Peroxisome - Peroxisome

Et peroxisom ( IPA:  [pɛɜˈɹɒksɪˌsoʊm] ) er en membranbundet organel (tidligere kendt som et mikrolegeme ), der findes i cytoplasmaet af stort set alle eukaryote celler. Peroxisomer er oxidative organeller. Ofte, molekylært oxygen tjener som et co-substrat, hvorfra hydrogenperoxid (H ₂ O ₂ ) dannes derefter. Peroxisomer skylder deres navn til hydrogenperoxidfrembringende og fjernende aktiviteter. De udfører nøgleroller i lipidmetabolisme og omdannelse af reaktive iltarter . Peroxisomer er involveret i katabolismen af meget langkædede fedtsyrer , forgrenede fedtsyrer , galdesyremellemprodukter (i leveren), D-aminosyrer og polyaminer , reduktion af reaktive iltarter -specifikt hydrogenperoxid- og biosyntesen af plasmalogener , dvs. etherphospholipider, der er kritiske for den normale funktion af pattedyrhjerner og lunger. De indeholder også cirka 10% af den totale aktivitet af to enzymer ( Glucose-6-phosphatdehydrogenase og 6-Phosphogluconat dehydrogenase ) i pentosefosfatvejen , hvilket er vigtigt for energimetabolismen. Det diskuteres kraftigt, om peroxisomer er involveret i isoprenoid- og kolesterolsyntese hos dyr. Andre kendte peroxisomale funktioner omfatter glyoxylatcyklussen i spirende frø (" glyoxysomer "), fotorespiration i blade, glykolyse i trypanosomer (" glycosomer ") og methanol og/eller aminoxidation og assimilering i nogle gær .

Historie

Peroxisomer (mikrokroppe) blev først beskrevet af en svensk doktorand, J. Rhodin i 1954. De blev identificeret som organeller af den belgiske cytolog Christian de Duve i 1967. De Duve og medarbejdere opdagede, at peroxisomer indeholder flere oxidaser involveret i produktionen hydrogenperoxid (H ₂ O ₂ ) såvel som katalase involveret i nedbrydning af H ₂ O ₂ til ilt og vand. På grund af deres rolle i peroxidmetabolisme kaldte De Duve dem "peroxisomer" og erstattede det tidligere anvendte morfologiske udtryk "mikrokropper". Senere blev det beskrevet, at ildflueluciferase er målrettet mod peroxisomer i pattedyrsceller, hvilket tillader opdagelse af importmålsignalet for peroxisomer og udløser mange fremskridt inden for peroxisombiogenese -feltet.

Strukturelt design

Peroxisomer er små (0,1-1 µm diameter) subcellulære rum (organeller) med en fin, granulær matrix og omgivet af en enkelt biomembran, som er placeret i cellens cytoplasma. Kompartmentalisering skaber et optimeret miljø til at fremme forskellige metaboliske reaktioner inden for peroxisomer, der er nødvendige for at opretholde cellulære funktioner og levedygtighed af organismen.

Antallet, størrelsen og proteinsammensætningen af ​​peroxisomer er variabel og afhænger af celletype og miljøforhold. For eksempel i bagergær ( S. cerevisiae ) er det blevet observeret, at der ved god glukosetilførsel kun er få, små peroxisomer til stede. I modsætning hertil kan der dannes op til 20 til 25 store peroxisomer, når gærene blev forsynet med langkædede fedtsyrer som eneste kulstofkilde.

Metaboliske funktioner

En vigtig funktion af peroxisomet er nedbrydning af meget langkædede fedtsyrer gennem beta -oxidation . I dyreceller omdannes de lange fedtsyrer til mellemkædede fedtsyrer , som efterfølgende sendes til mitokondrier, hvor de til sidst nedbrydes til kuldioxid og vand. I gær- og planteceller udføres denne proces udelukkende i peroxisomer.

De første reaktioner i dannelsen af plasmalogen i dyreceller forekommer også i peroxisomer. Plasmalogen er det mest forekommende phospholipid i myelin . Mangel på plasmalogener forårsager dybe abnormiteter i myelinisering af nerveceller , hvilket er en grund til, at mange peroxisomale lidelser påvirker nervesystemet. Peroxisomer spiller også en rolle i produktionen af galdesyrer , der er vigtige for absorptionen af ​​fedtstoffer og fedtopløselige vitaminer, såsom vitamin A og K. Hudlidelser er kendetegn ved genetiske lidelser, der påvirker peroxisomfunktionen som følge heraf.

De specifikke metaboliske veje, der udelukkende forekommer i peroxisomer hos pattedyr, er:

• α-oxidation af phytansyre
• β-oxidation af meget langkædede og flerumættede fedtsyrer
• biosyntese af plasmalogener
• konjugering af cholsyre som en del af galdesyresyntesen

Peroxisomer indeholder oxidative enzymer , såsom D-aminosyreoxidase og urinsyreoxidase . Men det sidste enzym er fraværende hos mennesker, hvilket forklarer sygdommen kendt som gigt , forårsaget af ophobning af urinsyre. Visse enzymer inden peroxisomet, ved anvendelse af molekylært oxygen, fjern hydrogenatomer fra specifikke organiske substrater (mærket som R), i en oxidativ reaktion, der producerer hydrogenperoxid (H ₂ O ₂ , selv toksisk):

${\ displaystyle \ mathrm {RH} _ {\ mathrm {2}} +\ mathrm {O} _ {\ mathrm {2}} \ rightarrow \ mathrm {R} +\ mathrm {H} _ {2} \ mathrm { O} _ {2}}$

Catalase, en anden peroxisomal enzym, anvender denne H ₂ O ₂ til at oxidere andre substrater, herunder phenoler , myresyre , formaldehyd og alkohol , ved hjælp af peroxidationsreaktionen:

${\ displaystyle \ mathrm {H} _ {2} \ mathrm {O} _ {2} +\ mathrm {R'H} _ {2} \ rightarrow \ mathrm {R '} +2 \ mathrm {H} _ { 2} \ mathrm {O}}$og eliminerer dermed det giftige hydrogenperoxid i processen.

Denne reaktion er vigtig i lever- og nyreceller, hvor peroxisomerne afgiftes forskellige giftige stoffer, der kommer ind i blodet. Omkring 25% af den ethanol, som mennesker indtager ved at drikke alkoholholdige drikkevarer, oxideres til acetaldehyd på denne måde. Hertil kommer, når overskydende H ₂ O ₂ akkumuleres i cellen, katalase konverterer det til H ₂ O gennem denne reaktion:

${\ displaystyle 2 \ mathrm {H} _ {2} \ mathrm {O} _ {2} \ rightarrow 2 \ mathrm {H} _ {2} \ mathrm {O} +\ mathrm {O} _ {2}}$

I højere planter indeholder peroxisomer også et komplekst batteri af antioxidative enzymer, såsom superoxiddismutase, komponenterne i ascorbat-glutathioncyklussen og NADP-dehydrogenaser i pentose-phosphatvejen. Det er blevet påvist, at peroxisomer genererer superoxid (O ₂ ^{• -} ) og nitrogenoxid ( ^• NO) radikaler.

Der er beviser for nu at disse reaktive oxygenformer, herunder peroxisomal H ₂ O ₂ er også vigtige signalmolekyler i planter og dyr og bidrager til sund aldring og aldersrelateret lidelser hos mennesker.

Peroxisomet af planteceller polariseres, når man bekæmper svampeindtrængning. Infektion får et glucosinolatmolekyle til at spille en svampedræbende rolle, der skal udføres og leveres til ydersiden af ​​cellen gennem virkningen af ​​de peroxisomale proteiner (PEN2 og PEN3).

Peroxisomer hos pattedyr og mennesker bidrager også til antiviralt forsvar. og bekæmpelse af patogener

Peroxisom samling

Peroxisomer kan afledes fra det glatte endoplasmatiske retikulum under visse forsøgsbetingelser og replikere ved membranvækst og opdeling af allerede eksisterende organeller. Peroxisom -matrixproteiner oversættes i cytoplasmaet før import. Specifikke aminosyresekvenser (PTS eller peroxisomalt målretningssignal ) ved C-terminalen (PTS1) eller N-terminalen (PTS2) af peroxisomale matrixproteiner signalerer dem til at blive importeret til organellen af ​​en målretningsfaktor. Der er i øjeblikket 36 kendte proteiner involveret i peroxisombiogenese og vedligeholdelse, kaldet peroxiner , som deltager i processen med peroxisomsamling i forskellige organismer. I pattedyrsceller er der 13 karakteriserede peroxiner. I modsætning til proteinimport til det endoplasmatiske retikulum (ER) eller mitokondrier behøver proteiner ikke at blive foldet ud for at blive importeret til peroxisomlumen. Matrixproteinimportreceptorerne , peroxinerne PEX5 og PEX7 , ledsager deres last (indeholdende henholdsvis en PTS1- eller en PTS2 -aminosyresekvens) hele vejen til peroxisomet, hvor de frigiver lasten i den peroxisomale matrix og derefter vender tilbage til cytosolen - et trin, der hedder genbrug . En særlig måde at målrette peroxisomalt protein på kaldes piggy backing. Proteiner, der transporteres ved denne unikke metode, har ikke et kanonisk PTS, men binder snarere et PTS -protein, der skal transporteres som et kompleks. En model, der beskriver importcyklussen, kaldes den forlængede shuttle -mekanisme . Der er nu tegn på, at ATP -hydrolyse er påkrævet for genanvendelse af receptorer til cytosolen . , Også ubiquitinering er afgørende for eksporten af PEX5 fra peroxisom til cytosolen. Biogenesen af ​​den peroxisomale membran og indsættelsen af ​​peroxisomale membranproteiner (PMP'er) kræver peroxinerne PEX19, PEX3 og PEX16. PEX19 er en PMP -receptor og -chaperon, som binder PMP'erne og leder dem til den peroxisomale membran, hvor den interagerer med PEX3, et peroxisomalt integreret membranprotein. PMP'er indsættes derefter i den peroxisomale membran.

Nedbrydningen af ​​peroxisomer kaldes pexophagy.

Peroxisom interaktion og kommunikation

De forskellige funktioner i peroxisomer kræver dynamiske interaktioner og samarbejde med mange organeller, der er involveret i cellulær lipidmetabolisme, såsom endoplasmatisk retikulum (ER), mitokondrier, lipiddråber og lysosomer.

Peroxisomer interagerer med mitokondrier i flere metaboliske veje, herunder β-oxidation af fedtsyrer og metabolismen af ​​reaktive iltarter. Begge organeller er i tæt kontakt med det endoplasmatiske retikulum (ER) og deler flere proteiner, herunder organelle fissionsfaktorer. Peroxisomer interagerer også med det endoplasmatiske retikulum (ER) og samarbejder i syntesen af ​​etherlipider (plasmalogener), som er vigtige for nerveceller (se ovenfor). I filamentøse svampe bevæger peroxisomer sig på mikrotubuli ved 'lift', en proces, der involverer kontakt med hurtigt bevægelige tidlige endosomer. Fysisk kontakt mellem organeller formidles ofte af membrankontaktsteder, hvor membraner fra to organeller er fysisk bundet for at muliggøre hurtig overførsel af små molekyler, muliggøre organelle kommunikation og er afgørende for koordinering af cellulære funktioner og dermed menneskers sundhed. Ændringer af membrankontakter er blevet observeret ved forskellige sygdomme.

Tilknyttede medicinske tilstande

Peroxisomale lidelser er en klasse af medicinske tilstande, der typisk påvirker det menneskelige nervesystem såvel som mange andre organsystemer. To almindelige eksempler er X-koblet adrenoleukodystrofi og peroxisome biogeneseforstyrrelser .

Gener

PEX -gener koder for proteinmaskineriet ("peroxiner"), der kræves til korrekt peroxisomsamling, som beskrevet ovenfor. Membransamling og vedligeholdelse kræver tre af disse (peroxiner 3, 16 og 19) og kan forekomme uden import af matrix (lumen) enzymer. Spredning af organellen reguleres af Pex11p.

Gener, der koder peroxin proteiner inkluderer: PEX1 , pEX2 (PXMP3), PEX3 , PEX5 , PEX6 , PEX7 , PEX9, PEX10 , PEX11A , PEX11B , PEX11G , PEX12 , PEX13 , PEX14 , PEX16 , PEX19 , pEX26 , PEX28 , PEX30 , og PEX31 . Mellem organismer kan PEX -nummerering og funktion variere.

Evolutionær oprindelse

Proteinindholdet i peroxisomer varierer på tværs af arter eller organismer, men tilstedeværelsen af ​​proteiner, der er fælles for mange arter, er blevet brugt til at foreslå en endosymbiotisk oprindelse; det vil sige, at peroxisomer udviklede sig fra bakterier, der invaderede større celler som parasitter, og meget gradvist udviklede et symbiotisk forhold. Denne opfattelse er imidlertid blevet udfordret af de seneste opdagelser. For eksempel kan peroxisomfrie mutanter gendanne peroxisomer ved introduktion af vildtypegenet.

To uafhængige evolutionære analyser af det peroxisomale proteom fandt homologier mellem det peroxisomale importmaskineri og ERAD -vejen i det endoplasmatiske retikulum sammen med en række metaboliske enzymer, der sandsynligvis blev rekrutteret fra mitokondrierne . For nylig er det blevet foreslået, at peroxisomet kan have haft en aktinobakteriel oprindelse; dette er imidlertid kontroversielt.

Andre beslægtede organeller

Andre organeller af microbody familie relateret til peroxisomer omfatter glyoxysomer af planter og trådsvampe , glycosomes af kinetoplastids og Woronin organer af trådsvampe .

Se også

• Peroxisom proliferator-aktiveret receptor

Referencer

Yderligere læsning

eksterne links

• PeroxisomeDB: Peroxisome-Database
• PeroxisomeKB: Peroxisome Knowledge Base
• Innovativt uddannelsesnetværk PERICO