Peroxizómy: definícia, štruktúra a funkcia

Peroxizómy sú malé, zhruba guľovité entity viazané na membránu, ktoré sa nachádzajú v cytoplazme takmer všetkých eukaryotický (rastlinné, živočíšne, protistické a plesňové) bunky. Na rozdiel od väčšiny tiel v bunkách, ktoré sú zvyčajne klasifikované ako organely, peroxizómy majú iba jednu plazmatickú membránu a nie dvojitú membránovú vrstvu.

Predstavujú najbežnejší typ mikrobody vo vnútri eukaryotických buniek s lyzozómy možno ide o známejší druh mikrobody. Aj keď sa samy replikujú, neobsahujú vlastnú DNA ako mitochondrie robiť.

Preto keď si robia kópie, musia na tento účel využiť proteíny, ktoré dovážajú na scénu. Predpokladá sa, že k tomu dochádza prostredníctvom peroxizomálneho zameriavacieho signálu pozostávajúceho zo špecifického reťazca aminokyselín (monomérne jednotky proteínov).

• Peroxizómy vs. Lyzozómy: Zatiaľ čo peroxizómy sa replikujú samy, lyzozómy sa zvyčajne vyrábajú v komplexe Golgi.

Peroxizómy sa nachádzajú v cytoplazme. Tieto organely majú priemer asi jednej desatiny mikrometra až 1 mikrometra, alebo 0,1 až 1 μm.

To vám hovorí nielen to, že peroxizómy sú malé, ale aj to, že sa ich veľkosť značne líši, čo by ste mohli očakávať od toho, čo je v podstate biologický prepravný obal. Väčšina krabíc, ktoré používajú spoločnosti na doručovanie balíkov, napokon vyzerá okrem svojich rozmerov zhruba rovnako.

The bunková membrána a väčšina organel buniek (napr. mitochondrie, jadro, endoplazmatické retikulum) pozostáva z dvojitýdvojvrstva, pričom každá z týchto dvojvrstiev obsahuje a hydrofilný (hľadajúca vodu) strana a hydrofóbne (vodoodpudivá) strana.

Je to preto, lebo a slobodnýdvojvrstva sa skladá hlavne z zhruba podlhovastých fosfolipidové molekuly, ktoré majú mastný koniec, ktorý sa ľahko nerozpúšťa vo vode, a fosfátový (nabitý) koniec, ktorý ich robí.

V dvojitá membrána, dve "vodoodpudivé" lipidové strany sa chemicky navzájom hľadajú, a preto smerujú proti sebe, tvoria stred; zatiaľ jedna z dvoch fosfátových strán „hľadajúcich vodu“ smeruje k vonkajšej strane bunky a druhá k cytoplazma.

To má za následok schematickú konštrukciu dvojice rovnakých listov zlepených dohromady spôsobom „zrkadlového obrazu“. V peroxizóme ležia mastné časti peroxizomálnej membrány tiež vo vnútri jednej membrány, odvrátenej od cytoplazmy.

Peroxizómy obsahujú najmenej 50 rôznych enzýmov. Už ste niekedy mali suseda, ktorý má vo svojej garáži aspoň jednu plechovku všetkých druhov deštruktívnych, ale potenciálne užitočných chemikálií (insekticídy, herbicídy, lieky na riedenie bolesti)? Vo svete organel sú peroxizómy niečo ako ten sused.

Enzýmy, ktoré obsahujú, pomáhajú odbúravať materiály, ktoré peroxizóm zhromažďuje z okolitej cytoplazmy vrátane odpadové produkty z nespočetných metabolických reakcií, ktoré bunka každú chvíľu prežíva, aby rozšírila proces života sám. Jedným z týchto bežných vedľajších produktov je peroxid vodíka, alebo H₂O₂; toto dáva peroxizómu jeho meno.

Biogenéza peroxizómu je pre komponent eukaryotických buniek atypická. Nedostatok DNA vlastné reprodukčné stroje, peroxizómy sa môžu samy replikovať jednoduchým štiepením na spôsob mitochondrií a chloroplasty.

K tomu nakoniec dôjde, keď peroxizóm, ktorý je malým biochemickým hromaditeľom, dosiahne kritickú hodnotu veľkosť po dovoze dostatočného množstva bielkovinových produktov, s ktorými sa stretáva v cytoplazme, do jej lúmenu (vnútorného priestoru) a membrána. V čase, keď sa tento nafúknutý peroxizóm štiepi, každá z dvoch výsledných buniek začína svoju existenciu s komplementom neperoxizomálnych proteínov, ktoré začali ako odpad niekde inde.

V peroxizóme je a kryštalické jadro urát oxidázy, ktorá pri mikroskopii vyzerá ako tmavá kruhová oblasť. Urát oxidáza je enzým, ktorý pomáha štiepiť kyselinu močovú. Jadro je tiež domovom mnohých ďalších enzýmov, aj keď ich nemožno tak ľahko vizualizovať.

Peroxizómy sú obzvlášť bohaté na enzým kataláza, ktorý rozkladá peroxid vodíka a buď ho premieňa na vodu, alebo ho používa pri oxidácii organickej (uhlík obsahujúcej) zlúčeniny. H₂O₂ sama o sebe je prítomná vo významnom množstve iba preto, že je generovaná rozkladom množstva rôznych zlúčenín, ktoré peroxizómy prijímajú.

Peroxizómy sa podobne ako mitochondrie nadšene zúčastňujú na oxidácii mastných kyselín a pravdepodobne začali ako voľne žijúce primitívne aeróbne alebo kyslík využívajúce baktérie. (Väčšina voľne žijúcich baktérií sa dnes môže spoliehať iba na anaeróbnu glykolýzu.)

Aj keď sa peroxizómy tiež zúčastňujú na biosyntéze a vyrábajú množstvo rôznych lipidových molekúl vrátane zložiek žlče a cholesterolu, ich hlavná úloha v bunkovej biológii je katabolická. Niektoré peroxizómy v pečeni detoxikujte etylalkohol v nápojoch odstránením elektrónov z alkoholu a ich umiestnením na iné miesto, čo je definícia oxidácie.

Niektoré enzýmy v peroxizómoch štiepia mastné kyseliny s dlhým reťazcom ktoré sú výsledkom metabolizmu triglyceridov v strave a z iných zdrojov. Toto je životne dôležitá funkcia, pretože akumulácia týchto mastných kyselín môže byť toxická pre nervové tkanivo. Enzýmy potrebné na tieto reakcie sa musia prijať z cytoplazma potom, čo bol syntetizovaný ako polypeptidové reťazce ribozómy na endoplazmatickom retikule.

Reaktívne oxidačné látkyalebo ROS, sú chemikálie, ktoré sa nevyhnutne tvoria pri využívaní energie na nevyhnutné bunkové procesy, podobne ako výfukové plyny z automobilov sú nevyhnutným produktom automobilov spaľujúcich plyn.

Ako už z ich názvu vyplýva, sú to oxidačné činidlá, ktoré ako také môžu prispievať k rôznym typom poškodenia buniek, ak nie sú udržiavané v relatívne nízkych koncentráciách. Napriek tomu sú tieto oxidačné reakcie životne dôležité pre samotný život; ROS môžu byť škodlivé, ale ignorovanie molekúl slúžiacich ako ich prekurzory nie je možné.

Jednou z oblastí záujmu výskumu je teda skúmanie toho, ako peroxizómy dosahujú rovnováhu medzi produkciou potrebných ROS a klírensom týchto látky a enzýmy, ktoré ich produkujú, skôr ako stúpnu na hladinu, ktorá môže spôsobiť viac škody ako úžitku pre peroxizóm a pre bunku ako celý.

Všetky živočíšne bunky zahŕňajú peroxizómy, ale hrajú v nich obzvlášť dôležitú úlohu nervové bunkyvrátane tých v mozgu. Je to preto, že peroxizómy slúžia ako miesto syntézy plazmalogény. Jedná sa o špeciálny typ molekuly fosfolipidu, ktoré sú zabudované do plazmatických membrán buniek v určitých tkanivách, vrátane srdca a neurónov centrálny nervový systém.

Plazmalogény sú kľúčovou zložkou látky myelín, ktorý je nevyhnutný pre normálne vedenie nervových impulzov. Poškodenie myelínu môže viesť k chorobám ako napr roztrúsená skleróza (MS) a amyotrofická laterálna skleróza (ALS). Cieľom vedcov je zistiť presnú súvislosť medzi poruchami zahŕňajúcimi funkciu peroxizómov a progresiou určitých nervových porúch.

Pečeň a obličky sú hlavnými detoxikačnými centrami; ako také majú tieto orgány vysokú hustotu chemických reakcií a súčasne vysokú akumuláciu potenciálne škodlivých odpadových produktov. V pečeni tvoria peroxizómy žlčové kyseliny, pričom samotná žlč je rozhodujúca pre správne vstrebávanie tukov a látok, ktoré sa v tukoch ľahko rozpúšťajú, ako napríklad vitamín B-12.

V obličkách je to konkrétny proteín, ktorý sa bežne nachádza v peroxizómoch pomáha predchádzať tvorbe obličkových kameňovalebo obličkové kamene. Toto je mimoriadne bolestivý stav spojený s usadeninami vápnika.

V rastlinných bunkách sú do procesu zapojené peroxizómy fotorespirácia. Táto séria reakcií slúži na to, aby sa rastlina zbavila fosfoglycerátu, čo je náhodný produkt fotosyntézy, ktorý rastlina nevyžaduje a na významných úrovniach sa stáva nepríjemným.

Fosfoglycerát sa v peroxizómoch prevádza na glycerát a potom sa vracia do chloroplastov, kde sa môže zúčastňovať užitočných reakcií Calvinovho cyklu.

Peroxizómy tiež zohrávajú úlohu v klíčenie semien v rastlinách. Robia to tak, že premieňajú lipidy a mastné kyseliny v okolí rodiaceho sa organizmu na cukry, ktoré sú oveľa užitočnejším zdrojom adenozíntrifosfátu, príp. ATP (molekula, ktorá dodáva energiu), pre rýchlo rastúce a zrejúce produkty zo semien.