ПЕРОКСИСОМЫ: ХАРАКТЕРИСТИКА, ФУНКЦИИ, СТРОЕНИЕ, БИОГЕНЕЗ - БИОЛОГИЯ - 2025

В пероксисе , также известный как микротелец, небольшие органеллы, очень похожие на лизосомы, которые подвешены в цитозоле большинство эукариотических клеток.

Точно так же, как человеческое тело имеет органы, которые выполняют различные функции, чтобы поддерживать его жизнь, клетки тоже имеют их, и это то, что мы называем «органеллами» или «органеллами».

Схема микробной клетки, на которой показаны пероксисома (пероксисома), митохондрия (митохондрия) и ядро ​​(ядро) (Источник: CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) через Викимедиа Commons)

Так же, как сердце перекачивает кровь к остальному телу, нос и легкие используются для дыхания, желудок получает пищу и начинает ее переваривание, а мозг отвечает за координацию всего (чтобы привести несколько примеров). Органеллы необходимы для многих функций клеток.

Среди некоторых клеточных органелл есть пероксисомы, которые были описаны в 1960 году Кристианом Рене де Дуве, тем же исследователем, который разработал методы субклеточного фракционирования для разделения различных клеточных органелл на основе их плотности.

В 1974 году де Дюв разделил Нобелевскую премию по физиологии и медицине с Альбертом Клодом и Джорджем Паладе за их работу с этими методами и открытие пероксисом.

Название этих органелл происходит от внутреннего производства пероксида водорода (H ₂ O ₂ ), побочного продукта окислительно-восстановительных реакций, которые происходят в них и который потенциально токсичен для клеток (он может реагировать со многими другими молекулами. ), поэтому он быстро деградирует.

В клетке может быть до 500 пероксисом, «плавающих» в цитозоле, но количество и размер этих органелл зависит не только от типа рассматриваемой клетки, но и от физиологического состояния клетки и окружающей ее среды.

Общая характеристика пероксисом

Пероксисомы обладают многими характеристиками, которые делают их похожими на другие клеточные органеллы и, в то же время, очень разными. Вот краткий список самых важных:

- Это маленькие органеллы, окруженные простой мембраной, которая отделяет их от остальных молекул и органелл цитозоля.

- Большая часть того, что внутри них, особенно белки и ферменты, синтезируется в цитозоле клетки, к которой они принадлежат, с помощью свободных рибосом, которые представляют собой белковые комплексы, способные опосредовать трансляцию информационной РНК (мРНК ) из ядра и полученный в результате транскрипции данного гена.

- У них нет собственного генома, то есть внутри нет ДНК или оборудования, необходимого для ее обработки (например, репликации, транскрипции и трансляции).

- Они умножаются на деление.

- Внутри можно найти до 50 различных пищеварительных ферментов и их вторичных продуктов (опасных для клеток).

- Их размер и количество могут сильно различаться от одной клетки к другой, поскольку они зависят от внутриклеточных условий (они индуцибельны) и типа клетки.

Характеристики

Пероксисомы выполняют различные функции в клетке, многие из которых связаны с ферментами, находящимися внутри нее.

- Окислительные реакции

Внутри пероксисом происходят многие окислительно-восстановительные реакции, то есть обмен электронами между одним соединением и другим, обычно катализируемый белками с ферментативной активностью (ферментами).

Эти окислительно-восстановительные реакции в пероксисомах обычно производят перекись водорода (H ₂ O ₂ ), соединение, которое вредно для клеток.

Однако внутри пероксисом есть фермент под названием каталаза, который отвечает за расщепление перекиси водорода с образованием воды или ее использование для окисления других соединений.

Способность сдерживать эти реакции внутри тесно связана с другими функциями, которые выполняют эти клеточные органеллы, поскольку метаболическая деградация многих молекул подразумевает их окисление.

Без окислительных реакций пероксисом накопление таких соединений, как, например, длинноцепочечные жирные кислоты, может вызвать значительное повреждение нервных клеток в головном мозге.

- Энергетический обмен

Пероксисомы участвуют в производстве АТФ, который является основной энергетической «валютой» клетки.

Один из способов сделать это - расщепить жирные кислоты (из которых состоят жиры и многие липиды), переваривать этанол (разновидность алкоголя) и аминокислоты («строительные блоки», из которых состоят белки) и так далее.

В клетках животных большая часть жирных кислот разлагается в митохондриях, а небольшая часть перерабатывается в пероксисомах, но в дрожжах и растениях эта функция практически исключительна для пероксисом.

- Биосинтез

Пероксисомы также участвуют в производстве молекул, которые являются частью клеточных мембран. Эти молекулы известны как плазмаллогены и являются очень важным типом липидов для клеток мозга и сердца (сердца) человека и других млекопитающих.

Другие липиды, синтезируемые в пероксисомах и при участии эндоплазматического ретикулума (другой очень важной клеточной органеллы), представляют собой холестерин и долихол, необходимые для функционирования клеток.

Например, у многих млекопитающих животных пероксисомы клеток печени также участвуют в синтезе желчных кислот, которые являются производными холестерина и очень необходимы для переваривания жиров, содержащихся в пище, которые обрабатываются в желудке, а затем в тонком кишечнике.

Структура

Пероксисомы представляют собой мембранные органеллы, но в отличие от мембран, наблюдаемых в других органеллах, таких как митохондрии и хлоропласты, например, они имеют одинарную мембрану, а не двойную мембранную систему.

Внешний вид его непостоянен, то есть может меняться. Однако обычно это сферические органеллы со средним диаметром от 0,2 до 1 мкм, то есть одной миллионной метра.

Основная диаграмма структуры пероксисомы (Источник: Thuresson / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) через Wikimedia Commons)

Если они не имеют сферической формы, то их можно рассматривать как маленькие канальцы разного размера, которые соединены друг с другом (несомненно, они являются пероксисомами в делении).

У них часто есть кристаллический центр или ядро, которые ученые описывают таким образом, как они смотрят на него под микроскопом, вероятно, в результате огромного количества белка внутри них.

Биогенез (происхождение)

Хотя пероксисомы не содержат внутри ДНК, то есть не имеют собственного генома, их можно разделить почкованием или делением.

Этот процесс зависит от количества белков и материалов для создания новых мембран, имеющихся в их распоряжении, которые «импортируются» из цитозоля.

Те, кто участвует?

Эндоплазматический ретикулум отвечает как за синтез фосфолипидов, которые образуют мембрану пероксисомы, так и за синтез некоторых из ее белков через связанные с ней рибосомы.

Рибосомы (фактически присутствующие в цитозоле как «свободные полирибосомы») - это те, которые транслируют большинство белков. Эти белки могут попасть внутрь пероксисом, только если они имеют специальную метку или «метку».

Без этих меток белки не могут распознаваться другими белками на мембране пероксисомы и, следовательно, не могут проходить через них.

Итак, если рибосомы, прикрепленные к грубому эндоплазматическому ретикулуму (RER), и рибосомы, свободные в цитозоле, «отправляют» достаточно материала пероксисомам, они могут разделиться на две части.

Пероксисомы в клетках животных

Клетки животных имеют множество пероксисом и лизосом, похожих органелл, которые отвечают за «переработку» других органелл и различных типов молекул разного размера.

Клетки некоторых животных (но не людей), например, имеют пероксисомы, способные расщеплять мочевую кислоту, которая обычно представляет собой богатые азотом метаболические отходы, накопление которых в крови может иметь пагубные последствия.

«Странные» функции

В дополнение ко всем функциям, упомянутым выше, у некоторых животных пероксисомы выполняют особые функции. Например, светлячки и другие насекомые используют фермент в пероксисомах своих клеток, чтобы находить партнеров и, в некоторых случаях, определять местонахождение их пищи.

Этот фермент известен как люцифераза. Люцифераза помогает самцам производить яркую «вспышку» света, которая может быть зеленой или желтой, и которая служит для привлечения самок того же вида.

Продолжительность каждой вспышки и интервал, в течение которого они появляются, специфичны для каждого вида, так что самки могут различать самцов в темноте ночи. У некоторых видов самка также производит вспышку, а у других она излучает свет, который привлекает самца к еде.

Модифицированные пероксисомы

Так же, как растения обладают глиоксисомами, которые представляют собой тип пероксисом, специализирующихся на определенном метаболическом пути, некоторые животные клетки обладают модифицированными пероксисомами.

Кинетопластиды, группа паразитов, вызывающих различные заболевания у человека и других животных, имеют тип «модифицированной пероксисомы», известный как гликосома.

Гликосомы получили это название, потому что они содержат ферменты, необходимые для обработки глюкозы (гликолитические ферменты), а также другие ферменты, которые участвуют в других метаболических путях для получения энергии.

Пероксисомы в клетках растений

Клетки растений также содержат пероксисомы, которые выполняют очень важные функции для функционирования растений в дополнение к функциям, которые являются общими с функциями пероксисом других типов клеток.

- Глиоксилатный цикл

В семенах, например, пероксисомы их клеток отвечают за преобразование накопленных жиров в углеводы, которые являются сырьем, необходимым для развития проростков, которые будут прорастать.

Процесс, с помощью которого пероксисомы растений выполняют эту функцию, известен как глиоксилатный цикл, который считается вариантом цикла Кребса, поэтому в некоторых текстах эти пероксисомы называются глиоксисомами.

- Фотодыхание

У растений эти органеллы также участвуют в процессе, известном как фотодыхание, которое состоит из метаболического пути, «противоположного» фотосинтезу, поскольку кислород не производится, а, скорее, потребляется, а углекислый газ выделяется без получения АТФ. .

Несмотря на вышесказанное, этот процесс также известен как «восстановление углерода», поскольку пероксисомы получают из хлоропластов (другой органеллы растительных клеток) химическое соединение, называемое гликолатом, которое они превращают в другое соединение, называемое глицином ( аминокислота).

Глицин, продуцируемый пероксисомами растений, транспортируется в митохондрии (органеллы, в которых происходит дыхание и синтез больших количеств АТФ). В митохондриях этот глицин превращается в серин, другую аминокислоту, которая возвращается в пероксисому.

Серин, попав в пероксисому, превращается в глицерат и оттуда снова отправляется в хлоропласт. Весь этот процесс не приводит к выработке энергии, но приводит к использованию атомов углерода, которые присоединены к гликолату.

Пероксисомные заболевания

Есть разные типы «расстройств», связанных с пероксисомами. Как правило, эти нарушения связаны с мутациями в генах, участвующих в биогенезе этих органелл, или даже в тех генах, которые кодируют ферменты или транспортные белки.

Поскольку они имеют генетический компонент, эти нарушения обычно являются врожденными (они передаются по наследству от родителей детям), которые могут иметь умеренные или тяжелые последствия в зависимости от случая.

Синдром Зеллвегера

Этот синдром, хотя и встречается редко, включает некоторые из самых тяжелых состояний. Для него характерно полное отсутствие или значительное уменьшение количества хромосом в клетках организма.

Генетические мутации, вызывающие этот синдром, также вызывают накопление соединений, богатых такими элементами, как железо и медь, и жирных кислот с очень длинной цепью в крови и других тканях, таких как печень, мозг и почки.

Какие последствия?

Маленькие дети, страдающие этим синдромом, обычно рождаются с лицевыми (лицевыми) деформациями и некоторыми интеллектуальными нарушениями. Они могут страдать от проблем со зрением и слухом, а также от проблем с желудочно-кишечным трактом и печенью, поэтому обычно они не живут больше года.

Другие родственные синдромы

Есть и другие заболевания, связанные с дефектами пероксисом. К ним относятся неонатальная адренолейкодистрофия (NALD, неонатальная адренолейкодистрофия) и болезнь Рефсума у ​​детей.

Оба заболевания характеризуются поздним появлением симптомов, которые обычно проявляются в детстве, поэтому пациенты могут дожить до раннего взросления.

Ссылки

1. Британское общество клеточной биологии. (Й). Получено 13 апреля 2020 г. с сайта www.bscb.org/learning-resources/softcell-e-learning/peroxisome/.
2. Купер, GM, и Хаусман, Р. Е. (2004). Клетка: молекулярный подход. Медицинская наклада.
3. Де Дуве, CABP, и Baudhuin, П. (1966). Пероксисомы (микротела и родственные частицы). Физиологические обзоры, 46 (2), 323-357.
4. Британская энциклопедия редакторов. (2014). Британская энциклопедия. Получено 13 апреля 2020 г. с сайта www.britannica.com/science/peroxisome.
5. Ху, Дж., Бейкер, А., Бартель, Б., Линка, Н., Маллен, Р. Т., Рейман, С., и Золман, Б. К. (2012). Пероксисомы растений: биогенез и функции. Растительная клетка, 24 (6), 2279-2303.
6. Лазаров, ПБ, и Фуджики, Ю. (1985). Биогенез пероксисом. Ежегодный обзор клеточной биологии, 1 (1), 489-530.
7. Роэлс, Ф., Баес, М., и Деланге, С. (ред.). (2012). Пероксисомальные нарушения и регуляция генов (Том 544). Springer Science & Business Media.
8. Ван ден Бош, Х., Шутгенс, RBH, Wanders, RJA, & Tager, JM (1992). Биохимия пероксисом. Ежегодный обзор биохимика.