Для чего нужны пероксисомы

Пероксисомы

Пероксисома (лат. peroxysoma) — обязательная органелла эукариотической клетки, ограниченная мембраной, содержащая большое количество ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные реакции (оксидазы D-аминокислот, уратоксидазы и каталазы). Имеет размер от 0,2 до 1,5 мкм, отделена от цитоплазмы одной мембраной.

Набор функций пероксисом различается в клетках разных типов. Среди них: окисление жирных кислот, фотодыхание, разрушение токсичных соединений, синтез желчных кислот, холестерина, а также эфиросодержащих липидов, построение миелиновой оболочки нервных волокон, метаболизме фетановой кислоты и т. д. Наряду с митохондриями пероксисомы являются главными потребителями O₂ в клетке.

В пероксисоме обычно присутствуют ферменты, использующие молекулярный кислород для отщепления атомов водорода от некоторых органических субстратов (R) с образованием перекиси водорода (H₂O₂):

Каталаза использует образующуюся H₂O₂ для окисления множества субстратов — например, фенолов, муравьиной кислоты, формальдегида и этанола:

Этот тип окислительных реакций особенно важен в клетках печени и почек, пероксисомы которых обезвреживают множество ядовитых веществ, попадающих в кровоток. Почти половина поступающего в организм человека этанола окисляется до ацетальдегида этим способом. Кроме того, реакция имеет значения для детоксикации клетки от самой перекиси водорода.

Все ферменты, находящиеся в пероксисоме, должны быть синтезированы на рибосомах вне неё. Для их переноса из цитозоля внутрь органеллы мембраны пероксисом имеют систему избирательного транспорта.

Открыты бельгийским цитологом Христианом де Дювом в 1965.

Примечания

Ссылки

Полезное

Смотреть что такое «Пероксисомы» в других словарях:

пероксисомы — микроструктуры клеток дрожжей и некоторых простейших, окруженные одинарной мембраной. Содержат каталазу и др. ферменты, находящиеся обычно в кристаллической форме. (Источник: «Микробиология: словарь терминов», Фирсов Н.Н., М: Дрофа, 2006 г.) … Словарь микробиологии

пероксисомы — Синонимы: микротельца одномембранные органеллы сферической, эллипсоидальной или палочковидной формы, матрикс которых состоит в основном из окислительно восстановительных ферментов. Функции П. зависят от типа клеток, в которых они находятся. В П.… … Анатомия и морфология растений

Симбиогенез — Схема эволюции эукариотических клеток. 1 образование двойной мембраны ядра, 2 приобретение митохондрий, 3 приобретение пластид, 4 внедрение получившейся фотосинтезирующей эукариотической клетки в нефотосинтезирующую (нап … Википедия

Эндосимбиогенез — Теория симбиогенеза (симбиотическая теория, эндосимбиотическая теория, теория эндосимбиоза) объясняет механизм возникновения некоторых органоидов эукариотической клетки митохондрий и фотосинтезирующих пластид. Содержание 1 История … Википедия

Пероксисома — Схема строения пероксисомы Пероксисома (лат. peroxysoma) обязательная органелла эукариотической клетки, ограниченная мембраной, содержащая большое количество … Википедия

Внутриклеточная сортировка белков — (англ. protein sorting, protein targeting) процессы мечения и последующего транспорта белков в живых клетках, которые приводят к попаданию белков в определенные компартменты клетки. Синтезируемые в цитоплазме на рибосомах белки должны… … Википедия

Клетка водорослей — Клетка основная структурная единица тела водорослей, представленных либо одноклеточными, либо многоклеточными формами. Совершенно уникальную группу составляют сифоновые водоросли: у них талломы не поделены на клетки, однако в цикле… … Биологическая энциклопедия

МИКРОТЕЛЬЦА — пероксисомы, окружённые одинарной мембраной плазматич. пузырьки (диам. 0,3 1,5 мкм) в клетках позвоночных, высших растений, простейших. М. производные эндоплазматич. сети. Содержат каталазу и нек рые окислит, ферменты. Участвуют в расщеплении… … Биологический энциклопедический словарь

цитоплазма — ы; ж. Биол. Внеядерная часть протоплазмы животных и растительных организмов. ◁ Цитоплазменный, ая, ое. * * * цитоплазма (от цито. и плазма), внеядерная часть протоплазмы животных и растительных клеток. Состоит из гиалоплазмы, в которой… … Энциклопедический словарь

Источник

Содержание

История

Структурный дизайн

Количество, размер и белковый состав пероксисом варьируются и зависят от типа клеток и условий окружающей среды. Например, в дрожжах пекарских (С. cerevisiae), было замечено, что при хорошем снабжении глюкозой присутствует только несколько маленьких пероксисом. Напротив, когда дрожжи были снабжены длинноцепочечными жирными кислотами в качестве единственного источника углерода, может образоваться от 20 до 25 больших пероксисом. [13]

Метаболические функции

Специфические метаболические пути, которые происходят исключительно в пероксисомах млекопитающих: [4]

Пероксисомы содержат окислительные ферменты, Такие как Оксидаза D-аминокислот и оксидаза мочевой кислоты. [16] Однако последний фермент отсутствует у людей, что объясняет болезнь, известную как подагра, вызванный накоплением мочевой кислоты. Определенные ферменты внутри пероксисомы, используя молекулярный кислород, удаляют атомы водорода из определенных органических субстратов (обозначенных как R) в окислительной реакции, производя пероксид водорода (ЧАС₂О₂, сам токсичен):

Каталаза, другой фермент пероксисомы, использует этот H₂О₂ для окисления других субстратов, в том числе фенолы, муравьиная кислота, формальдегид, и алкоголь, посредством реакции перекисного окисления:

Эта реакция важна для клеток печени и почек, где пероксисомы выводят токсические вещества из организма, попадающие в кровь. Около 25% этиловый спирт что люди потребляют алкогольные напитки, окисляется до ацетальдегид таким образом. [14] Кроме того, при избытке H₂О₂ накапливается в клетке, каталаза превращает ее в H₂О через эту реакцию:

У высших растений пероксисомы содержат также сложную батарею антиоксидантных ферментов, таких как супероксиддисмутаза, компоненты цикл аскорбат-глутатиони НАДФ-дегидрогеназы пентозофосфатного пути. Было продемонстрировано, что пероксисомы генерируют супероксид (O₂ •− ) и оксид азота ( • НЕТ) радикалов. [17] [18]

Теперь есть доказательства того, что эти активные формы кислорода, включая пероксисомальный H₂О₂ также являются важными сигнальными молекулами у растений и животных и способствуют здоровому старению и возрастным нарушениям у людей. [19]

Пероксисома растительных клеток поляризуется при борьбе с проникновением грибов. Инфекция вызывает глюкозинолат Молекула, играющая противогрибковую роль, должна производиться и доставляться за пределы клетки под действием пероксисомальных белков (PEN2 и PEN3). [20]

Пероксисомы у млекопитающих и людей также способствуют противовирусной защите. [21] и борьба с патогенами [22]

Сборка пероксисом

Разложение пероксисом называется пексофагией. [29]

Пероксисомное взаимодействие и общение

Разнообразные функции пероксисом требуют динамического взаимодействия и сотрудничества со многими органеллами, участвующими в клеточном метаболизме липидов, такими как эндоплазматический ретикулум (ER), митохондрии, липидные капли и лизосомы. [30]

Сопутствующие медицинские условия

Пероксисомальные расстройства представляют собой класс заболеваний, которые обычно влияют на нервную систему человека, а также на многие другие системы органов. Два общих примера: Х-сцепленная адренолейкодистрофия и нарушения биогенеза пероксисом. [34] [35]

PEX гены кодируют белковые механизмы («пероксины»), необходимые для правильной сборки пероксисом, как описано выше. Для сборки и обслуживания мембраны требуются три из них (пероксины 3, 16 и 19), и они могут происходить без импорта ферментов матрикса (просвета). Разрастание органелл регулируется Pex11p.

Эволюционное происхождение

Содержание белка в пероксисомах варьируется в зависимости от вида или организма, но наличие белков, общих для многих видов, было использовано для предположения эндосимбиотический источник; то есть пероксисомы произошли от бактерий, которые вторглись в более крупные клетки как паразиты, и очень постепенно развили симбиотические отношения. [38] Однако недавние открытия поставили под сомнение эту точку зрения. [39] Например, мутанты без пероксисом могут восстанавливать пероксисомы при введении гена дикого типа.

Источник

Пероксисома

Пероксисома (лат. peroxysoma ) — обязательная органелла эукариотической клетки, ограниченная мембраной, содержащая большое количество ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные реакции (оксидазы D-аминокислот, уратоксидазы и каталазы). Имеет размер от 0,2 до 1,5 мкм, отделена от цитоплазмы одной мембраной.

Набор функций пероксисом различается в клетках разных типов. Среди них: окисление жирных кислот, фотодыхание, разрушение токсичных соединений, синтез желчных кислот, холестерина, а также эфиросодержащих липидов, построение миелиновой оболочки нервных волокон, метаболизме фитановой кислоты и т. д. Наряду с митохондриями пероксисомы являются главными потребителями O₂ в клетке.

В пероксисоме обычно присутствуют ферменты, использующие молекулярный кислород для отщепления атомов водорода от некоторых органических субстратов () с образованием перекиси водорода ():

Каталаза использует образующуюся для окисления множества субстратов — например, фенолов, муравьиной кислоты, формальдегида и этанола:

Этот тип окислительных реакций особенно важен в клетках печени и почек, пероксисомы которых обезвреживают множество ядовитых веществ, попадающих в кровоток. Почти половина поступающего в организм человека этанола окисляется до ацетальдегида этим способом. Кроме того, реакция имеет значения для детоксикации клетки от самой перекиси водорода.

Все ферменты, находящиеся в пероксисоме, должны быть синтезированы на рибосомах вне её. Для их переноса из цитозоля внутрь органеллы мембраны пероксисом имеют систему избирательного транспорта.

Открыты бельгийским цитологом Христианом де Дювом в 1965.

Источник

4. Основные клеточные формы

4.6. Строение и функции лизосом и пероксисом

Лизосомы (от гр. lysis – «разложение, растворение, распад» и soma – «тело») – это пузырьки диаметром 200–400 мкм. (обычно). Имеют одномембранную оболочку, которая снаружи иногда бывает покрыта волокнистым белковым слоем. Содержат набор ферментов (кислых гидролаз), которые осуществляют при низких значениях рН гидролитическое (в присутствии воды) расщепление веществ (нуклеиновых кислот, белков, жиров, углеводов). Основная функция – внутриклеточное переваривание различных химических соединений и клеточных структур.

Выделяют первичные (неактивные) и вторичные лизосомы (в них протекает процесс переваривания). Вторичные лизосомы образуются из первичных. Они подразделяются на гетеролизосомы и аутолизосомы.

В гетеролизосомах (или фаголизосомах) протекает процесс переваривания материала, который поступает в клетку извне путем активного транспорта (пиноцитоза и фагоцитоза).

В аутолизосомах (или цитолизосомах) подвергаются разрушению собственные клеточные структуры, которые завершили свою жизнь.

Вторичные лизосомы, которые уже перестали переваривать материал, называются остаточными тельцами. В них нет гидро-лаз, содержится непереваренный материал.

При нарушении целостности мембраны лизосом или при заболевании клетки гидролазы поступают внутрь клетки из лизосом и осуществляют ее самопереваривание (автолиз). Этот же процесс лежит в основе процесса естественной гибели всех клеток (апоптоза).

Микротельца составляют сборную группу органелл. Они представляют собой пузырьки диаметром 100–150 нм, отграниченные одной мембраной. Содержат мелкозернистый матрикс и нередко белковые включения.

К таким органеллам можно отнести и пероксисомы. В них содержатся ферменты группы оксидаз, которые регулируют образование пероксида водорода (в частности, каталаза).

Так как пероксид водорода – токсичное вещество, оно подвергается расщеплению под действием пероксидазы. Реакции образования и расщепления пероксида водорода включены во многие метаболические циклы, особенно активно протекающие в печени и почках.

Поэтому в клетках этих органов количество пероксисом достигает 70—100.

Источник

НАСЛЕДСТВЕННЫЕ ПЕРОКСИСОМНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ

Пероксисомы представляют собой круглые или овальные органеллы, находящиеся во всех клетках организма (кроме зрелых эритроцитов); их диаметр 0,2-1,0 микрон. Они имеют матрикс, окруженный одинарной мембраной.

Ферменты пероксисом также участвуют в биосинтезе эстерифицированных фосфолипидов, окислении глютаровой, L-пипеколиновой и фитановой кислот, D-аминокислот и некоторых фенолов, бетаокислении части длинноцепочечных и всех ОДЦЖК, которые не могут быть окислены в митохондриях (до укорочения длинных цепей), и метаболизме простагландинов и холестерина (см. главы 6 и 7). Кроме того, имеются все основания считать, что пероксисомы причастны к переработке холестерина в желчные кислоты (например, клофибрат, снижающий его уровень в крови, вызывает значительное увеличение числа пероксисом в печени).

Специфичность функционирования пероксисом проявляется в том, что в них:

• ацил-Коа оксидаза пероксисом переносит электроны непосредственно на кислород, тогда как в митохондриях ацил-Коа дегидрогеназа переводит ацил-Коа в эноил-Коа, и электроны переносятся на ФАД+;

• ферменты пероксисом и митохондрий кодируются разными генами.

В пероксисомах протекают начальные этапы биосинтеза плазмалогенов (глицеролипидов), содержащих ненасыщенный спирт, соединенный простой эфирной связью с глицерином фосфолипида. Плазмалогены входят в состав 5-20% фосфолипидов клеточных мембран и формируют структуру миелина. Они непосредственно участвуют в активации тромбоцитов, удалении свободных радикалов, переработке холестерина в желчные кислоты и других реакциях (см. главы 6 и 13).

Нарушения биогенеза пероксисом сопровождается снижением их количества или полным отсутствием в клетках разных тканей организма, что связано с развитием пероксисомных болезней.

Пероксисомные болезни. Общие данные

Широко известна морфофункциональная классификация ПерБ, основанная на двух критериях: количество пероксисом в клетках печени (морфологический критерий) и степень нарушения функций пероксисом (физиологический критерий). В соответствии с этой классификацией выделяют три группы ПерБ: первая группа отличается значительным снижением количества пероксисом в клетках печени и нарушением в них всех биохимических процессов; вторая группа характеризуется нормальным количеством пероксисом в клетках печени и нарушением в них только некоторых биохимических процессов; третья группасопровождается полным подавлением функции пероксисом при нормальном их количестве в клетках печени.

Механизмы патогенеза

Установлено, что развитие ПерБ связано с нарушениями:

• окисления ОДЦЖК, пристановой кислоты, ди- и тригидроксихолестановых кислот или окисления метаболитов жирных кислот;

• деградации фитановой и пипеколиновой кислот;

• транспорта белков-пироксинов через мембраны пероксисом и работой их рецепторов;

• синтеза плазмалогенов; при этом токсический эффект от накапливающихся в клетках метаболитов проявляется как атрофия коры надпочечников; демиелинизация белого вещества мозга и суданофильная лейкодистрофия с частичным периваскулярным накоплением лимфоцитов; фиброз печени.

Основные симптомы

При первом и втором классах ПерБ у больных наблюдается варьирующая экспрессивность симптомов, что связано с нозологией болезни. Например, тяжело протекает синдром Цельвегера, тогда как легкое течение отмечается при болезни Рефсума новорожденных, а средняя тяжесть болезни наблюдается в случае адренолейкодистрофии.

Клинические различия касаются времени манифестации, тяжести поражения нервной системы и продолжительности жизни.

Большинство ПерБ (15 из 17 нозологий) имеют выраженную неврологическую симптоматику. Основные симптомы: гепатомегалия, неврологические нарушения (задержка раннего психомоторного развития, мышечная гипотония, нейросенсорное снижение слуха), ретинопатия (дефекты пигментации сетчатки и побледнение дисков зрительных нервов) или катаракта, черепно-лицевой дисморфизм и (иногда) аномалии развития скелета (ризомиелический тип укорочения конечностей).

Отдельные нозологии пероксисомных болезней Синдром Цельвегера

Манифестация болезни начинается с рождения. У больных детей появляются судорожные припадки и геморрагический синдром. Характерны: внутриутробная гипотрофия (масса тела ниже 2500 г), черепно-лицевой дисморфизм: увеличенный в размерах лоб, монголоидный разрез глаз, периорбитальная полнота (припухлость) тканей, короткий вздернутый нос, микрогнатия. В первые месяцы жизни наблюдаются длительная желтуха и симптомы надпочечниковой недостаточности. Типичны резкая мышечная гипотония (вплоть до атонии) и поликистоз почек.

У всех больных выявляются пороки головного мозга (агенезия мозолистого тела, очаги демиелинизации в белом веществе мозга,

гидроцефалия, лизэнцефалия, полимикрогирия). Иногда наблюдаются врожденная катаракта и глаукома, пороки сердца и наружных половых органов. Во всех случаях характерна грубая задержка раннего психомоторного развития.

Продолжительность жизни больных резко снижена (обычно они умирают на первом году жизни).

Цельвегероподобный синдром

Ген болезни картирован в сегменте 3р22-23. Выявлены мутации гена пероксисомной 3-оксоацил-Коа-тиолазы, приводящие к ее дефициту во всех тканях организма.

Неонатальная адренолейкодистрофия

Первичный молекулярно-генетический и биохимический дефекты не известны.

Болезнь Рефсума новорожденных

Продолжительность жизни не превышает 1,5-3 лет.

Описаны две группы комплементации. Первичный молекулярногенетический и биохимический дефекты не известны.

Болезнь Рефсума взрослых

Болезнь Рефсума взрослых манифестирует в возрасте до 50 лет. Характеризуется накоплением фитановой кислоты в крови и клетках разных тканей вследствие недостаточности гидроксилазы фитановой кислоты. Проявляется высокой концентрацией белка в спинномозговой жидкости, мозжечковой атаксией, периферической полиневропатией, пигментным ретинитом. Не постоянны: пороки развития сердца и скелета, аносмия, ихтиоз, нейросенсорная глухота.

Первичный молекулярно-генетический и биохимический дефекты неизвестны.

Ризомиелическая точечная остеохондродисплазия

Фенотип: задержка роста, микроцефалия, плоское лицо с запавшей переносицей, антимонголоидный разрез глаз, катаракта, диспропорциональное укорочение конечностей (преимущественно в проксимальных отделах), множественные контрактуры суставов, ихтиозоформная дисплазия кожи и алопеция. Характерны: тяжелая задержка психомоторного развития, изменения на КТ и МРТ головного мозга.

При этом заболевании наблюдаются нарушения биосинтеза плазмалогенов (вследствие дефицита дегидроксиацетонфосфата и алкилирующей дегидроксиацетофосфатсинтетазы), окисления фитановой

кислоты, стимуляции зрелой формы тиолазы пероксисом (без накопления ОДЦЖК в плазме крови).

Морфологически выявляется уменьшенное число или полное отсутствие пероксисом, увеличенные их размеры в клетках печени при неизмененной их структуре в фибробластах.

Ген болезни не картирован. Предполагается биохимический дефект импорта пероксинов.

Х-сцепленная адренолейкодистрофия

Кроме этих форм выделяют: болезнь Адисона (без неврологических симптомов, но с характерной биохимической картиной Х-сцепленной адренолейкодистрофии), подростковую форму и церебральную форму взрослых. Все указанные пять форм могут встречаться в пределах одной семейной родословной.

накоплением ОДЦЖК в плазме крови (вследствие нарушения бетаокисления в пероксисомах).

Псевдонеонатальная адренолейкодистрофия

Ген болезни не локализован.

Дефицит би-(три-)функционального белка пероксисом

Дефицит би-(три-)функционального белка пероксисом имеет сходные признаки с неонатальной адренолейкодистрофией. Число и морфология пероксисом не изменены.

Накопление метаболитов в нервной ткани сопровождается интоксикацией, что морфологически проявляется демиелинизацией, микронодулярным циррозом, нарушениями цитоархитектоники и полимикрогирией головного мозга, фиброзом и холестазом печени.

Ген не локализован. Предполагаются мутации би-(три-)функциональных белков во всех клетках, кроме эритроцитов.

Би- и тригидроксихолестановая ацидемия

Ген не локализован. Предполагается первичный биохимический дефект, связанный с недостаточностью холестаноил-Коа оксидазы.

Глютаровая ацидурия, тип III

Отмечалась повышенная экскреция с мочой глютаровой кислоты. Ген не локализован. В качестве первичного биохимического дефекта предполагается дефицит глютарат-Коа оксидазы.

Гипероксалурия, тип I

Гипероксалурия, тип I, отличается выраженным клиническим полиморфизмом. Выделяют неонатальную, детскую и взрослую формы, различающиеся тяжестью проявления. Сопровождается нефролитиазом и нефрокальцинозом, приводящими к ранней почечной недостаточности (до 20 лет) вследствие системного оксалоза экстрапочечных тканей. Описаны артриты и атриовентрикулярная блокада. Больные умирают в течение одного года от уремии или других осложнений (гематурия, острая почечная колика).

Идентифицированы мутации структурного гена пероксисомной аланинглиоксилат-аминотрансферазы (АГТ), приводящие к ее дефициту в печени. Ген локализован в сегменте 2q36-37. Описана мутация гена, приводящая не к снижению активности, а к нарушению компартментализации фермента G630A в пероксисомах.

Гиперпиколовая ацидемия

Фенотип больного с гиперпиколовой ацидемией сходен с фенотипом при СЦ (см. выше). Гиперпиколовая ацидемия характеризуется высоким уровнем гиперпиколовой кислоты, сочетанием симптомов генерализованного поражения пероксисом и болезни Жуберта (дисплазия червя мозжечка, изменения печени, нарушения дыхания). Больные умирают в возрасте до трех лет. Первичный молекулярногенетический и биохимический дефекты не известны.

Акталаземия

Биохимический дефект связан со снижением активности каталазы в эритроцитах.

Подходы к диагностике

• морфологический и физиологический критерии: количество пероксисом и снижение их функции (см. выше);

• клинические данные: выраженная неврологическая симптоматика, надпочечниковая и печеночная недостаточность, в том

• числе неврологические расстройства, нарушения функций надпочечников и печени, снижение остроты зрения и слуха; часто манифестации болезни предшествуют: нарушения вскармливания, связанные с гепатомегалией и пролонгированной желтухой, задержка психомоторного развития; при осмотре пациентов в ряде случаев определяются арефлексия, гипорефлексия, мышечная (генерализованная) гипотония, нейросенсорная тугоухость, пигментная дегенерация сетчатки, судороги; лабораторные данные: увеличение концентрации в плазме крови ди- и тригидрокси-5-бета-холестановой кислоты (соответственно ДГХК и ТГХК), ОДЦЖК и фитановой кислоты, пристановой кислоты; определение гипохолестеринемии, повышения уровня трансаминаз, уровня связанного билирубина и некоторых факторов свертывания крови и др. К основным клинико-инструментальным и клиниколабораторным методам диагностики ПерБ относятся: аудиометрия, исследование глазного дна, электронная микроскопия биоптатов печени, ЭЭГ, КТ и МРТ головного мозга, УЗИ печени и почек.

Лечение

Источник