Perossisomi: caratteristiche, posizione, funzioni e struttura

I perossisomi sono organelli cellulari sferici, con un diametro da circa 0, 2 a 1, 0 μm e circondati da una membrana. Si trovano nelle cellule animali e vegetali e hanno gli enzimi necessari per le vie metaboliche legate ai processi di ossidazione delle biomolecole (amminoacidi e acidi grassi) o sostanze tossiche (alcool).

Gli enzimi coinvolti in questi processi sono chiamati ossidasi, che sono anche coinvolti in percorsi sintetici. I perossisomi hanno in particolare un enzima: catalasi, con il quale sono in grado di eliminare il perossido di idrogeno (H ₂ O ₂ ), che è un prodotto secondario causato dalla degradazione delle sostanze tossiche.

Si noti che questa sostanza potenzialmente nociva è originata ed eliminata nello stesso organello, quindi la cellula non è mai esposta a questo composto. I perossisomi furono scoperti nel 1954 dallo svedese Johannes Rhodin, mentre studiavano la morfologia dei reni nei muridi. Inizialmente erano chiamati microrganismi.

Più tardi, nel 1966, un gruppo di ricercatori descrisse le proprietà biochimiche del nuovo organello e gli assegnò il nome del perossisoma, a causa della produzione e del degrado di H ₂ O ₂ .

Caratteristiche generali e posizione

I perossisomi sono compartimenti sferici circondati da un'unica membrana. Non hanno il loro genoma o ribosomi attaccati alla loro struttura, in contrasto con altri compartimenti cellulari, come i mitocondri oi cloroplasti, che sono circondati da un sistema complesso di due o tre membrane, rispettivamente.

La maggior parte delle cellule animali e vegetali hanno perossisomi. La principale eccezione sono i globuli rossi o gli eritrociti.

Enzimi coinvolti nel metabolismo ossidativo si trovano all'interno di questa struttura. L'ossidazione di alcuni prodotti produce perossido di idrogeno, dal momento che gli idrogeni di questi substrati vengono trasferiti alle molecole di ossigeno.

Il perossido di idrogeno è una sostanza tossica per la cellula e deve essere eliminato. Pertanto, i perossisomi contengono l'enzima catalasi, che consente la sua conversione in molecole di acqua e ossigeno.

Diversità dei perossisomi

I perossisomi sono organelli piuttosto diversi. A seconda del tipo di cellula e delle specie di studio, possono modificare la composizione enzimatica all'interno. Allo stesso modo, possono cambiare in base alle condizioni ambientali a cui sono esposti.

Ad esempio, è stato dimostrato che nei lieviti che crescono in presenza di carboidrati, i perossisomi sono piccoli. Quando questi organismi crescono in ambienti ricchi di metanolo o acidi grassi, i perossisomi sono più grandi per ossidare questi composti.

Nei protisti del genere Trypanosoma (questo genere include la specie patogena T. cruzi, l'agente eziologico della malattia di Chagas) e altri cinetoplastidi, hanno un tipo di perossisoma chiamato glicosoma. Questo organello possiede alcuni enzimi della glicolisi.

Nei funghi c'è una struttura chiamata corpo di Woronin. Questo è un tipo di perossisoma che partecipa al mantenimento della struttura cellulare.

Allo stesso modo, ci sono enzimi nei perossisomi di alcune specie che sono unici. Nelle lucciole, i perossisomi contengono l'enzima luciferasi, che è responsabile della bioluminescenza tipica di questo gruppo di coleotteri. Nei funghi del genere Penicillium, i perossisomi contengono enzimi coinvolti nella produzione di penicillina.

funzioni

Le vie di ossidazione essenziali per le cellule si verificano nel perossisoma. Hanno più di cinquanta tipi di enzimi che possono degradare gli acidi grassi, l'acido urico e gli amminoacidi. Partecipano anche a percorsi di sintesi lipidica. Successivamente, ognuna delle sue funzioni sarà descritta in dettaglio:

Degradazione degli acidi grassi

L'ossidazione degli acidi grassi nel perossisoma avviene attraverso una via metabolica chiamata β ossidazione, che risulta dalla produzione del gruppo acetilico. Ciò è contrario all'analoga reazione di degradazione che si verifica nei mitocondri, in cui i prodotti finali della degradazione degli acidi grassi sono l'anidride carbonica e l'ATP.

A differenza delle cellule animali, dove l'ossidazione β avviene nei mitocondri e nei perossisomi, nei lieviti avviene solo nei perossisomi.

I gruppi acetilici possono essere trasportati in altri compartimenti cellulari e essere inclusi nelle vie di biosintesi dei metaboliti essenziali.

Degradazione di prodotti tossici

I perossisomi partecipano alle reazioni di disintossicazione, specialmente nel fegato e nei reni.

I perossisomi possono degradare i substrati tossici che entrano nel flusso sanguigno, come l'alcool, i fenoli, l'acido formico e la formaldeide. Queste reazioni di ossidazione producono perossido di idrogeno.

Il nome degli organelli è dato dalla produzione di questa molecola. Per degradarlo, possiede l'enzima catalasi, che catalizza la seguente reazione chimica che produce sostanze innocue per la cellula, l'acqua e l'ossigeno:

2 H ₂ O ₂ -> H ₂ O + O ₂

Sintesi di biomolecole

Nelle cellule animali, la sintesi del colesterolo e del dolcolo avviene nel perossisoma e nel reticolo endoplasmatico. Il colesterolo è un lipide essenziale di alcuni tessuti. La sua presenza nelle membrane plasmatiche determina la sua fluidità. Si trova anche nel plasma sanguigno.

Il Dolichol, come il colesterolo, è un lipide ed è presente nelle membrane cellulari, in particolare nel reticolo endoplasmatico.

I perossisomi partecipano anche alla sintesi degli acidi biliari, componenti della bile. Questi composti sono originati dal colesterolo. La funzione principale della bile è la saponificazione dei grassi nell'intestino, che agisce come una sorta di detergente.

I plasmalogeni sono molecole di natura lipidica, caratterizzate dalla presenza di un legame di tipo eterico. Questo lipide si trova come componente indispensabile delle membrane delle cellule che costituiscono i tessuti del cuore e del cervello. I perossisomi partecipano ai primi due passaggi che danno origine a questi lipidi.

Per questo motivo, quando si verifica un insuccesso cellulare a livello del perossisoma, può manifestarsi in anomalie neurologiche. Un esempio di queste patologie è la sindrome di Zellweger.

Perossisoma nelle piante

glyoxisomes

Le piante contengono organelli specializzati del tipo perossisoma chiamati gliossisomi. La funzione è di immagazzinare sostanze e degradare i lipidi. Si trovano principalmente nei semi.

Una tipica reazione delle piante si verifica nei glyoxysomes: la conversione degli acidi grassi in glucosio.

Questa via metabolica è nota come ciclo del gliossilato ed è abbastanza simile al ciclo dell'acido citrico. Per ottenere questa conversione, due molecole di acetil CoA vengono utilizzate per produrre acido succinico, che successivamente passa al glucosio.

La pianta che emerge dal seme non è ancora fotosinteticamente attiva. Per compensare questo fatto, possono usare questi carboidrati dal gliossisoma fino a quando la pianta può sintetizzarli da soli. Questo processo è essenziale per la corretta germinazione del seme.

Questa conversione degli acidi grassi in carboidrati è impossibile nelle cellule animali, poiché non possiedono gli enzimi del ciclo degli gliossilato.

fotorespirazione

I perossisomi partecipano ai processi di fotorespirazione nelle cellule vegetali. La sua funzione principale in questo percorso è quella di metabolizzare i prodotti secondari formati durante i processi fotosintetici.

L'enzima rubisco (ribulosio-1, 5-bisfosfato carbossilasi / ossigenasi) partecipa alla fissazione del biossido di carbonio. Tuttavia, questo enzima può assumere ossigeno e non anidride carbonica. Come indica il nome dell'enzima, è una carbossilasi e una ossigenasi alla volta.

Uno dei composti prodotti da questa via alternativa di ossigenazione è il fosfoglicolato. Dopo essere stata convertita in glicolato, questa molecola viene inviata al perossisoma, dove avviene la sua ossidazione alla glicina.

La glicina può essere portata ai mitocondri, dove diventa serina. La serina ritorna al perossisoma e diventa glicerina. Quest'ultimo passa il cloroplasto e può essere incorporato nel ciclo di Calvin.

In altre parole, i perossisomi aiutano a recuperare i carboni, poiché il fosfoglicolato non è un metabolita utile per la pianta.

struttura

I perossisomi hanno strutture molto semplici. Sono circondati da una singola membrana lipidica.

Poiché questi compartimenti non possiedono alcun tipo di materiale genetico, tutte le proteine ​​necessarie per le loro funzioni devono essere importate. Le proteine ​​che devono essere trasportate ai perossisomi sono sintetizzate dai ribosomi e trasportate dal citosol alla loro destinazione finale.

L'etichetta che indica la posizione di una determinata proteina nei perossisomi è caratterizzata dal fatto di contenere una sequenza di serina, lisina e leucina nel carbonio terminale della catena proteica. Questa etichetta è nota come PTS1 per il suo acronimo in inglese, segnale di targeting perossigeno 1.

Ci sono anche altre etichette che indicano la posizione della proteina nel perossisoma, come la presenza di nove amminoacidi nel terminale amminico chiamato PTS2. Allo stesso modo, i fosfolipidi sono sintetizzati nel reticolo endoplasmatico e portati al perossisoma.

Sono simili ai lisosomi, ad eccezione della loro origine. I lisosomi germogliano dal sistema a membrana delle cellule. I perossisomi, come i mitocondri e i plastidi, possono essere replicati per divisione. Grazie all'incorporazione di proteine ​​e lipidi, i perossisomi possono crescere e dividersi in due compartimenti separati.

fonte

In passato si proponeva che i perossisomi fossero originati da un processo endosimbionico; tuttavia, questa opinione è stata fortemente messa in discussione.

Prove recenti hanno dimostrato l'esistenza di una stretta relazione tra il reticolo endoplasmatico e i perossisomi, che supporta l'ipotesi che essi provenivano dal reticolo.