PEROKSIZOMI: KARAKTERISTIKE, FUNKCIJE, STRUKTURA, BIOGENEZA - BIOLOGIJA - 2025

U peroksisom, također poznat kao microbodies, mali su organele, vrlo slični u liposomima, koje su suspendirane u citosolu većini eukariotskih stanica.

Baš kao što ljudsko tijelo ima organe koji obavljaju različite funkcije kako bi ga održali živim, tako ih imaju i stanice i one su ono što nazivamo "organele" ili "organele".

Shema mikrobne ćelije koja pokazuje peroksisom (peroksisom), mitohondrij (mitohondriom) i jezgro (jezgro) (Izvor: CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) putem Wikimedije zajednička)

Baš kao što srce pumpa krv ostatkom tijela, nos i pluća se koriste za disanje, tako i želudac prima hranu i započinje s njegovom probavom, a mozak je zadužen za koordinaciju svega (navesti nekoliko primjera). Organele su ključne za mnoge funkcije stanica.

Među nekim staničnim organelama su i peroksizomi koje je 1960. godine opisao Christian René de Duve, isti istraživač koji je razvio tehnike staničnih frakcionacija za odvajanje različitih staničnih organela na temelju njihove gustoće.

de Duve je 1974. godine dijelio Nobelovu nagradu za fiziologiju i medicinu s Albertom Claudom i Georgeom Paladeom zahvaljujući njihovom radu na tim tehnikama i otkrivanju peroksisoma.

Naziv ovih organela potječe od unutarnje proizvodnje vodikovog peroksida (H ₂ O ₂), nusproizvoda reakcija redukcije oksidacije koji se u njima događaju i koji je potencijalno toksičan za stanice (može reagirati s mnogim drugim molekulama), pa se brzo razgrađuje.

U stanici može biti do 500 peroksisoma koji "plivaju" u citosolu, ali broj i veličina ovih organela ovisi ne samo o vrsti stanice o kojoj je riječ, već o fiziološkom stanju stanice i okolišu koji je okružuje.

Opće karakteristike peroksisoma

Mnogo je svojstava koja imaju peroksisomi zbog kojih ih čine sličnim drugim staničnim organelama i istodobno se vrlo razlikuju. Evo kratkog popisa nekih od najvažnijih:

- Riječ je o malim organelama okruženim jednostavnom membranom koja ih odvaja od ostatka molekula i organela u citosolu.

- Veliki dio onoga što je u njima, posebno proteini i enzimi, sintetizira se u citosolu stanice kojoj pripadaju slobodnim ribosomima, što su proteinski kompleksi koji mogu posredovati u prevođenju glasnika RNA (mRNA) iz jezgre i proizlazi iz transkripcije datog gena.

- Oni nemaju vlastiti genom, to jest da unutra nema DNK ili strojeva potrebnih za njegovu obradu (primjerice replikacija, transkripcija i prijevod).

- Oni se množe dijeljenjem.

- Unutar možete pronaći do 50 različitih probavnih enzima i njihovih sekundarnih proizvoda (opasnih za stanice).

- Njihova veličina i broj može se uvelike razlikovati od jedne do druge stanice, jer ovise o unutarćelijskim stanjima (inducibilne su) i vrsti stanice.

Značajke

Peroksisomi ispunjavaju različite funkcije unutar stanice, a mnoge od njih odnose se na enzime koji se nalaze u njoj.

- Oksidativne reakcije

Unutar peroksisoma dolazi do mnogih reakcija redukcije oksidacije, ovo je razmjena elektrona između jednog spoja i drugog, uglavnom kataliziranog proteinima s enzimskom aktivnošću (enzimi).

Ove reakcije oksidacijsko-redukcijske u peroksisom obično proizvode vodikov peroksid (H ₂ O ₂), spoj koji je štetan za stanice.

Međutim, unutar peroksisoma postoji enzim zvan katalaza, koji je odgovoran za razgradnju vodikovog peroksida da bi tvorio vodu ili ga koristio za oksidaciju drugih spojeva.

Sposobnost da se unutar tih reakcija zadrže usko je povezana s ostalim funkcijama koje ove stanične organele obavljaju, jer metabolička razgradnja mnogih molekula podrazumijeva njihovu oksidaciju.

Bez oksidativnih reakcija peroksisoma, na primjer, nakupljanje spojeva poput dugolančanih masnih kiselina može uzrokovati znatna oštećenja živčanih stanica u mozgu.

- Metabolizam energije

Peroksizomi sudjeluju u proizvodnji ATP-a, koji je glavna energetska "valuta" stanice.

Jedan od načina na koji to čine je razgradnjom masnih kiselina (od čega se sastoje masti i mnogi lipidi), probavljanjem etanola (vrsta alkohola) i aminokiselina ("građevinskih blokova" koji čine bjelančevine) i tako dalje.

U životinjskim stanicama većina masnih kiselina razgrađuje se u mitohondrijama, a mali dio se obrađuje u peroksisomima, ali u kvascima i biljkama ova funkcija je praktički isključiva peroksisomima.

- Biosinteza

Peroksisomi također funkcioniraju u proizvodnji molekula koje su dio staničnih membrana. Te su molekule poznate kao plazmalogeni i vrlo su važna vrsta lipida za mozak i srčane (srčane) stanice ljudi i drugih sisavaca.

Ostali lipidi sintetizirani u peroksisomima i uz sudjelovanje endoplazmatskog retikuluma (još jedan vrlo važan stanični organel) su kolesterol i dolichol, neophodni za funkcioniranje stanica.

Na primjer, kod mnogih sisavaca peroksisomi jetrenih stanica također sudjeluju u sintezi žučnih kiselina koje su dobivene iz kolesterola i vrlo su potrebne za probavu masti sadržanih u hrani koja se prerađuje u želucu i zatim u tankom crijevu.

Struktura

Peroksisomi su membranske organele, ali za razliku od membrana koje se vide u drugim organelama poput mitohondrija i kloroplasta, na primjer, imaju jednu membranu, a ne dvostruki membranski sustav.

Njegov izgled nije konstantan, odnosno može se mijenjati. Međutim, to su obično sferne organele koje imaju prosječni promjer između 0,2 i 1 µm, odnosno jednu milijuninu metra.

Osnovni dijagram strukture peroksisoma (Izvor: Thuresson / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) putem Wikimedia Commonsa)

Ako nisu sfernog oblika, tada ih se može vidjeti kao male cjevčice različitih veličina, koje su međusobno povezane (sigurno da su u peroksisomu podijeljene).

Često imaju kristalni centar ili jezgro, što znanstvenici opisuju na ovaj način kako ga gledaju pod mikroskopom, vjerojatno kao rezultat ogromne količine proteina u njima.

Biogeneza (podrijetlo)

Iako peroksisomi ne sadrže DNK iznutra, to jest, nemaju vlastiti genom, mogu se podijeliti pupoljkom ili cijepanjem.

Taj postupak ovisi o količini proteina i materijala za izgradnju novih membrana koje im stoje na raspolaganju, a koje se “uvoze” iz citosola.

Oni koji sudjeluju?

Endoplazmatski retikulum odgovoran je i za sintezu fosfolipida koji tvore membranu peroksisoma, kao i za sintezu nekih njegovih proteina, preko povezanih ribosoma.

Ribosomi (koji su u citosolu zapravo prisutni kao "slobodni poliribosomi") su ti koji prevode većinu proteina. Ti proteini mogu ući u unutrašnjost peroksisoma samo ako imaju posebnu oznaku ili "oznaku".

Bez ovih tragova, proteini ne mogu prepoznati ostale proteine ​​na peroksisomskoj membrani i stoga ih ne mogu proći.

Dakle, ako su ribosomi vezani za grubi endoplazmatski retikulum (RER) i oni koji su slobodni u citosolu "pošalju" dovoljno materijala peroksisomima, oni se mogu podijeliti u dva dijela.

Peroksisomi u životinjskim stanicama

Životinjske stanice imaju mnogo peroksisoma i lizosoma, sličnih organela koje su odgovorne za "recikliranje" drugih organela i različitih vrsta molekula različitih veličina.

Na primjer, stanice nekih životinja (ali ne i ljudi) imaju peroksizome koji mogu razgraditi mokraćnu kiselinu, što je općenito metabolički otpad bogat dušikom, a nakupljanje u krvi može imati štetne učinke.

"Čudne" funkcije

Pored svih gore spomenutih funkcija, peroksisomi obavljaju vrlo posebne funkcije kod nekih životinja. Krijesnice i drugi insekti, na primjer, koriste enzim u peroksisomima svojih stanica kako bi pronašli prijatelje i, u nekim slučajevima, kako bi pronašli svoju hranu.

Ovaj enzim je poznat kao luciferaza. Luciferaza pomaže mužjacima da proizvedu jarku "bljeskalicu" svjetlosti, koja može biti zelena ili žuta, a koja služi za privlačenje ženki iste vrste.

Trajanje svakog bljeska i interval u kojem se pojavljuju specifični su za svaku vrstu, tako da ženke mogu razlikovati mužjake u mraku noći. Kod nekih vrsta ženka također proizvodi bljesak, a kod drugih ona emitira svjetlost koja privlači mužjaka da ga pojede.

Modificirani peroksisomi

Baš kao što biljke posjeduju glioksizome, koji su vrsta peroksizoma specijaliziranog za određeni metabolički put, neke životinjske stanice posjeduju modificirane peroksisome.

Kinetoplastidi, skupina parazita koji uzrokuju različite bolesti kod ljudi i drugih životinja, imaju vrstu "modificiranog peroksisoma" poznatog kao glikozom.

Glikozomi dobivaju ovo ime jer sadrže enzime potrebne za preradu glukoze (glikolitički enzimi), kao i druge enzime koji sudjeluju u drugim metaboličkim putevima kako bi dobili energiju.

Peroksisomi u biljnim stanicama

Biljne stanice također sadrže peroksizome i one imaju vrlo važne funkcije za funkcioniranje biljaka, osim funkcija koje se dijele s funkcijama peroksisoma drugih tipova stanica.

- Ciklus glioksilata

Na primjer, u sjemenu su peroksisomi njihovih stanica odgovorni za pretvaranje pohranjenih masti u ugljikohidrate, koji su sirovina neophodna za razvoj sadnice koja će klijati.

Postupak kojim biljni peroksisomi obavljaju ovu funkciju poznat je pod nazivom glikoksilatni ciklus, što se smatra varijantom Krebsova ciklusa, zbog čega neki tekstovi nazivaju ove peroksisome kao glioksizome.

- Fotorespiracija

U biljkama su ove organele također uključene u proces poznat kao fotorespiracija, koja se sastoji od metaboličkog puta "suprotno" fotosintezi, budući da se kisik ne proizvodi, već se troši, a ugljični dioksid se oslobađa bez dobivanja ATP-a, Unatoč gore navedenom, ovaj je postupak poznat i kao "oporaba ugljika", budući da peroksisomi dobivaju od kloroplasta (druge organele biljnih stanica) kemijski spoj nazvan glikolat, koji oni pretvaraju u drugi spoj zvan glicin (a amino kiselina).

Glicin proizveden u biljnim peroksisomima prenosi se u mitohondrije (organele u kojima dolazi do disanja i sinteze velikih količina ATP-a). U mitohondrijama se taj glicin pretvara u serin, drugu aminokiselinu, koja se vraća u peroksisom.

Serin, jednom u peroksisomu, pretvara se u glicerat i odatle se ponovno šalje u kloroplast. Sav taj proces ne vodi proizvodnji energije, ali dovodi do uporabe ugljikovih atoma koji su vezani na glikolat.

Peroksizomske bolesti

Postoje različite vrste "poremećaja" vezanih za peroksisome. Općenito, ovi poremećaji imaju veze s mutacijama u genima koji su uključeni u biogenezu ovih organela ili, čak, u onim genima koji kodiraju enzime ili transportiraju proteine.

Budući da imaju genetsku komponentu, ti su poremećaji obično prirođeni (nasljeđuju ih od roditelja do djece) koji mogu imati umjerene ili teške posljedice, ovisno o slučaju.

Zellwegerov sindrom

Ovaj sindrom, iako rijedak, uključuje neka od najtežih stanja. Karakterizira ih potpuna odsutnost ili značajno smanjenje broja kromosoma u stanicama tijela.

Genetske mutacije koje uzrokuju ovaj sindrom također uzrokuju nakupljanje spojeva bogatih elementima kao što su željezo i bakar, te vrlo dugolančanih masnih kiselina u krvi i drugim tkivima kao što su jetra, mozak i bubrezi.

Koje su posljedice?

Mala djeca zahvaćena ovim sindromom obično se rađaju s deformitetima lica i nekim intelektualnim teškoćama. Oni mogu patiti od problema s vidom i sluhom, kao i od probavnih i jetrenih problema, pa obično ne žive više od godine dana.

Ostali srodni sindromi

Postoje i druge bolesti povezane s oštećenjima peroksisoma. Tu spadaju neonatalna adrenoleukodistrofija (NALD, neonatalna adrenoleukodistrofija) i refleksna bolest u djetinjstvu.

Obje bolesti karakterizira kasni početak simptoma, koji se obično vide tijekom djetinjstva, tako da pacijenti mogu preživjeti u ranoj odrasloj dobi.

Reference

1. Britansko društvo za staničnu biologiju. (ND). Preuzeto 13. travnja 2020. s www.bscb.org/learning-resources/softcell-e-learning/peroxisome/.
2. Cooper, GM i Hausman, RE (2004). Stanica: Molekularni pristup. Medicinska naklada.
3. De Duve, CABP, i Baudhuin, P. (1966). Peroksizomi (mikrotela i srodne čestice). Fiziološki pregledi, 46 (2), 323-357.
4. Urednici enciklopedije Britannica. (2014). Encyclopaedia Britannica. Preuzeto 13. travnja 2020. s www.britannica.com/science/peroxisome.
5. Hu, J., Baker, A., Bartel, B., Linka, N., Mullen, RT, Reumann, S., i Zolman, BK (2012). Peroksisomi biljaka: biogeneza i funkcija. Biljna ćelija, 24 (6), 2279-2303.
6. Lazarow, PB, i Fujiki, Y. (1985). Biogeneza peroksizoma. Godišnji pregled stanične biologije, 1 (1), 489-530.
7. Roels, F., Baes, M., & Delanghe, S. (ur.). (2012). Peroksisomalni poremećaji i regulacija gena (svezak 544). Springer Science & Business Media.
8. Van den Bosch, H., Schutgens, RBH, Wanders, RJA, & Tager, JM (1992). Biokemija peroksisoma. Godišnji pregled biokemičara.