PEROSSISOMI: CARATTERISTICHE, FUNZIONI, STRUTTURA, BIOGENESI - BIOLOGIA - 2025

I perossisomi , noti anche come microcorpi, sono piccoli organelli, molto simili ai lisosomi, che sono sospesi nel citosol della maggior parte delle cellule eucariotiche.

Proprio come il corpo umano ha organi che svolgono diverse funzioni per mantenerlo in vita, anche le cellule li hanno e sono quelli che chiamiamo "organelli" o "organelli".

Schema di una cellula microbica che mostra un perossisoma (perossisoma), un mitocondrio (mitocondrio) e il nucleo (nucleo) (Fonte: CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) tramite Wikimedia Commons)

Proprio come il cuore pompa il sangue al resto del corpo, il naso ei polmoni sono usati per respirare, lo stomaco riceve il cibo e inizia con la sua digestione, e il cervello ha il compito di coordinare tutto (per fare alcuni esempi). Gli organelli sono essenziali per molte delle funzioni delle cellule.

Tra alcuni degli organelli cellulari ci sono i perossisomi, descritti nel 1960 da Christian René de Duve, lo stesso ricercatore che ha sviluppato tecniche di frazionamento subcellulare per separare i diversi organelli cellulari in base alla loro densità.

de Duve ha condiviso, nel 1974, il Premio Nobel per la Fisiologia e la Medicina con Albert Claude e George Palade grazie al loro lavoro con queste tecniche e alla scoperta dei perossisomi.

Il nome di questi organelli deriva dalla produzione interna di perossido di idrogeno (H ₂ O ₂ ), un sottoprodotto delle reazioni di ossidoriduzione che avvengono in essi e che è potenzialmente tossico per le cellule (può reagire con molte altre molecole ), quindi viene rapidamente degradato.

In una cellula ci possono essere fino a 500 perossisomi che "nuotano" nel citosol, ma il numero e le dimensioni di questi organelli dipendono non solo dal tipo di cellula in questione, ma dallo stato fisiologico della cellula e dall'ambiente che la circonda.

Caratteristiche generali dei perossisomi

Sono molte le caratteristiche dei perossisomi che li rendono simili ad altri organelli cellulari e, allo stesso tempo, molto diversi. Ecco un breve elenco di alcuni dei più importanti:

- Sono piccoli organelli circondati da una semplice membrana, che li separa dal resto delle molecole e degli organelli del citosol.

- Gran parte di ciò che è al loro interno, in particolare proteine ​​ed enzimi, viene sintetizzato nel citosol della cellula a cui appartengono per mezzo di ribosomi liberi, complessi proteici in grado di mediare la traduzione dell'RNA messaggero (mRNA ) dal nucleo e derivato dalla trascrizione di un dato gene.

- Non hanno un proprio genoma, cioè al suo interno non c'è il DNA o il macchinario necessario alla sua elaborazione (replicazione, trascrizione e traduzione, ad esempio).

- Sono moltiplicati per divisione.

- All'interno si possono trovare fino a 50 diversi enzimi digestivi e loro prodotti secondari (pericolosi per le cellule).

- La loro dimensione e il loro numero possono variare notevolmente da una cellula all'altra, poiché dipendono dalle condizioni intracellulari (sono inducibili) e dal tipo di cellula.

Caratteristiche

I perossisomi svolgono diverse funzioni all'interno di una cellula, molte delle quali sono legate agli enzimi che si trovano al suo interno.

- Reazioni ossidative

Molte reazioni di ossidoriduzione avvengono all'interno dei perossisomi, cioè lo scambio di elettroni tra un composto e l'altro, generalmente catalizzato da proteine ​​ad attività enzimatica (enzimi).

Queste reazioni di riduzione dell'ossidazione nei perossisomi producono comunemente perossido di idrogeno (H ₂ O ₂ ), un composto dannoso per le cellule.

Tuttavia, all'interno dei perossisomi c'è un enzima chiamato catalasi, che è responsabile della scomposizione del perossido di idrogeno per formare acqua o del suo utilizzo per ossidare altri composti.

La capacità di contenere queste reazioni al loro interno è strettamente correlata alle altre funzioni che questi organelli cellulari svolgono, poiché la degradazione metabolica di molte molecole implica la loro ossidazione.

Senza le reazioni ossidative dei perossisomi, l'accumulo di composti come gli acidi grassi a catena lunga, ad esempio, potrebbe causare danni considerevoli alle cellule nervose del cervello.

- Metabolismo energetico

I perossisomi partecipano alla produzione di ATP, che è la principale "moneta" energetica di una cellula.

Uno dei modi in cui lo fanno è scomporre gli acidi grassi (di cui sono fatti i grassi e molti lipidi), digerire l'etanolo (un tipo di alcol) e gli amminoacidi (i "mattoni" che compongono le proteine) e così via.

Nelle cellule animali, la maggior parte degli acidi grassi viene degradata nei mitocondri e una piccola parte viene elaborata nei perossisomi, ma nei lieviti e nelle piante questa funzione è praticamente esclusiva dei perossisomi.

- Biosintesi

I perossisomi funzionano anche nella produzione di molecole che fanno parte delle membrane cellulari. Queste molecole sono note come plasmallogeni e sono un tipo molto importante di lipidi per il cervello e le cellule cardiache (cuore) dell'uomo e di altri mammiferi.

Altri lipidi sintetizzati nei perossisomi e con la partecipazione del reticolo endoplasmatico (un altro organello cellulare molto importante) sono il colesterolo e il dolicolo, essenziali per il funzionamento delle cellule.

In molti animali mammiferi, ad esempio, i perossisomi delle cellule del fegato partecipano anche alla sintesi degli acidi biliari, che derivano dal colesterolo e sono molto necessari per la digestione dei grassi contenuti negli alimenti che vengono processati nello stomaco e quindi nell'intestino tenue.

Struttura

I perossisomi sono organelli membranosi, ma a differenza delle membrane viste in altri organelli come mitocondri e cloroplasti, ad esempio, hanno una singola membrana e non un sistema a doppia membrana.

Il suo aspetto non è costante, cioè può cambiare. Tuttavia, di solito sono organelli sferici che hanno un diametro medio compreso tra 0,2 e 1 μm, cioè un milionesimo di metro.

Diagramma di base della struttura di un perossisoma (Fonte: Thuresson / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) tramite Wikimedia Commons)

Quando questi non sono di forma sferica, allora possono essere visti come piccoli tubuli di diverse dimensioni, che sono collegati tra loro (sicuramente sono perossisomi in divisione).

Spesso hanno un centro o nucleo cristallino, che gli scienziati descrivono in questo modo da come lo guardano al microscopio, probabilmente come risultato dell'enorme quantità di proteine ​​al loro interno.

Biogenesi (origine)

Sebbene i perossisomi non contengano DNA all'interno, cioè non abbiano il proprio genoma, possono essere divisi per gemmazione o fissione.

Questo processo dipende dalla quantità di proteine ​​e materiali per costruire le nuove membrane che hanno a disposizione, che vengono "importate" dal citosol.

Chi partecipa?

Il reticolo endoplasmatico è responsabile sia della sintesi dei fosfolipidi che formano la membrana del perossisoma, sia della sintesi di alcune delle sue proteine, questa attraverso i suoi ribosomi associati.

I ribosomi (attualmente presenti nel citosol come "poliribosomi liberi") sono quelli che traducono la maggior parte delle proteine. Queste proteine ​​possono entrare all'interno dei perossisomi solo se hanno un'etichetta o un "marchio" speciale.

Senza questi segni, le proteine ​​non possono essere riconosciute da altre proteine ​​sulla membrana del perossisoma e quindi non possono passare.

Quindi, se i ribosomi attaccati al reticolo endoplasmatico ruvido (RER) e quelli che sono liberi nel citosol "inviano" materiale sufficiente ai perossisomi, possono dividersi in due.

Perossisomi nelle cellule animali

Le cellule animali hanno molti perossisomi e lisosomi, organelli simili che sono responsabili del "riciclaggio" di altri organelli e diversi tipi di molecole di diverse dimensioni.

Le cellule di alcuni animali (ma non quelle dell'uomo), ad esempio, hanno perossisomi in grado di abbattere l'acido urico, che è generalmente un rifiuto metabolico ricco di azoto, il cui accumulo nel sangue può avere effetti deleteri.

Funzioni "strane"

Oltre a tutte le funzioni sopra menzionate, i perossisomi svolgono funzioni molto particolari in alcuni animali. Le lucciole e altri insetti, ad esempio, usano un enzima nei perossisomi delle loro cellule per trovare compagni e, in alcuni casi, per localizzare il loro cibo.

Questo enzima è noto come luciferasi. Luciferase aiuta i maschi a produrre un brillante "lampo" di luce, che può essere verde o giallo, e che serve ad attrarre femmine della stessa specie.

La durata di ogni lampo e l'intervallo in cui compaiono è specifica per ogni specie, in modo che le femmine possano distinguere i maschi nel buio della notte. In alcune specie, anche la femmina produce un lampo e in altre emette una luce che attira il maschio a mangiarlo.

Perossisomi modificati

Proprio come le piante possiedono gliossisomi, che sono un tipo di perossisoma specializzato in una specifica via metabolica, alcune cellule animali possiedono perossisomi modificati.

I cinetoplastidi, un gruppo di parassiti che causano diverse malattie nell'uomo e in altri animali, hanno un tipo di "perossisoma modificato" noto come glicosoma.

I glicosomi ricevono questo nome perché contengono gli enzimi necessari per l'elaborazione del glucosio (enzimi glicolitici), così come altri enzimi che partecipano ad altre vie metaboliche per ottenere energia.

Perossisomi nelle cellule vegetali

Le cellule vegetali contengono anche perossisomi e questi hanno funzioni molto importanti per il funzionamento delle piante, oltre alle funzioni che sono condivise con quelle dei perossisomi di altri tipi di cellule.

- Ciclo gliossilato

Nei semi, ad esempio, i perossisomi delle loro cellule sono responsabili della conversione dei grassi immagazzinati in carboidrati, che sono la materia prima necessaria per lo sviluppo della piantina che germoglierà.

Il processo mediante il quale i perossisomi vegetali svolgono questa funzione è noto come ciclo gliossilato, che è considerato una variante del ciclo di Krebs, motivo per cui alcuni testi si riferiscono a questi perossisomi come gliossisomi.

- Fotorespirazione

Nelle piante, questi organelli sono anche coinvolti in un processo noto come fotorespirazione, che consiste in un percorso metabolico "contrario" alla fotosintesi, poiché l'ossigeno non viene prodotto, ma anzi viene consumato, e l'anidride carbonica viene rilasciata senza ottenere ATP. .

Nonostante quanto sopra, questo processo è anche noto come "recupero del carbonio", poiché i perossisomi ricevono dai cloroplasti (un altro organello delle cellule vegetali) un composto chimico chiamato glicolato, che convertono in un altro composto chiamato glicina (un amminoacido).

La glicina prodotta nei perossisomi vegetali viene trasportata ai mitocondri (l'organello in cui avviene la respirazione e la sintesi di grandi quantità di ATP). Nei mitocondri, questa glicina viene convertita in serina, un altro amminoacido, che viene restituito al perossisoma.

La serina, una volta nel perossisoma, viene convertita in glicerato e da lì viene nuovamente inviata al cloroplasto. Tutto questo processo non porta alla produzione di energia, ma porta all'uso degli atomi di carbonio che sono attaccati al glicolato.

Malattie perossisomiche

Esistono diversi tipi di "disturbi" legati ai perossisomi. Generalmente, questi disturbi hanno a che fare con mutazioni nei geni coinvolti nella biogenesi di questi organelli o, anche, in quei geni che codificano gli enzimi o le proteine ​​di trasporto.

Poiché hanno una componente genetica, questi disturbi sono solitamente congeniti (vengono ereditati dai genitori ai figli) che possono avere conseguenze moderate o gravi, a seconda dei casi.

Sindrome di Zellweger

Questa sindrome, sebbene rara, include alcune delle condizioni più gravi. È caratterizzato dalla completa assenza o da una notevole riduzione del numero di cromosomi nelle cellule del corpo.

Le mutazioni genetiche che provocano questa sindrome provocano anche l'accumulo di composti ricchi di elementi come ferro e rame, e di acidi grassi a catena molto lunga nel sangue e in altri tessuti come fegato, cervello e reni.

Quali sono le conseguenze?

I bambini piccoli affetti da questa sindrome nascono solitamente con deformità facciali (facciali) e alcune disabilità intellettive. Possono soffrire di problemi alla vista e all'udito, oltre a problemi gastrointestinali e al fegato, quindi di solito non vivono più di un anno.

Altre sindromi correlate

Esistono altre malattie legate a difetti nei perossisomi. Questi includono l'adrenoleucodistrofia neonatale (NALD, adrenoleucodistrofia neonatale) e la malattia di Refsum infantile.

Entrambe le malattie sono caratterizzate dall'insorgenza tardiva dei sintomi, che di solito si osservano durante l'infanzia, in modo che i pazienti possano sopravvivere fino alla prima età adulta.

Riferimenti

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