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.