ПЕРОКСИСОМИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦІЇ, СТРУКТУРА, БІОГЕНЕЗ - БІОЛОГІЯ - 2025

У пероксисом , також відомий як мікротелец, невеликі органели, дуже схожі на лізосоми, які підвішені в цитоплазмі більшість еукаріотів.

Так само, як людський організм має органи, які виконують різні функції, щоб підтримувати його живим, у них є і клітини, і вони - це те, що ми називаємо "органели" або "органели".

Схема клітини мікробів, що показує пероксисому (пероксисому), мітохондріон (мітохондріому) та ядро ​​(ядро) (Джерело: CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) через Wikimedia Commons)

Так само, як серце перекачує кров до іншої частини тіла, ніс і легені використовуються для дихання, шлунок отримує їжу і починає з її травленням, а мозок відповідає за все, щоб координувати все (щоб навести кілька прикладів). Органели мають важливе значення для багатьох функцій клітин.

Серед деяких клітинних органел є пероксисоми, які були описані в 1960 році Крістіаном Рене де Дюве, тим самим дослідником, який розробив методи субклітинної фракціонування для розділення різних клітинних органел на основі їх щільності.

де Дюв поділив у 1974 році Нобелівську премію з фізіології та медицини з Альбертом Клодом та Джорджем Паладом завдяки їх роботі з цими методиками та виявленню пероксисом.

Назва цих органел походить від внутрішнього виробництва перекису водню (H ₂ O ₂ ), побічного продукту реакцій відновлення окислення, що відбувається в них і який є потенційно токсичним для клітин (він може реагувати з багатьма іншими молекулами ), тому він швидко деградує.

У клітині може бути до 500 пероксисом, що «плавають» у цитозолі, але кількість і розмір цих органел залежить не тільки від типу клітини, про яку йдеться, але і від фізіологічного стану клітини та середовища, яке її оточує.

Загальна характеристика пероксисом

Існує багато характеристик, які мають пероксисоми, що роблять їх подібними до інших клітинних органел і, в той же час, дуже різняться. Ось короткий список деяких найважливіших:

- Вони являють собою маленькі органели, оточені простою мембраною, яка відокремлює їх від решти молекул та органел у цитозолі.

- Значна частина того, що знаходиться всередині них, особливо білки та ферменти, синтезуються в цитозолі клітини, до якої вони належать, за допомогою вільних рибосом, що є білковими комплексами, здатними опосередковувати трансляцію месенджерної РНК (мРНК ) з ядра і походить від транскрипції даного гена.

- У них немає свого геному, тобто всередині немає ні ДНК, ні механізму, необхідного для її переробки (наприклад, тиражування, транскрипція та трансляція).

- Вони множать на ділення.

- Всередині можна знайти до 50 різних травних ферментів та їх вторинних продуктів (небезпечних для клітин).

- Їх розмір і кількість можуть сильно різнитися від однієї клітини до іншої, оскільки вони залежать від внутрішньоклітинних умов (вони неіндуктивні) та типу клітини.

Особливості

Пероксисоми виконують різні функції всередині клітини, багато з них пов'язані з ферментами, що знаходяться всередині неї.

- Окислювальні реакції

Багато реакцій відновлення відновлення окислення відбувається всередині пероксисом, тобто обмін електронами між однією сполукою та іншою, як правило, каталізується білками з ферментативною активністю (ферментами).

Ці реакції відновлення відновлення окислення в пероксисомах зазвичай утворюють перекис водню (H ₂ O ₂ ), яка є шкідливою для клітин сполукою.

Однак усередині пероксисом є фермент, який називається каталаза, який відповідає за руйнування перекису водню з утворенням води або використання її для окислення інших сполук.

Здатність стримувати ці реакції всередині тісно пов'язана з іншими функціями, які виконують ці клітинні органели, оскільки метаболічна деградація багатьох молекул передбачає їх окислення.

Без окислювальних реакцій пероксисом, накопичення таких сполук, як жирні кислоти довголанцюгових, наприклад, може спричинити значну шкоду нервовим клітинам мозку.

- Енергетичний обмін

Пероксисоми беруть участь у виробництві АТФ, яка є основною енергетичною «валютою» клітини.

Один із способів цього зробити - це розщеплення жирних кислот (з яких жирів і багатьох ліпідів складається), засвоєння етанолу (тип алкоголю) та амінокислот ("будівельних блоків", що складають білки) тощо.

У тваринних клітинах більша частина жирних кислот розкладається в мітохондріях і незначна частина переробляється в пероксисомах, але в дріжджах і рослинах ця функція практично виняткова для пероксисом.

- Біосинтез

Пероксисоми функціонують також у виробленні молекул, що входять до складу клітинних мембран. Ці молекули відомі як плазмаллогени і є дуже важливим типом ліпідів для мозку та серцевих (серцевих) клітин людини та інших ссавців.

Інші ліпіди, що синтезуються в пероксисомах та за участю ендоплазматичного ретикулуму (ще одного дуже важливого клітинного органели), є холестерином та доліхолом, необхідними для функціонування клітин.

У багатьох ссавців, наприклад, пероксисоми клітин печінки також беруть участь у синтезі жовчних кислот, які отримуються з холестерину і дуже необхідні для перетравлення жирів, що містяться в їжі, що переробляються в шлунку, а потім в тонкому кишечнику.

Будова

Пероксисоми - це мембранні органели, але на відміну від мембран, які спостерігаються в інших органелах, таких як мітохондрії та хлоропласти, наприклад, вони мають єдину мембрану, а не подвійну мембранну систему.

Його поява не є постійною, тобто може змінюватися. Однак зазвичай це сферичні органели, які мають середній діаметр між 0,2 і 1 мкм, тобто одна мільйонна частина метра.

Основна схема структури пероксисоми (Джерело: Thuresson / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) через Wikimedia Commons)

Коли вони не мають сферичної форми, то їх можна розглядати як невеликі трубочки різної величини, які з'єднані між собою (безумовно, вони є пероксисомами при поділі).

Вони часто мають кристалічний центр або ядро, яке вчені описують таким чином, як вони дивляться на нього під мікроскопом, ймовірно, внаслідок величезної кількості білка всередині них.

Біогенез (походження)

Хоча пероксисоми не містять ДНК всередині, тобто не мають власного геному, їх можна розділити брунькуванням або поділом.

Цей процес залежить від кількості білків і матеріалів для створення нових мембран, які вони мають у своєму розпорядженні, які "імпортуються" з цитозолу.

Ті, хто бере участь?

Ендоплазматичний ретикулум відповідає як за синтез фосфоліпідів, що утворюють мембрану пероксисоми, так і за синтез деяких її білків, через пов'язані з ними рибосоми.

Рибосоми (насправді присутні в цитозолі як "вільні полірібосоми") - це ті, які переводять більшість білків. Ці білки можуть потрапляти всередину пероксисом лише у тому випадку, якщо вони мають спеціальну мітку або "позначку".

Без цих позначок білки не можуть розпізнаватися іншими білками на мембрані пероксисоми і тому не можуть пройти через них.

Отже, якщо рибосоми, приєднані до грубого ендоплазматичного ретикулуму (RER), і ті, які є вільними в цитозолі, "направляють" достатню кількість матеріалу в пероксисоми, вони можуть розділитися надвоє.

Пероксисоми в клітинах тварин

Клітини тварин мають багато пероксисом і лізосом, схожих органел, які відповідають за "переробку" інших органел та різних типів молекул різної величини.

Наприклад, у клітинах деяких тварин (але не у людей) є пероксисоми, здатні розщеплювати сечову кислоту, яка, як правило, є багатим азотом метаболічним відходом, накопичення якого в крові може мати шкідливий вплив.

"Дивні" функції

Крім усіх згаданих вище функцій, пероксисоми виконують дуже особливі функції у деяких тварин. Наприклад, світлячки та інші комахи використовують фермент в пероксисомах їх клітин, щоб знайти товаришів і, в деяких випадках, знайти свою їжу.

Цей фермент відомий як люцифераза. Люцифераза допомагає самцям виробляти яскравий «спалах» світла, який може бути зеленим або жовтим кольором і який служить для залучення самок одного виду.

Тривалість кожного спалаху та інтервал, у якому вони з’являються, є специфічними для кожного виду, так що самки можуть розрізнити самців у темний час доби. У деяких видів самка також видає спалах, а в інших вона випромінює світло, яке приваблює самця, щоб його з'їсти.

Модифіковані пероксисоми

Так само, як рослини мають гліоксисоми, які є типом пероксисоми, що спеціалізується на певному метаболічному шляху, деякі клітини тварин мають модифіковані пероксисоми.

Кінетопластиди, група паразитів, які викликають різні захворювання у людини та інших тварин, мають тип "модифікованого пероксисому", відомий як глікосома.

Глікосоми отримують цю назву, оскільки містять ферменти, необхідні для переробки глюкози (гліколітичні ферменти), а також інші ферменти, які беруть участь в інших метаболічних шляхах для отримання енергії.

Пероксисоми в рослинних клітинах

Клітини рослин також містять пероксисоми, і вони мають дуже важливі функції для функціонування рослин, крім функцій, які поділяються з функціями пероксисом інших типів клітин.

- Гліоксилатний цикл

Наприклад, у насінні пероксисоми їх клітин відповідають за перетворення накопичених жирів у вуглеводи, які є сировиною, необхідною для розвитку саджанця, який буде проростати.

Процес, за допомогою якого пероксисоми рослин виконують цю функцію, відомий як цикл гліоксилатів, що вважається варіантом циклу Кребса, тому деякі тексти називають ці пероксисоми гліоксисомами.

- Фотореспірація

У рослинах ці органели також беруть участь у процесі, відомому як фотореспірація, який складається з метаболічного шляху, «протилежного» фотосинтезу, оскільки кисень не виробляється, а скоріше витрачається, а вуглекислий газ виділяється без отримання АТФ. .

Незважаючи на вищезазначене, цей процес також відомий як "відновлення вуглецю", оскільки пероксисоми отримують від хлоропластів (іншої органели рослинних клітин) хімічну сполуку під назвою гліколат, яку вони перетворюють в іншу сполуку, звану гліцин (a амінокислота).

Гліцин, що виробляється в пероксисомах рослин, транспортується до мітохондрій (органели, де відбувається дихання та синтез великої кількості АТФ). У мітохондріях цей гліцин перетворюється на серин, іншу амінокислоту, яка повертається в пероксисому.

Серин, потрапивши в пероксисому, перетворюється на гліцерат і звідти знову відправляється в хлоропласт. Весь цей процес не призводить до виробництва енергії, але він призводить до використання атомів вуглецю, приєднаних до гліколету.

Пероксисомні захворювання

Існують різні типи "розладів", пов'язаних з пероксисомами. Як правило, ці порушення пов'язані з мутаціями в генах, які беруть участь у біогенезі цих органел або, навіть, у тих генах, що кодують ферменти або транспортні білки.

Оскільки вони мають генетичну складову, ці порушення, як правило, є вродженими (передаються у спадок від батьків дітям), які можуть мати помірні або важкі наслідки, залежно від конкретного випадку.

Синдром Зельвегера

Цей синдром, хоча і рідкісний, включає деякі найважчі стани. Він характеризується повною відсутністю або значним зменшенням кількості хромосом у клітинах організму.

Генетичні мутації, що викликають цей синдром, також спричиняють накопичення таких речовин, як багате і мідь, і дуже довголанцюгові жирні кислоти в крові та інших тканинах, таких як печінка, мозок та нирки.

Які наслідки?

Маленькі діти, уражені цим синдромом, зазвичай народжуються з лицьовими (лицьовими) деформаціями та деякими порушеннями інтелекту. Вони можуть страждати від проблем із зором і слухом, а також з проблемами шлунково-кишкового тракту та печінки, тому зазвичай не живуть більше року.

Інші споріднені синдроми

Існують і інші захворювання, пов’язані з дефектами пероксисом. До них відносяться адренолеукодистрофія новонароджених (НАЛД, адренолейкодистрофія новонароджених) та рефлюмна дитяча хвороба.

Для обох захворювань характерно пізнє виникнення симптомів, які зазвичай спостерігаються в дитинстві, так що пацієнти можуть вижити до ранньої дорослості.

Список літератури

1. Британське товариство клітинної біології. (другий). Отримано 13 квітня 2020 року з веб-сайту www.bscb.org/learning-resources/softcell-e-learning/peroxisome/.
2. Cooper, GM, & Hausman, RE (2004). Клітина: Молекулярний підхід. Медицинська наклада.
3. De Duve, CABP, & Boudhuin, P. (1966). Пероксисоми (мікротіла та споріднені частинки). Фізіологічні огляди, 46 (2), 323-357.
4. Енциклопедія Британіка Редактори. (2014). Енциклопедія Британіка. Отримано 13 квітня 2020 року з веб-сайту www.britannica.com/science/peroxisome.
5. Hu, J., Baker, A., Bartel, B., Linka, N., Mullen, RT, Reumann, S., & Zolman, BK (2012). Пероксисоми рослин: біогенез та функції. Рослинна клітина, 24 (6), 2279-2303.
6. Lazarow, PB, & Fujiki, Y. (1985). Біогенез пероксисом. Щорічний огляд клітинної біології, 1 (1), 489-530.
7. Roels, F., Baes, M., & Delanghe, S. (ред.). (2012 р.). Пероксисомні розлади та регуляція генів (т. 544). Springer Science & Business Media.
8. Van den Bosch, H., Schutgens, RBH, Wanders, RJA, & Tager, JM (1992). Біохімія пероксисом. Щорічний огляд біохіміка.