ПЕРОКСИЗОМИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦИИ, СТРУКТУРА, БИОГЕНЕЗА - БИОЛОГИЯ - 2025

На пероксизомите, известен също като microbodies, са малки органели, много подобни на лизозомите, които са суспендирани в цитозола на повечето еукариотни клетки.

Точно както човешкото тяло има органи, които изпълняват различни функции, за да го поддържат живи, клетките имат и тях и те са това, което наричаме „органели“ или „органели“.

Схематична микробна клетка, показваща пероксизом (пероксизом), митохондрион (митохондриом) и ядрото (ядро) (Източник: CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) през Wikimedia Commons)

Точно както сърцето изпомпва кръв към останалата част от тялото, носът и белите дробове се използват за дишане, стомахът получава храна и започва с храносмилането си, а мозъкът отговаря за координирането на всичко (за да даде няколко примера). Органелите са от съществено значение за много от функциите на клетките.

Сред някои от клетъчните органели са пероксизомите, които са описани през 1960 г. от Кристиан Рене дьо Дуве, същият изследовател, който е разработил техники за подклетъчно фракциониране за разделяне на различните клетъчни органели въз основа на тяхната плътност.

de Duve сподели през 1974 г. Нобеловата награда за физиология и медицина с Алберт Клод и Джордж Паладе благодарение на работата им с тези техники и откриването на пероксизоми.

Името на тези органели произлиза от вътрешното производство на водороден пероксид (H ₂ O ₂), страничен продукт от реакциите на редукция на окисляването, които протичат в тях и е потенциално токсичен за клетките (може да реагира с много други молекули), така че бързо се разгражда.

В клетка може да има до 500 пероксизоми, „плуващи“ в цитозола, но броят и размерът на тези органели зависи не само от вида на въпросната клетка, но и от физиологичното състояние на клетката и околната среда, която я заобикаля.

Обща характеристика на пероксизомите

Има много характеристики, които имат пероксизомите, които ги правят подобни на други клетъчни органели и в същото време много различни. Ето кратък списък на някои от най-важните:

- Те са малки органели, заобиколени от обикновена мембрана, която ги отделя от останалите молекули и органели в цитозола.

- Голяма част от това, което е вътре в тях, особено протеините и ензимите, се синтезират в цитозола на клетката, към която принадлежат чрез свободни рибозоми, които са протеинови комплекси, способни да посредничат при транслацията на месинджърната РНК (тРНК) от ядрото и произлиза от транскрипцията на даден ген.

- Те нямат собствен геном, тоест вътре няма ДНК или необходимите за обработката му машини (репликация, транскрипция и превод например).

- Умножават се чрез деление.

- Вътре можете да намерите до 50 различни храносмилателни ензими и техните вторични продукти (опасни за клетките).

- Техният размер и брой може да варира значително от една клетка до друга, тъй като те зависят от вътреклетъчните условия (те са индуцируеми) и вида на клетката.

Характеристика

Пероксизомите изпълняват различни функции в рамките на клетката, много от тях са свързани с ензимите, които се намират вътре в нея.

- Окислителни реакции

Много окислително-редукционни реакции се случват вътре в пероксизомите, тоест обмяната на електрони между едно съединение и друго, като цяло се катализира от протеини с ензимна активност (ензими).

Тези окислително-редукционни реакции в пероксизомите обикновено произвеждат водороден пероксид (H ₂ O ₂), съединение, което е вредно за клетките.

Въпреки това, вътре в пероксизомите има ензим, наречен каталаза, който е отговорен за разграждането на водородния пероксид до образуване на вода или използването му за окисляване на други съединения.

Способността да се съдържат тези реакции е тясно свързана с другите функции, които тези клетъчни органели изпълняват, тъй като метаболитното разграждане на много молекули предполага тяхното окисляване.

Без окислителните реакции на пероксизомите, натрупването на съединения като дълговерижни мастни киселини, например, може да причини значителни щети на нервните клетки в мозъка.

- Енергиен метаболизъм

Пероксизомите участват в производството на АТФ, който е основната енергийна "валута" на клетката.

Един от начините, по които правят това, е чрез разграждане на мастните киселини (от какви мазнини и много липиди се правят), усвояването на етанол (вид алкохол) и аминокиселини („градивни елементи“, които съставят протеини) и т.н.

В животинските клетки по-голямата част от мастните киселини се разграждат в митохондриите и малка част се обработва в пероксизомите, но в дрождите и растенията тази функция практически е изключителна за пероксизомите.

- Биосинтеза

Пероксизомите също функционират в производството на молекули, които са част от клетъчните мембрани. Тези молекули са известни като плазмалогени и са много важен вид липид за мозъка и сърдечните (сърдечните) клетки на хората и други бозайници.

Други липиди, синтезирани в пероксизоми и с участието на ендоплазмения ретикулум (друг много важен клетъчен органел), са холестерол и долихол, от съществено значение за функционирането на клетките.

При много животни от бозайници, например, пероксизомите на чернодробните клетки също участват в синтеза на жлъчни киселини, които се получават от холестерола и са много необходими за храносмилането на мазнините, съдържащи се в храната, които се обработват в стомаха и след това в тънките черва.

структура

Пероксизомите са мембранни органели, но за разлика от мембраните, които се наблюдават в други органели като митохондриите и хлоропластите например, те имат единична мембрана, а не двойна мембранна система.

Външният му вид не е постоянен, тоест може да се промени. Те обаче обикновено са сферични органели, които имат среден диаметър между 0,2 и 1 µm, тоест една милионна част от метър.

Основна диаграма на структурата на пероксизома (Източник: Thuresson / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) чрез Wikimedia Commons)

Когато те не са сферични по форма, тогава те могат да се разглеждат като малки тубули с различна големина, които са свързани помежду си (със сигурност те са пероксизоми при деление).

Те често имат кристален център или ядро, което учените описват по този начин чрез това как го гледат под микроскоп, вероятно в резултат на огромното количество протеин вътре в тях.

Биогенеза (произход)

Въпреки че пероксизомите не съдържат ДНК вътре, тоест нямат собствен геном, те могат да бъдат разделени чрез пъпкуване или делене.

Този процес зависи от количеството протеини и материали за изграждане на нови мембрани, с които разполагат, които се „внасят“ от цитозола.

Тези, които участват?

Ендоплазменият ретикулум е отговорен както за синтеза на фосфолипидите, които образуват мембраната на пероксизома, така и за синтеза на някои от неговите протеини, това чрез свързаните с него рибозоми.

Рибозомите (действително присъстващи в цитозола като "свободни полирибозоми") са тези, които превеждат повечето от протеините. Тези протеини могат да влязат във вътрешността на пероксизомите само ако имат специален етикет или "белег".

Без тези белези протеините не могат да бъдат разпознати от други протеини на пероксизомната мембрана и следователно не могат да преминат през тях.

Така че, ако рибозомите, прикрепени към грубия ендоплазмен ретикулум (RER), и тези, които са свободни в цитозола, „изпращат“ достатъчно материал към пероксизомите, те могат да се разделят на две.

Пероксизоми в животински клетки

Животинските клетки имат много пероксизоми и лизозоми, подобни органели, които са отговорни за "рециклирането" на други органели и различни видове молекули с различна големина.

Клетките на някои животни (но не тези на хората) например имат пероксизоми, способни да разграждат пикочната киселина, която обикновено е богат на азот метаболитен отпадък, натрупването на който в кръвта може да има вредни ефекти.

"Странни" функции

В допълнение към всички споменати по-горе функции, пероксизомите изпълняват много специфични функции при някои животни. Светулки и други насекоми, например, използват ензим в пероксизомите на клетките си, за да намерят приятели и в някои случаи да намерят храната си.

Този ензим е известен като луцифераза. Луцифераза помага на мъжете да произвеждат ярка „светкавица“ на светлина, която може да бъде зелена или жълта и която служи за привличане на женски от същия вид.

Продължителността на всяка светкавица и интервалът, в който те се появяват, са специфични за всеки вид, така че женските могат да различават мъжките в тъмната нощ. При някои видове женската също произвежда светкавица, а при други тя излъчва светлина, която привлича мъжа да я изяде.

Модифицирани пероксизоми

Точно както растенията притежават глиоксизоми, които са вид пероксизом, специализиран в специфичен метаболитен път, някои животински клетки притежават модифицирани пероксизоми.

Кинетопластидите, група от паразити, които причиняват различни заболявания при хората и други животни, имат вид "модифициран пероксизом", известен като гликозома.

Гликозомите получават това име, защото съдържат ензимите, необходими за преработката на глюкоза (гликолитични ензими), както и други ензими, които участват в други метаболитни пътища за получаване на енергия.

Пероксизоми в растителните клетки

Растителните клетки също съдържат пероксизоми и те имат много важни функции за функционирането на растенията, в допълнение към функциите, които се споделят с функциите на пероксизомите на други видове клетки.

- Глиоксилатен цикъл

В семената например пероксизомите на техните клетки са отговорни за превръщането на съхраняваните мазнини във въглехидрати, които са суровината, необходима за развитието на разсада, който ще покълне.

Процесът, при който растителните пероксизоми изпълняват тази функция, е известен като глиоксилатен цикъл, който се счита за вариант на цикъла на Кребс, поради което някои текстове наричат ​​тези пероксизоми като глиоксизоми.

- Фотореспирация

В растенията тези органели също участват в процес, известен като фотореспирация, който се състои от метаболитен път, "противен" на фотосинтезата, тъй като кислородът не се произвежда, а по-скоро се консумира и въглеродният диоксид се отделя без получаване на АТФ., Въпреки горното, този процес е известен още като "възстановяване на въглерод", тъй като пероксизомите получават от хлоропласти (друга органела от растителни клетки) химическо съединение, наречено гликолат, което те превръщат в друго съединение, наречено глицин (a аминокиселина).

Глицинът, произведен в растителните пероксизоми, се транспортира до митохондриите (органелата, където се случва дишане и синтез на големи количества АТФ). В митохондриите този глицин се превръща в серин, друга аминокиселина, която се връща в пероксизома.

Серинът, веднъж попаднал в пероксизома, се превръща в глицерат и оттам отново се изпраща в хлоропласта. Целият този процес не води до производството на енергия, но води до използването на въглеродните атоми, които са прикрепени към гликолата.

Пероксизомни заболявания

Има различни видове "разстройства", свързани с пероксизомите. Като цяло тези нарушения имат общо с мутациите в гените, които участват в биогенезата на тези органели или дори в тези гени, които кодират ензимите или транспортните протеини.

Тъй като имат генетичен компонент, тези нарушения обикновено са вродени (наследяват се от родители на деца), които могат да имат умерени или тежки последици, в зависимост от конкретния случай.

Синдром на Зелуегер

Този синдром, макар и рядък, включва някои от най-тежките състояния. Характеризира се с пълното отсъствие или със значително намаляване на броя на хромозомите в клетките на тялото.

Генетичните мутации, които причиняват този синдром, също причиняват натрупване на съединения, богати на елементи като желязо и мед, и на много дълги верижни мастни киселини в кръвта и други тъкани като черния дроб, мозъка и бъбреците.

Какви са последствията?

Малките деца, засегнати от този синдром, обикновено се раждат с лицеви (лицеви) деформации и някои интелектуални увреждания. Те могат да страдат от проблеми със зрението и слуха, както и стомашно-чревни и чернодробни проблеми, така че обикновено не живеят повече от година.

Други свързани синдроми

Има и други заболявания, свързани с дефекти в пероксизомите. Те включват неонатална адренолейкодистрофия (NALD, неонатална адренолейкодистрофия) и рефлумна болест на детството.

И двете заболявания се характеризират с късното появяване на симптоми, които обикновено се наблюдават през детството, така че пациентите да оцелеят в ранна зряла възраст.

Препратки

1. Британско дружество по клетъчна биология. (Ро). Произведено на 13 април 2020 г. от www.bscb.org/learning-resources/softcell-e-learning/peroxisome/.
2. Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Клетката: Молекулен подход. Медицинска наклада.
3. De Duve, CABP, & Baudhuin, P. (1966). Пероксизоми (микротяла и свързани частици). Физиологични прегледи, 46 (2), 323-357.
4. Енциклопедия Британика Редактори. (2014). Енциклопедия Британика. Произведено на 13 април 2020 г. от www.britannica.com/science/peroxisome.
5. Hu, J., Baker, A., Bartel, B., Linka, N., Mullen, RT, Reumann, S., & Zolman, BK (2012). Пероксизоми в растенията: биогенеза и функция. Растителната клетка, 24 (6), 2279-2303.
6. Lazarow, PB, и Fujiki, Y. (1985). Биогенеза на пероксизомите. Годишен преглед на клетъчната биология, 1 (1), 489-530.
7. Roels, F., Baes, M., & Delanghe, S. (ред.). (2012 г.). Пероксизомни нарушения и регулация на гените (том 544). Springer Science & Business Media.
8. Van den Bosch, H., Schutgens, RBH, Wanders, RJA, & Tager, JM (1992). Биохимия на пероксизомите. Годишен преглед на биохимик.