ลักษณะของ PEROXISOMES, หน้าที่, โครงสร้าง, การกำเนิดทางชีวภาพ - ชีววิทยา

peroxisomesยังเป็นที่รู้จัก microbodies เป็นอวัยวะเล็ก ๆ คล้ายกับ lysosomes ซึ่งถูกระงับในเซลล์ของเซลล์ eukaryotic ที่สุด

เช่นเดียวกับที่ร่างกายมนุษย์มีอวัยวะที่ทำหน้าที่ต่าง ๆ เพื่อให้มันมีชีวิตอยู่เซลล์ก็มีเช่นกันและเป็นสิ่งที่เราเรียกว่า "ออร์แกเนลล์" หรือ "ออร์แกเนลล์"

แผนผังของเซลล์จุลินทรีย์ที่แสดง peroxisome (peroxisome), mitochondrion (mitochondriom) และนิวเคลียส (นิวเคลียส) (ที่มา: CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) ผ่าน Wikimedia คอมมอนส์)

เช่นเดียวกับที่หัวใจสูบฉีดเลือดไปยังส่วนอื่น ๆ ของร่างกายจมูกและปอดจะถูกใช้ในการหายใจกระเพาะอาหารจะได้รับอาหารและเริ่มต้นด้วยการย่อยอาหารและสมองจะทำหน้าที่ประสานงานทุกอย่าง (เพื่อยกตัวอย่างเล็กน้อย) ออร์แกเนลล์มีความจำเป็นต่อการทำงานหลายอย่างของเซลล์

ในบรรดาออร์แกเนลล์ของเซลล์บางชนิด ได้แก่ เพอรอกซิโซมซึ่งได้รับการอธิบายในปีพ. ศ. 2503 โดย Christian René de Duve นักวิจัยคนเดียวกันกับที่พัฒนาเทคนิคการแยกส่วนเซลล์นอกเซลล์เพื่อแยกออร์แกเนลล์ของเซลล์ที่แตกต่างกันตามความหนาแน่น

de Duve แบ่งปันในปี 1974 ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาและการแพทย์ร่วมกับ Albert Claude และ George Palade ด้วยการทำงานของพวกเขาด้วยเทคนิคเหล่านี้และการค้นพบ peroxisomes

ชื่อของออร์แกเนลล์เหล่านี้เกิดจากการผลิตไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ภายใน (H ₂ O ₂ ) ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากปฏิกิริยาการลดการเกิดออกซิเดชั่นที่เกิดขึ้นและอาจเป็นพิษต่อเซลล์ (สามารถทำปฏิกิริยากับโมเลกุลอื่น ๆ ได้อีกมากมาย ) จึงถูกย่อยสลายอย่างรวดเร็ว

ในเซลล์สามารถมีเพอรอกซิโซม "ว่ายน้ำ" ได้ถึง 500 ตัวในไซโตซอล แต่จำนวนและขนาดของออร์แกเนลล์เหล่านี้ไม่เพียงขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์ที่เป็นปัญหาเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับสถานะทางสรีรวิทยาของเซลล์และสภาพแวดล้อมที่อยู่รอบ ๆ เซลล์ด้วย

ลักษณะทั่วไปของเพอรอกซิโซม

มีหลายลักษณะที่เพอรอกซิโซมมีที่ทำให้คล้ายกับออร์แกเนลล์ของเซลล์อื่น ๆ และในเวลาเดียวกันก็แตกต่างกันมาก นี่คือรายการสั้น ๆ ของสิ่งที่สำคัญที่สุด:

- เป็นออร์แกเนลล์ขนาดเล็กที่ล้อมรอบด้วยเมมเบรนธรรมดาซึ่งแยกพวกมันออกจากส่วนที่เหลือของโมเลกุลและออร์แกเนลล์ในไซโตซอล

- สิ่งที่อยู่ภายในโดยเฉพาะโปรตีนและเอนไซม์ส่วนใหญ่ถูกสังเคราะห์ในไซโตซอลของเซลล์ที่พวกมันอยู่โดยใช้ไรโบโซมอิสระซึ่งเป็นสารประกอบเชิงซ้อนของโปรตีนที่สามารถเป็นสื่อกลางในการแปลสารอาร์เอ็นเอ (mRNA) ) จากนิวเคลียสและได้มาจากการถอดความของยีนที่กำหนด

- พวกมันไม่มีจีโนมเป็นของตัวเองนั่นคือภายในไม่มี DNA หรือเครื่องจักรที่จำเป็นสำหรับการประมวลผล (การจำลองแบบการถอดความและการแปลเป็นต้น)

- คูณด้วยการหาร

- ภายในคุณจะพบเอนไซม์ย่อยอาหารและผลิตภัณฑ์ทุติยภูมิมากถึง 50 ชนิด (อันตรายต่อเซลล์)

- ขนาดและจำนวนของพวกมันอาจแตกต่างกันไปอย่างมากในแต่ละเซลล์เนื่องจากขึ้นอยู่กับเงื่อนไขภายในเซลล์ (ไม่สามารถวัดได้) และประเภทของเซลล์

คุณสมบัติ

เพอรอกซิโซมทำหน้าที่ต่าง ๆ ภายในเซลล์ซึ่งส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์ที่อยู่ภายในเซลล์

- ปฏิกิริยาออกซิเดชั่น

ภายในเพอรอกซิโซมเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่นลดจำนวนมากนี่คือการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนระหว่างสารประกอบหนึ่งกับอีกสารประกอบหนึ่งโดยทั่วไปเร่งปฏิกิริยาโดยโปรตีนที่มีกิจกรรมของเอนไซม์ (เอนไซม์)

ปฏิกิริยารีดิวซ์ออกซิเดชั่นเหล่านี้ในเพอรอกซิโซมมักสร้างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H ₂ O ₂ ) ซึ่งเป็นสารประกอบที่เป็นอันตรายต่อเซลล์

อย่างไรก็ตามภายในเพอรอกซิโซมมีเอนไซม์ที่เรียกว่าคาตาเลสซึ่งมีหน้าที่ทำลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ให้กลายเป็นน้ำหรือใช้เพื่อออกซิไดซ์สารประกอบอื่น ๆ

ความสามารถในการบรรจุปฏิกิริยาเหล่านี้ภายในมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการทำงานอื่น ๆ ที่ออร์แกเนลล์ของเซลล์เหล่านี้ดำเนินการเนื่องจากการย่อยสลายเมตาบอลิซึมของโมเลกุลจำนวนมากหมายถึงการเกิดออกซิเดชัน

หากปราศจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่นของเพอรอกซิโซมการสะสมของสารประกอบเช่นกรดไขมันสายยาวอาจทำให้เกิดความเสียหายอย่างมากต่อเซลล์ประสาทในสมอง

- การเผาผลาญพลังงาน

เพอรอกซิโซมมีส่วนร่วมในการผลิต ATP ซึ่งเป็น "สกุลเงิน" พลังงานหลักของเซลล์

วิธีหนึ่งที่พวกเขาทำคือการสลายกรดไขมัน (ไขมันและไขมันจำนวนมากทำมาจากอะไร) การย่อยเอทานอล (แอลกอฮอล์ชนิดหนึ่ง) และกรดอะมิโน ("ส่วนประกอบสำคัญ" ที่ประกอบขึ้นเป็นโปรตีน) และอื่น ๆ

ในเซลล์สัตว์กรดไขมันส่วนใหญ่จะถูกย่อยสลายในไมโทคอนเดรียและส่วนน้อยจะถูกแปรรูปในเพอรอกซิโซม แต่ในยีสต์และพืชฟังก์ชันนี้ไม่ได้ใช้เฉพาะกับเปอร์ออกซิโซม

- การสังเคราะห์ทางชีวภาพ

เพอรอกซิโซมยังทำหน้าที่ในการผลิตโมเลกุลที่เป็นส่วนหนึ่งของเยื่อหุ้มเซลล์ โมเลกุลเหล่านี้เรียกว่าพลาสมัลโลเจนและเป็นไขมันชนิดหนึ่งที่สำคัญมากสำหรับเซลล์สมองและหัวใจ (หัวใจ) ของมนุษย์และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่น ๆ

ลิพิดอื่น ๆ ที่สังเคราะห์ในเพอรอกซิโซมและด้วยการมีส่วนร่วมของเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม (ออร์แกเนลล์ของเซลล์ที่สำคัญมากอีกชนิดหนึ่ง) ได้แก่ คอเลสเตอรอลและโดลิคอลซึ่งจำเป็นต่อการทำงานของเซลล์

ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมหลายชนิดเช่นเพอรอกซิโซมของเซลล์ตับยังมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์กรดน้ำดีซึ่งได้มาจากคอเลสเตอรอลและจำเป็นอย่างมากสำหรับการย่อยไขมันที่มีอยู่ในอาหารที่ผ่านกระบวนการในกระเพาะอาหารแล้ว ในลำไส้เล็ก

โครงสร้าง

เพอรอกซิโซมเป็นออร์แกเนลล์ที่มีเยื่อหุ้ม แต่แตกต่างจากเยื่อที่พบในออร์แกเนลล์อื่น ๆ เช่นไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์เช่นมีเมมเบรนเดียวและไม่ใช่ระบบเมมเบรนสองชั้น

ลักษณะของมันไม่คงที่นั่นคือมันสามารถเปลี่ยนแปลงได้ อย่างไรก็ตามมักเป็นออร์แกเนลล์ทรงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยระหว่าง 0.2 ถึง 1 μmนั่นคือหนึ่งในล้านของเมตร

แผนภาพพื้นฐานของโครงสร้างของเพอรอกซิโซม (ที่มา: Thuresson / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) ผ่าน Wikimedia Commons)

เมื่อสิ่งเหล่านี้ไม่ได้มีรูปร่างเป็นทรงกลมจึงสามารถมองเห็นเป็นท่อขนาดเล็กที่มีขนาดแตกต่างกันซึ่งเชื่อมต่อกัน (แน่นอนว่าเป็นเพอรอกซิโซมในการแบ่งตัว)

พวกมันมักจะมีศูนย์ผลึกหรือนิวเคลียสซึ่งนักวิทยาศาสตร์อธิบายในลักษณะนี้ว่าพวกเขามองมันอย่างไรภายใต้กล้องจุลทรรศน์ซึ่งอาจเป็นผลมาจากโปรตีนจำนวนมากภายในพวกมัน

การกำเนิดทางชีวภาพ (ต้นกำเนิด)

แม้ว่าเปอร์ออกซิโซมจะไม่มี DNA อยู่ภายในนั่นคือพวกมันไม่มีจีโนมของตัวเองพวกมันสามารถแบ่งออกได้โดยการแตกหน่อหรือฟิชชัน

กระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับปริมาณของโปรตีนและวัสดุในการสร้างเยื่อใหม่ที่พวกมันมีในการกำจัดซึ่ง "นำเข้า" จากไซโตซอล

ผู้ที่เข้าร่วม?

เอนโดพลาสมิกเรติคูลัมมีหน้าที่ทั้งการสังเคราะห์ฟอสโฟลิปิดที่สร้างเยื่อหุ้มเพอรอกซิโซมและการสังเคราะห์โปรตีนบางชนิดผ่านไรโบโซมที่เกี่ยวข้อง

ไรโบโซม (ที่จริงมีอยู่ในไซโตซอลเป็น "โพลีไรโบโซมอิสระ") เป็นโปรตีนที่แปลโปรตีนส่วนใหญ่ โปรตีนเหล่านี้จะเข้าสู่ภายในของเพอรอกซิโซมได้ก็ต่อเมื่อมีฉลากพิเศษหรือ "เครื่องหมาย"

หากไม่มีเครื่องหมายเหล่านี้โปรตีนอื่น ๆ จะไม่สามารถจดจำโปรตีนบนเยื่อหุ้มเพอรอกซิโซมได้ดังนั้นจึงไม่สามารถผ่านเข้าไปได้

ดังนั้นถ้าไรโบโซมติดกับเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม (RER) แบบหยาบและสิ่งที่เป็นอิสระในไซโตซอล "ส่ง" วัสดุไปยังเพอรอกซิโซมเพียงพอก็สามารถแบ่งออกเป็นสองส่วนได้

เพอรอกซิโซมในเซลล์สัตว์

เซลล์สัตว์มีเพอรอกซิโซมและไลโซโซมหลายชนิดออร์แกเนลล์ที่คล้ายกันซึ่งรับผิดชอบในการ "รีไซเคิล" ออร์แกเนลล์อื่น ๆ และโมเลกุลประเภทต่างๆที่มีขนาดต่างกัน

ตัวอย่างเช่นเซลล์ของสัตว์บางชนิด (แต่ไม่ใช่ของมนุษย์) มีเพอรอกซิโซมที่สามารถทำลายกรดยูริกซึ่งโดยทั่วไปเป็นของเสียจากการเผาผลาญที่อุดมด้วยไนโตรเจนซึ่งการสะสมในเลือดอาจมีผลเสียได้

ฟังก์ชั่น "แปลก ๆ "

นอกเหนือจากฟังก์ชั่นทั้งหมดที่กล่าวมาแล้วเพอรอกซิโซมยังทำหน้าที่พิเศษอย่างมากในสัตว์บางชนิด ตัวอย่างเช่นหิ่งห้อยและแมลงอื่น ๆ ใช้เอนไซม์ในเพอรอกซิโซมของเซลล์เพื่อค้นหาเพื่อนและในบางกรณีเพื่อหาอาหาร

เอนไซม์นี้เรียกว่าลูซิเฟอเรส ลูซิเฟอเรสช่วยให้ตัวผู้ผลิตแสง "แฟลช" ที่สว่างซึ่งอาจเป็นสีเขียวหรือสีเหลืองและทำหน้าที่ดึงดูดตัวเมียในสายพันธุ์เดียวกัน

ระยะเวลาของแฟลชแต่ละตัวและช่วงเวลาที่พวกมันปรากฏขึ้นนั้นมีความเฉพาะเจาะจงสำหรับแต่ละชนิดเพื่อให้ตัวเมียสามารถแยกแยะตัวผู้ในยามค่ำคืนได้ ในบางสปีชีส์ตัวเมียยังสร้างแสงแฟลชและในบางชนิดเธอจะเปล่งแสงเพื่อดึงดูดให้ตัวผู้กินมัน

peroxisomes ดัดแปลง

เช่นเดียวกับที่พืชมีไกลออกซิโซมซึ่งเป็นเพอรอกซิโซมชนิดหนึ่งที่เชี่ยวชาญในเส้นทางการเผาผลาญที่เฉพาะเจาะจงเซลล์สัตว์บางชนิดก็มีเพอรอกซิโซมที่ดัดแปลง

Kinetoplastids ซึ่งเป็นกลุ่มของปรสิตที่ก่อให้เกิดโรคที่แตกต่างกันในคนและสัตว์อื่น ๆ มี "ดัดแปลงเพอรอกซิโซม" ที่เรียกว่าไกลโคโซม

Glycosomes ได้รับชื่อนี้เนื่องจากมีเอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับการประมวลผลกลูโคส (เอนไซม์ไกลโคไลติก) เช่นเดียวกับเอนไซม์อื่น ๆ ที่มีส่วนร่วมในเส้นทางการเผาผลาญอื่น ๆ เพื่อให้ได้พลังงาน

เพอรอกซิโซมในเซลล์พืช

เซลล์พืชยังมีเพอรอกซิโซมและสิ่งเหล่านี้มีหน้าที่ที่สำคัญมากสำหรับการทำงานของพืชนอกเหนือจากหน้าที่ที่ใช้ร่วมกับเพอรอกซิโซมของเซลล์ประเภทอื่น ๆ

- วงจร Glyoxylate

ตัวอย่างเช่นในเมล็ดพืชเพอรอกซิโซมของเซลล์มีหน้าที่ในการเปลี่ยนไขมันที่เก็บไว้ให้เป็นคาร์โบไฮเดรตซึ่งเป็นวัตถุดิบที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาของต้นกล้าที่จะงอก

กระบวนการที่เพอรอกซิโซมของพืชทำหน้าที่นี้เรียกว่าวัฏจักรไกลออกซิเลตซึ่งถือว่าเป็นตัวแปรหนึ่งของวัฏจักรเครบส์ซึ่งเป็นสาเหตุที่บางตำราอ้างถึงเพอรอกซิโซมเหล่านี้ว่าไกลออกซิโซม

- Photorespiration

ในพืชออร์แกเนลล์เหล่านี้ยังเกี่ยวข้องกับกระบวนการที่เรียกว่าโฟโตสไปเรชันซึ่งประกอบด้วยเส้นทางการเผาผลาญ "ตรงกันข้าม" กับการสังเคราะห์ด้วยแสงเนื่องจากไม่ได้ผลิตออกซิเจน แต่จะถูกใช้มากกว่าและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกปล่อยออกมาโดยไม่ได้รับ ATP .

แม้จะมีขั้นตอนข้างต้นกระบวนการนี้เรียกอีกอย่างว่า "การกู้คืนคาร์บอน" เนื่องจากเพอรอกซิโซมได้รับจากคลอโรพลาสต์ (ออร์แกเนลล์อื่นของเซลล์พืช) สารประกอบทางเคมีที่เรียกว่าไกลโคเลตซึ่งจะเปลี่ยนเป็นสารประกอบอื่นที่เรียกว่าไกลซีน (ก กรดอะมิโน).

ไกลซีนที่ผลิตในเพอรอกซิโซมของพืชถูกขนส่งไปยังไมโทคอนเดรีย (ออร์แกเนลล์ที่การหายใจและการสังเคราะห์ ATP จำนวนมากเกิดขึ้น) ในไมโทคอนเดรียไกลซีนนี้จะถูกเปลี่ยนเป็นซีรีนซึ่งเป็นกรดอะมิโนอื่นซึ่งจะถูกส่งกลับไปยังเพอรอกซิโซม

Serine เมื่ออยู่ใน peroxisome จะถูกเปลี่ยนเป็น glycerate และจากนั้นจะถูกส่งไปที่ chloroplast อีกครั้ง กระบวนการทั้งหมดนี้ไม่ได้นำไปสู่การผลิตพลังงาน แต่นำไปสู่การใช้อะตอมของคาร์บอนที่ติดกับไกลโคเลต

โรค Peroxisome

"ความผิดปกติ" ที่เกี่ยวข้องกับเพอรอกซิโซมมีหลายประเภท โดยทั่วไปความผิดปกติเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการกลายพันธุ์ของยีนที่เกี่ยวข้องกับการเกิดทางชีวภาพของออร์แกเนลล์เหล่านี้หรือแม้กระทั่งในยีนที่เข้ารหัสเอนไซม์หรือขนส่งโปรตีน

เนื่องจากมีองค์ประกอบทางพันธุกรรมความผิดปกติเหล่านี้มักมีมา แต่กำเนิด (ถ่ายทอดทางพันธุกรรมจากพ่อแม่ไปสู่ลูก) ซึ่งอาจมีผลกระทบในระดับปานกลางหรือรุนแรงขึ้นอยู่กับกรณี

โรค Zellweger

กลุ่มอาการนี้แม้จะพบได้น้อย แต่ก็มีภาวะที่รุนแรงที่สุดบางส่วน มีลักษณะเฉพาะด้วยการขาดหายไปอย่างสมบูรณ์หรือโดยการลดจำนวนโครโมโซมในเซลล์ของร่างกายลงอย่างมาก

การกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมที่ทำให้เกิดกลุ่มอาการนี้ยังทำให้เกิดการสะสมของสารประกอบที่อุดมไปด้วยธาตุต่างๆเช่นเหล็กและทองแดงและกรดไขมันสายยาวมากในเลือดและเนื้อเยื่ออื่น ๆ เช่นตับสมองและไต

ผลที่ตามมาคืออะไร?

เด็กเล็กที่ได้รับผลกระทบจากกลุ่มอาการนี้มักเกิดมาพร้อมกับความผิดปกติของใบหน้า (ใบหน้า) และความบกพร่องทางสติปัญญาบางอย่าง พวกเขาอาจประสบปัญหาด้านการมองเห็นและการได้ยินเช่นเดียวกับปัญหาระบบทางเดินอาหารและตับดังนั้นพวกเขาจึงมักจะมีชีวิตอยู่ไม่เกินหนึ่งปี

กลุ่มอาการอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง

มีโรคอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับข้อบกพร่องใน peroxisomes สิ่งเหล่านี้รวมถึง Adrenoleukodystrophy ในทารกแรกเกิด (NALD, Neonatal Adrenoleukodystrophy) และ Childhood Refsum Disease

โรคทั้งสองมีลักษณะเฉพาะในช่วงหลังของอาการซึ่งมักพบในช่วงวัยเด็กเพื่อให้ผู้ป่วยสามารถอยู่รอดในวัยผู้ใหญ่ตอนต้นได้

อ้างอิง

British Society of Cell Biology. (ND) สืบค้นเมื่อ 13 เมษายน 2020 จาก www.bscb.org/learning-resources/softcell-e-learning/peroxisome/
Cooper, GM และ Hausman, RE (2004) เซลล์: วิธีการระดับโมเลกุล เมดิซินสกานาคลดา.
De Duve, CABP และ Baudhuin, P. (1966). Peroxisomes (ไมโครบอดี้และอนุภาคที่เกี่ยวข้อง) บทวิจารณ์ทางสรีรวิทยา, 46 (2), 323-357.
Encyclopaedia Britannica Editors. (2014) สารานุกรมบริแทนนิกา. สืบค้นเมื่อ 13 เมษายน 2020 จาก www.britannica.com/science/peroxisome.
Hu, J. , Baker, A. , Bartel, B. , Linka, N. , Mullen, RT, Reumann, S. , & Zolman, BK (2012) เพอรอกซิโซมของพืช: กระบวนการทางชีวภาพและหน้าที่ เซลล์พืช, 24 (6), 2279-2303.
Lazarow, PB, & Fujiki, Y. (1985). การกำเนิดทางชีวภาพของเพอรอกซิโซม การทบทวนชีววิทยาของเซลล์ประจำปี, 1 (1), 489-530
Roels, F. , Baes, M. , & Delanghe, S. (Eds.). (2012) ความผิดปกติของ Peroxisomal และการควบคุมยีน (ฉบับที่ 544) Springer Science & Business Media
Van den Bosch, H. , Schutgens, RBH, Wanders, RJA, & Tager, JM (1992) ชีวเคมีของเพอรอกซิโซม การทบทวนประจำปีของนักชีวเคมี

ลักษณะของ PEROXISOMES, หน้าที่, โครงสร้าง, การกำเนิดทางชีวภาพ - ชีววิทยา - 2025