T13. Peroxisomes (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Ciencias Biomédicas - 1º curso
Asignatura Biología Celular
Año del apunte 2016
Páginas 5
Fecha de subida 31/08/2017
Descargas 0
Subido por

Descripción

Estructura i composició dels peroxisomes, la seva importació proteica, les seves funcions i algunes malalties relacionades

Vista previa del texto

BIOLOGIA CEL·LULAR Queralt Gonzàlez TEMA 13: Peroxisomes 1. ESTRUCTURA I COMPOSICIÓ DELS PEROXISOMES Es troben presents en tots els organismes eucariotes. La composició, la mida i el nombre depenen del tipus cel·lular, ja que per exemple són molt abundants en cèl·lules hepàtiques, renals i cèl·lules fotosintètiques. Contenen enzims oxidatius (catalasa) i es creu que tenen origen endosimbiont, tot i que ja certes preguntes en aquest aspecte com: DNA transferit del nucli?, fusió doble membrana?, funcions oxidatives obsoletes per l’aparició dels mitocondris? Els peroxisomes es diferencien dels mitocondris i els cloroplasts en molts aspectes, entre els quals cal destacar que aquests orgànuls estan envoltats per una única membrana i no presenten DNA ni ribosomes. Tot i així, com en els mitocondris i en els cloroplasts, es creu que els peroxisomes adquireixen les seves proteïnes mitjançant la importació selectiva des del citosol. Tot i així, com que els peroxisomes no tenen genoma, han d’importar totes les seves proteïnes.
(Teoria endosimbiont): Una hipòtesi és que els peroxisomes són un vestigi primitiu d’un orgànul antic, que en els antecessors primitius de les cèl·lules eucariotes realitzava tot el metabolisme de l’oxigen.
Quan l’oxigen produït pels bacteris fotosintètics va començar a acumular-se en l’atmosfera, podria haver resultat altament tòxic per la majoria de les cèl·lules. Els peroxisomes podrien haver contribuït a disminuir la concentració d’oxigen en aquestes cèl·lules, a la vegada que permetrien utilitzar la seva reactivitat química per dur a terme reaccions oxidatives útils.
D’acord amb aquest punt de vista, el desenvolupament posterior dels mitocondris va fer que els peroxisomes es tornessin obsolets, donat que moltes de les reaccions que ells realitzavan sense produir energia, fossin acoplades a la formació d’ATP per mitjà de la fosforilació oxidativa. Per tant, les reaccions oxidatives que realitzen actualment els peroxisomes podrien ser aquelles que segueixen sent útils tot i la presència dels mitocondris.) 2. BIOGÈNESI DELS PEROXISOMES En la fase de creixement dels peroxisomes, aquests han d’incorporar lípids i proteïnes. També es poden fissionar per fer-se més grans.
2.1. Importació de lípids del RE Es dóna gràcies a unes proteïnes intercanviadores de fosfolípids. Aquesta importació de lípids podria ser procedent del reticle endoplasmàtic. Des de les cisternes del reticle es poden formar per evaginació i escissió, estructures membranoses de tipus vesicular amb tots els lípids dins, que per fusió farien créixer el peroxisoma.
1 BIOLOGIA CEL·LULAR Queralt Gonzàlez 2.2. Importació de proteïnes del citosol És un procés post traduccional que es fa per mitjà d’unes proteïnes anomenades peroxines. Les seqüències senyals no són eliminades i les proteïnes no fa falta que es despleguin, entren en conformació plegada.
PROTEÏNES DE MEMBRANA DEL PEROXISOMA El procés d’importació és bastant desconegut, tot i que es creu que estan implicades proteïnes receptores solubles en el citosol que reconeixen les seqüències de direccionament, així com proteïnes d’ancoratge a la superfície citosòlica del peroxisoma. Al menys 23 proteïnes diferents, anomenades peroxines, participen com elements en aquest procés que és impulsat per la hidròlisi d’ATP.
La Pex16 i la Pex3 es trobarien ancorades a la membrana. La Pex19 és l’encarregada d’unir-se a les proteïnes de membrana del peroxisoma (PMP) que es troben al citosol. Un cop s’hi ha unit, les transporta fins al peroxisoma, i s’uneix a la Pex3. La PMP es quedaria ancorada a la membrana, i la Pex19 s’alliberaria per unir-se a altres PMP.
PROTEÏNES SOLUBLES DE LA LLUM DEL PEROXISOMA Una seqüència específica, la PTS (Peroxisome Targeting Signal), de tres aminoàcids localitzada a prop de l’extrem C terminal (SKL = Ser-Lys_Leu) de moltes proteïnes peroxisòmiques, com la catalasa, actua com a senyal d’importació. Unes altres proteïnes peroxisòmiques contenen una seqüència senyal propera a l’extrem N terminal, de nombre d’aminoàcids variable, com la tiolasa.
Si qualsevol d’aquestes s’uneix experimentalment a una proteïna citosòlica, la proteïna és importada als peroxisomes. Les proteïnes oligomèriques no han de desplegar-se per ser importades al peroxisoma, el que indica que el mecanisme és diferent al que utilitzen mitocondris i cloroplasts, i que al menys un receptor d’importació soluble, la peroxina Pex5, acompanya a la proteïna importada durant tot el procés fins l’interior del peroxisoma on, després de separar-se de la càrrega, torna de nou al citosol. Aquests aspectes del transport al peroxisoma recorden els processos de transport al nucli.
2 BIOLOGIA CEL·LULAR Queralt Gonzàlez Les Hsp70 citosòliques s’uneixen a la proteïna ja plegada, i deixen exposada la seqüència senyal (en aquest cas al C terminal). La Pex5, o la Pex7 si la seqüència senyal és al N terminal, s’uniran a la seqüència senyal i transportaran la proteïna fins al peroxisoma. La Pex5/Pex7 s’unirà a una Pex14 que es troba ancorada a la membrana, i es farà entrar la proteïna juntament amb la peroxina a dins el peroxisoma a partir d’una agrupació proteica puntual formada per la Pex10, la Pex2 i la Pex12. Un cop a la matriu peroxisomal, la proteïna s’alliberarà sense que se li talli la seqüència senyal, i la Pex5/7 retornarà al citosol.
MALALTIES GENÈTIQUES RELACIONADES AMB ELS PEROXISOMES Síndrome de Zellweger: És una malaltia autosòmica recessiva provocada per mutacions en els gens que codifiquen per les Pex. S’ha demostrat que una forma d’aquesta malaltia és deguda a una mutació en el gen que codifica per la Pex2, implicada en la importació de proteïnes. Això provoca que no hi hagi importació de proteïnes solubles als peroxisomes, per tant aquests es troben buits per dins, però sí que tenen proteïnes de membrana. Degut a aquesta manca de proteïnes hi haurà absència de funcions oxidants. Com a conseqüència es produiran alteracions greus a cervell, fetge i ronyons (mort <10 anys).
Adrenoleucodistròfia (ADL): És una malaltia lligada al cromosoma X provocada per una mutació en el gen que codifica per la Bomba ABC de la membrana del peroxisoma (ABCD1). Provoca que no hi hagi importació d’àcids grassos de cadena llarga (>20 C) i aquests s’acumulen al citoplasma. Com a conseqüència es produeixen trastorns neurològics greus relacionats amb la mielina, i la mort als pocs anys de vida.
3. FUNCIONS DELS PEROXISOMES Els peroxisomes s’anomenen així perquè generalment contenen un o més enzims que utilitzen l’oxigen molecular per eliminar àtoms d’hidrogen a partir de substrats orgànics específics a través d’una reacció oxidativa que produeix peròxid d’hidrogen (H2O2): RH2 + O2 → R + H2O2 3.1. Funcions generals: Reaccions oxidatives i oxidació dels àcids grassos Els peroxisomes són orgànuls extraordinàriament diversos: diferents cèl·lules d’un mateix organisme poden contenir diferents tipus de peroxisomes. També poden adaptar-se de manera extraordinària a condicions canviants. Per exemple, les cèl·lules de llevat que creixen amb sucre tenen peroxisomes 3 BIOLOGIA CEL·LULAR Queralt Gonzàlez petits, però quan creixen en metanol desenvolupen peroxisomes grans capaços de degradar àcids grassos fins a acetil CoA per mitjà de la β-oxidació.
Una de les principals funcions de les reaccions oxidatives realitzades en els peroxisomes és la hidròlisi de les molècules d’àcids grassos. En un procés anomenat β-oxidació, les cadenes acil dels àcids grassos són escurçades seqüencialment en blocs de dos àtoms de carboni que són convertits en acetil-CoA. Llavors, l’acetil-CoA és exportat des dels peroxisomes al citosol per a la seva reutilització en reaccions biosintètiques. En cèl·lules de mamífers la β-oxidació té lloc tant en mitocondris com en peroxisomes quan els àcids grassos tenen entre 10 i 20 carbonis, i només als peroxisomes si tenen més de 20 carbonis (degradació fins a 16C). Tot i així en llevats i en cèl·lules vegetals aquesta reacció es realitza només en els peroxisomes.
3.2. Funcions específiques en cèl·lules animals Reaccions de detoxificació: La catalasa utilitza el H2O2 generat per altres enzims de l’orgànul per oxidar diverses substàncies, com fenols, àcid fòrmic, formaldehid i alcohol, mitjançant una reacció de “peroxidació”: H2O2 + R’H2 → R’ + 2H2O Aquest tipus de reacció oxidativa és particularment important al fetge i en les cèl·lules del ronyó, on els peroxisomes destoxiquen una gran varietat de molècules tòxiques que entren en la circulació.
Casi la meitat de l’etanol que bevem és oxidat a acetaldehid d’aquesta manera. A més, quan s’acumula un excés de H2O2 a la cèl·lula, la catalasa el transforma en H2O mitjançant la reacció: 2H2O2 → 2 H2O + O2 Síntesi de plasmalògens: Una funció biosintètica essencial dels peroxisomes en animals és la catàlisi de les primeres reaccions de la síntesi de plasmalògens, que són els fosfolípids més abundants en la mielina. Aquests fosfolípids són dels més abundants (80-90%) a les membranes plasmàtiques de les cèl·lules de Schwann. La ruta de transport es creu que va dels peroxisomes al reticle, i des del reticle a la membrana plasmàtica. Una deficiència de plasmalògens provoca profundes anomalies en la mielinització de les neurones i és una de les causes de que moltes deficiències peroxisòmiques provoquin anomalies neurològiques.
4 BIOLOGIA CEL·LULAR Queralt Gonzàlez 3.3. Funcions específiques en cèl·lules vegetals Fotorespiració: En les plantes, els peroxisomes tenen funcions importants. S’han estudiat en profunditat dos tipus molt diferents. Un tipus de peroxisoma està present en les fulles, on catalitzen l’oxidació d’un producte colateral de la reacció crucial que transforma el CO2 en carbohidrats. Aquest procés s’anomena fotorespiració perquè utilitza O2 i allibera CO2.
Gràcies a tot un seguit de reaccions intermèdies s’obté glicerat a partir de glicolat, al peroxisoma i al mitocondri.
La fotorespiració acompanya la fotosíntesi en presència de llum.
Es consumeix O2 i ATP però no genera NADPH. Com que també es produeix CO2 (hi ha una pèrdua de 1/3 de C fixat) és energèticament desfavorable.
Cicle del glioxilat: L’altre tipus de peroxisoma es troba present en les llavors que estan germinant, on fan la funció essencial de transformar àcids grassos emmagatzemats en els lípids de les llavors, en sucres necessaris pel creixement de la planta jove. Aquesta conversió d’àcids grassos en glúcids es realitza a través d’una sèrie de reaccions conegudes com cicle glioxilat, per això aquests peroxisomes també s’anomenen glioxisomes.
En el cicle del glioxilat, dues molècules d’acetilCoA produïdes per la degradació d’un àcid gras en el peroxisoma són utilitzades per fabricar àcid succínic, el qual surt del peroxisoma i es transforma en glucosa. El cicle del glioxilat no té lloc en les cèl·lules animals, pel que els animals són incapaços de transformar els àcids grassos en carbohidrats.
5 ...

Tags:
Comprar Previsualizar