Пероксисомы Структура и функция: корреляция с клиникой

Найденные в большинстве эукариотических клеток пероксисомы — одиночные органеллы, окруженные мембраной. Они служат основным ме­стом использования кислорода, и этим схожи с ми­тохондриями. При поперечном разрезе пероксисомы имеют круглую форму, но при серийных срезах видно разветвленное строение. Название перокси­сомы появилось из-за высокого содержания в этих органеллах оксидаз, которые производят токсич­ный пероксид водорода (Н₂О₂) в реакции:

RH₂ + 0₂ → R + Н₂0₂,

где R — органический субстрат.

К счастью, фермент каталаза, находящаяся в пероксисомах в больших концентрациях, расщепляет пе­роксид водорода (Н₂О₂) на кислород и воду. Этот тип окислительных реакций особенно важен для клеток печени и почек, в которых происходит ог­ромное число реакций детоксикации. Например, пероксисомы в гепатоцитах обезвреживают погло­щенный алкоголь, превращая его в уксусный альдегид.

Пероксисомы также участвуют в β-окислении. Это окисление приводит к расщеплению жирных кислот на два углеводородных фрагмента, которые (1) превращаются в ацетил-коферментА (СоА), (2) выходят из пероксисомы и (3) используются в качестве строительного материала для других от­делов клетки.

Пероксисомы содержат приблизительно 50 фер­ментов, которые участвуют в различных путях метаболизма. Пероксисома содержит первые два фермента, участвующие в реакциях синтеза плазмалогенов, которые составляют приблизительно 19% от общего содержания фосфолипидов орга­низма. Плазмалогены в высоких концентрациях находятся в головном мозгу и сердце.

Биогенез пероксисом

Размножение пероксисом, по-видимому, адап­тивный ответ клеток на такие воздействия внеш­ней среды, при которых для роста и выживания требуются ферменты пероксисом. Индукция состо­ит из двух фаз.

1. Пролиферация органелл путем отпочковывания от существующих пероксисом.

2. Рост органеллы за счет импорта белков пероксисомного матрикса.

Пролиферация начинается в ответ на стимулы окружающей среды или на сигналы при развитии. В клетках млекопитающих многие гиполипидеми- ческие лекарственные средства могут вызывать размножение пероксисом, хотя точный механизм этого процесса еще до конца не понят. Эти лекар­ственные вещества, вероятно, сходны с неизвест­ным цитоплазматическим фактором или фактора­ми, которые регулируют латентные факторы транскрипции, называемые рецепторами, активи­руемыми пероксисомным пролифератором (PPARs). При активации эти рецепторы переме­щаются в ядро и связываются с промоторами ге­нов, кодирующих цитоплазматические рецепторы стероидных гормонов, гормонов щитовидной желе­зы и ретиноевой кислоты.

Эти рецепторы связываются с особыми элемента­ми ДНК в промоторах генов, кодирующих многие пероксисомные ферменты, что приводит к увели­чению синтеза этих белков. Вновь синтезированные белки целенаправленно переносятся в существую­щие пероксисомы. Увеличение количества белков в органелле, вероятно, инициирует ее почкование, что, в конце концов, приводит к формированию новых пероксисом. Почкование считают основ­ным механизмом размножения пероксисом; однако также существуют небольшие пероксисомные лакуны-предшественники. Оказалось, что эти лакуны со­держат больше вновь синтезированных пероксисомных матриксных белков, чем зрелые пероксисомы. Эти предшественники могут быть другим местом происхождения пероксисом, способствуя, таким образом, увеличению количества органелл.