Peroxisomen: Definition, Struktur & Funktion

Peroxisomen sind kleine, etwa kugelförmige membrangebundene Einheiten, die im gesamten Zytoplasma fast aller eukaryotische (Pflanzen-, Tier-, Protisten- und Pilz-) Zellen. Im Gegensatz zu den meisten Körpern innerhalb von Zellen, die normalerweise als. klassifiziert werden Organellen, Peroxisomen haben nur eine einzige Plasmamembran statt einer doppelten Membranschicht.

Sie stellen die häufigste Art von Mikrokörper in eukaryontischen Zellen mit Lysosomen vielleicht eine bekanntere Art von Mikrokörper. Obwohl sie sich selbst replizieren, enthalten sie keine eigene DNA wie Mitochondrien tun.

Wenn sie Kopien von sich selbst erstellen, müssen sie daher Proteine ​​verwenden, die sie zu diesem Zweck in die Szene importieren. Es wird angenommen, dass dies über ein peroxisomales Targeting-Signal erfolgt, das aus einer spezifischen Kette von Aminosäuren (den monomeren Einheiten von Proteinen) besteht.

• Peroxisomen vs. Lysosomen: Während Peroxisomen selbstreplizierend sind, werden Lysosomen normalerweise im Golgi-Komplex hergestellt.

Die Lage der Peroxisomen befindet sich im Zytoplasma. Diese Organellen haben einen Durchmesser von etwa einem Zehntel Mikrometer bis 1 Mikrometer oder 0,1 bis 1 μm.

Dies sagt Ihnen nicht nur, dass Peroxisomen winzig sind, sondern auch, dass ihre Größe erheblich variiert, was Sie von einem im Wesentlichen biologischen Versandbehälter erwarten können. Schließlich sehen die meisten Kartons, die von Paketzustellern verwendet werden, bis auf die Abmessungen mehr oder weniger gleich aus.

Das Zellmembran und die der meisten Organellen der Zelle (z. B. Mitochondrien, der Zellkern, das endoplasmatische Retikulum) bestehen aus a doppeltDoppelschicht, wobei jede dieser Doppelschichten a hydrophil (wassersuchende) Seite und a hydrophob (wasserabweisende) Seite.

Dies liegt daran, dass a SingleDoppelschicht besteht hauptsächlich aus etwa länglichen Phospholipidmoleküle, die ein fettiges Ende haben, das sich nicht leicht in Wasser auflöst, und ein phosphatiertes (geladenes) Ende, das dies tut.

In einem Doppelmembran, die beiden "wasserabweisenden" Lipidseiten suchen sich chemisch und stehen sich daher gegenüber, wobei sie das Zentrum bilden; währenddessen zeigt eine der beiden "wassersuchenden" Phosphatseiten zum Äußeren der Zelle und die andere zur Zytoplasma.

Dies führt schematisch zum Aufbau eines Paares identischer Blätter, die in einer "Spiegelbild"-Weise zusammengeklebt sind. Bei einem Peroxisom liegen auch die fettigen Anteile der peroxisomalen Membran im Inneren der einzelnen Membran, dem Zytoplasma abgewandt.

Peroxisomen enthalten mindestens 50 verschiedene Enzyme. Hatten Sie jemals einen Nachbarn, der mindestens eine Dose von jeder Art von zerstörerischer, aber potenziell nützlicher Chemikalie (Insektizid, Herbizid, Schmerzverdünner) in seiner Garage zu haben scheint? In der Welt der Organellen sind Peroxisomen so etwas wie dieser Nachbar.

Die enthaltenen Enzyme helfen beim Abbau der Materialien, die das Peroxisom aus dem umgebenden Zytoplasma aufnimmt, einschließlich die Abfallprodukte der unzähligen Stoffwechselreaktionen, die eine Zelle jeden Moment durchläuft, um den Prozess des Lebens fortzusetzen selbst. Eines dieser häufigen Nebenprodukte ist Wasserstoffperoxid, oder H₂Ö₂; dies gibt dem Peroxisom seinen Namen.

Die Peroxisomenbiogenese ist für einen Bestandteil eukaryontischer Zellen untypisch. Fehlen DNA und eigene Fortpflanzungsmaschinen, Peroxisomen können sich selbst replizieren durch einfache Spaltung nach Art von Mitochondrien und Chloroplasten.

Dies geschieht letztendlich, sobald ein Peroxisom, das so etwas wie ein winziger biochemischer Hamsterer ist, einen kritischen Wert erreicht Größe nach dem Importieren von genügend Proteinprodukten, die es im Zytoplasma trifft, in sein Lumen (Innenraum) und Membran. Zu dem Zeitpunkt, an dem sich dieses aufgeblähte Peroxisom spaltet, beginnt jede der beiden resultierenden Zellen ihre Existenz mit einem Komplement nicht-peroxisomaler Proteine, die woanders als Müll begannen.

Innerhalb des Peroxisoms ist a Uratoxidase kristalliner Kern, die in der Mikroskopie wie ein dunkler kreisförmiger Bereich aussieht. Uratoxidase ist ein Enzym, das beim Abbau von Harnsäure hilft. Der Kern beherbergt auch eine Vielzahl anderer Enzyme, die jedoch nicht so leicht visualisiert werden können.

Peroxisomen sind besonders reich an dem Enzym Katalase, das Wasserstoffperoxid abbaut und entweder in Wasser umwandelt oder bei der Oxidation einer organischen (kohlenstoffhaltigen) Verbindung verwendet. H₂Ö₂ selbst ist nur deshalb in signifikanter Zahl vorhanden, weil es durch den Abbau einer Reihe verschiedener Verbindungen entsteht, die Peroxisomen aufnehmen.

Peroxisomen nehmen wie Mitochondrien begeistert an der Fettsäureoxidation teil, und sie begannen wahrscheinlich als frei lebende primitive aerobe oder sauerstoffverbrauchende Bakterien. (Die meisten frei lebenden Bakterien können sich heute allein auf die anaerobe Glykolyse verlassen.)

Obwohl Peroxisomen auch an der Biosynthese beteiligt sind und eine Reihe verschiedener Lipidmoleküle herstellen, darunter Bestandteile von Galle und Cholesterin, ist ihre Hauptfunktion in der Zellbiologie katabolisch. Einige Peroxisomen in der Leber entgiftet den Ethylalkohol in Getränken indem Elektronen aus dem Alkohol entfernt und an anderer Stelle platziert werden, was die Definition von Oxidation ist.

Einige Enzyme in Peroxisomen bauen die langkettigen Fettsäuren ab die aus dem Metabolismus von Triglyceriden in der Nahrung und aus anderen Quellen resultieren. Dies ist eine lebenswichtige Funktion, da eine Ansammlung dieser Fettsäuren für das Nervengewebe toxisch sein kann. Die für diese Reaktionen benötigten Enzyme müssen aus dem Zytoplasma nach der Synthese als Polypeptidketten durch Ribosomen auf dem endoplasmatischen Retikulum.

Reaktive oxidative Spezies, oder ROS, sind Chemikalien, die bei der Nutzung von Energie für notwendige zelluläre Prozesse unweigerlich entstehen, ähnlich wie Autoabgase ein unvermeidbares Produkt gasbetriebener Autos sind.

Wie der Name schon sagt, handelt es sich um Oxidationsmittel, die als solche zu verschiedenen Arten von Zellschäden beitragen können, wenn sie nicht in relativ niedrigen Konzentrationen gehalten werden. Doch diese oxidativen Reaktionen sind für das Leben selbst lebenswichtig; ROS kann schädlich sein, aber die Moleküle, die als ihre Vorläufer dienen, zu ignorieren, ist keine Option.

Daher liegt ein Forschungsinteresse darin, zu untersuchen, wie Peroxisomen ein Gleichgewicht zwischen der Produktion der benötigten ROS und deren Clearance erreichen Substanzen und die Enzyme, die sie produzieren, bevor sie auf Werte ansteigen, die dem Peroxisom und der Zelle mehr schaden als nützen können ganze.

Alle tierischen Zellen enthalten Peroxisomen, aber sie spielen eine besonders wichtige Rolle in Nervenzellen, einschließlich der im Gehirn. Dies liegt daran, dass Peroxisomen als Ort der Synthese von Plasmalogene. Dabei handelt es sich um eine spezielle Art von Phospholipid-Molekül, die in die Plasmamembranen von Zellen bestimmter Gewebe eingebaut werden, einschließlich des Herzens und der Neuronen des zentrales Nervensystem.

Plasmalogene sind ein wesentlicher Bestandteil der Substanz myelin, das für die normale Weiterleitung von Nervenimpulsen unerlässlich ist. Myelinschäden können zu Krankheiten führen, wie z Multiple Sklerose (MS) und Amyotrophe Lateralsklerose (ALS). Die Wissenschaftler wollen den genauen Zusammenhang zwischen Störungen der Peroxisomenfunktion und dem Fortschreiten bestimmter Nervenerkrankungen herausfinden.

Leber und Niere sind wichtige Entgiftungszentren; Als solche zeichnen sich diese Organe durch eine hohe Dichte chemischer Reaktionen und eine damit einhergehende hohe Ansammlung potenziell schädlicher Abfallprodukte aus. In der Leber bilden Peroxisomen Gallensäuren, wobei die Galle selbst für die richtige Aufnahme von Fett und Substanzen, die sich leicht in Fetten auflösen, entscheidend ist, wie z Vitamin B-12.

In der Niere ein bestimmtes Protein, das häufig in Peroxisomen vorkommt hilft der Bildung von Nierensteinen vorzubeugenoder Nierensteine. Dies ist ein äußerst schmerzhafter Zustand, der mit Kalziumablagerungen verbunden ist.

In Pflanzenzellen sind Peroxisomen am Prozess der Lichtatmung. Diese Reihe von Reaktionen dient dazu, die Pflanze von Phosphoglycerat zu befreien, einem zufälligen Produkt der Photosynthese, das von der Pflanze nicht benötigt wird und in erheblichem Maße lästig wird.

Das Phosphoglycerat wird in Peroxisomen in Glycerat umgewandelt und dann in die Chloroplasten zurückgeführt, wo es an den nützlichen Reaktionen des Calvin-Zyklus teilnehmen kann.

Auch Peroxisomen spielen eine Rolle bei Samenkeimung bei Pflanzen. Sie tun dies, indem sie Lipide und Fettsäuren in der Nähe des werdenden Organismus in Zucker umwandeln, die eine viel nützlichere Quelle für Adenosintriphosphat sind, oder ATP (ein Molekül, das Energie liefert) für die schnell wachsenden und reifenden Samenprodukte.