Peroxisomen Merkmale, Standort, Funktionen und Struktur



Die Peroxisomen Sie sind kugelförmige Zellorganellen mit einem Durchmesser von etwa 0,2 bis 1,0 um und sind von einer Membran umgeben. Sie finden sich in tierischen und pflanzlichen Zellen und verfügen über die notwendigen Enzyme für Stoffwechselwege, die mit Oxidationsprozessen von Biomolekülen (Aminosäuren und Fettsäuren) oder toxischen Substanzen (Alkohol) verbunden sind.

Die an diesen Prozessen beteiligten Enzyme werden Oxidasen genannt, die auch an Synthesewegen beteiligt sind. Peroxisomen haben insbesondere ein Enzym: Katalase, mit der sie Wasserstoffperoxid (H2O2), das ein Sekundärprodukt ist, das durch den Abbau von toxischen Substanzen verursacht wird.

Beachten Sie, dass diese potenziell schädliche Substanz entstanden und wird in der gleichen Organell beseitigt, so dass die Zelle nie zu dieser Verbindung ausgesetzt ist. Peroxisomen wurden im Jahr 1954 von der schwedischen Johannes Rhodin entdeckt, während die Morphologie der Maus Niere zu studieren. Anfangs wurden sie Mikrokörper genannt.

Später, im Jahr 1966, beschrieb eine Gruppe von Forschern, die biochemischen Eigenschaften des neuen Organell und zugeordnet den Namen des Peroxisom, für die Herstellung und Zersetzung von H2O2.

Index

  • 1 Allgemeine Merkmale und Standort
    • 1.1 Diversität von Peroxisomen
  • 2 Funktionen
    • 2.1 Abbau von Fettsäuren
    • 2.2 Abbau von toxischen Produkten
    • 2.3 Synthese von Biomolekülen
  • 3 Peroxisome in Pflanzen
    • 3.1 Glioxysomen
    • 3.2 Photoatmung
  • 4 Struktur
  • 5 Ursprung
  • 6 Referenzen

Allgemeine Merkmale und Lage

Peroxisomen sind kugelförmige Kompartimente, die von einer einzigen Membran umgeben sind. Sie haben ihre eigene Genom oder Ribosomen seiner Struktur angebracht ist, im Gegensatz zu anderen Zellkompartimenten wie Mitochondrien oder Chloroplasten, die durch ein komplexes System von zwei oder drei Membranen umgeben sind, respectively.

Die meisten Tier- und Pflanzenzellen haben Peroxisomen. Die Hauptausnahme sind rote Blutkörperchen oder Erythrozyten.

Enzyme, die am oxidativen Metabolismus beteiligt sind, werden innerhalb dieser Struktur gefunden. Die Oxidation einiger Produkte erzeugt Wasserstoffperoxid, da die Wasserstoffatome dieser Substrate auf Sauerstoffmoleküle übertragen werden.

Wasserstoffperoxid ist eine toxische Substanz für die Zelle und muss eliminiert werden. Peroxisomen enthalten daher das Enzym Katalase, das seine Umwandlung in Wasser- und Sauerstoffmoleküle ermöglicht.

Vielfalt der Peroxisomen

Peroxisomen sind sehr verschiedene Organellen. Je nach Zelltyp und Untersuchungsart können sie die enzymatische Zusammensetzung ihres Inneren verändern. In gleicher Weise können sie sich entsprechend den Umweltbedingungen ändern, denen sie ausgesetzt sind.

Zum Beispiel hat sich gezeigt, dass in Gegenwart von Kohlenhydraten in Hefe gezüchtet, Peroxisomen sind klein. Wenn diese Organismen in Umgebungen reich an Methanol oder Fettsäuren wachsen, sind Peroxisomen größer diese Verbindungen zu oxidieren.

In den Protisten des Genres Trypanosoma (Diese Gattung umfasst die pathogenen Arten T. Cruzi, der Erreger der Chagas-Krankheit) und andere Kinetoplastiden, haben einen Typ Peroxisom glycosome genannt. Diese Organelle besitzt bestimmte Enzyme der Glykolyse.

In den Pilzen gibt es eine Struktur namens Woronin. Dies ist eine Art von Peroxisomen, die an der Aufrechterhaltung der zellulären Struktur beteiligt ist.

In ähnlicher Weise gibt es Enzyme in den Peroxisomen bestimmter Arten, die einzigartig sind. In dem Glühwürmchen-Luciferase Peroxisomen enthalten sie Enzym, das für die Biolumineszenz typisch für diese Gruppe von Coleoptera verantwortlich ist. In den Pilzen der Gattung PenicilliumPeroxisomen enthalten Enzyme, die an der Produktion von Penicillin beteiligt sind.

Funktionen

Für die Zellen essentielle Oxidationswege treten im Peroxisom auf. Sie haben mehr als fünfzig Arten von Enzymen, die Fettsäuren, Harnsäure und Aminosäuren abbauen können. Sie sind auch an Lipid-Synthese-Routen beteiligt. Als nächstes wird jede ihrer Funktionen im Detail beschrieben:

Abbau von Fettsäuren

Die Oxidations Fettsäure in Peroxisomen tritt durch einen Stoffwechselweg β-Oxidation, was zu der Herstellung von Acetylgruppe bezeichnet. Dies steht im Gegensatz zu der analogen Reaktion, die in Mitochondrien Abbau stattfindet, wobei die Endprodukte des Abbaus von Fettsäuren Kohlendioxid und ATP sind.

Im Gegensatz zu der β-Oxidation tritt in den Mitochondrien und Peroxisomen in Hefe Peroxisomen kommt es nur in tierischen Zellen.

Acetylgruppen können in andere Zellkompartimente transportiert werden und in die Biosynthesewege essentieller Metaboliten einbezogen werden.

Abbau von toxischen Produkten

Peroxisomen beteiligen sich an Entgiftungsreaktionen, insbesondere in der Leber und den Nieren.

Peroxisomen können toxische Substrate abbauen den Blutkreislauf, wie Alkohol, Phenole, Formaldehyd und Ameisensäure ein. Diese Oxidationsreaktionen erzeugen Wasserstoffperoxid.

Der Name der Organelle ist durch die Produktion dieses Moleküls gegeben. Um es zu zersetzen, besitzt es das Katalase-Enzym, das die folgende chemische Reaktion katalysiert, die harmlose Substanzen für die Zelle, Wasser und Sauerstoff produziert:

2 h2O2 -> H2O + O2

Synthese von Biomolekülen

In Tierzellen erfolgt die Synthese von Cholesterin und Dolichol im Peroxisom und im endoplasmatischen Retikulum. Cholesterin ist ein essentielles Lipid einiger Gewebe. Seine Anwesenheit in Plasmamembranen bestimmt seine Fließfähigkeit. Es ist auch im Blutplasma gefunden.

Dolichol ist wie Cholesterin ein Lipid und in Zellmembranen, insbesondere im endoplasmatischen Retikulum vorhanden.

Peroxisomen beteiligen sich auch an der Synthese von Gallensäuren, Komponenten der Galle. Diese Verbindungen stammen aus Cholesterin. Die Hauptfunktion von Galle ist die Verseifung von Fetten im Darm, die als eine Art Waschmittel wirken.

Plasmalogene sind Moleküle mit Lipidcharakter, die durch eine Bindung vom Ether-Typ gekennzeichnet sind. Dieses Lipid wird als unentbehrlicher Bestandteil der Membranen der Zellen gefunden, aus denen die Gewebe des Herzens und des Gehirns bestehen. Peroxisomen beteiligen sich an den ersten beiden Schritten, die zu diesen Lipiden führen.

Aus diesem Grund kann es, wenn ein gewisses Zellversagen auf der Peroxisomenebene auftritt, zu neurologischen Anomalien kommen. Ein Beispiel für diese Pathologien ist das Zellweger-Syndrom.

Peroxisom in Pflanzen

Glioxome

Die Pflanzen enthalten spezialisierte Peroxisom-Typ-Organellen, die Glyoxysome genannt werden. Die Funktion besteht darin, Substanzen zu speichern und Lipide abzubauen. Sie werden hauptsächlich in Samen gefunden.

In Glyoxysomen findet eine typische pflanzliche Reaktion statt: die Umwandlung von Fettsäuren in Glukose.

Dieser Stoffwechselweg ist als Glyoxylatzyklus bekannt und ähnelt dem Zitronensäurezyklus. Um diese Umwandlung zu erreichen, werden zwei Moleküle Acetyl-CoA verwendet, um Bernsteinsäure herzustellen, die anschließend zu Glucose übergeht.

Die Pflanze, die aus dem Samen austritt, ist noch nicht photosynthetisch aktiv. Um dies zu kompensieren, können sie diese Kohlenhydrate aus dem Glyoxysom nutzen, bis die Pflanze sie selbst synthetisieren kann. Dieser Prozess ist wesentlich für die korrekte Keimung des Samens.

Diese Umwandlung von Fettsäuren zu Kohlenhydraten ist in Tierzellen unmöglich, da sie nicht die Enzyme des Glyoxylatzyklus besitzen.

Photorespiration

Peroxisomen nehmen an Photorespirationsprozessen in Pflanzenzellen teil. Seine Hauptfunktion besteht darin, die bei den photosynthetischen Prozessen entstehenden sekundären Produkte zu metabolisieren.

Das Rubisco-Enzym (Ribulose-1,5-Bisphosphatcarboxylase / Oxygenase) ist an der Fixierung von Kohlendioxid beteiligt. Dieses Enzym kann jedoch Sauerstoff und nicht Kohlendioxid aufnehmen. Wie der Name des Enzyms andeutet, ist es eine Carboxylase und eine Oxygenase gleichzeitig.

Eine der Verbindungen, die durch diesen alternativen Oxygenierungsweg hergestellt werden, ist das Phosphoglycolat. Nach der Umwandlung in Glycolat wird dieses Molekül zum Peroxisom geschickt, wo es zu Glycin oxidiert.

Glycin kann in die Mitochondrien gebracht werden, wo es zu Serin wird. Das Serin kehrt zum Peroxisom zurück und wird zu Glycerat. Letzteres passiert den Chloroplasten und kann in den Calvin-Zyklus eingebaut werden.

Mit anderen Worten helfen die Peroxisomen bei der Rückgewinnung der Kohlenstoffe, da das Phosphoglycolat kein nützlicher Metabolit für die Pflanze ist.

Struktur

Peroxisomen haben sehr einfache Strukturen. Sie sind von einer einzigen Lipidmembran umgeben.

Da diese Kompartimente kein genetisches Material besitzen, müssen alle für ihre Funktionen notwendigen Proteine ​​importiert werden. Die Proteine, die zu den Peroxisomen transportiert werden müssen, werden von den Ribosomen synthetisiert und vom Zytosol an ihren Bestimmungsort transportiert.

Die Markierung, die die Position eines bestimmten Proteins für Peroxisomen anzeigt, ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Sequenz von Serin, Lysin und Leucin im terminalen Kohlenstoff der Proteinkette enthält. Dieses Label ist bekannt als PTS1 für sein Akronym in Englisch, Peroxisomzielsignal 1.

Es gibt auch andere Markierungen, die die Position des Proteins im Peroxisom anzeigen, wie zum Beispiel die Anwesenheit von neun Aminosäuren am Aminoterminus, genannt PTS2. In gleicher Weise werden Phospholipide im endoplasmatischen Retikulum synthetisiert und zum Peroxisom gebracht.

Sie sind Lysosomen ähnlich, mit Ausnahme ihrer Herkunft. Die Lysosomen sprießen aus dem Membransystem der Zellen. Peroxisomen, wie Mitochondrien und Plastiden, können durch Teilung repliziert werden. Dank der Einlagerung von Proteinen und Lipiden können Peroxisomen wachsen und sich in zwei separate Kompartimente teilen.

Herkunft

Es wurde früher vorgeschlagen, dass Peroxisomen durch einen endosymbiotischen Prozess entstanden sind; Diese Sichtweise wurde jedoch stark in Frage gestellt.

Neuere Beweise haben die Existenz einer engen Beziehung zwischen dem endoplasmatischen Retikulum und den Peroxisomen gezeigt, was die Hypothese unterstützt, dass sie aus dem Retikulum stammen.

Referenzen

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