peroxizomy
Peroxizomy
Peroxizomy jsou jednoduché organely
Peroxizomy (také peroxisomy) se dříve označovaly jako mikrotělíska, mají ovoidní tvar a jsou ohraničené jednoduchou membránou. Průměr této organely bývá udáván v rozmezí 200 až 500 nm, jsou však popsané i peroxizomy o průměru téměř 1 μm. Peroxizomy neobsahují DNA ani ribozómy, vznikají na ER a jsou schopné dělení. V současné době se označení mikrotělíska používá jako obecnější označení pro peroxizomy, glykozomy a glyoxyzomy dohromady. Peroxizomy jsou z pohledu své funkce „játry“ buňky a slouží k detoxikaci a degradaci živin.
Peroxizomy jsou obsaženy ve většině eukaryontních buněk, nejsou však obsaženy úplně ve všech. Některé specializované buňky peroxizomy neobsahují. Nejvíce je jich v jaterních buňkách a v buňkách ledvinných tubulů. Jaterní hepatocyt obsahuje průměrně asi 400 peroxizomů a v nich přítomné proteiny vytváří trojrozměrnou strukturu. Naproti tomu v buňkách ledvinných tubulů je většina peroxizomálních proteinů volně umístěna v matrix peroxizomů a jen část z nich se podílí na vytváření jednoduché prostorové struktury.
Složení peroxizomů je poměrně jednoduché, obsahují jemně zrnitou matrix, v ní je uložený krystaloid a to vše je obaleno jednou membránou. Krystaloid není ohraničen žádnou membránou, jedná se o velký agregát různých proteinů a v elektronovém mikroskopu se jeví jakoby tvořený z drobných tubulů. Jeho úloha spočívá zřejmě v řízení návaznosti reakcí (předpokládá se, že enzymy jsou zde prostorově uspořádány tak, že je zajištěna potřebná posloupnost probíhajících reakcí). Peroxizom je u lidí tvořen asi 125 různými proteiny. Tyto proteiny jsou syntetizovány na volných ribozómech v cytosolu a následně jsou transportovány přes membránové kanály do peroxizomů. Obvykle si proteiny nesou specifickou signální sekvenci aminokyselin, která slouží jako cílová adresa směřující vytvořený protein do peroxizomu. Tyto signální sekvence umožňují připojení proteinu na zvláštní receptor, který následně zajistí transport proteinu přes membránu dovnitř peroxizomu. Kromě strukturních proteinů se jedná především o enzymy peroxidázu, katalázu, urikázu a aminooxidázy specifické pro některé aminokyseliny.
Peroxizómy zajišťují oxidaci substrátů
Peroxizomy obsahují oxidázy, které redukují kyslík na peroxid vodíku a tato reakce je spřažena s reakcemi vedoucími k oxidaci určitých sloučenin (některé peroxizomální enzymy využívají vytvořený peroxid vodíku k oxidaci svých substrátů). Příkladem takové spřažené reakce je oxidace mastných kyselin (FA), dalších lipidických sloučenin a také dikarboxylových kyselin. Probíhá v nich i oxidativní štěpení některých aminokyselin. Biologicky se jeví jako výhodné spojení enzymů produkujících peroxid vodíku (oxidázy) s enzymy, které jej rozkládají (kataláza) v stejné buněčné organele. Protože jako zdroje peroxidu vodíku v buňce vystupují také mitochondriální a mikrozomální systémy transportu elektronů a xanthinoxidáza, je kataláza obsažena i v jiných částech buňky, než jen v peroxizomech.
Hlavní funkcí peroxizomů je zajištění degradace (zkrácení) velmi dlouhých řetězců mastných kyselin, degradace řetězců mastných kyselin obsahujících methylové postranní skupiny, vytváření žlučových kyselin, provádění recyklace cholesterolu, zajištění produkce plazmalogenů (éterfosfolipidy) a zejména provedení detoxikace (formou oxidativního štěpení) ethanolu, fenolických látek, kyseliny mravenčí, formaldehydu, dusitanů a některých buněčných metabolitů. Dále pak provádí detoxikaci glyoxylátu přeměnou na glycin, odbourání některých D-aminokyselin, hydrolýzu lipofilních epoxidů a oxidační likvidaci acetylovaného sperminu a spermidinu.
V peroxizomech probíhá proces obdobný mitochondriální β-oxidaci
V peroxizomech probíhá proces zkracování mastných kyselin s velmi dlouhým uhlíkatým skeletem (18 a více uhlíků v řetězci). Tento proces však nesměřuje k zisku energie, tak jako je tomu při β-oxidaci v mitochondriích, ale první krok této metabolické dráhy je odlišný. V peroxizomech totiž v prvním dehydratačním kroku β-oxidace nedochází k přenosu redukčních ekvivalentů do dýchacího řetězce, ale přímo na kyslík za vzniku peroxidu vodíku. Ten je využíván pro spřažené oxidační reakce. Protože je však peroxid vodíku z důvodů jeho vysoké reaktivnosti pro buňku hodně problémovou sloučeninou, je jakékoliv nadbytečné množství ihned degradováno přítomnou katalázou, která peroxid vodíku rozkládá okamžitě na vodu a kyslík. Další kroky β-oxidace jsou již shodné s procesem probíhajícím v mitochondriích (katalyzují je však odlišné enzymy, byť se shodným účinkem). Proces zkracování se zastaví na délce řetězce obsahujícím 4 až 6 atomů uhlíku. Tyto fragmenty jsou přenášeny do mitochondrií ve formě derivátů karnitinu ke konečnému rozkladu.
Mastné kyseliny s rozvětveným řetězcem (s methylovou skupinou v postranním řetězci) se nejprve zkrátí o 1 uhlík α-oxidací, při níž α-hydroxyláza hydroxyluje α-uhlík. Pak již následují reakce peroxizomální β-oxidace, při níž se střídavě tvoří acetyl-CoA a propionyl-CoA. V tomto případě se proces zastavuje na délce řetězce obsahujícím 8 atomů uhlíku. Takto zkrácený řetězec je transportován opět do mitochondrií ke konečnému rozkladu.
Peroxizomální kataláza také přeměňuje ethanol
Názorným příkladem oxidačního metabolismu v peroxizomech je rozklad etanolu na acetaldehyd (ethanal) za katalytického působení katalázy. Tento mechanismus je sice doplňkovým procesem při likvidaci ethanolu v těle (hlavní úlohu zde hraje jaterní alkoholdehydrogenáza), přesto jeho význam není zcela zanedbatelný a narůstá při vyšších koncentracích alkoholu v krvi. Peroxizomální kataláza působí ve spřažené reakci s indukovatelnou mikrozomální alkoholoxidázou.
Vysoké koncentrace alkoholu znamenají zvýšenou aktivitu peroxizomální alkoholoxidázy a také zvýšenou produkci acetaldehydu a peroxidu vodíku. Účinek peroxidu vodíku spočívá v peroxidaci některých látek, tedy v tvorbě reaktivních radikálů. Proto buňka pro eliminaci tohoto nežádoucího procesu zapojuje katalázu, která peroxid vodíku rozkládá. Pokud však reaktivní radikály již vzniknou, je nutné eliminovat i jejich nežádoucí účinek na okolní molekuly. Tady se uplatňuje efekt glutathionu. Zvýšená koncentrace acetaldehydu však vede k jeho přímé reakci s glutathionem, čímž se ruší jeho ochranný účinek proti působení reaktivních radikálů. Zvyšuje se peroxidace lipidů, jsou poškozovány mitochondrie a narušována činnost dýchacího řetězce. Tato poškození pak podporují vznik alkoholické hepatitidy (zánět jater).
Peroxizomální nemoci
Defekty v tvorbě peroxizomů vedou ke vzniku Zellwegerova syndromu. Jedná se sice o vzácné dědičné onemocnění, dochází však k vážným poškozením jater a mozku. Adrenoleukodystrofie je onemocnění vyvolané poruchou v tvorbě nebo nedostatkem ABC-transportérů v peroxizomální membráně. Tyto transportéry jsou odpovědné za přenos lipidů, žlučových kyselin, léčiv, toxických sloučenin apod., přičemž pro tento přenos proti koncentračnímu spádu využívají energii získanou hydrolýzou ATP. Onemocnění se projevuje vzestupem koncentrace mastných kyselin s dlouhým řetězcem v krvi. Poruchy vidění, srdeční činnosti a neuropatie jsou zase projevem Refsumova syndromu. Vyvolávací příčinou tohoto onemocnění je snížená účinnost peroxizomálního enzymu fytanol-CoA-hydroxylázy rozkládajícího kyselinu fytanovou.
Související články
Endoplazmatické retikulum - biochemie
Plazmatická membrána - biochemie
Odkazy
Při zpracovávání textů a grafické stránky článků byly využity podklady z odborné literatury a internetu. Převzaté obrázky byly graficky upraveny pro potřeby tohoto webu. Kreslené obrázky podléhají autorským právům. Seznam použité literatury naleznete zde.