Definição de peroxissoma
Os peroxissomos são organelas ligadas à membrana na maioria das células eucarióticas, principalmente envolvidas no metabolismo lipídico e na conversão de reativos espécies de oxigênio, como peróxido de hidrogênio, em moléculas mais seguras, como água e oxigênio.
As gorduras são moléculas de armazenamento de energia convenientes devido à sua alta densidade de energia. O número de ATP liberado pela oxidação de um grama de gordura é muito maior do que aquele derivado de carboidratos ou proteínas. Os lipídios também são moléculas extremamente úteis para a criação de subcompartimentos ligados à membrana dentro das células ou para delinear o citoplasma do espaço extracelular. Sua bioquímica lipofílica, no entanto, torna difícil metabolizá-los em um ambiente celular aquoso. Peroxissomos são estruturas onde ocorre o metabolismo dessas moléculas hidrofóbicas.
Estrutura dos peroxissomos
Os peroxissomos são organelas que podem variam em forma, tamanho e número dependendo das necessidades de energia da célula. Em células de levedura, um meio de crescimento rico em carboidratos reduz os peroxissomos. Por outro lado, a presença de toxinas ou uma dieta rica em lipídios pode aumentar seu número e tamanho.
Essas organelas são feitas de uma bicamada de fosfolipídios com muitas proteínas ligadas à membrana – especialmente aquelas que atuam como proteínas transportadores e translocadores. As enzimas envolvidas na desintoxicação e no metabolismo lipídico são sintetizadas em ribossomos livres no citoplasma e importadas seletivamente para os peroxissomos, tornando-os mais semelhantes às mitocôndrias e cloroplastos quando comparados aos lisossomas que brotam do retículo endoplasmático (RE). No entanto, há também alguma evidência que liga a síntese de proteínas mediada por ER às enzimas presentes nos peroxissomos.
Enzimas e proteínas destinadas ao peroxissomo geralmente contêm uma de duas sequências de sinal. Ou seja, há pequenos trechos de alguns aminoácidos que determinam a localização subcelular da proteína. A sequência de sinal mais comum é chamada de Peroxisome Targeting Sequence 1 (PTS1), que consiste em um trímero de aminoácido. As proteínas contendo a sequência de sinal de PTS1 têm um resíduo de serina seguido por uma lisina e, em seguida, um resíduo de leucina em sua extremidade carboxi-terminal. Uma grande proporção de proteínas peroxissômicas tem essa sequência de sinal. Para que o PTS1 funcione de forma ideal, as sequências de aminoácidos a montante deste trímero também são necessárias. Alguns relatórios sugerem que a sequência C-terminal deve ser vista idealmente como um trecho de 20 aminoácidos necessários para o reconhecimento da proteína pelo transportador peroxissômico e pelas moléculas translocadoras.
Alternativamente, uma proteína peroxisomal também poderia ter uma sequência de sinal N-terminal consistindo em 9 aminoácidos. Esta seqüência é composta por dois dímeros separados por um trecho de 5 aminoácidos. O primeiro dímero é feito de arginina e leucina, enquanto o segundo dímero é feito de histidina e leucina. Esta sequência de sinal é representada usando o código de aminoácido de uma única letra como RLx5HL.
Há algumas evidências de que existem outras sequências internas que têm como alvo proteínas para importação no peroxissoma que ainda não foram caracterizadas. Os peroxissomos também contêm algumas enzimas em concentrações muito altas, ocasionalmente parecendo ter um núcleo cristalóide.
Os fosfolipídeos do peroxissomo são principalmente sintetizados no RE liso. Conforme um peroxissomo aumenta de tamanho devido ao ingresso de proteínas e lipídios, ele pode se dividir em 2 organelas.
Comparação entre peroxissomos e outras organelas
Os peroxissomos têm algumas semelhanças estruturais com diferentes organelas dentro da célula. Inicialmente, era difícil até mesmo distinguir lisossomos de peroxissomos apenas por meio de exame microscópico. Depois disso, a centrifugação diferencial revelou que essas duas estruturas subcelulares tinham composições diferentes. Seus componentes protéicos e lipídicos são distintos e contêm enzimas muito diferentes. Especificamente, os peroxissomos contêm catalase para desintoxicar o peróxido de hidrogênio gerado pela beta-oxidação das gorduras. Outra grande diferença é que as proteínas lisossomais são sintetizadas no RE áspero e as vesículas que contêm enzimas apropriadas brotam para formar o lisossoma.
Peroxissomos compartilham algumas semelhanças com mitocôndrias e cloroplastos. A maioria das proteínas dessas organelas são traduzidas em ribossomos livres no citoplasma. No entanto, ao contrário das mitocôndrias e dos cloroplastos, os peroxissomos não contêm material genético ou mecanismo de tradução, portanto, todo o seu proteoma é importado do citoplasma. Além disso, uma única membrana de bicamada lipídica forma peroxissomos, em contraste com as estruturas membranosas duplas da mitocôndria e dos cloroplastos.
Funções dos peroxissomos
Os peroxissomos derivam seu nome do uso de oxigênio molecular para processos metabólicos. Essas organelas estão amplamente associadas ao metabolismo lipídico e ao processamento de espécies reativas de oxigênio. Dentro do metabolismo lipídico, os peroxissomos lidam principalmente com a β-oxidação de ácidos graxos, a mobilização de estoques de lipídeos nas sementes, a biossíntese de colesterol e a síntese de hormônios esteróides.
β-oxidação
A razão principal pois a alta densidade de energia das gorduras é a baixa proporção de átomos de oxigênio em cada molécula de ácido graxo. Por exemplo, o ácido palmítico, um ácido graxo contendo 16 átomos de carbono e tendo uma massa molecular de mais de 250 gms / mol, tem apenas dois átomos de oxigênio. Embora isso torne os lipídios moléculas de armazenamento boas, eles não podem ser queimados diretamente como combustível ou rapidamente catabolizados no citoplasma por meio da glicólise. Eles precisam ser processados antes de poderem ser desviados para a mitocôndria para oxidação completa através do ciclo do ácido cítrico e fosforilação oxidativa.
Quando essas moléculas precisam ser oxidadas para liberar ATP, elas precisam ser primeiro quebradas em moléculas menores antes que possam ser processadas na mitocôndria. Dentro dos peroxissomos, os ácidos graxos de cadeia longa são progressivamente quebrados para gerar acetil coenzima A (acetil coA) em um processo denominado β-oxidação. O acetil-coA então se combina com o oxaloacetato para formar citrato. Enquanto a maioria dos carboidratos entra no ciclo do ácido cítrico como uma molécula de três carbonos chamada piruvato, que é então descarboxilada para formar acetil-coA, a β-oxidação peroxissômica permite que os ácidos graxos acessem o ciclo do ácido cítrico diretamente.
Um dos O principal subproduto da β-oxidação é o peróxido de hidrogênio, que pode ser prejudicial à célula. Esta molécula também é cuidadosamente desintoxicada pela enzima catalase nos peroxissomos.
Peroxissomos nas plantas
Nas plantas, os peroxissomos desempenham papéis importantes na germinação e na fotossíntese das sementes.
Durante a germinação das sementes, os estoques de gordura são mobilizados para reações anabólicas que levam à formação de carboidratos. Isso é chamado de ciclo do glioxalato e começa com a β-oxidação e a geração de acetil-coA também.
Nas folhas, os peroxissomos evitam a perda de energia durante a fixação fotossintética de carbono por meio da reciclagem dos produtos da fotorrespiração. Uma enzima crucial chamada Ribulose-1,5-bisfosfato carboxilase / oxigenase (RuBisCO) é necessária para a fotossíntese, catalisando a carboxilação da ribulose-1,5-bifosfato (RuBP). Esta é a reação central para a fixação do dióxido de carbono para formar moléculas orgânicas. No entanto, RuBisCO, como o nome sugere, também pode oxigenar RuBP, usando oxigênio molecular, liberando dióxido de carbono – na verdade, revertendo o resultado líquido da fotossíntese. Isto é particularmente verdadeiro quando a planta é exposta a ambientes quentes e secos e os estômatos fecham para evitar a transpiração.
Quando RuBisCO oxida RuBP, ele gera uma molécula de 2 carbonos chamada fosfoglicolato. Este é capturado pelos peroxissomos, onde é oxidado a glicina. Depois disso, é transportado entre as mitocôndrias e os peroxissomos, passando por uma série de transformações antes de ser convertido em uma molécula de glicerato que pode ser importada em cloroplastos para participar do ciclo de Calvin para fotossíntese.
Biossíntese de lipídeos e Desintoxicação
Em células animais, os peroxissomos são os locais para uma certa quantidade de biogênese lipídica, especialmente de fosfolipídios especiais chamados plasmalogênios que formam a bainha de mielina nas fibras nervosas. Os peroxissomos também são necessários para a síntese dos sais biliares. Cerca de 25% do álcool que consumimos é oxidado a acetaldeído nessas organelas. Seu papel na desintoxicação e oxidação de uma série de moléculas, subprodutos metabólicos e drogas os torna uma parte importante das células renais e hepáticas.
Distúrbios relacionados à função do peroxissoma
Distúrbios decorrentes de peroxissoma deficiente a função pode surgir de defeitos na biogênese dos peroxissomas, enzimas peroxissomais mutadas ou transportadores não funcionais que reconhecem PTS1 e PTS2 em proteínas citoplasmáticas. As mais graves são doenças genéticas raras que resultam em comprometimento do desenvolvimento do cérebro e migração neuronal, juntamente com deficiência de mielina. Outros órgãos afetados incluem o sistema esquelético, fígado, rim, olhos, coração e pulmões.
Esses distúrbios são geralmente causados por mutações nos genes PEX, que são necessários para a biogênese da organela – a partir da formação da membrana subcelular , ao reconhecimento de proteínas citoplasmáticas e sua importação na matriz da organela. Por exemplo, PEX16 está envolvido na síntese de membranas peroxissômicas, enquanto PEX2 forma o canal de translocação para a importação de proteínas da matriz. PEX5, por outro lado, é o receptor para reconhecer a sequência de sinal PTS1.
Defeitos nessas proteínas podem causar o acúmulo de ácidos graxos de cadeia longa no plasma sanguíneo ou na urina, bem como a presença inadequada de fosfolipídios, como plasmalogênios, nas células vermelhas do sangue.
- Cristalóide – Semelhante a um cristal em aparência ou propriedades.
- Centrifugação Diferencial – Técnica para separar componentes subcelulares com base em sua densidade e tamanho, usando rodadas repetidas de centrifugação em velocidades crescentes.
- Fotorrespiração – Processo respiratório, especialmente em plantas superiores, que ocorre na luz e envolve a absorção de oxigênio e a liberação de dióxido de carbono.
- Proteoma – O conjunto completo de proteínas dentro de uma estrutura em um determinado ponto no tempo. Pode ser usado em referência a um organismo inteiro, tecidos específicos do corpo, células individuais ou até componentes subcelulares.
Quiz
1. Qual dessas moléculas provavelmente é um ácido graxo?
A. C6H12O6
B. C18H34O2
C. C4H7NO4
D. C5H9NO4
2. Qual é o papel dos peroxissomos na fotossíntese?
A. Aumente a eficiência da fixação de carbono
B. Mobilizar depósitos de gordura para alimentar as etapas da fotossíntese que requerem energia
C. Desintoxicar o peróxido de hidrogênio gerado durante a β-oxidação das gorduras
D. Todas as alternativas acima
3. Por que muitos distúrbios peroxissomais resultam em função cerebral deficiente?
A. Os peroxissomos no cérebro mantêm a barreira hematoencefálica que impede a entrada de toxinas no sistema nervoso central
B. Os peroxissomos geram fosfolipídios importantes necessários para a atividade neural
C. Os distúrbios peroxissomais levam à diminuição da função hepática que afeta o cérebro
D. Todas as alternativas acima