Peroxisomes: Definition, Structure & Function

Peroxisomes är små, ungefär sfäriska membranbundna enheter som finns i hela cytoplasman hos nästan alla eukaryot (växt-, djur-, protist- och svampceller). Till skillnad från de flesta kroppar i celler som normalt klassificeras som organellerhar peroxisomer endast ett enda plasmamembran snarare än ett dubbelt membranskikt.

De representerar den vanligaste typen av mikrokropp inuti eukaryota celler med lysosomer kanske en bättre känd typ av mikrokropp. Även om de själv replikerar innehåller de inte sitt eget DNA som mitokondrier do.

Därför, när de gör kopior av sig själva, måste de använda proteiner som de importerar till scenen för detta ändamål. Detta antas ske via en peroxisomal inriktningssignal bestående av en specifik aminosyrasträng (de monomera enheterna av proteiner).

• Peroxisomer vs. Lysosomer: Medan peroxisomer är självreplikerande, görs lysosomer vanligtvis i Golgi-komplexet.

Peroxisomes plats är i cytoplasman. Dessa organeller har en diameter på cirka en tiondel av en mikrometer till 1 mikrometer, eller 0,1 till 1 μm.

Detta berättar inte bara att peroxisomer är små, utan också att deras storlek varierar avsevärt, vilket är vad du kan förvänta dig av vad som i huvudsak är en biologisk fraktbehållare. De flesta lådor som används av paketleveransföretag ser trots allt mer eller mindre ut med undantag för deras mått.

De cellmembranet och de flesta av cellens organeller (t.ex. mitokondrier, kärnan, det endoplasmiska retikulum) består av en dubbeldubbelskikt, med vart och ett av dessa dubbelskikt inklusive en hydrofil (vattensökande) sida och en hydrofob (vattenavvisande) sida.

Detta beror på att en endadubbelskikt består huvudsakligen av ungefär avlång fosfolipidmolekyler, som har en fet ände som inte löser sig lätt i vatten och en fosfat (laddad) ände som gör det.

I en dubbelmembran, söker de två "vattenavvisande" lipidsidorna kemiskt varandra och följaktligen mot varandra och bildar centrum; under tiden vetter en av de två "vattensökande" fosfatsidorna mot cellens utsida, och den andra vetter mot cytoplasma.

Detta resulterar i konstruktionen av, schematiskt, ett par identiska ark som sitter fast på ett "spegelbild" -sätt. I en peroxisom ligger de feta delarna av det peroxisomala membranet också på det inre av det enda membranet och vetter bort från cytoplasman.

Peroxisomer innehåller minst 50 olika enzymer. Har du någonsin haft en granne som verkar ha minst en burk av alla slags destruktiva men potentiellt användbara kemikalier (insektsmedel, herbicid, smärtstillande) i sitt garage? I organellvärlden är peroxisomer ungefär som den där grannen.

Enzymerna de innehåller hjälper till att bryta ner materialet som peroxisomen skopar upp från det omgivande cytoplasman, inklusive avfallsprodukterna från de otaliga metaboliska reaktioner som en cell genomgår när som helst för att sprida livsprocessen sig. En av dessa vanliga biprodukter är Väteperoxid, eller H₂O₂; detta ger peroxisomen sitt namn.

Peroxisombiogenes är atypisk för en komponent i eukaryota celler. Saknas DNA och reproduktiva maskiner peroxisomer kan självreplikera genom enkel klyvning på sätt som mitokondrier och kloroplaster.

Detta inträffar slutligen när en peroxisom, som är något av en liten biokemisk hamstrare, når en kritisk storlek efter att ha importerat tillräckligt med proteinprodukter som den möter i cytoplasman i dess lumen (inuti rymden) och membran. Vid den tidpunkt då denna uppblåsta peroxisom delas in börjar var och en av de två resulterande cellerna sin existens med ett komplement av icke-peroxisomala proteiner som började som skräp någon annanstans.

Inom peroxisomen är en uratoxidas kristallin kärna, som ser ut som en mörk cirkulär region vid mikroskopi. Uratoxidas är ett enzym som hjälper till att bryta ner urinsyra. Kärnan är också hem för en mängd andra enzymer, även om de inte kan visualiseras lika lätt.

Peroxisomer är särskilt rika på enzymet katalas, som bryter ner väteperoxid och antingen omvandlar den till vatten eller använder den vid oxidationen av en organisk (kolinnehållande) förening. H₂O₂ själva är närvarande i betydande antal bara för att det genereras genom nedbrytning av ett antal olika föreningar som peroxisomer intar.

Peroxisomer, som mitokondrier, deltar entusiastiskt i fettsyraoxidation, och de började förmodligen som frilevande primitiva aeroba eller syreanvändande bakterier. (De flesta fritt levande bakterier idag kan lita på enbart anaerob glykolys.)

Även om peroxisomer också deltar i biosyntes och tillverkar ett antal olika lipidmolekyler, inklusive komponenter av galla och kolesterol, är deras huvudroll i cellbiologi katabolisk. Några peroxisomer i levern avgifta etylalkoholen i drycker genom att ta bort elektroner från alkoholen och placera dem någon annanstans, vilket är definitionen av oxidation.

Vissa enzymer i peroxisomer bryta ner långkedjiga fettsyror som beror på metabolismen av triglycerider i kosten och från andra källor. Detta är en viktig funktion eftersom en ansamling av dessa fettsyror kan vara giftig för nervvävnad. De enzymer som krävs för dessa reaktioner måste tas upp från cytoplasma efter att ha syntetiserats som polypeptidkedjor av ribosomer på det endoplasmiska nätverket.

Reaktiva oxidativa arter, eller ROS, är kemikalier som oundvikligen bildas vid användning av energi för nödvändiga cellulära processer, ungefär som bilavgaser är en oundviklig produkt av gasförbränningsbilar.

Som namnet antyder är de oxidationsmedel, som sådana kan de bidra till olika typer av cellskador om de inte hålls vid relativt låga koncentrationer. Ändå är dessa oxidativa reaktioner livsviktiga för själva livet; ROS kan vara skadligt, men att ignorera molekylerna som fungerar som deras föregångare är inte ett alternativ.

Således är ett område av forskningsintresse att undersöka hur peroxisomer uppnår en balans mellan produktionen av nödvändig ROS och clearing av dessa ämnen och enzymer som producerar dem, innan de stiger till nivåer som kan göra mer skada än nytta för peroxisomen och för cellen som ett hela.

Alla djurceller inkluderar peroxisomer, men de spelar en särskilt viktig roll i nervceller, inklusive de i hjärnan. Detta beror på att peroxisomer fungerar som en plats för syntesen av plasmalogener. Dessa är en speciell typ av fosfolipidmolekyl som införlivas i plasmamembranen i celler i vissa vävnader, inklusive hjärtat och nervcellerna i centrala nervsystemet.

Plasmalogener är en nyckelkomponent i ämnet myelin, vilket är viktigt för normal ledning av nervimpulser. Skador på myelin kan leda till sjukdomar som multipel skleros (MS) och amyotrofisk lateral skleros (ALS). Forskare strävar efter att lära sig den exakta kopplingen mellan störningar som involverar peroxisomfunktion och utvecklingen av vissa nervsjukdomar.

Levern och njuren är viktiga avgiftningscentra; som sådana har dessa organ en hög densitet av kemiska reaktioner och en samtidigt hög ansamling av potentiellt skadliga avfallsprodukter. I levern bildar peroxisomer gallsyror, varvid gallan i sig är avgörande för korrekt absorption av fett och ämnen som lätt löses i fetter, som vitamin B-12.

I njuren, ett särskilt protein som ofta finns i peroxisomer hjälper till att förhindra bildandet av njursteneller renal calculi. Detta är ett extremt smärtsamt tillstånd kopplat till kalciumavlagringar.

I växtceller är peroxisomer involverade i processen för fotorespiration. Denna serie reaktioner tjänar till att befria växten från fosfoglycerat, en tillfällig produkt av fotosyntes som inte krävs av växten och blir en irritation på betydande nivåer.

Fosfoglyceratet omvandlas till glycerat i peroxisomer och återförs sedan till kloroplaster, där det kan delta i de användbara reaktionerna i Calvin-cykeln.

Peroxisomes spelar också en roll i frögroning i växter. De gör detta genom att omvandla lipider och fettsyror i närheten av den växande organismen till sockerarter, som är en mycket mer användbar källa till adenosintrifosfat, eller ATP (en molekyl som ger energi), för de snabbt växande och mogna fröprodukterna.