лізосоми проростають з мембранної системи клітин. Пероксисоми, такі як мітохондрії і пластиди, можуть розмножуватися шляхом поділу. Завдяки включенню білків і ліпідів, пероксисоми можуть рости і розщеплюватися на два окремих компартмента.

Походження

У минулому було запропоновано, щоб пероксисоми виникли в результаті ендосимбіотичного процесу; Однак ця точка зору була дуже сумнівною.

Нещодавні свідчення показали наявність тісної взаємозв'язку між ендоплазматичним ретикулумом і пероксисомами, що підтверджує гіпотезу про те, що вони походять з сітки.

Список літератури

  1. Campbell, N.A., & Reece, J. B. (2007). Біологія. Ed. Panamericana Medical.
  2. Купер Г. М. (2000). Клітина: молекулярний підхід. 2-е видання. Sinauer Associates
  3. Gabaldón, Т. (2010). Пероксисомне різноманіття і еволюція. Філософські операції Королівського суспільства B: Біологічні науки, 365(1541), 765-773.
  4. Lodish, H. (2005). Клітинна і молекулярна біологія. Ed. Panamericana Medical.
  5. Terlecky, S. R., & Walton, P.A. (2005). Біогенез та клітинна біологія пероксисомів у здоров'ї людини та хворобах. В Біогенез клітинних органел (стор. 164-175). Springer, Boston, MA.
  6. Тіторенко В. І., Рачубінський Р. А. (2004). Перекис: оркестрування важливих рішень розвитку всередині клітини. Journal of Cell Biology, 164 (5), 641-645.
  7. Tortora, G.J., Funke, B.R., & Case, C.L. (2007). Введення в мікробіологію. Ed. Panamericana Medical.