Tema 12 (2012)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura Biología Celular
Año del apunte 2012
Páginas 6
Fecha de subida 21/02/2015
Descargas 13
Subido por

Vista previa del texto

Tema 12: Els peroxisomes TEMA 12: ELS PEROXISOMES Els tenen totes les cèl·lules eucariotes i tenen una mida entre 0,2-2 micres. Són variables i adaptables. Es diferencien de mitocondris i cloroplasts en molts aspectes, entre els que cal destacar que aquests orgànuls estan rodejats per una única membrana i no presenten DNA ni ribosomes. Com que no tenen genoma, les seves proteïnes estan codificades al nucli. Malgrat aquestes diferències, es creu que tenen un procés similar d'importació específica de proteïnes i lípids del citosol que els mitocondris i cloroplasts.
Algunes proteïnes entren a la membrana del peroxisoma a través del reticle endoplasmàtic.
Tenen el seu origen en un orgànul ancestral que realitzava tot el metabolisme de l'oxigen. Quan l'oxigen produït pels bacteris fotosintètics es va acumular a 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 permetien utilitzar la seva reactivitat química per dur a terme reaccions útils d'oxidació.
El posterior desenvolupament dels mitocondris va fer que els peroxisomes quedessin obsolets ,ja que moltes de les reaccions bioquímiques que realitzaven sense produir energia, van ser acoblades a la formació d'ATP mitjançant la fosforilació oxidativa. Les reaccions que duen a terme els peroxisomes actualment són aquelles que no poden realitzar els mitocondris.
BIOGÈNESI DELS PEROXISOMES: Els peroxisomes poden provenir del creixement i fissió d'altres peroxisomes ja existents o poden derivar com un compartiment especialitzat del reticle endoplasmàtic.
De peroxisomes existents: (Fissió) Es repliquen de forma autònoma. La majoria de proteïnes de la membrana dels peroxisomes es sintetitzen al citosol i s'insereixen a la membrana de peroxisomes preexistents. La Pex 11 indueix la fissió dels peroxisomes.
Compartimentació del reticle:(De novo) Les vesícules (o membranes) precursores dels peroxisomes es creu que apareixen per gemmació del reticle. Des de la membrana del retice s’originen dos tipus diferents de pre-peroxisomes en funció de les proteïnes de membrana que portin. Per formar els peroxisomes els dos tipus de vesícules es fusionen i donen lloc a un peroxisoma madur.
Les proteïnes que porten formen els canals de translocació, són transportadors. Pex 13 i 14 formen el canal de translocació en un preperoxisoma i Pex 10,12 i 2 produeixen l'altre canal de 1 Tema 12: Els peroxisomes translocació en la segona vesícule. En la gemmació del reticle, es formen dos complexos diferents que es fusionen gracies a altres peroxines (Pex 1 i 6) i es forma el peroxisoma madur. Es desconeix el mecanisme que impulsa l'inici d'aquesta reacció i es desconeix com es seleccionen únicament les proteïnes peroxisomals per poder empaquetar-les en aquestes vesícules. Aquest procés, per això, implica que de proteïnes de membrana almenys unes comencen la seva síntesi al citosol , l’acaben al reticle i des d’allà van al peroxisoma mitjançant les vesícules precursores.
Són les PMP 2.
Les vesícules precursores dels peroxisomes poden fusionar-se amb altres o amb peroxisomes ja existents. La membrana dels peroxisomes conté proteïnes receptores d'importació per la qual cosa aquestes vesícules poden començar a incorporar proteïnes peroxisomals addicionals utilitzant la seva maquinaria d'importació de proteïnes. Així creixen i formen un peroxisoma madur que pot entrar al cicle de creixement i fissió.
IMPORTACIÓ DE LÍPIDS: (igual que al mitocondri) Els lípids necessaris pel creixement de la membrana de les vesícules precursores dels peroxisomes són importats majoritàriament del citosol tot i que alguns d'ells poden provenir de forma directe del reticle. Sembla ser que unes proteïnes de transport solubles anomenades proteïnes d'intercanvi de fosfolípids ( o proteïnes de transferència de fosfolípids) transfereixen molècules de fosfolípids entre membranes. Actuen com a proteïnes d'unió a àcids grassos que els condueixen a través del citosol.
A més a més també poden existir mecanismes de transferència de lípids que actuen entre membranes adjacents.
IMPORTACIÓ DE PROTEÏNES: La seqüència que determina la importació de proteïnes del citosol és curta i formada per tres aminoàcids (Ser-Lys-Leu) i es troba localitzada a l'extrem C-terminal. Algunes proteïnes peroxisomals tenen la seqüència prop del l'extrem N-terminal. Si qualsevol d'aquestes seqüències s'uneix experimentalment a una proteïna citosòlica, la proteïna s'importa als peroxisomes.
El procés d'importació encara es bastant desconegut, tot i que es sap que estan implicades proteïnes receptores solubles en el citosol que reconeixen les seqüències de direccionalitat i proteïnes d'ancoratge a la superfície citosòlica del peroxisoma.
Com a mínim 23 proteïnes diferents denominades peroxines participen com a elements del procés d'importació que és impulsat per la hidròlisi d'ATP. Un complex format per 6 peroxines diferents 2 Tema 12: Els peroxisomes formen un translocador de membrana. Donat que les proteïnes oligomèriques no han de desplegar-se per ser importades al peroxisoma, el mecanisme és diferent del que utilitzen els mitocondris i cloroplasts.
Importació de proteïnes a la membrana: El receptor soluble encarregat de reconèixer la proteïna és Pex19. El canal de translocació situat a la membrana està format per Pex3 i Pex16. Hi ha dos tipus d'importació a la membrana.
PMP classe I: La proteïna es sintetitza completament al citosol i té la seqüència senyal interna. S'associa al receptor soluble Pex19 i entra a través de Pex3 que és un receptor de membrana peroxisomal.
La majoria de proteïnes són PMP de classe I.
PMP classe II: La proteïna es sintetitza al citosol, entra al reticle on es modifica addicionant oligosacàrids.
Aquesta proteïna formarà la membrana de la vesícula precursora dels peroxisomes.
Importació de proteïnes a la matriu: Són proteïnes codificades pel DNA nuclear i s'importen post-traduccionalment. Es requereix energia (Pex1) i les proteïnes entren plegades i oligomeritzades. L’energia és necessària per tal de desancorar Pex5 del canal.
Com a mínim, un receptor d'importació soluble, la peroxina Pex5, acompanya la proteïna importada durant tot el procés fins l'interior del peroxisoma (matriu) i, després d'alliberar-se de la proteïna torna de nou al citosol. Aquests aspectes del transport al peroxisoma recorden als processos de transport de proteïnes al nucli Els receptors solubles del citosol són Pex5 i Pex7. El receptor de membrana que reconeix la proteïna i la introdueix al canal és Pex14. A més a més, a la membrana hi ha una ubiquïtina lligasa, formada per Pex10, Pex12 i Pex2.
En cap cas el receptor entra a la matriu, queda al canal perquè en forma part i després surt a l'exterior per captar noves proteïnes.
El procés d’alliberament del receptor del canal implica energia. El receptor s'ubiquitinitza ( gràcies a Pex10, 12 i 2) i en funció de quantes ubiqüitines té, és reciclat o degradat. S'allibera gracies a la hidròlisi d’ATP gràcies a una ATPasa.
Hi ha dues vies segons la seqüència senyal (en les dues Pex5 reconeix la proteïna): PTS1: La seqüència senyal anomenada SKL (Ser-Lys-Leu) es situa a l'extrem C-terminal. En aquesta via s'importen les catalases.
PTS2: La seqüència senyal es troba a l'extrem N-terminal i està formada per 9 aminoàcids. S'importen les tiolases.
3 Tema 12: Els peroxisomes Malalties genètiques causades per deficiències en el procés d'importació de proteïnes: La malaltia més coneguda és el síndrome de Zellweger. És una malaltia hereditària humana en la qual un defecte en les proteïnes d'importació als peroxisomes porta a una deficiència peroxisomal profunda.
Les cèl·lules dels individus que la pateixen presenten peroxisomes buits a causa d'una mutació en Pex2. Es diu que els peroxisomes “són com fantasmes”. Fenotípicament mostren anormalitats al cervell, fetge i ronyons. El 90% dels nens moren al mes de vida i la resta no supera els 8 mesos.
És una malaltia autosòmica recessiva.
La presencia d'un receptor d'importació defectuós per la seqüència senyal N-terminal provoca una malaltia peroxisomal hereditària més lleu.
FUNCIONS DELS PEROXISOMES: - Funcions generals : reaccions oxidatives i peroxidatives Funcions específiques en cèl·lules vegetals Reaccions oxidatives: Els peroxisomes utilitzen l'oxigen molecular i el peròxid d'hidrogen per realitzar les reaccions d'oxidació.
Els peroxisomes es denominen així perquè generalment contenen un o més enzims que utilitzen oxigen molecular per eliminar àtoms d'hidrogen de substrats orgànics específics, a través d'una reacció d'oxidació que produeix peròxid d'hidrogen H2O2.
RH2 + O2 R + H2O2 La catalasa utilitza el peròxid d'hidrogen generat per altres enzims de l'orgànul per oxidar diverses substàncies (fenols, àcid fòrmic, formaldehid i alcohol) mitjançant reacció de peroxidació: H2O2 + R'H2 R' + 2H2O Aquest tipus d'oxidació és particularment important en el fetge i cèl·lules del ronyó on els peroxisomes detoxifiquen una gran varietat de molècules tòxiques en la circulació. Al voltant del 25% de l'etanol que bevem és oxidat a acetil aldehid a través d'aquesta via. A més a més quan s'acumula un excés de peròxid d'hidrogen a la cèl·lula, la catalasa el transforma en aigua mitjançant la reacció: 2H2O2 2 H2O + O2 Una de les principals funcions de les reaccions d'oxidació realitzades en els peroxisomes és el trencament de les molècules d'àcids grassos. El procés anomenat β-oxidació escurça les cadenes dels àcids grassos de forma seqüencial en blocs de dos àtoms de carboni cada vegada, transformant els àcids grassos acetil CoA . Llavors els peroxisomes exporten l'acetil CoA al citosol per la seva reutilització en reaccions biosintètiques. En cèl·lules de mamífer la β-oxidació es dóna tant en mitocondris com en peroxisomes, en canvi en llevats i cèl·lules vegetals aquesta reacció només es realitza en peroxisomes. Els àcids grassos, si es troben entre 10-20 carbonis es poden degradar també al mitocondri, però si són més llargs només es degraden al peroxisoma.
Una funció biosintètica essencial dels peroxisomes en animals és la catàlisi de les primeres reaccions de la síntesi de plasmològens, els fosfolípids més abundants de la mielina. Una deficiència de plasmològens provoca profundes anormalitats en la mielinització dels axons de les 4 Tema 12: Els peroxisomes cèl·lules nervioses, que és una de les causes que moltes deficiències peroxisomals provoquin anomalies neurològiques.
Els peroxisomes són orgànuls molt diversos. Diferents cèl·lules d'un mateix organisme poden contenir fins i tot diferents conjunts d'enzims. També s'adapten de manera destacable a condicions variables. Per exemple, les cèl·lules de llevat que creixen amb sucre tenen peroxisomes petits; quan creixen amb metanol desenvolupen peroxisomes grans que oxiden metanols; quan creixen amb àcids grassos desenvolupen grans peroxisomes capaços de degradar àcids grassos fins acetil CoA mitjançant la beta-oxidació.
Funcions específiques en cèl·lules vegetals: S'ha de parlar de dos tipus de peroxisomes vegetals: el primer és el peroxisoma present en les fulles i el peroxisoma present en les llavors en germinació.
Peroxisoma de les fulles: Participa en la fotorespiració. Catalitza l'oxidació d'un producte col·lateral de la reacció que transforma el CO2 en carbohidrats. El producte col·lateral és l'oxigen i la rubisco s'activa com a oxidasa en altes concentracions d'oxigen, alliberant CO 2..
És un procés clau en zones caloroses i seques on la planta es veu obligada a tancar els seus estomes per evitar la pèrdua d'aigua. Aquest fet disminueix la concentració de CO 2 en la fulla i afavoreix la fotorespiració.
Peroxisomes presents en les llavors en germinació: En aquest cas es transformen els àcids grassos emmagatzemats en els lípids de les llavors en sucres necessaris pel creixement de la planta jove, ja que aquesta conversió de greixos cap a sucres es realitza a través d'una sèrie de reaccions conegudes com el cicle del glicoxilat, aquests peroxisomes també es denominen glicoxiosomes.
En aquest cicle dues molècules d'acetil CoA, 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 5 Tema 12: Els peroxisomes en glucosa. El cicle del glicoxilat no té lloc en cèl·lules animals per la qual cosa els animals són incapaços de transformar àcids grassos en carbohidrats.
6 ...