PEROXISOMEN: EIGENSCHAFTEN, FUNKTIONEN, STRUKTUR, BIOGENESE - BIOLOGIE - 2025

Die Peroxisomen , auch als Mikrokörper bekannt, sind kleine Organellen, die den Lysosomen sehr ähnlich sind und im Cytosol der meisten eukaryotischen Zellen suspendiert sind.

So wie der menschliche Körper Organe hat, die verschiedene Funktionen erfüllen, um ihn am Leben zu erhalten, haben auch Zellen sie und sie sind das, was wir "Organellen" oder "Organellen" nennen.

Schema einer Mikrobenzelle, die ein Peroxisom (Peroxisom), ein Mitochondrion (Mitochondriom) und den Kern (Kern) (Quelle: CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) über Wikimedia zeigt Commons)

So wie das Herz Blut in den Rest des Körpers pumpt, werden Nase und Lunge zum Atmen verwendet, der Magen erhält Nahrung und beginnt mit seiner Verdauung, und das Gehirn ist dafür verantwortlich, alles zu koordinieren (um nur einige Beispiele zu nennen). Organellen sind für viele Funktionen von Zellen essentiell.

Unter einigen der zellulären Organellen befinden sich Peroxisomen, die 1960 von Christian René de Duve beschrieben wurden, dem gleichen Forscher, der subzelluläre Fraktionierungstechniken entwickelt hat, um die verschiedenen zellulären Organellen anhand ihrer Dichte zu trennen.

de Duve teilte 1974 mit Albert Claude und George Palade den Nobelpreis für Physiologie und Medizin, dank ihrer Arbeit mit diesen Techniken und der Entdeckung von Peroxisomen.

Der Name dieser Organellen leitet sich von der internen Produktion von Wasserstoffperoxid (H ₂ O ₂ ) ab, einem Nebenprodukt der in ihnen auftretenden Oxidations-Reduktions-Reaktionen, das möglicherweise für Zellen toxisch ist (es kann mit vielen anderen Molekülen reagieren ), so wird es schnell abgebaut.

In einer Zelle können bis zu 500 Peroxisomen im Cytosol "schwimmen", aber die Anzahl und Größe dieser Organellen hängt nicht nur vom Typ der betreffenden Zelle ab, sondern auch vom physiologischen Zustand der Zelle und der Umgebung, die sie umgibt.

Allgemeine Eigenschaften von Peroxisomen

Es gibt viele Eigenschaften von Peroxisomen, die sie anderen zellulären Organellen ähnlich und gleichzeitig sehr unterschiedlich machen. Hier ist eine kurze Liste der wichtigsten:

- Es handelt sich um kleine Organellen, die von einer einfachen Membran umgeben sind, die sie vom Rest der Moleküle und Organellen im Cytosol trennt.

- Vieles in ihnen, insbesondere Proteine ​​und Enzyme, wird im Cytosol der Zelle, zu der sie gehören, mithilfe freier Ribosomen synthetisiert, bei denen es sich um Proteinkomplexe handelt, die die Translation von Messenger-RNA (mRNA) vermitteln können ) aus dem Kern und aus der Transkription eines bestimmten Gens abgeleitet.

- Sie haben kein eigenes Genom, dh im Inneren befindet sich keine DNA oder die für ihre Verarbeitung erforderliche Maschinerie (z. B. Replikation, Transkription und Translation).

- Sie werden mit Division multipliziert.

- Im Inneren finden Sie bis zu 50 verschiedene Verdauungsenzyme und deren Sekundärprodukte (gefährlich für Zellen).

- Ihre Größe und Anzahl kann von Zelle zu Zelle sehr unterschiedlich sein, da sie von den intrazellulären Bedingungen (sie sind induzierbar) und dem Zelltyp abhängen.

Eigenschaften

Peroxisomen erfüllen innerhalb einer Zelle verschiedene Funktionen, von denen viele mit den darin enthaltenen Enzymen zusammenhängen.

- Oxidative Reaktionen

Innerhalb von Peroxisomen treten viele Oxidations-Reduktions-Reaktionen auf, dh der Austausch von Elektronen zwischen einer Verbindung und einer anderen, der im Allgemeinen durch Proteine ​​mit enzymatischer Aktivität (Enzyme) katalysiert wird.

Diese Oxidations-Reduktions-Reaktionen in Peroxisomen erzeugen üblicherweise Wasserstoffperoxid (H ₂ O ₂ ), eine Verbindung, die für Zellen schädlich ist.

In Peroxisomen befindet sich jedoch ein Enzym namens Katalase, das dafür verantwortlich ist, Wasserstoffperoxid zu Wasser abzubauen oder es zur Oxidation anderer Verbindungen zu verwenden.

Die Fähigkeit, diese Reaktionen in sich aufzunehmen, hängt eng mit den anderen Funktionen zusammen, die diese zellulären Organellen erfüllen, da der metabolische Abbau vieler Moleküle ihre Oxidation impliziert.

Ohne die oxidativen Reaktionen von Peroxisomen könnte die Anreicherung von Verbindungen wie beispielsweise langkettigen Fettsäuren die Nervenzellen im Gehirn erheblich schädigen.

- Energiestoffwechsel

Peroxisomen sind an der Produktion von ATP beteiligt, der Hauptenergiewährung einer Zelle.

Eine Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, Fettsäuren (aus denen Fette und viele Lipide bestehen) abzubauen, Ethanol (eine Art Alkohol) und Aminosäuren (die "Bausteine", aus denen Proteine ​​bestehen) zu verdauen und so weiter.

In tierischen Zellen werden die meisten Fettsäuren in den Mitochondrien abgebaut und ein kleiner Teil in den Peroxisomen verarbeitet. In Hefen und Pflanzen ist diese Funktion jedoch praktisch ausschließlich für Peroxisomen.

- Biosynthese

Peroxisomen wirken auch bei der Produktion von Molekülen, die Teil von Zellmembranen sind. Diese Moleküle sind als Plasmallogene bekannt und eine sehr wichtige Art von Lipid für das Gehirn und die Herzzellen von Menschen und anderen Säugetieren.

Andere Lipide, die in Peroxisomen und unter Beteiligung des endoplasmatischen Retikulums (einer weiteren sehr wichtigen zellulären Organelle) synthetisiert werden, sind Cholesterin und Dolichol, die für die Funktion von Zellen essentiell sind.

Beispielsweise sind bei vielen Säugetieren die Peroxisomen der Leberzellen auch an der Synthese von Gallensäuren beteiligt, die aus Cholesterin gewonnen werden und für die Verdauung der in Lebensmitteln enthaltenen Fette, die im Magen und dann verarbeitet werden, sehr wichtig sind im Dünndarm.

Struktur

Peroxisomen sind membranöse Organellen, aber im Gegensatz zu den Membranen anderer Organellen wie Mitochondrien und Chloroplasten haben sie eine einzelne Membran und kein Doppelmembransystem.

Sein Aussehen ist nicht konstant, das heißt, es kann sich ändern. In der Regel handelt es sich jedoch um kugelförmige Organellen mit einem durchschnittlichen Durchmesser zwischen 0,2 und 1 μm, dh einem Millionstel Meter.

Grundlegendes Diagramm der Struktur eines Peroxisoms (Quelle: Thuresson / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) über Wikimedia Commons)

Wenn diese nicht kugelförmig sind, können sie als kleine Röhrchen unterschiedlicher Größe angesehen werden, die miteinander verbunden sind (sicherlich sind sie Peroxisomen in Teilung).

Sie haben oft ein kristallines Zentrum oder einen kristallinen Kern, den Wissenschaftler auf diese Weise beschreiben, indem sie ihn unter dem Mikroskop betrachten, wahrscheinlich aufgrund der großen Menge an Protein in ihnen.

Biogenese (Herkunft)

Obwohl Peroxisomen keine DNA enthalten, das heißt, sie haben kein eigenes Genom, können sie durch Knospen oder Spaltung geteilt werden.

Dieser Prozess hängt von der Menge an Proteinen und Materialien ab, um neue Membranen aufzubauen, die ihnen zur Verfügung stehen und aus dem Cytosol "importiert" werden.

Diejenigen, die teilnehmen?

Das endoplasmatische Retikulum ist sowohl für die Synthese der Phospholipide, die die Peroxisomenmembran bilden, als auch für die Synthese einiger seiner Proteine ​​verantwortlich, und zwar über die zugehörigen Ribosomen.

Ribosomen (tatsächlich im Cytosol als "freie Polyribosomen" vorhanden) sind diejenigen, die die meisten Proteine ​​übersetzen. Diese Proteine ​​können nur dann in das Innere von Peroxisomen gelangen, wenn sie eine spezielle Markierung oder „Markierung“ aufweisen.

Ohne diese Markierungen können Proteine ​​von anderen Proteinen auf der Peroxisomenmembran nicht erkannt werden und können daher nicht passieren.

Wenn also Ribosomen, die an das raue endoplasmatische Retikulum (RER) gebunden sind, und solche, die im Cytosol frei sind, genügend Material an die Peroxisomen „senden“, können sie sich in zwei Teile teilen.

Peroxisomen in tierischen Zellen

Tierzellen haben viele Peroxisomen und Lysosomen, ähnliche Organellen, die für das "Recycling" anderer Organellen und verschiedener Arten von Molekülen unterschiedlicher Größe verantwortlich sind.

Die Zellen einiger Tiere (aber nicht die des Menschen) haben beispielsweise Peroxisomen, die in der Lage sind, Harnsäure abzubauen, die im Allgemeinen ein stickstoffreicher Stoffwechselabfall ist, dessen Anreicherung im Blut schädliche Auswirkungen haben kann.

"Seltsame" Funktionen

Zusätzlich zu allen oben genannten Funktionen erfüllen Peroxisomen bei einigen Tieren ganz bestimmte Funktionen. Glühwürmchen und andere Insekten verwenden beispielsweise ein Enzym in den Peroxisomen ihrer Zellen, um Partner zu finden und in einigen Fällen ihre Nahrung zu lokalisieren.

Dieses Enzym ist als Luciferase bekannt. Luciferase hilft Männern, einen hellen "Lichtblitz" zu erzeugen, der grün oder gelb sein kann und dazu dient, Frauen derselben Art anzulocken.

Die Dauer jedes Blitzes und das Intervall, in dem sie auftreten, ist für jede Art spezifisch, so dass die Weibchen die Männchen im Dunkeln der Nacht unterscheiden können. Bei bestimmten Arten erzeugt das Weibchen auch einen Blitz, und bei anderen strahlt es ein Licht aus, das das Männchen anzieht, es zu essen.

Modifizierte Peroxisomen

So wie Pflanzen Glyoxysomen besitzen, eine Art von Peroxisom, das auf einen bestimmten Stoffwechselweg spezialisiert ist, besitzen einige tierische Zellen modifizierte Peroxisomen.

Kinetoplastiden, eine Gruppe von Parasiten, die bei Menschen und anderen Tieren unterschiedliche Krankheiten verursachen, haben eine Art "modifiziertes Peroxisom", das als Glykosom bekannt ist.

Glykosomen erhalten diesen Namen, weil sie die für die Verarbeitung von Glukose erforderlichen Enzyme (glykolytische Enzyme) sowie andere Enzyme enthalten, die an anderen Stoffwechselwegen zur Energiegewinnung beteiligt sind.

Peroxisomen in Pflanzenzellen

Pflanzenzellen enthalten auch Peroxisomen, und diese haben zusätzlich zu den Funktionen, die mit denen von Peroxisomen anderer Zelltypen geteilt werden, sehr wichtige Funktionen für die Funktion von Pflanzen.

- Glyoxylatzyklus

In Samen beispielsweise sind die Peroxisomen ihrer Zellen für die Umwandlung gespeicherter Fette in Kohlenhydrate verantwortlich, die das Rohmaterial sind, das für die Entwicklung des keimenden Keimlings erforderlich ist.

Der Prozess, durch den pflanzliche Peroxisomen diese Funktion erfüllen, ist als Glyoxylatzyklus bekannt, der als Variante des Krebszyklus angesehen wird, weshalb einige Texte diese Peroxisomen als Glyoxysomen bezeichnen.

- Photorespiration

In Pflanzen sind diese Organellen auch an einem als Photorespiration bekannten Prozess beteiligt, der aus einem Stoffwechselweg besteht, der der Photosynthese "entgegengesetzt" ist, da kein Sauerstoff produziert, sondern verbraucht wird und Kohlendioxid freigesetzt wird, ohne ATP zu erhalten. .

Trotz alledem ist dieses Verfahren auch als "Kohlenstoffrückgewinnung" bekannt, da Peroxisomen von Chloroplasten (einer anderen Organelle von Pflanzenzellen) eine chemische Verbindung namens Glykolat erhalten, die sie in eine andere Verbindung namens Glycin umwandeln (a Aminosäure).

Das in pflanzlichen Peroxisomen produzierte Glycin wird in die Mitochondrien transportiert (die Organelle, in der die Atmung und die Synthese großer Mengen ATP stattfinden). In den Mitochondrien wird dieses Glycin in Serin umgewandelt, eine weitere Aminosäure, die in das Peroxisom zurückgeführt wird.

Einmal im Peroxisom befindliches Serin wird in Glycerat umgewandelt und von dort wieder zum Chloroplasten geschickt. All dieser Prozess führt nicht zur Erzeugung von Energie, sondern zur Verwendung der Kohlenstoffatome, die an das Glykolat gebunden sind.

Peroxisomenkrankheiten

Es gibt verschiedene Arten von "Störungen", die mit Peroxisomen zusammenhängen. Im Allgemeinen haben diese Störungen mit Mutationen in den Genen zu tun, die an der Biogenese dieser Organellen beteiligt sind, oder sogar in den Genen, die die Enzyme oder Transportproteine ​​codieren.

Da sie eine genetische Komponente haben, sind diese Störungen normalerweise angeboren (sie werden von den Eltern an die Kinder vererbt) und können je nach Fall mittelschwere oder schwere Folgen haben.

Zellweger-Syndrom

Obwohl dieses Syndrom selten ist, umfasst es einige der schwersten Erkrankungen. Es ist gekennzeichnet durch die vollständige Abwesenheit oder durch eine erhebliche Verringerung der Anzahl der Chromosomen in den Körperzellen.

Die genetischen Mutationen, die dieses Syndrom verursachen, verursachen auch die Anreicherung von Verbindungen, die reich an Elementen wie Eisen und Kupfer sind, sowie von sehr langkettigen Fettsäuren im Blut und anderen Geweben wie Leber, Gehirn und Nieren.

Was sind die Konsequenzen?

Von diesem Syndrom betroffene Kleinkinder werden normalerweise mit Gesichts- / Gesichtsdeformitäten und einigen geistigen Behinderungen geboren. Sie können unter Seh- und Hörproblemen sowie Magen-Darm- und Leberproblemen leiden, so dass sie normalerweise nicht länger als ein Jahr leben.

Andere verwandte Syndrome

Es gibt andere Krankheiten, die mit Defekten in Peroxisomen zusammenhängen. Dazu gehören die neonatale Adrenoleukodystrophie (NALD, neonatale Adrenoleukodystrophie) und die Refsum-Krankheit im Kindesalter.

Beide Krankheiten sind durch das späte Auftreten von Symptomen gekennzeichnet, die normalerweise in der Kindheit auftreten, so dass Patienten bis ins frühe Erwachsenenalter überleben können.

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