Los peroxisomas son organelos pequeños, simples y de membrana única con un diámetro de 0.1 a 1.0 μm. A menudo contienen un núcleo denso y cristalino de enzimas oxidativas. Los peroxisomas son organelos multifuncionales, por lo que contienen enzimas involucradas en una variedad de reacciones metabólicas, que incluyen varios aspectos del metabolismo energético.
Se encuentran en todas las células eucariotas; la mayoría de las células humanas contienen alrededor de 500 peroxisomas. Los peroxisomas no tienen sus propios genomas y ribosomas. Todas sus proteínas, llamadas peroxinas (por ejemplo, Pex1, Pex2, etc.) se sintetizan a partir del genoma nuclear. La mayoría de las peroxinas se sintetizan en ribosomas libres y luego se importan en peroxisomas como cadenas polipeptídicas completadas.
Funciones:
Los peroxisomas son multifuncionales. Sus funciones se pueden categorizar como:
1. Metabolismo del peróxido de hidrógeno;
2. Desintoxicación de sustancias nocivas;
3. Oxidación de ácidos grasos;
4. Metabolismo de compuestos que contienen nitrógeno; y
5. Catabolismo de sustancias inusuales.
6. Actividades sintéticas
Explicación detallada:
[La siguiente parte de esta respuesta va a ser muy detallada, por lo que debe leerla con paciencia]
1. Metabolismo del peróxido de hidrógeno:
El papel más obvio de los peroxisomas en las células eucarióticas es la desintoxicación del H2O2, que se logra mediante la coexistencia en el mismo orgánulo de catalasa y las oxidasas que generan H2O2. Las oxidasas en los peroxisomas varían considerablemente en las reacciones específicas catalizadas, pero todas comparten la misma propiedad de transferir electrones de sus respectivos sustratos directamente al oxígeno molecular (O2) que forma H2O2. Usando RH2 para representar un sustrato orgánico oxidable, la reacción general catalizada por oxidasas se puede escribir de la siguiente manera:
RH2 + O2 → R + H2O2 …………………. (Reacción 1)
El peróxido de hidrógeno formado de esta manera se descompone por catalasa en una de las dos formas. Por lo general, la catalasa funciona en lo que se denomina su modo catalítico, en el que una molécula de H2O2 se oxida a oxígeno y otra se reduce a agua:
2 H2O2 → O2 + 2 H2O …………………. (Reacción 2)
Dividir (Reacción 1) y agregarlo a (Reacción 2) produce una reacción sumaria para el proceso de dos pasos:
RH2 + ½ O2 → R + H2O …………………. (Reacción 3)
Alternativamente, la catalasa puede funcionar en su modo peroxidatico, en el que los electrones derivados de un donante orgánico se usan para reducir el H2O2 al agua:
R’H2 + H2O2 → R ‘+ H2O …………………. (Reacción 4)
(El primo en el grupo R (es decir, R ‘) simplemente indica que este sustrato es probable que sea diferente del sustrato en (Reacción 1). La reacción sumaria correspondiente en este caso es:
RH2 + R’H2 + O2 → R + R ‘+ H2O …………………. (Reacción 5)
El resultado es el mismo en ambos casos: el peróxido de hidrógeno se integra sin dejar el peroxisoma. Dada la toxicidad del peróxido de hidrógeno (que es el ingrediente activo principal en una variedad de desinfectantes) tiene sentido que las enzimas responsables de la generación de peróxido se compartimentalicen junto con la catalasa que cataliza su degradación. De hecho, la catalasa es la proteína más abundante en la mayoría de los peroxisomas, representando hasta 15% del contenido total de proteína de este orgánulo. de esta forma, prácticamente cada molécula de H2O2 generada por oxidasas encontrará una molécula de catalasa casi inmediatamente degradada.
H2O2 y envejecimiento : la mayoría del H2O2 citosólico es producido por mitocondrias y membranas de ER, aunque también hay enzimas productoras de H2O2 localizadas en la matriz citoplásmica. La catalasa actúa como una “válvula de seguridad” para tratar las grandes cantidades de H2O2 generadas por los peroxisomas; sin embargo, otras enzimas como la glutatión peroxidasa son capaces de metabolizar hidroperóxidos orgánicos y también H2O2 en el citosol (matriz citoplasmática) y las mitocondrias. La producción de anión superóxido (O2-) en mitocondrias y citosol (matriz citoplásmica) está regulada principalmente por la enzima superóxido dismutasa. Todas estas enzimas protectoras están presentes en altos niveles en los tejidos aeróbicos.
Recientemente, se ha enfatizado una posible relación entre el peróxido y los radicales libres (como el anión superóxido-O2-) con el proceso de envejecimiento. Estos radicales pueden actuar sobre la molécula de ADN para producir mutaciones que alteran la transcripción en ARNm y la traducción en proteínas. Además, los radicales libres y los peróxidos pueden afectar las membranas al causar la peroxidación de lípidos y proteínas. Por estas razones, la reducción de compuestos como la vitamina E o las enzimas como la superóxido dismutasa podrían desempeñar un papel para mantener el estado saludable de una célula.
2. Desintoxicación de compuestos dañinos:
En su modo peroxidativo, la catalasa puede usar una variedad de sustancias como donadores de electrones, que incluyen metanol, etanol, ácido fórmico, formaldehído, nitritos y fenoles. Debido a que todas estas sustancias son dañinas para las células, su desintoxicación oxidativa por catalasa puede ser una función peroxisomal vital. Se cree que los peroxisomas prominentes de las células hepáticas y renales son importantes en tales reacciones de desintoxicación.
3. Oxidación de ácidos grasos:
Los peroxisomas que se encuentran en plantas animales y en células fúngicas contienen enzimas necesarias para oxidar ácidos grasos. Este proceso, llamado β-oxidación, también ocurre en la mitocondria. Aproximadamente del 25 al 50% de la oxidación de los ácidos grasos en los tejidos animales se produce en los peroxisomas, y el resto se localiza en las mitocondrias. En células de plantas y levaduras, toda β-oxidación está confinada a los peroxisomas.
En las células animales, la β-oxidación peroxisomal parece ser especialmente importante para el catabolismo de los ácidos grasos de cadena larga (16 a 20 carbonos), de cadena muy larga (24-26 carbonos) y ramificados. Los principales productos de β-oxidación, acetil-CoA, se exportan al citosol y entran en las rutas biosintéticas. Una vez que los ácidos grasos se acortan a menos de 16 carbonos, se produce una mayor oxidación en las mitocondrias. Por lo tanto, en las células animales, el peroxisoma es importante para acortar los ácidos grasos en preparación para el metabolismo posterior en la mitocondria en lugar de descomponerlos completamente en acetil-CoA. En las plantas y la levadura, por otro lado, los peroxisomas son esenciales para el catabolismo completo de los ácidos grasos a la acetil-CoA.
4. Metabolismo de compuestos que contienen nitrógeno:
Excepto por los primates, la mayoría de los animales requieren urato oxidasa (también llamada uricasa) para oxidar el urato, una purina que se forma durante el catabolismo de los ácidos nucleicos y algunas proteínas. Al igual que otras oxidasas, la urato oxidasa cataliza la transferencia directa de electrones del sustrato al oxígeno molecular, generando H2O2:
Urate + O2 → Allantonin + H2O2
Como se señaló anteriormente, el H2O2 se degrada inmediatamente en el peroxisoma por catalse. La allanina se metaboliza y excreta aún más por el organismo, ya sea como ácido alantoico, o en el caso de los crustáceos, peces y anfibios, como la urea.
Las enzimas peroxisomales adicionales implicadas en el metabolismo del nitrógeno incluyen la aminotransferasa. Los miembros de esta colección de enzimas catalizan la transferencia de aminoácidos a α-cetoácidos.
Dichas enzimas desempeñan un papel importante en la biosíntesis y la degradación de aminoácidos moviendo grupos amino de una molécula a otra.
5. Catabolismo de sustancias inusuales (p. Ej., Xenobióticos):
Algunos de los sustratos de oxidasas peroxisomales son compuestos raros para los cuales las células no tienen otras vías de degradación. Tales compuestos incluyen D-aminoácidos, que no son reconocidos por enzimas capaces de degradar los L-aminoácidos que constituyen polipéptidos. En algunos hongos, los peroxisomas también contienen enzimas que descomponen sustancias inusuales llamadas xenobióticos, compuestos químicos extraños a organismos biológicos. Esta categoría incluye alcanos, compuestos de hidrocarburos de cadena corta que se encuentran en el petróleo y otros productos derivados del petróleo. Los hongos que contienen enzimas capaces de metabolizar tales xenobióticos pueden resultar útiles para limpiar derrames de petróleo.
6. Actividades sintéticas:
Además de proporcionar un compartimiento para las reacciones de reacción de oxidación, los peroxisomas se encuentran involucrados en la biosíntesis de lípidos y el aminoácido, la lisina. En las células animales, el colesterol y el dolicol se sintetizan en peroxisomas, así como en ER. En el hígado, los peroxisomas también participan en la síntesis de ácidos biliares, que se derivan del colesterol.
Además, los peroxisomas contienen enzimas necesarias para la síntesis de plasmalógenos , una familia de fosfolípidos en la que una de las cadenas de hidrocarburos se une a glicerol mediante un enlace de éter en lugar de mediante un enlace de éster.
Los plasmalógenos son componentes importantes de la membrana en algunos tejidos, especialmente el corazón y el cerebro, aunque están ausentes en otros. La deficiencia de plasmalógenos causa anormalidades profundas en la mielinización de los nervios, que es una razón por la cual muchos trastornos peroxisomales conducen a una enfermedad neurológica. [El trastorno peroxisomal más común es la adrenoleucodistrofia ligada a X. La proteína defectuosa que causa este trastorno es una proteína de membrana integral que puede ser responsable del transporte de ácidos grasos de cadena muy larga en los peroxisomas para la β-oxidación. La acumulación de estos ácidos grasos de cadena larga en los fluidos corporales humanos destruye la cubierta de mielina en el sistema nervioso.]
