PEROXISOMY: VLASTNOSTI, FUNKCE, STRUKTURA, BIOGENEZE - BIOLOGIE - 2025

Tyto peroxisomy, známé také jako mikrotělesa, jsou malé organely, velmi podobné lysozomech, které jsou zavěšeny v cytosolu většiny eukaryotických buněk.

Stejně jako lidské tělo má orgány, které plní různé funkce, aby je udržovalo naživu, buňky je mají také a oni jsou to, čemu říkáme „organely“ nebo „organely“.

Schéma mikrobiální buňky ukazující peroxizom (peroxisom), mitochondrion (mitochondriom) a jádro (jádro) (Zdroj: CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) přes Wikimedia Commons)

Stejně jako srdce pumpuje krev do zbytku těla, nos a plíce se používají k dýchání, žaludek dostává jídlo a začíná jeho trávením a mozek má na starosti koordinaci všeho (uveďte několik příkladů). Organely jsou nezbytné pro mnoho funkcí buněk.

Mezi některé z buněčných organel patří peroxisomy, které popsal v roce 1960 Christian René de Duve, tentýž vědec, který vyvinul subcelulární frakcionační techniky k oddělení různých buněčných organel na základě jejich hustoty.

de Duve sdílel v roce 1974 Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu s Albertem Claudem a Georgem Paladem díky jejich práci s těmito technikami a objevu peroxisomů.

Název těchto organel je odvozen od vnitřní produkce peroxidu vodíku (H ₂ O ₂), vedlejšího produktu oxidačně-redukčních reakcí, které se v nich vyskytují a které jsou pro buňky potenciálně toxické (může reagovat s mnoha dalšími molekulami)), takže je rychle degradován.

V buňce může v cytosolu „plavat“ až 500 peroxisomů, ale počet a velikost těchto organel závisí nejen na typu dané buňky, ale na fyziologickém stavu buňky a prostředí, které ji obklopuje.

Obecné vlastnosti peroxisomů

Existuje mnoho charakteristik, které peroxisomy mají, což je činí podobnými jiným buněčným organelám a zároveň se velmi liší. Zde je krátký seznam nejdůležitějších:

- Jsou to malé organely obklopené jednoduchou membránou, která je odděluje od zbytku molekul a organel v cytosolu.

- Většina z toho, co je v nich, zejména proteiny a enzymy, je syntetizována v cytosolu buňky, ke které patří, pomocí volných ribozomů, což jsou proteinové komplexy schopné zprostředkovat translaci messengerové RNA (mRNA)) z jádra a odvozeného z transkripce daného genu.

- Nemají svůj vlastní genom, to znamená, že uvnitř není žádná DNA ani strojní zařízení nezbytné pro její zpracování (například replikace, transkripce a překlady).

- Vynásobí se dělením.

- Uvnitř najdete až 50 různých trávicích enzymů a jejich vedlejší produkty (nebezpečné pro buňky).

- Jejich velikost a počet se mohou v různých buňkách výrazně lišit, protože závisí na intracelulárních podmínkách (jsou indukovatelné) a typu buňky.

Funkce

Peroxisomy plní různé funkce v buňce, mnoho z nich se vztahuje k enzymům, které jsou uvnitř buňky.

- Oxidační reakce

Uvnitř peroxisomů se vyskytuje mnoho oxidačně-redukčních reakcí, tj. Výměna elektronů mezi jednou sloučeninou a druhou, obvykle katalyzovaná proteiny s enzymatickou aktivitou (enzymy).

Tyto reakce oxidačně-redukční do peroxisomů běžně produkovat peroxid vodíku (H ₂ O ₂), což je sloučenina, která je škodlivé pro buňky.

Uvnitř peroxisomů je však enzym zvaný kataláza, který je zodpovědný za rozklad peroxidu vodíku za vzniku vody nebo jeho použití k oxidaci jiných sloučenin.

Schopnost udržet tyto reakce uvnitř úzce souvisí s dalšími funkcemi, které tyto buněčné organely vykonávají, protože metabolická degradace mnoha molekul znamená jejich oxidaci.

Bez oxidačních reakcí peroxisomů by akumulace sloučenin, jako jsou mastné kyseliny s dlouhým řetězcem, mohla způsobit značné poškození nervových buněk v mozku.

- Energetický metabolismus

Peroxisomy se podílejí na výrobě ATP, což je hlavní energetická „měna“ buňky.

Jedním ze způsobů, jak to dělají, je rozkládání mastných kyselin (z čeho se vyrábějí tuky a mnoho lipidů), trávení ethanolu (druh alkoholu) a aminokyselin („stavební kameny“, které tvoří proteiny) atd.

V živočišných buňkách je většina mastných kyselin degradována v mitochondriích a malá část je zpracovávána v peroxisomech, ale v kvasnicích a rostlinách je tato funkce prakticky vyloučena pouze z peroxisomů.

- Biosyntéza

Peroxisomy také fungují při produkci molekul, které jsou součástí buněčných membrán. Tyto molekuly jsou známé jako plasmallogeny a jsou velmi důležitým typem lipidů pro mozkové a srdeční (srdeční) buňky u lidí a jiných savců.

Další lipidy syntetizované v peroxisomech a za účasti endoplazmatického retikula (další velmi důležité buněčné organely) jsou cholesterol a dolichol, nezbytné pro fungování buněk.

Například u mnoha savců se peroxisomy jaterních buněk podílejí také na syntéze žlučových kyselin, které jsou odvozeny od cholesterolu a jsou velmi nezbytné pro trávení tuků obsažených v potravinách, které se zpracovávají v žaludku a poté v tenkém střevě.

Struktura

Peroxisomy jsou membránové organely, ale na rozdíl od membrán pozorovaných v jiných organelách, jako jsou mitochondrie a chloroplasty, například mají jednu membránu a ne dvojitý membránový systém.

Jeho vzhled není konstantní, to znamená, že se může změnit. Obvykle se však jedná o kulové organely, které mají průměrný průměr mezi 0,2 a 1 μm, tj. Miliontinou metru.

Základní schéma struktury peroxisomu (Zdroj: Thuresson / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) přes Wikimedia Commons)

Pokud nejsou sférického tvaru, lze je považovat za malé trubičky různých velikostí, které jsou navzájem spojeny (určitě se jedná o peroxisomy v dělení).

Často mají krystalické centrum nebo jádro, které vědci tímto způsobem popisují tím, jak se na něj dívají pod mikroskopem, pravděpodobně v důsledku obrovského množství bílkovin uvnitř nich.

Biogeneze (původ)

Ačkoli peroxisomy neobsahují DNA uvnitř, to znamená, že nemají svůj vlastní genom, mohou být rozděleny pučením nebo štěpením.

Tento proces závisí na množství bílkovin a materiálů pro vytvoření nových membrán, které mají k dispozici a které jsou „importovány“ z cytosolu.

Ti, kteří se účastní?

Endoplazmatické retikulum je zodpovědné jak za syntézu fosfolipidů, které tvoří peroxisomovou membránu, tak za syntézu některých jejích proteinů, a to prostřednictvím přidružených ribozomů.

Ribozomy (ve skutečnosti přítomné v cytosolu jako „volné polyribosomy“) jsou ty, které překládají většinu proteinů. Tyto proteiny mohou vstoupit do vnitřku peroxisomů pouze tehdy, pokud mají zvláštní označení nebo „značku“.

Bez těchto značek nemohou být proteiny rozpoznávány jinými proteiny na peroxisomové membráně, a proto nemohou procházet.

Pokud tedy ribozomy připojené k hrubému endoplazmatickému retikulu (RER) a ty, které jsou volné v cytosolu, „pošlou“ dostatek materiálu do peroxisomů, mohou se rozdělit na dva.

Peroxisomy v živočišných buňkách

Živočišné buňky mají mnoho peroxisomů a lysozomů, podobné organely, které jsou odpovědné za „recyklaci“ jiných organel a různých typů molekul různé velikosti.

Buňky některých zvířat (ale nikoli buněk lidí) mají například peroxisomy schopné rozkládat kyselinu močovou, což je obvykle metabolický odpad bohatý na dusík, jehož hromadění v krvi může mít škodlivé účinky.

Funkce „divný“

Kromě všech výše uvedených funkcí plní peroxisomy u některých zvířat velmi zvláštní funkce. Světlušky a další hmyz například používají enzym v peroxisomech svých buněk k nalezení kamarádů a v některých případech k nalezení potravy.

Tento enzym je známý jako luciferáza. Luciferase pomáhá samcům produkovat jasný „záblesk“ světla, který může být zelený nebo žlutý a který slouží k přilákání samic stejného druhu.

Délka každého záblesku a interval, ve kterém se objevují, je specifická pro každý druh, takže samice mohou rozlišovat samce ve tmě noci. U některých druhů samice také produkuje záblesk a u jiných vyzařuje světlo, které přitahuje muže k jídlu.

Modifikované peroxisomy

Stejně jako rostliny mají glyoxysomy, které jsou typem peroxisomu specializovaného na specifickou metabolickou cestu, mají některé živočišné buňky modifikované peroxisomy.

Kinetoplastidy, skupina parazitů, které způsobují různá onemocnění u lidí a jiných zvířat, mají typ "modifikovaného peroxisomu" známý jako glykosom.

Glykosomy dostávají toto jméno, protože obsahují enzymy nezbytné pro zpracování glukózy (glykolytické enzymy), jakož i další enzymy, které se podílejí na jiných metabolických drahách k získání energie.

Peroxisomy v rostlinných buňkách

Rostlinné buňky také obsahují peroxisomy a ty mají velmi důležité funkce pro fungování rostlin, kromě funkcí, které jsou sdíleny s funkcemi peroxisomů jiných typů buněk.

- Glyoxylátový cyklus

Například v semenech jsou peroxisomy jejich buněk zodpovědné za přeměnu uložených tuků na uhlohydráty, které jsou surovinou nezbytnou pro vývoj semenáčků, které klíčí.

Proces, kterým rostlinné peroxisomy vykonávají tuto funkci, je znám jako glyoxylátový cyklus, který je považován za variantu Krebsova cyklu, což je důvod, proč některé texty označují tyto peroxisomy jako glyoxysomy.

- Fotorepirace

V rostlinách se tyto organely také podílejí na procesu známém jako fotorezi, který sestává z metabolické dráhy „v rozporu“ s fotosyntézou, protože kyslík není produkován, ale je spíše spotřebováván a oxid uhličitý je uvolňován bez získání ATP..

Navzdory výše uvedenému je tento proces známý také jako „regenerace uhlíku“, protože peroxisomy přijímají z chloroplastů (další organely rostlinných buněk) chemickou sloučeninu zvanou glykolát, kterou převádějí na jinou sloučeninu zvanou glycin (a aminokyselina).

Glycin produkovaný v rostlinných peroxisomech je transportován do mitochondrií (organely, kde dochází k dýchání a syntéze velkého množství ATP). V mitochondriích se tento glycin přemění na serin, další aminokyselinu, která se vrací do peroxisomu.

Serin, jednou v peroxisomu, je přeměněn na glycerát a odtud je znovu odeslán do chloroplastu. Celý tento proces nevede k produkci energie, ale vede k použití atomů uhlíku, které jsou připojeny k glykolátu.

Peroxizomová onemocnění

Existují různé typy „poruch“ souvisejících s peroxizomy. Obecně se tyto poruchy týkají mutací v genech, které se podílejí na biogenezi těchto organel nebo dokonce v genech, které kódují enzymy nebo transportní proteiny.

Protože mají genetickou složku, jsou tyto poruchy obvykle vrozené (dědí se od rodičů k dětem), které mohou mít v závislosti na případu mírné nebo závažné následky.

Zellwegerův syndrom

Tento syndrom, i když vzácný, zahrnuje některé z nejtěžších stavů. Je charakterizována úplnou nepřítomností nebo podstatným snížením počtu chromozomů v buňkách těla.

Genetické mutace, které způsobují tento syndrom, také způsobují akumulaci sloučenin bohatých na prvky, jako je železo a měď, a mastných kyselin s velmi dlouhým řetězcem v krvi a dalších tkáních, jako jsou játra, mozek a ledviny.

Jaké jsou důsledky?

Malé děti postižené tímto syndromem se obvykle rodí s obličejovými (obličejovými) deformitami a některými mentálními postiženími. Mohou trpět zrakovými a sluchovými problémy, gastrointestinálními a jaterními problémy, takže obvykle nežijí déle než rok.

Jiné související syndromy

Existují další choroby související s defekty v peroxisomech. Mezi ně patří novorozenecká adrenoleukodystrofie (NALD, novorozenecká adrenoleukodystrofie) a dětská refsumová nemoc.

Obě nemoci se vyznačují pozdním nástupem příznaků, které se obvykle objevují v dětství, takže pacienti mohou přežít do rané dospělosti.

Reference

1. Britská společnost buněčné biologie. (nd). Získáno 13. dubna 2020 z www.bscb.org/learning-resources/softcell-e-learning/peroxisome/.
2. Cooper, GM a Hausman, RE (2004). Buňka: Molekulární přístup. Medicinska naklada.
3. De Duve, CABP, a Baudhuin, P. (1966). Peroxisomy (mikrobody a příbuzné částice). Fyziologické přehledy, 46 (2), 323-357.
4. Encyklopedie Britannica Editors. (2014). Encyklopedie Britannica. Získáno 13. dubna 2020 z www.britannica.com/science/peroxisome.
5. Hu, J., Baker, A., Bartel, B., Linka, N., Mullen, RT, Reumann, S., & Zolman, BK (2012). Rostlinné peroxisomy: biogeneze a funkce. The Plant Cell, 24 (6), 2279-2303.
6. Lazarow, PB, a Fujiki, Y. (1985). Biogeneze peroxisomů. Roční přehled buněčné biologie, 1 (1), 489-530.
7. Roels, F., Baes, M., & Delanghe, S. (Eds.). (2012). Peroxisomální poruchy a regulace genů (svazek 544). Springer Science & Business Media.
8. Van den Bosch, H., Schutgens, RBH, Wanders, RJA a Tager, JM (1992). Biochemie peroxisomů. Každoroční přehled biochemika.