PEROXISOMEN: KENMERKEN, FUNCTIES, STRUCTUUR, BIOGENESE - BIOLOGIE - 2026

De peroxisomen , ook wel microbodies genoemd, zijn kleine organellen, die sterk lijken op de lysosomen, die worden gesuspendeerd in het cytosol van de meeste eukaryote cellen.

Net zoals het menselijk lichaam organen heeft die verschillende functies vervullen om het in leven te houden, hebben cellen ze ook en zijn ze wat we "organellen" of "organellen" noemen.

Schematische voorstelling van een microbecel die een peroxisoom (peroxisoom), een mitochondrion (mitochondrioom) en de kern (kern) laat zien (Bron: CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) via Wikimedia Commons)

Net zoals het hart bloed naar de rest van het lichaam pompt, worden de neus en longen gebruikt om te ademen, krijgt de maag voedsel en begint met zijn vertering, en de hersenen zijn verantwoordelijk voor de coördinatie van alles (om een ​​paar voorbeelden te geven). Organellen zijn essentieel voor veel van de functies van cellen.

Onder enkele van de cellulaire organellen bevinden zich peroxisomen, die in 1960 werden beschreven door Christian René de Duve, dezelfde onderzoeker die subcellulaire fractioneringstechnieken ontwikkelde om de verschillende cellulaire organellen te scheiden op basis van hun dichtheid.

de Duve deelde in 1974 de Nobelprijs voor Fysiologie en Geneeskunde met Albert Claude en George Palade dankzij hun werk met deze technieken en de ontdekking van peroxisomen.

De naam van deze organellen is afgeleid van de interne productie van waterstofperoxide (H ₂ O ₂ ), een bijproduct van de oxidatiereductiereacties die daarin optreden en dat potentieel giftig is voor cellen (het kan reageren met veel andere moleculen ), dus het wordt snel afgebroken.

In een cel kunnen tot wel 500 peroxisomen in het cytosol "zwemmen", maar het aantal en de grootte van deze organellen hangt niet alleen af ​​van het type cel in kwestie, maar ook van de fysiologische toestand van de cel en de omgeving eromheen.

Algemene kenmerken van peroxisomen

Er zijn veel kenmerken die peroxisomen hebben waardoor ze vergelijkbaar zijn met andere cellulaire organellen en tegelijkertijd heel verschillend zijn. Hier is een korte lijst met enkele van de belangrijkste:

- Het zijn kleine organellen omgeven door een eenvoudig membraan, dat ze scheidt van de rest van de moleculen en organellen in het cytosol.

- Veel van wat erin zit, vooral eiwitten en enzymen, wordt gesynthetiseerd in het cytosol van de cel waartoe ze behoren door middel van vrije ribosomen, dit zijn eiwitcomplexen die de translatie van boodschapper-RNA (mRNA ) uit de kern en afgeleid van de transcriptie van een bepaald gen.

- Ze hebben geen eigen genoom, dat wil zeggen, van binnen is er geen DNA of de machine die nodig is voor de verwerking ervan (bijvoorbeeld replicatie, transcriptie en vertaling).

- Ze worden vermenigvuldigd met deling.

- Binnenin vind je tot wel 50 verschillende spijsverteringsenzymen en hun secundaire producten (gevaarlijk voor cellen).

- Hun grootte en aantal kan sterk variëren van cel tot cel, aangezien ze afhankelijk zijn van intracellulaire omstandigheden (ze zijn induceerbaar) en het type cel.

Kenmerken

Peroxisomen vervullen verschillende functies binnen een cel, waarvan er vele verband houden met de enzymen die erin zitten.

- Oxidatieve reacties

In peroxisomen vinden veel oxidatie-reductiereacties plaats, dit is de uitwisseling van elektronen tussen de ene verbinding en de andere, meestal gekatalyseerd door eiwitten met enzymatische activiteit (enzymen).

Deze oxidatiereductiereacties in peroxisomen produceren gewoonlijk waterstofperoxide (H ₂ O ₂ ), een verbinding die schadelijk is voor cellen.

In peroxisomen bevindt zich echter een enzym genaamd catalase, dat verantwoordelijk is voor het afbreken van waterstofperoxide om water te vormen of het te gebruiken om andere verbindingen te oxideren.

Het vermogen om deze reacties binnenin te houden is nauw verwant aan de andere functies die deze cellulaire organellen vervullen, aangezien de metabolische afbraak van veel moleculen hun oxidatie impliceert.

Zonder de oxidatieve reacties van peroxisomen zou de ophoping van verbindingen zoals vetzuren met een lange keten bijvoorbeeld aanzienlijke schade aan zenuwcellen in de hersenen kunnen veroorzaken.

- Energiemetabolisme

Peroxisomen nemen deel aan de productie van ATP, de belangrijkste energie "valuta" van een cel.

Een van de manieren waarop ze dit doen, is door vetzuren af ​​te breken (waaruit vetten en veel lipiden bestaan), ethanol (een soort alcohol) en aminozuren (de "bouwstenen" waaruit eiwitten bestaan) te verteren, enzovoort.

In dierlijke cellen worden de meeste vetzuren afgebroken in de mitochondriën en wordt een klein deel verwerkt in peroxisomen, maar in gisten en planten is deze functie praktisch exclusief voor peroxisomen.

- Biosynthese

Peroxisomen werken ook bij de productie van moleculen die deel uitmaken van celmembranen. Deze moleculen staan ​​bekend als plasmallogens en zijn een zeer belangrijk type lipide voor de hersenen en hart (hart) cellen van mensen en andere zoogdieren.

Andere lipiden die in peroxisomen worden gesynthetiseerd en met deelname van het endoplasmatisch reticulum (een ander zeer belangrijk cellulair organel) zijn cholesterol en dolichol, essentieel voor het functioneren van cellen.

Bij veel zoogdieren nemen bijvoorbeeld de peroxisomen van de levercellen ook deel aan de synthese van galzuren, die zijn afgeleid van cholesterol en zeer noodzakelijk zijn voor de vertering van vetten in voedsel dat in de maag wordt verwerkt en vervolgens in de dunne darm.

Structuur

Peroxisomen zijn vliezige organellen, maar in tegenstelling tot de membranen die in andere organellen zoals mitochondriën en chloroplasten voorkomen, hebben ze een enkel membraan en geen dubbel membraansysteem.

Het uiterlijk is niet constant, dat wil zeggen, het kan veranderen. Het zijn echter meestal bolvormige organellen met een gemiddelde diameter tussen 0,2 en 1 μm, dat wil zeggen een miljoenste van een meter.

Basisschema van de structuur van een peroxisoom (Bron: Thuresson / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) via Wikimedia Commons)

Als deze niet bolvormig zijn, kunnen ze worden gezien als kleine buisjes van verschillende grootte, die met elkaar zijn verbonden (het zijn zeker peroxisomen in deling).

Ze hebben vaak een kristallijn centrum of kern, die wetenschappers op deze manier beschrijven aan de hand van hoe ze ernaar kijken onder de microscoop, waarschijnlijk als gevolg van de enorme hoeveelheid eiwit erin.

Biogenese (oorsprong)

Hoewel peroxisomen geen DNA van binnen bevatten, dat wil zeggen, ze hebben geen eigen genoom, ze kunnen worden gedeeld door knopvorming of splijting.

Dit proces is afhankelijk van de hoeveelheid eiwitten en materialen om nieuwe membranen te bouwen waarover ze beschikken en die worden "geïmporteerd" uit het cytosol.

Degenen die deelnemen?

Het endoplasmatisch reticulum is verantwoordelijk voor zowel de synthese van de fosfolipiden die het peroxisoommembraan vormen als de synthese van sommige van zijn eiwitten, dit via de bijbehorende ribosomen.

Ribosomen (eigenlijk aanwezig in het cytosol als "vrije polyribosomen") zijn degenen die de meeste eiwitten vertalen. Deze eiwitten kunnen alleen het binnenste van peroxisomen binnendringen als ze een speciaal label of “merkteken” hebben.

Zonder deze kenmerken kunnen eiwitten niet worden herkend door andere eiwitten op het peroxisoommembraan en kunnen ze er daarom niet doorheen.

Dus als ribosomen gehecht aan het ruwe endoplasmatisch reticulum (RER) en ribosomen die vrij zijn in het cytosol genoeg materiaal naar de peroxisomen sturen, kunnen ze zich in tweeën delen.

Peroxisomen in dierlijke cellen

Dierlijke cellen hebben veel peroxisomen en lysosomen, soortgelijke organellen die verantwoordelijk zijn voor het "recyclen" van andere organellen en verschillende soorten moleculen van verschillende grootte.

De cellen van sommige dieren (maar niet die van mensen) hebben bijvoorbeeld peroxisomen die urinezuur kunnen afbreken, wat over het algemeen een stikstofrijk metabolisch afval is, waarvan de ophoping in het bloed schadelijke effecten kan hebben.

"Rare" functies

Naast alle bovengenoemde functies vervullen peroxisomen bij sommige dieren zeer specifieke functies. Vuurvliegjes en andere insecten gebruiken bijvoorbeeld een enzym in de peroxisomen van hun cellen om partners te vinden en, in sommige gevallen, hun voedsel te lokaliseren.

Dit enzym staat bekend als luciferase. Luciferase helpt mannetjes een heldere "flits" van licht te produceren, die groen of geel kan zijn, en die dient om vrouwtjes van dezelfde soort aan te trekken.

De duur van elke flits en het interval waarin ze verschijnen, is specifiek voor elke soort, zodat de vrouwtjes de mannetjes kunnen onderscheiden in het donker van de nacht. Bij bepaalde soorten produceert het vrouwtje ook een flits, en bij andere zendt ze een licht uit dat het mannetje aantrekt om het op te eten.

Gemodificeerde peroxisomen

Net zoals planten glyoxysomen bezitten, een type peroxisoom dat gespecialiseerd is in een specifieke metabole route, bezitten sommige dierlijke cellen gemodificeerde peroxisomen.

Kinetoplastiden, een groep parasieten die verschillende ziekten bij mensen en andere dieren veroorzaken, hebben een soort "gemodificeerd peroxisoom" dat bekend staat als een glycosoom.

Glycosomen krijgen deze naam omdat ze de enzymen bevatten die nodig zijn voor de verwerking van glucose (glycolytische enzymen), evenals andere enzymen die deelnemen aan andere metabolische routes om energie te verkrijgen.

Peroxisomen in plantencellen

Plantencellen bevatten ook peroxisomen en deze hebben zeer belangrijke functies voor het functioneren van planten, naast de functies die gedeeld worden met die van peroxisomen van andere celtypen.

- Glyoxylaat cyclus

In zaden zijn de peroxisomen van hun cellen bijvoorbeeld verantwoordelijk voor het omzetten van opgeslagen vetten in koolhydraten, de grondstof die nodig is voor de ontwikkeling van de kiemplant.

Het proces waarmee plantenperoxisomen deze functie vervullen, staat bekend als de glyoxylaatcyclus, die wordt beschouwd als een variant van de Krebs-cyclus, en daarom verwijzen sommige teksten naar deze peroxisomen als glyoxysomen.

- Fotorespiratie

In planten zijn deze organellen ook betrokken bij een proces dat bekend staat als fotorespiratie, dat bestaat uit een metabolisch pad dat "in strijd" is met fotosynthese, aangezien zuurstof niet wordt geproduceerd, maar wordt verbruikt, en koolstofdioxide wordt vrijgegeven zonder ATP te verkrijgen. .

Ondanks het bovenstaande wordt dit proces ook wel 'koolstofterugwinning' genoemd, aangezien peroxisomen van chloroplasten (een ander organel van plantencellen) een chemische verbinding ontvangen, glycolaat genaamd, die ze omzetten in een andere verbinding, glycine genaamd (een aminozuur).

De glycine die in plantenperoxisomen wordt geproduceerd, wordt naar de mitochondriën getransporteerd (het organel waar ademhaling en de synthese van grote hoeveelheden ATP plaatsvinden). In de mitochondriën wordt deze glycine omgezet in serine, een ander aminozuur, dat wordt teruggevoerd naar het peroxisoom.

Serine, eenmaal in het peroxisoom, wordt omgezet in glyceraat en van daaruit wordt het weer naar de chloroplast gestuurd. Dit alles leidt niet tot de productie van energie, maar wel tot het gebruik van koolstofatomen die aan het glycolaat zijn gehecht.

Peroxisome ziekten

Er zijn verschillende soorten "aandoeningen" die verband houden met peroxisomen. Over het algemeen hebben deze aandoeningen te maken met mutaties in de genen die betrokken zijn bij de biogenese van deze organellen of zelfs met die genen die coderen voor de enzymen of transporteiwitten.

Omdat ze een genetische component hebben, zijn deze aandoeningen meestal aangeboren (ze worden overgeërfd van ouders op kinderen) en kunnen, afhankelijk van het geval, matige of ernstige gevolgen hebben.

Zellweger-syndroom

Dit syndroom, hoewel zeldzaam, omvat enkele van de meest ernstige aandoeningen. Het wordt gekenmerkt door de volledige afwezigheid of door een aanzienlijke vermindering van het aantal chromosomen in de cellen van het lichaam.

De genetische mutaties die dit syndroom veroorzaken, veroorzaken ook de accumulatie van verbindingen die rijk zijn aan elementen zoals ijzer en koper, en van vetzuren met een zeer lange keten in het bloed en andere weefsels zoals de lever, de hersenen en de nieren.

Wat zijn de gevolgen?

Jonge kinderen met dit syndroom worden meestal geboren met gezichts- (gezichts) misvormingen en een aantal verstandelijke beperkingen. Ze kunnen last hebben van zicht- en gehoorproblemen, evenals gastro-intestinale en leverproblemen, dus ze leven meestal niet langer dan een jaar.

Andere gerelateerde syndromen

Er zijn andere ziekten die verband houden met defecten in peroxisomen. Deze omvatten neonatale adrenoleukodystrofie (NALD, neonatale adrenoleukodystrofie) en refsumziekte bij kinderen.

Beide ziekten worden gekenmerkt door de late aanvang van symptomen, die meestal tijdens de kindertijd optreden, zodat patiënten kunnen overleven tot in de vroege volwassenheid.

Referenties

1. British Society of Cell Biology. (zd). Opgehaald op 13 april 2020, van www.bscb.org/learning-resources/softcell-e-learning/peroxisome/.
2. Cooper, GM en Hausman, RE (2004). De cel: moleculaire benadering. Medicinska naklada.
3. De Duve, CABP, & Baudhuin, P. (1966). Peroxisomen (microlichamen en verwante deeltjes). Fysiologische beoordelingen, 46 (2), 323-357.
4. Encyclopaedia Britannica Editors. (2014). Encyclopaedia Britannica. Opgehaald op 13 april 2020, via www.britannica.com/science/peroxisome.
5. Hu, J., Baker, A., Bartel, B., Linka, N., Mullen, RT, Reumann, S., & Zolman, BK (2012). Plantperoxisomen: biogenese en functie. The Plant Cell, 24 (6), 2279-2303.
6. Lazarow, PB, en Fujiki, Y. (1985). Biogenese van peroxisomen. Jaaroverzicht van celbiologie, 1 (1), 489-530.
7. Roels, F., Baes, M., & Delanghe, S. (Eds.). (2012). Peroxisomale stoornissen en regulering van genen (Vol. 544). Springer Science & Business Media.
8. Van den Bosch, H., Schutgens, RBH, Wanders, RJA, & Tager, JM (1992). Biochemie van peroxisomen. Jaaroverzicht van biochemicus.