PEROKSISOMER: KJENNETEGN, FUNKSJONER, STRUKTUR, BIOGENESE - BIOLOGI - 2026

De peroxisomes , også kjent som microbodies, er små organeller, svært lik lysosomene, som er opphengt i det cytosolen til de fleste eukaryote celler.

Akkurat som menneskekroppen har organer som utfører forskjellige funksjoner for å holde den i live, har celler dem også, og det er det vi kaller "organeller" eller "organeller".

Skjematisk over en mikrobe celle som viser et peroksisom (peroksisom), en mitokondrion (mitokondriom) og kjernen (kjernen) (Kilde: CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) via Wikimedia Commons)

Akkurat som hjertet pumper blod til resten av kroppen, brukes nesen og lungene til å puste, får magen mat og begynner med fordøyelsen, og hjernen har ansvaret for å koordinere alt (for å gi noen eksempler). Organeller er essensielle for mange av funksjonene til celler.

Blant noen av de cellulære organellene er peroksisomer, som ble beskrevet i 1960 av Christian René de Duve, den samme forskeren som utviklet subcellulære fraksjonsteknikker for å skille de forskjellige cellulære organellene basert på dens tetthet.

de Duve delte i 1974 Nobelprisen i fysiologi og medisin med Albert Claude og George Palade takket være deres arbeid med disse teknikkene og oppdagelsen av peroksisomer.

Navnet på disse organeller stammer fra den indre fremstilling av hydrogenperoksyd (H ₂ O ₂ ), et biprodukt av redoks-reaksjoner som forekommer i dem, og som er potensielt toksiske overfor celler (det kan reagere med mange andre molekyler ), så det blir raskt nedbrutt.

I en celle kan det være opptil 500 peroksisomer som "svømmer" i cytosolen, men antallet og størrelsen på disse organellene avhenger ikke bare av typen celle det gjelder, men av den fysiologiske tilstanden til cellen og miljøet som omgir den.

Generelle egenskaper ved peroksisomer

Det er mange egenskaper som peroksisomer har som gjør at de ligner andre cellulære organeller og samtidig veldig forskjellige. Her er en kort liste over noen av de viktigste:

- De er små organeller omgitt av en enkel membran, som skiller dem fra resten av molekylene og organellene i cytosolen.

- Mye av det som er inni dem, spesielt proteiner og enzymer, syntetiseres i cytosolen til cellen som de tilhører ved hjelp av frie ribosomer, som er proteinkomplekser som kan formidle oversettelsen av messenger RNA (mRNA ) fra kjernen og avledet fra transkripsjonen av et gitt gen.

- De har ikke sitt eget genom, det vil si at inne i er det ikke noe DNA eller maskineriet som er nødvendig for dens prosessering (replikering, transkripsjon og oversettelse, for eksempel).

- De multipliseres med divisjon.

- Inni i kan du finne opptil 50 forskjellige fordøyelsesenzymer og deres sekundære produkter (farlig for celler).

- Størrelsen og antallet deres kan variere veldig fra en celle til en annen, ettersom de er avhengige av intracellulære forhold (de er indusible) og typen av celle.

Egenskaper

Peroksisomer utfører forskjellige funksjoner i en celle, mange av dem relatert til enzymene som er inne i den.

- Oksidative reaksjoner

Mange oksidasjonsreduksjonsreaksjoner oppstår inne i peroksisomer, det vil si utveksling av elektroner mellom en forbindelse og en annen, vanligvis katalysert av proteiner med enzymatisk aktivitet (enzymer).

Disse oksidasjons-reduksjonsreaksjoner i peroxisomes vanligvis produsere hydrogenperoksid (H ₂ O ₂ ), en forbindelse som er skadelige for cellene.

Imidlertid er det inne i peroksisomer et enzym kalt katalase, som er ansvarlig for å bryte ned hydrogenperoksyd for å danne vann eller bruke det til å oksidere andre forbindelser.

Evnen til å inneholde disse reaksjonene i er nært beslektet med de andre funksjonene som disse cellulære organellene utfører, siden den metabolske nedbrytningen av mange molekyler impliserer deres oksidasjon.

Uten oksidative reaksjoner av peroksisomer, kan akkumulering av forbindelser som langkjedede fettsyrer for eksempel forårsake betydelig skade på nerveceller i hjernen.

- Energimetabolisme

Peroksisomer deltar i produksjonen av ATP, som er den viktigste energien "valutaen" i en celle.

En av måtene de gjør dette på er ved å bryte ned fettsyrer (hva fett og mange lipider er laget av), fordøye etanol (en type alkohol) og aminosyrer ("byggesteinene" som utgjør proteiner), og så videre.

I dyreceller brytes de fleste fettsyrene ned i mitokondriene og en liten del blir behandlet i peroksisomene, men i gjær og planter er denne funksjonen praktisk talt eksklusiv for peroksisomer.

- Biosyntese

Peroksisomer fungerer også i produksjonen av molekyler som er en del av cellemembranene. Disse molekylene er kjent som plasmallogener og er en veldig viktig type lipid for hjernen og hjertecellene til mennesker og andre pattedyr.

Andre lipider syntetisert i peroksisomer og med deltagelse av den endoplasmatiske retikulum (en annen veldig viktig celleorganelle) er kolesterol og dolichol, avgjørende for at celler fungerer.

Hos mange pattedyrdyr, for eksempel, deltar peroksisomene i levercellene også i syntesen av gallesyrer, som er avledet fra kolesterol og er veldig nødvendige for fordøyelsen av fett som finnes i mat som blir behandlet i magen og deretter i tynntarmen.

Struktur

Peroksisomer er membranøse organeller, men i motsetning til membranene som sees i andre organeller som mitokondrier og kloroplaster, har de for eksempel en enkelt membran og ikke et dobbeltmembransystem.

Dens utseende er ikke konstant, det vil si at det kan endre seg. Imidlertid er de vanligvis sfæriske organeller som har en gjennomsnittlig diameter mellom 0,2 og 1 μm, det vil si en milliondels meter.

Grunnleggende diagram over strukturen til et peroksisom (Kilde: Thuresson / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) via Wikimedia Commons)

Når disse ikke er sfæriske i formen, kan de sees på som små rør i forskjellige størrelser, som er koblet til hverandre (sikkert er de peroksisomer i oppdeling).

De har ofte et krystallinsk senter eller en kjerne, som forskere beskriver på denne måten av hvordan de ser på det under mikroskopet, sannsynligvis som et resultat av den enorme mengden protein inni dem.

Biogenese (opprinnelse)

Selv om peroksisomer ikke inneholder DNA inne, det vil si at de ikke har sitt eget genom, kan de deles ved spiring eller fisjon.

Denne prosessen avhenger av mengden proteiner og materialer for å bygge nye membraner som de har til rådighet, som "importeres" fra cytosolen.

De som deltar?

Den endoplasmatiske retikulum er ansvarlig for både syntesen av fosfolipidene som danner peroksisommembranen, og syntesen av noen av dens proteiner, dette gjennom dens tilknyttede ribosomer.

Ribosomer (faktisk til stede i cytosolen som "frie polyribosomer") er de som oversetter mesteparten av proteinene. Disse proteinene kan bare komme inn i peroksisomene hvis de har en spesiell etikett eller "merke".

Uten disse merkene kan ikke proteiner gjenkjennes av andre proteiner på peroksisommembranen og kan derfor ikke passere gjennom.

Så hvis ribosomer festet til det grove endoplasmatiske retikulumet (RER) og de som er gratis i cytosolen "sender" nok materiale til peroksisomene, kan de dele i to.

Peroksisomer i dyreceller

Dyreceller har mange peroksisomer og lysosomer, lignende organeller som er ansvarlige for å "resirkulere" andre organeller og forskjellige typer molekyler i forskjellige størrelser.

Cellene til noen dyr (men ikke mennesker), har for eksempel peroksisomer som er i stand til å bryte ned urinsyre, som vanligvis er et nitrogenrikt metabolsk avfall, hvis akkumulering i blodet kan ha skadelige effekter.

"Rare" funksjoner

I tillegg til alle funksjonene som er nevnt ovenfor, utfører peroksisomer veldig spesielle funksjoner hos noen dyr. Brannfly og andre insekter bruker for eksempel et enzym i peroksisomene i cellene sine for å finne kamerater og i noen tilfeller for å finne maten.

Dette enzymet er kjent som luciferase. Luciferase hjelper menn med å produsere en lys "blitz" av lys, som kan være grønn eller gul, og som tjener til å tiltrekke kvinner av samme art.

Varigheten av hver blits og intervallet de vises i er spesifikk for hver art, slik at hunnene kan skille hannene i mørket på natten. Hos visse arter produserer hunnen også et blitz, og i andre avgir hun et lys som tiltrekker hannen til å spise den.

Modifiserte peroksisomer

Akkurat som planter har glyoksysomer, som er en type peroksisom som spesialiserer seg i en spesifikk metabolsk bane, har noen dyreceller modifiserte peroksisomer.

Kinetoplastider, en gruppe parasitter som forårsaker forskjellige sykdommer hos mennesker og andre dyr, har en type "modifisert peroksisom" kjent som et glykosom.

Glykosomer får dette navnet fordi de inneholder enzymene som er nødvendige for prosessering av glukose (glykolytiske enzymer), samt andre enzymer som deltar i andre metabolske veier for å få energi.

Peroksisomer i planteceller

Plantecellene inneholder også peroksisomer, og disse har veldig viktige funksjoner for plantenes funksjon, i tillegg til funksjonene som er delt med peroksisomer fra andre typer celler.

- Glykoksylatsyklus

I frø er for eksempel peroksisomene i cellene deres ansvarlige for å konvertere lagret fett til karbohydrater, som er råmaterialet som er nødvendig for utvikling av frøplanten som vil spire.

Prosessen som planteperoksisomer utfører denne funksjonen er kjent som glyoksylatsyklusen, som regnes som en variant av Krebs-syklusen, og det er grunnen til at noen tekster omtaler disse peroksisomene som glyoksysomer.

- Fotorespirasjon

Hos planter er disse organellene også involvert i en prosess kjent som fotorespirasjon, som består av en metabolsk bane "i strid med fotosyntesen, siden oksygen ikke produseres, men heller konsumeres, og karbondioksid frigjøres uten å få ATP. .

Til tross for det ovennevnte, er denne prosessen også kjent som "karbonutvinning", siden peroksisomer får fra kloroplaster (en annen organelle av planteceller) en kjemisk forbindelse kalt glykolat, som de omdanner til en annen forbindelse som kalles glycin (en aminosyre).

Glykinet produsert i planteperoksisomer transporteres til mitokondriene (organellen der respirasjon og syntese av store mengder ATP forekommer). I mitokondriene blir dette glycin omdannet til serin, en annen aminosyre, som blir returnert til peroksisomet.

Serin, en gang i peroksisomet, omdannes til glyserat og derfra blir det sendt til kloroplasten igjen. All denne prosessen fører ikke til produksjon av energi, men den fører til bruk av karbonatomene som er festet til glykolatet.

Peroksisom sykdommer

Det er forskjellige typer "lidelser" relatert til peroksisomer. Generelt har disse forstyrrelsene å gjøre med mutasjoner i genene som er involvert i biogenesen av disse organellene, eller til og med, i de gener som koder for enzymene eller transporterer proteiner.

Siden de har en genetisk komponent, er disse lidelsene vanligvis medfødte (de arves fra foreldre til barn) som kan ha moderate eller alvorlige konsekvenser, avhengig av tilfelle.

Zellweger syndrom

Selv om dette syndromet er sjeldent, inkluderer noen av de alvorligste tilstandene. Det er preget av fullstendig fravær eller av en betydelig reduksjon i antall kromosomer i kroppens celler.

De genetiske mutasjonene som forårsaker dette syndromet forårsaker også opphopning av forbindelser som er rike på elementer som jern og kobber, og av veldig langkjedede fettsyrer i blodet og andre vev som lever, hjerne og nyrer.

Hva er konsekvensene?

Små barn som er rammet av dette syndromet blir vanligvis født med ansiktsdeformiteter (ansikts) og noen intellektuelle funksjonshemninger. De kan lide av syns- og hørselsproblemer, så vel som gastrointestinal og leverproblemer, slik at de vanligvis ikke lever mer enn et år.

Andre relaterte syndromer

Det er andre sykdommer relatert til defekter i peroksisomer. Disse inkluderer Neonatal Adrenoleukodystrophy (NALD, Neonatal Adrenoleukodystrophy) og Childhood Refsum Disease.

Begge sykdommene er preget av sent symptomer, som vanligvis sees i løpet av barndommen, slik at pasienter kan overleve til tidlig voksen alder.

referanser

1. British Society of Cell Biology. (Nd). Hentet 13. april 2020 fra www.bscb.org/learning-resources/softcell-e-learning/peroxisome/.
2. Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Cellen: Molekylær tilnærming. Medicinska naklada.
3. De Duve, CABP, & Baudhuin, P. (1966). Peroksisomer (mikrobodier og relaterte partikler). Fysiologiske vurderinger, 46 (2), 323-357.
4. Encyclopaedia Britannica Editors. (2014). Encyclopaedia Britannica. Hentet 13. april 2020 fra www.britannica.com/science/peroxisome.
5. Hu, J., Baker, A., Bartel, B., Linka, N., Mullen, RT, Reumann, S., & Zolman, BK (2012). Planteperoksisomer: biogenese og funksjon. Plantecellen, 24 (6), 2279-2303.
6. Lazarow, PB, & Fujiki, Y. (1985). Biogenese av peroksisomer. Årlig gjennomgang av cellebiologi, 1 (1), 489-530.
7. Roels, F., Baes, M., & Delanghe, S. (Eds.). (2012). Peroksisomale lidelser og regulering av gener (Vol. 544). Springer Science & Business Media.
8. Van den Bosch, H., Schutgens, RBH, Wanders, RJA, & Tager, JM (1992). Biokjemi av peroksisomer. Årlig gjennomgang av biokjemiker.