9. Peroxisomas
9. Peroxisomas
9.1 ¿Qué es?
Organelo citoplasmático en
forma de vesículas que contiene enzimas oxidasas y catalasas.
9.2 Estructura
Consta de una membrana,
constituida por una doble capa lipídica que contiene diversas proteínas. En su
interior se halla una matriz peroxisomal, que contiene proteínas de función
enzimática. Estas enzimas catalizan muchas reacciones de síntesis y degradación
de compuestos de gran importancia metabólica
Contienen un centro denso y
cristalino de enzimas oxidativas.
Son organelos
multifuncionales y contienen más de 50 enzimas que participan en actividades
diversas como la oxidación de ácidos grasos de cadena muy larga, con sucesión
de 24-26 carbonos.
- Comparten propiedades con la mitocondria:
- Ambas se forman por la división de organelos preexistentes (utilizando algunas de las mismas proteínas).
- Importan proteínas preformadas del citosol
- Participan en tipos similares de metabolismo oxidativo
Hay distintos tipos de
peroxisomas, llamados en conjunto microcuerpos:
- Glucosomas: Participa en la glucólisis y reutilización de purinas.
- Glioxisomas: Presencia de una serie de enzimas que llevan a cabo el ciclo del glioxilato, se encuentran principalmente en plantas.
9.3 Funciones
Se le llama peroxisoma,
porque son el sitio donde se sintetiza y degrada el peróxido de hidrógeno (H2O2),
un agente oxidante muy reactivo y tóxico. Dicho compuesto se produce por acción
de varias enzimas peroxisómicas (urato oxidasa, glucolato oxidasa y oxidasas de
aminoácidos) que utilizan oxigeno molecular para oxidar sus sustratos
respectivos. El H2O2
generado se degrada pronto por la catalasa (presente en grandes
concentraciones en el organelo)
Mediante su dotación
enzimática los peroxisomas pueden intervenir en diversas vías metabólicas, que
difieren según los organismos y el tipo de tejido. Las funciones específicas
mejor conocidas son:
Catabolismo de las purinas
Los ácidos nucleicos viejos
son degradados por nucleasas específicas: primero en nucleótidos y, después, en
bases púricas y pirimidínicas. Estas bases son reutilizadas para la síntesis de
nuevos ácidos nucleicos o degradadas. En la degradación de las bases púricas
(adenina y guanina) intervienen diversas enzimas del peroxisoma. El H2O2
que se libera con estas oxidaciones es descompuesto por la catalasa quedando
finalmente ácido úrico (en humanos).
Metabolismo de los lípidos
Del 10-25% de los ácidos
grasos (de cadena muy larga, con sucesión de 24-26 carbonos) se degradan en
peroxisomas y el resto, en mitocondrias.
En ambos orgánulos este
proceso es la oxidación β y conduce a la formación de acetil-CoA. La diferencia
es que, en las mitocondrias la primera reacción oxidativa es catalizada por una
deshidrogenasa, y en los peroxisomas esta oxidación la realiza una oxidasa
flavínica. La oxidación del acil-CoA por el oxígeno molecular forma H2O2, que
es descompuesto por la catalasa. Los acetil-CoA formados pasarán a diferentes
rutas, principalmente la biosíntesis de azúcares y el ciclo de Krebs.
En células animales, el
colesterol, el dolicol y los ácidos biliares (estos últimos, sólo en el hígado)
se pueden sintetizar en los peroxisomas, además del RE liso
El metabolismo del ácido
glicólico, subproducto de la fotosíntesis de los cloroplastos, producido por la
fijación de O2 en la enzima RUBISCO. El ácido glicólico entra en los
peroxisomas y es oxidado a ácido glioxílico, el cual se convierte en glicina,
que pasa a las mitocondrias donde se transforma en serina y CO2.
Otras funciones
Bioinactivación de moléculas
tóxicas que entran en la circulación. por ejemplo el etanol. Casi la mitad del
etanol ingerido es oxidado a acetaldehído en los peroxisomas del hígado.
Ciclo del ácido glioxilato:
Las moléculas de Acetil-CoA producidas en la degradación de los ácidos grasos
son usados para producir ácido succínico. El ácido producido en este ciclo
abandona los glioxisomas y penetra en las mitocondrias, en cuya matriz es
oxidado en el ciclo de Krebs a ácido oxalacético, que abandona las mitocondrias
y se convierte en glucosa en el hialoplasma.
Metabolismo del ácido
glicólico: El ácido glicólico entra en los peroxisomas y es oxidado a ácido
glioxílico, el cual se convierte en glicina, que pasa de los peroxisomas a las
mitocondrias, donde se transforman en serina y CO2.
Captación de proteínas en
los peroxisomas
Los peroxisomas solo tienen
dos compartimentos en los que una proteína importada puede situarse: en la
membrana limitante y en la matriz
interna. Las proteínas destinadas a peroxisomas tienen una señal de dirección
peroxisómica (PTS), ya sea para una proteína de la matriz o para la membrana
(mPTS).
Se han identificado dos diferentes PTS: mPTS y receptores PTS. Los
receptores PTS se unen a una proteína destinada al peroxisoma en el citosol y
lo trasladan al peroxisoma en donde penetra al organelo. Como mínimo uno de los
receptores PTS (PEX5) se desplaza dl citosol para penetrar la membrana
peroxisómica, donde forma un poro transitorio que facilita el desplazamiento de
proteínas.
Los peroxisomas son capaces
de importar proteínas de la matriz peroxisómica en su conformación plegada
nativa, aunque tenga varias subunidades (la mitocondria y cloroplastos no
puedes)
9.4 Biogénesis
Se puede dar por dos formas:
Por crecimiento y división de las
preexistentes: los peroxisomas cuando están libres en el citosol incorporan
proteínas (sintetizadas en el ribosoma citoplasmático) y estas son reconocidas
e incorporadas por las peroxinas (proteínas de la membrana del peroxisoma) por
medio de una secuencia de señales: PTS1 O PTS2 (secuencia de destino del
peroxisoma). La incorporación de estas moléculas desde el citosol hace que los
peroxisomas maduren y crezcan llegando un punto en que pueden formar 2
peroxisomas hijos a partir de uno.
Las enzimas que van al
interior del orgánulo son translocadas a través de la membrana, pero en las
membranas de los peroxisomas también se integran proteínas gracias a las
peroxinas.
Se generan a partir del retículo
endoplasmático desde sus cisternas y se forman por evaginación de las
estructuras membranosas con las moléculas del peroxisoma que por fusión irán
creando peroxisomas maduros. Incluso una vez formado, las proteínas del citosol
pueden llegar en vesículas producidas en el retículo por la ruta copll (desde
el retículo al aparto de Golgi a través del ERGIC (el espacio de ambos)
Para la distribución,
contienen microtúbulos y filamentos de actina, además le permite cambiar de
forma y ayudan a separar los peroxisomas hijos tras división.
Pexofagia
Es la degradación selectiva
de peroxisomas.
§ Macropexofagia:
ocurre solo en peroxisomas maduros. Los marcados para degradación son
secuestrados por varias capas de membranas, de origen desconocido, que
constituyen el pexofagosoma que se fusiona con las vacuolas, y es degradado por
las enzimas hidrolasas
§ Micropexofagia:
la membrana vacuolar desarrolla profusiones en su membrana cercana a los
peroxisomas y los engloba.
Proliferación
Pueden proliferarse y
multiplicarse o ser degradadas en respuesta a estímulos nutricionales o
ambiente extracelular.
En las células de los
mamíferos su número y tamaño incrementa cuando se añaden activadores del
receptor PPARQ (fam. De receptores de factores de transcripción nuclear) que se
activa por unión de ligandos lipídicos, y regula la expresión de genes
asociados al metabolismo de lípidos y diferenciación de adipocitos.
Por la exposición de
xenobióticos que activan la transcripción de genes que participan en la función
del organelo
9.5 Enfermedades
- Síndrome de Zellweger:
Se puede deber a mutaciones
en 12 genes distintos (por lo menos) los cuales codifican proteínas que
participan en la captación de enzimas peroxisómicas del citosol
Los signos incluyen alteraciones
neurológicas, visuales y hepáticas que causan la muerte en la lactancia temprana.
Se debe a que las células
hepáticas y renales presentan peroxisomas fantasmas membranosos vacíos (carecen
de sus enzimas normales). Las personas sintetizan las enzimas peroxisomicas
solo que estas se quedan en el citosol (no importan al peroxisoma) donde no
pueden realizar sus funciones normales.
- Adrenoleucodistrofia ligada al cromosoma X (X-ALD)
Se debe a un defecto de una
proteína de membrana (ABCD1) que transporta VLCFA hacia los peroxisomas, donde
se metabolizan.
Los niños no presentan
alteraciones hasta mediados de la infancia, cuando aparecen los síntomas de
insuficiencia renal y disfunción neurológica, debido a que en ausencia de esa
proteína, dichos ácidos grasos se acumulan en el cerebro y destruyen las vainas
de mielina.
- Refsum
Falta (o es deficiente) la
enzima que oxida el ácido fitánico, que es un ácido graso de cadena muy larga.
La sintomatología incluye neuropatía,
ataxia, ictiosis, ceguera nocturna y retinitis pigmentaria
Se debe a la acumulación de
ácido fitánico en diferentes tejidos del organismo ocasiona lesiones en la
retina y los nervios periféricos.
La dieta de estas
personas debe ser libre de ácido fitánico, para evitar la progresión de los
síntomas.
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