PEROXISOMII: CARACTERISTICI, FUNCȚII, STRUCTURĂ, BIOGENEZĂ - BIOLOGIE - 2025

De peroxizomi , de asemenea , cunoscut sub numele de microbodies, sunt organite mici, foarte asemănătoare cu lizozomii, care sunt suspendate în citosol majorității celulelor eucariote.

La fel cum corpul uman are organe care îndeplinesc diferite funcții pentru a-l menține în viață, celulele le au și ele sunt ceea ce numim „organule” sau „organule”.

Schema unei celule microb care prezintă un peroxisom (peroxisom), un mitocondriu (mitocondriom) și nucleul (nucleu) (Sursa: CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) prin Wikimedia Commons)

La fel cum inima pompează sângele către restul corpului, nasul și plămânii sunt folosiți pentru a respira, stomacul primește hrană și începe cu digestia acestuia, iar creierul este responsabil de coordonarea tuturor (pentru a da câteva exemple). Organulele sunt esențiale pentru multe dintre funcțiile celulelor.

Printre unele organele celulare sunt peroxisomii, care au fost descriși în 1960 de Christian René de Duve, același cercetător care a dezvoltat tehnici de fracționare subcelulară pentru a separa diferitele organule celulare în funcție de densitatea lor.

de Duve a împărțit, în 1974, Premiul Nobel pentru fiziologie și medicină cu Albert Claude și George Palade, datorită muncii lor cu aceste tehnici și descoperirii peroxizomilor.

Denumirea acestor organule provine din producția internă de peroxid de hidrogen (H ₂ O ₂ ), un produs secundar al reacțiilor de oxidare-reducere care apar în ele și care este potențial toxic pentru celule (poate reacționa cu multe alte molecule ), deci este rapid degradat.

Într-o celulă pot exista până la 500 de peroxisomi „înotând” în citosol, dar numărul și mărimea acestor organele depinde nu numai de tipul de celulă în cauză, ci de starea fiziologică a celulei și a mediului care o înconjoară.

Caracteristicile generale ale peroxisomilor

Există multe caracteristici pe care le au peroxizomii care le fac asemănătoare cu alte organule celulare și, în același timp, foarte diferite. Iată o listă scurtă a unora dintre cele mai importante:

- Sunt mici organele înconjurate de o membrană simplă, care le separă de restul moleculelor și organelelor din citosol.

- O mare parte din ceea ce se află în interiorul lor, în special proteinele și enzimele, sunt sintetizate în citosolul celulei din care fac parte prin ribozomi liberi, care sunt complexe proteice capabile să medieze traducerea ARN-ului mesager (ARNm) ) din nucleu și derivat din transcrierea unei gene date.

- Nu au propriul genom, adică în interior nu există ADN sau utilaje necesare procesării sale (replicare, transcriere și traducere, de exemplu).

- Se înmulțesc prin diviziune.

- În interior puteți găsi până la 50 de enzime digestive diferite și produsele lor secundare (periculoase pentru celule).

- Mărimea și numărul lor poate varia foarte mult de la o celulă la alta, deoarece acestea depind de condițiile intracelulare (sunt inductibile) și de tipul de celulă.

Caracteristici

Peroxisomii îndeplinesc diferite funcții în interiorul unei celule, multe dintre ele legate de enzimele care se află în interiorul acesteia.

- Reacții oxidative

Multe reacții de reducere a oxidării apar în interiorul peroxisomurilor, adică schimbul de electroni între un compus și altul, în general catalizate de proteine ​​cu activitate enzimatică (enzime).

Aceste reacții de reducere a oxidării în peroxizomi produc în mod obișnuit peroxid de hidrogen (H ₂ O ₂ ), un compus dăunător pentru celule.

Cu toate acestea, în interiorul peroxizomilor există o enzimă numită catalază, care este responsabilă de descompunerea peroxidului de hidrogen pentru a forma apă sau de a o folosi pentru a oxida alți compuși.

Capacitatea de a conține aceste reacții în interior este strâns legată de celelalte funcții pe care le îndeplinesc aceste organele celulare, deoarece degradarea metabolică a multor molecule implică oxidarea lor.

Fără reacțiile oxidative ale peroxisomilor, acumularea de compuși precum acizii grași cu lanț lung, de exemplu, ar putea provoca pagube considerabile celulelor nervoase din creier.

- Metabolizarea energiei

Peroxisomii participă la producerea de ATP, care este principala „monedă” energetică a unei celule.

Unul dintre modurile în care fac acest lucru este prin descompunerea acizilor grași (din ce sunt formate grăsimile și multe lipide), digerarea etanolului (un tip de alcool) și a aminoacizilor („blocurile de construcție” care formează proteine) și așa mai departe.

În celulele animale, majoritatea acizilor grași sunt degradate în mitocondrii și o porțiune mică este procesată în peroxizomi, dar în drojdii și plante această funcție este practic exclusivă pentru peroxisomi.

- Biosinteza

Peroxisomii funcționează și în producția de molecule care fac parte din membranele celulare. Aceste molecule sunt cunoscute sub numele de plasmallogeni și sunt un tip foarte important de lipide pentru creierul și celulele cardiace (cardiace) ale oamenilor și ale altor mamifere.

Alte lipide sintetizate în peroxisomi și cu participarea reticulului endoplasmatic (un alt organel celular foarte important) sunt colesterolul și dolicholul, esențiale pentru funcționarea celulelor.

La multe animale de mamifere, de exemplu, peroxisomii celulelor hepatice participă, de asemenea, la sinteza acizilor biliari, care sunt derivate din colesterol și sunt foarte necesare pentru digestia grăsimilor conținute în alimente care sunt procesate în stomac și apoi în intestinul subțire.

Structura

Peroxisomii sunt organele membranoase, dar spre deosebire de membranele văzute în alte organule, cum ar fi mitocondriile și cloroplastele, de exemplu, au o singură membrană și nu un sistem cu membrană dublă.

Aspectul său nu este constant, adică se poate schimba. Cu toate acestea, acestea sunt de obicei organule sferice care au un diametru mediu între 0,2 și 1 μm, adică o milionime de metru.

Diagrama de bază a structurii unui peroxisom (Sursa: Thuresson / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) prin Wikimedia Commons)

Când acestea nu au formă sferică, atunci pot fi văzuți ca niște tuburi mici de diferite dimensiuni, care sunt conectați unul cu celălalt (cu siguranță sunt peroxisomi în diviziune).

Adesea au un centru sau nucleu cristalin, pe care oamenii de știință îl descriu în acest fel prin modul în care îl privesc la microscop, probabil ca urmare a cantității imense de proteine ​​din interiorul lor.

Biogeneză (origine)

Deși peroxisomii nu conțin ADN în interior, adică nu au propriul genom, pot fi împărțiți prin înmugurire sau fisiune.

Acest proces depinde de cantitatea de proteine ​​și materiale pentru a construi noi membrane pe care le au la dispoziție, care sunt „importate” din citosol.

Cei care participă?

Reticulul endoplasmatic este responsabil atât pentru sinteza fosfolipidelor care formează membrana peroxisomului, cât și pentru sinteza unora dintre proteinele sale, aceasta prin ribozomii asociați.

Ribozomii (de fapt prezenți în citosol sub formă de "polibribozomi liberi") sunt cei care traduc majoritatea proteinelor. Aceste proteine ​​pot intra în interiorul peroxizomilor numai dacă au o etichetă specială sau „marcaj”.

Fără aceste mărci, proteinele nu pot fi recunoscute de alte proteine ​​de pe membrana peroxisomului și, prin urmare, nu pot trece.

Deci, dacă ribozomii atașați la reticulul endoplasmic dur (RER) și cei care sunt liberi în citosol „trimit” suficient material la peroxisomi, aceștia se pot împărți în doi.

Peroxisomii din celulele animale

Celulele animale au numeroși peroxisomi și lizozomi, organele similare care sunt responsabile de „reciclarea” altor organule și diferite tipuri de molecule de diferite dimensiuni.

Celulele unor animale (dar nu cele ale oamenilor), de exemplu, au peroxisomi capabili să descompună acidul uric, care este în general o deșeuri metabolice bogate în azot, a căror acumulare în sânge poate avea efecte dăunătoare.

Funcții „ciudate”

Pe lângă toate funcțiile menționate mai sus, peroxisomii îndeplinesc funcții foarte particulare la unele animale. Fluturii și alte insecte, de exemplu, folosesc o enzimă în peroxizomii celulelor lor pentru a găsi împerechei și, în unele cazuri, pentru a-și localiza hrana.

Această enzimă este cunoscută sub numele de luciferază. Luciferaza ajută bărbații să producă un „fulger” luminos, care poate fi verde sau galben și care servește la atragerea femelelor din aceeași specie.

Durata fiecărui fulger și intervalul în care apar sunt specifice fiecărei specii, astfel încât femelele să poată distinge masculii în întunericul nopții. La anumite specii, femela produce, de asemenea, un fulger, iar în altele, emite o lumină care atrage masculul să o mănânce.

Peroxisomii modificati

La fel cum plantele posedă glicoxizi, care sunt un tip de peroxisom specializat într-o cale metabolică specifică, unele celule animale posedă peroxisomi modificați.

Kinetoplastidele, un grup de paraziți care provoacă diferite boli la om și la alte animale, au un tip de "peroxisom modificat" cunoscut sub numele de glicozom.

Glicozomii primesc acest nume, deoarece conțin enzimele necesare prelucrării glucozei (enzime glicolitice), precum și alte enzime care participă la alte căi metabolice pentru obținerea energiei.

Peroxisomii din celulele plantelor

Celulele vegetale conțin, de asemenea, peroxisomi și acestea au funcții foarte importante pentru funcționarea plantelor, pe lângă funcțiile care sunt împărtășite cu cele ale peroxisomilor altor tipuri de celule.

- Ciclul de glicoxilat

În semințe, de exemplu, peroxisomii celulelor lor sunt responsabili de transformarea grăsimilor depozitate în carbohidrați, care sunt materia primă necesară dezvoltării răsadului care va germina.

Procesul prin care peroxizomii vegetali îndeplinesc această funcție este cunoscut sub numele de ciclu de glioxilat, care este considerat o variantă a ciclului Krebs, motiv pentru care unele texte se referă la acești peroxisomi ca glicozomi.

- Fotorepirație

La plante, aceste organele sunt de asemenea implicate într-un proces cunoscut sub numele de fotorespirație, care constă dintr-o cale metabolică „contrară” fotosintezei, deoarece oxigenul nu este produs, ci mai degrabă este consumat, iar dioxidul de carbon este eliberat fără a obține ATP. .

În ciuda celor de mai sus, acest proces este cunoscut și sub denumirea de "recuperare de carbon", deoarece peroxisomii primesc de la cloroplaste (o altă organelă a celulelor vegetale) un compus chimic numit glicolat, pe care îl transformă într-un alt compus numit glicină (a amino acid).

Glicina produsă în peroxisomii vegetali este transportată la mitocondrii (organela în care se produce respirația și sinteza unor cantități mari de ATP). În mitocondrii, această glicină este transformată în serină, un alt aminoacid, care este returnat la peroxisom.

Serina, odată ajunsă în peroxisom, este transformată în glicrat și de acolo este trimisă din nou în cloroplast. Tot acest proces nu duce la producerea de energie, dar duce la utilizarea atomilor de carbon care sunt atașați de glicolat.

Boli peroxisomice

Există diferite tipuri de „tulburări” legate de peroxizomi. În general, aceste tulburări au legătură cu mutațiile genelor care sunt implicate în biogeneza acestor organele sau, chiar, în acele gene care codifică enzimele sau proteine ​​de transport.

Deoarece au o componentă genetică, aceste tulburări sunt de obicei congenitale (sunt moștenite de la părinți la copii) care pot avea consecințe moderate sau severe, în funcție de caz.

Sindromul Zellweger

Acest sindrom, deși rar, include unele dintre cele mai severe condiții. Se caracterizează prin absența completă sau printr-o reducere considerabilă a numărului de cromozomi din celulele corpului.

Mutațiile genetice care provoacă acest sindrom provoacă, de asemenea, acumularea de compuși bogate în elemente precum fier și cupru și acizi grași cu lanț foarte lung în sânge și în alte țesuturi, cum ar fi ficatul, creierul și rinichii.

Care sunt consecințele?

Copiii mici afectați de acest sindrom sunt de obicei născuți cu deformări faciale (faciale) și unele dizabilități intelectuale. Pot suferi de probleme de vedere și auz, precum și probleme gastro-intestinale și hepatice, astfel încât, de obicei, nu trăiesc mai mult de un an.

Alte sindroame înrudite

Există și alte boli legate de defecte în peroxisomi. Acestea includ Adrenoleucodistrofia Neonatală (NALD, Adrenoleucodistrofia Neonatală) și Boala Refsum din Copilă.

Ambele boli sunt caracterizate prin apariția tardivă a simptomelor, care sunt de obicei observate în copilărie, astfel încât pacienții pot supraviețui până la vârsta adultă.

Referințe

1. Societatea Britanică de Biologie Celulară. (Nd). Preluat 13 aprilie 2020, de pe www.bscb.org/learning-resources/softcell-e-learning/peroxisome/.
2. Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Celula: abord molecular. Medicinska naklada.
3. De Duve, CABP, & Baudhuin, P. (1966). Peroxisomii (microorganisme și particule înrudite). Recenzii fiziologice, 46 (2), 323-357.
4. Editori Encyclopaedia Britannica. (2014). Encyclopaedia Britannica. Preluat pe 13 aprilie 2020, de pe www.britannica.com/science/peroxisome.
5. Hu, J., Baker, A., Bartel, B., Linka, N., Mullen, RT, Reumann, S., & Zolman, BK (2012). Peroxisomii vegetali: biogeneză și funcție. The Cell Cell, 24 (6), 2279-2303.
6. Lazarow, PB, & Fujiki, Y. (1985). Biogeneza peroxizomilor. Revizuirea anuală a biologiei celulare, 1 (1), 489-530.
7. Roels, F., Baes, M., & Delanghe, S. (Eds.). (2012). Tulburări peroxisomale și reglarea genelor (Vol. 544). Springer Media științifică și de afaceri.
8. Van den Bosch, H., Schutgens, RBH, Wanders, RJA, & Tager, JM (1992). Biochimia peroxizomilor. Revizuirea anuală a biochimistului.