Peroxisom - Peroxisome

Un peroxizom ( IPA:  [pɛɜˈɹɒksɪˌsoʊm] ) este un organet legat de membrană (cunoscut anterior ca microcorp ), care se găsește în citoplasma practic a tuturor celulelor eucariote . Peroxisomii sunt organite oxidative. Frecvent, oxigenul molecular serveste ca un co-substrat, din care peroxid de hidrogen (H ₂ O ₂ ) este apoi format. Peroxisomii își datorează numele activităților de generare și eliminare a peroxidului de hidrogen. Aceștia îndeplinesc roluri cheie în metabolismul lipidelor și în conversia speciilor reactive de oxigen . Peroxizomi sunt implicate în catabolismul de acizi grași cu catenă lungă , acizi grași cu lanț ramificat , biliar intermediari de acid (în ficat), D-aminoacizi , și poliamine , reducerea de specii reactive de oxigen - specific peroxid de hidrogen - și biosinteza plasmalogeni , adică eter fosfolipide critice pentru funcția normală a creierelor și plămânilor de mamifere. De asemenea, conțin aproximativ 10% din activitatea totală a două enzime ( glucoză-6-fosfat dehidrogenază și 6-fosfogluconat dehidrogenază ) în calea pentozfosfatului , care este importantă pentru metabolismul energetic. S-a dezbătut energic dacă peroxizomii sunt implicați în sinteza izoprenoidului și a colesterolului la animale. Alte funcții peroxizomi cunoscute includ ciclul glioxilat în semințe germinate ( „ glyoxysomes «), photorespiration în frunze, glicoliza în trypanosomes (» glycosomes “), și metanol și / sau oxidarea amină și asimilare în unele drojdii .

Istorie

Peroxisomii (microcorpii) au fost descriși pentru prima dată de un doctorand suedez, J. Rhodin în 1954. Au fost identificați ca organite de citologul belgian Christian de Duve în 1967. De Duve și colegii de muncă au descoperit că peroxizomii conțin mai multe oxidaze implicate în producție. de peroxid de hidrogen (H ₂ O ₂ ) precum și catalază implicată în descompunerea H ₂ O ₂ în oxigen și apă. Datorită rolului lor în metabolismul peroxidului, De Duve le-a numit „peroxizomi”, înlocuind termenul morfologic folosit anterior „microcorpi”. Mai târziu, s-a descris că luciferaza cu licurici este direcționată către peroxizomii din celulele mamiferelor, permițând descoperirea semnalului de importare a peroxizomilor și declanșând multe progrese în câmpul biogenezei peroxizomilor.

Design structural

Peroxisomii sunt compartimente subcelulare (organite) mici (0,1-1 µm diametru) cu o matrice fină, granulară și înconjurate de o singură biomembrană care sunt situate în citoplasma unei celule. Compartimentarea creează un mediu optimizat pentru a promova diferite reacții metabolice în cadrul peroxizomilor necesari pentru a susține funcțiile celulare și viabilitatea organismului.

Numărul, dimensiunea și compoziția proteinelor peroxizomilor sunt variabile și depind de tipul celular și de condițiile de mediu. De exemplu, în drojdia de panificație ( S. cerevisiae ), s-a observat că, cu un aport bun de glucoză, sunt prezenți doar câțiva peroxizomi mici. În schimb, atunci când drojdiile au fost furnizate cu acizi grași cu lanț lung ca singură sursă de carbon se pot forma până la 20 până la 25 de peroxizomi mari.

Funcțiile metabolice

O funcție majoră a peroxizomului este descompunerea acizilor grași cu lanț foarte lung prin beta-oxidare . În celulele animale, acizii grași lungi sunt transformați în acizi grași cu lanț mediu , care sunt transportați ulterior în mitocondrii, unde în cele din urmă sunt descompuși în dioxid de carbon și apă. În celulele de drojdie și plante, acest proces se desfășoară exclusiv în peroxizomi.

Primele reacții la formarea plasmalogenului în celulele animale apar și la peroxizomi. Plasmalogenul este cel mai abundent fosfolipid din mielină . Deficitul de plasmalogeni provoacă anomalii profunde în mielinizarea celulelor nervoase , motiv pentru care multe tulburări peroxizomale afectează sistemul nervos. Peroxisomii joacă, de asemenea, un rol în producerea acizilor biliari importanți pentru absorbția grăsimilor și a vitaminelor liposolubile, cum ar fi vitaminele A și K. Tulburările cutanate sunt caracteristici ale tulburărilor genetice care afectează funcția peroxizomului ca rezultat.

Căile metabolice specifice care apar exclusiv la peroxizomii de mamifere sunt:

• α-oxidarea acidului fitanic
• β-oxidarea acizilor grași cu lanț foarte lung și polinesaturați
• biosinteza plasmalogenilor
• conjugarea acidului colic ca parte a sintezei acidului biliar

Peroxisomii conțin enzime oxidative , cum ar fi D-aminoacid oxidază și acid uric oxidază . Cu toate acestea, ultima enzimă este absentă la om, explicând boala cunoscută sub numele de gută , cauzată de acumularea de acid uric. Anumite enzime din peroxizom, prin utilizarea oxigenului molecular, elimină atomii de hidrogen de pe substraturi organice specifice (etichetate ca R), într-o reacție oxidativă, producând peroxid de hidrogen (H ₂ O ₂ , el însuși toxic):

${\ displaystyle \ mathrm {RH} _ {\ mathrm {2}} + \ mathrm {O} _ {\ mathrm {2}} \ rightarrow \ mathrm {R} + \ mathrm {H} _ {2} \ mathrm { O} _ {2}}$

Catalază, o altă enzimă peroxisomala, folosește această H ₂ O ₂ a oxida alte substraturi, incluzând fenoli , acid formic , formaldehidă și alcool , prin intermediul reacției de peroxidare:

${\ displaystyle \ mathrm {H} _ {2} \ mathrm {O} _ {2} + \ mathrm {R'H} _ {2} \ rightarrow \ mathrm {R '} +2 \ mathrm {H} _ { 2} \ mathrm {O}}$, eliminând astfel peroxidul de hidrogen otrăvitor din acest proces.

Această reacție este importantă în celulele hepatice și renale, unde peroxizomii detoxifică diferite substanțe toxice care intră în sânge. Aproximativ 25% din etanolul pe care îl consumă oamenii consumând băuturi alcoolice este oxidat în acetaldehidă în acest fel. În plus, atunci când H exces ₂ O ₂ se acumulează în celulă, catalază convertește la H ₂ O , prin această reacție:

${\ displaystyle 2 \ mathrm {H} _ {2} \ mathrm {O} _ {2} \ rightarrow 2 \ mathrm {H} _ {2} \ mathrm {O} + \ mathrm {O} _ {2}}$

La plantele superioare, peroxizomii conțin, de asemenea, o baterie complexă de enzime antioxidante, cum ar fi superoxidul dismutază, componentele ciclului ascorbat-glutation și NADP-dehidrogenazele căii pentoz-fosfat. S-a demonstrat că peroxizomii generează radicali superoxid (O ₂ ^{• -} ) și oxid nitric ( ^• NO).

Există dovezi acum că acele specii reactive de oxigen, inclusiv H ₂ O ₂ peroxizomal, sunt, de asemenea, molecule de semnalizare importante la plante și animale și contribuie la îmbătrânirea sănătoasă și tulburările legate de vârstă la om.

Peroxizomul celulelor vegetale este polarizat atunci când luptă împotriva penetrării fungice. Infecția determină ca o moleculă de glucozinolat să joace un rol antifungic care trebuie realizat și livrat în exteriorul celulei prin acțiunea proteinelor peroxizomale (PEN2 și PEN3).

Peroxisomii la mamifere și oameni contribuie, de asemenea, la apărarea antivirală. și combaterea agenților patogeni

Ansamblu peroxomic

Peroxisomii pot fi derivați din reticulul endoplasmatic neted în anumite condiții experimentale și se pot replica prin creșterea și divizarea membranei din organite preexistente. Proteinele matricei peroxișomului sunt traduse în citoplasmă înainte de import. Secvențe specifice de aminoacizi (PTS sau semnal de țintire peroxizomal ) la capătul C-terminal (PTS1) sau capătul N-terminal (PTS2) al proteinelor matricei peroxizomale le indică importarea în organet de către un factor de țintire. În prezent, sunt cunoscute 36 de proteine ​​implicate în biogeneza și întreținerea peroxizomilor, numite peroxine , care participă la procesul de asamblare a peroxizomilor în diferite organisme. În celulele mamiferelor există 13 peroxine caracterizate. Spre deosebire de importul de proteine ​​în reticulul endoplasmatic (ER) sau mitocondrii, proteinele nu trebuie desfășurate pentru a fi importate în lumenul peroxizomului. Receptorii de import de proteine ​​matriciale, peroxinele PEX5 și PEX7 , își însoțesc încărcăturile (care conțin o secvență de aminoacizi PTS1 sau respectiv PTS2) până la peroxizom, unde eliberează încărcătura în matricea peroxizomală și apoi se întorc la citosol - un pas numit reciclare . O modalitate specială de direcționare a proteinei peroxizomale se numește „porc”. Proteinele care sunt transportate prin această metodă unică nu au un PTS canonic, ci se leagă mai degrabă pe o proteină PTS pentru a fi transportate ca un complex. Un model care descrie ciclul de import este denumit mecanism de transfer extins . Există acum dovezi că hidroliza ATP este necesară pentru reciclarea receptorilor citosolului . De asemenea, ubiquitinarea este crucială pentru exportul PEX5 din peroxizom în citosol. Biogeneza membranei peroxizomale și inserția proteinelor membranei peroxizomale (PMP) necesită peroxinele PEX19, PEX3 și PEX16. PEX19 este un receptor PMP și chaperonă, care leagă PMP-urile și le direcționează către membrana peroxizomală, unde interacționează cu PEX3, o proteină membranară integrală peroxizomală. PMP-urile sunt apoi inserate în membrana peroxizomală.

Degradarea peroxizomilor se numește pexofagie.

Interacțiune și comunicare Peroxisome

Funcțiile diverse ale peroxizomilor necesită interacțiuni dinamice și cooperare cu multe organite implicate în metabolismul lipidelor celulare, cum ar fi reticulul endoplasmatic (ER), mitocondriile, picăturile de lipide și lizozomii.

Peroxisomii interacționează cu mitocondriile în mai multe căi metabolice, inclusiv β-oxidarea acizilor grași și metabolismul speciilor reactive de oxigen. Ambele organite sunt în contact strâns cu reticulul endoplasmatic (ER) și împărtășesc mai multe proteine, inclusiv factori de fisiune a organelor. Peroxisomii interacționează, de asemenea, cu reticulul endoplasmatic (ER) și cooperează în sinteza lipidelor eterice (plasmalogeni), care sunt importante pentru celulele nervoase (vezi mai sus). La ciupercile filamentoase, peroxizomii se mișcă pe microtubuli prin „autostop”, un proces care implică contactul cu endozomii timpurii în mișcare rapidă. Contactul fizic dintre organite este adesea mediat de site-urile de contact ale membranelor, unde membranele a două organite sunt legate fizic pentru a permite transferul rapid de molecule mici, pentru a permite comunicarea organelor și sunt cruciale pentru coordonarea funcțiilor celulare și, prin urmare, pentru sănătatea umană. Modificări ale contactelor de membrană au fost observate în diferite boli.

Afecțiuni medicale asociate

Tulburările peroxisomale sunt o clasă de afecțiuni medicale care afectează de obicei sistemul nervos uman, precum și multe alte sisteme de organe. Două exemple comune sunt adrenoleucodistrofia legată de X și tulburările de biogeneză ale peroxizomilor .

Genele

Genele PEX codifică mașinile proteice („peroxine”) necesare pentru asamblarea adecvată a peroxizomilor, așa cum este descris mai sus. Asamblarea și întreținerea membranei necesită trei dintre acestea (peroxinele 3, 16 și 19) și pot apărea fără importul enzimelor matricei (lumenului). Proliferarea organetului este reglementată de Pex11p.

Genele care codifica peroxin proteine includ: PEX1 , PEX2 (PXMP3), PEX3 , PEX5 , PEX6 , PEX7 , PEX9, PEX10 , PEX11A , PEX11B , PEX11G , PEX12 , PEX13 , PEX14 , PEX16 , PEX19 , PEX26 , PEX28 , PEX30 și PEX31 . Între organisme, numerotarea și funcția PEX pot diferi.

Origini evolutive

Conținutul de proteine ​​al peroxizomilor variază în funcție de specie sau organism, dar prezența proteinelor comune multor specii a fost utilizată pentru a sugera o origine endosimbiotică ; adică, peroxizomii au evoluat din bacterii care au invadat celule mai mari ca paraziți și au evoluat foarte treptat o relație simbiotică. Cu toate acestea, această viziune a fost contestată de descoperirile recente. De exemplu, mutanții fără peroxizom pot restabili peroxizomii la introducerea genei de tip sălbatic.

Două analize evolutive independente ale proteomei peroxizomale au găsit omologii între mașinile de import peroxizomale și calea ERAD în reticulul endoplasmatic , împreună cu o serie de enzime metabolice care au fost probabil recrutate din mitocondrii . Recent, s-a sugerat că peroxizomul ar fi putut avea o origine actinobacteriană ; cu toate acestea, acest lucru este controversat.

Alte organite înrudite

Alte organite ale microbody familiei legate de peroxizomi includ glyoxysomes de plante și fungi filamentoși , glycosomes de kinetoplastids , și corpurile Woronin de fungi filamentoși .

Vezi si

• Receptor activat de proliferator Peroxisom

Referințe

Lecturi suplimentare

linkuri externe

• PeroxisomeDB: Peroxisome-Database
• PeroxisomeKB: Baza de cunoștințe Peroxisome
• Rețea de formare inovatoare PERICO