ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11. Βιοενεργητική & Μεταβολισµός: Μιτοχόνδρια, Χλωροπλάστες & Υπεροξειδιοσώµατα

Transcript

1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11 Βιοενεργητική & Μεταβολισµός: Μιτοχόνδρια, Χλωροπλάστες & Υπεροξειδιοσώµατα Τα ΥΠΕΡΟΞΕΙΔΙΟΣΩΜΑΤΑ Μέρος Ε

2 ΤΑ ΒΑΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΥΠΕΡΟΞΕΙΔΙΟΣΩΜΑΤΩΝ - Περιέχουν ένζυµα για ποικίλες µεταβολικές αντιδράσεις (Οργανιδια µεταβολισµού) - Φέρουν µία εξωτερική µεµβράνη - Είναι κυτταρικά οργανίδια µικρότερα των µιτοχονδρίων - Τα περισσότερα ανθρώπινα κύτταρα περιέχουν ~500 υπεροξειδιοσώµατα - Δεν διαθέτουν δικό τους γονιδίωµα: οι πρωτεϊνες τους κωδικοποιούνται από το πυρήνα - Οι πρωτεϊνες τους ονοµάζονται Υπεροξίνες: π.χ υπεροξίνη 1 (Pex1), υπεροξίνη 2 (Pex2) κλπ - Οι περισσότερες υπεροξίνες συντίθενται σε ελεύθερα ριβοσώµατα, που εισάγονται στο οργανίδιο ως πλήρεις πολυπεπτικές αλυσίδες, όπως οι µιτοχονδριακές στα µιτοχόνδρια - Το ανθρώπινο γονιδίωµα έχει ~85 γονίδια υπεροξινών. Τα περισσότερα κωδικοποιούν για µεταβολικά ένζυµα - Πολλαπλασιάζονται µε απλή διαίρεση όπως τα µιτοχόνδρια και αναγεννώνται ακόµη και αν έχουν εξαφανισθεί τελείως από το κύτταρο - Σε αντίθεση µε τις µιτοχονδριακές πρωτεϊνες (ενδοσυµβιωτικής προέλευσης), οι υπεροξίνες είναι ΤΥΠΙΚΕΣ ευκαρυωτικές πρωτεϊνες

3 Η ΔΟΜΗ ΤΟΥ ΥΠΕΡΟΞΕΙΔΙΟΣΩΜΑΤΟΣ - Τα υπεροξειδιοσώµατα εντοπίζονται στο κυτταρόπλασµα & είναι µικρότερα των µιτοχονδρίων Φωτογραφία ηλεκτρονικού µικροσκοπίου -Υπεροξειδιοσώµατα σε ηπατικό κύτταρο ποντικού. -Τα βέλη στις συµπαγείς/µαύρες περιοχές δείχνουν κρυστάλλους του ενζύµου της ουρικής οξειδάσης

4 ΟΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΤΩΝ ΥΠΕΡΟΞΕΙΔΙΟΣΩΜΑΤΩΝ - Τα υπεροξειδιοσώµατα περιέχουν >50 διαφορετικά ένζυµα που συµµετέχουν σε ποικίλα βιοχηµικά µονοπάτια, υπάρχουν σε διαφορετικούς κυτταρικούς τύπους πραγµατοποιώντας: 1. Oξειδωτικές αντιδράσεις παραγωγής Η 2 Ο 2 : ιδιαίτερα από λιπαρά οξέα που είναι βασική πηγή µεταβολικής ενέργειας - Επειδή το Η 2 Ο 2 είναι καταστροφικό και προκαλεί: π.χ κυτταρικό θάνατο ή θραύση DNA µε παραγωγή µεταλλάξεων, τα υπεροξειδιοσωµάτια περιέχουν Kαταλάση µε κύριο ρόλο: α. στην αποικοδόµηση Η 2 Ο 2 προς Η 2 Ο & β. στη αποικοδόµηση του Η 2 Ο 2, µέσω οξείδωσης άλλων οργανικών ενώσεων π.χ: ουρικού οξέος, αµινοξέων, πουρινών κλπ, παράγοντας Η 2 Ο Παραγωγή Η 2 Ο 2 από οξείδωση λιπαρού οξέος Α. Αποικοδόµηση Η 2 Ο 2 Β. Αποικοδόµηση Η 2 Ο 2 µέσω οξείδωσης οργανικής ουσίας

5 2. Συµµετέχουν όµως και σε Βιοσύνθεση Λιπιδίων & του αµινοξέος λυσίνη Α. Στα ΖΩΪΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ: 3. Στα υπεροξειδιοσώµατα των ζωϊκών κυττάρων, όπως στο Ε.Δ, συντίθενται: η δολιχόλη και η χοληστερόλη (απαραίτητο λιπίδιο των κυτταρικών µεµβρανών) 4. Στο ήπαρ, συµµετέχουν στη σύνθεση χολικών οξέων που παράγονται από χοληστερόλη 5. Περιέχουν ένζυµα για την σύνθεση των πλασµαλογόνων, µία οικογένεια ΦΩΣΦΟΛΙΠΙΔΙΩΝ αιθερικός εστερικός Βασική δοµή πλασµαλογόνων: η µία αλυσίδα συνδέεται µε γλυκερόλη µε εστερικό και η άλλη µε αιθερικό δεσµό *Ο ρόλος των υπεροξειδιοσωµάτων είναι κρίσιµος, καθώς τα πλασµαλογόνα αποτελούν συστατικά σηµαντικών ιστών όπως της καρδιάς και του εγκεφάλου, ενώ απουσιάζουν από άλλους ΣΥΝΟΛΙΚΑ: τα υπεροξειδιοσώµατα κάνουν διαφορετικές βιοχηµικές αντιδράσεις σε διάφορους ιστούς, χωρίς να είναι γνωστό αν υποπληθυσµοί τους ειδικεύονται σε συγκεκριµµένες λειτουργίες

6 Β. Στα ΦΥΤΑ παίζουν 2 σηµαντικούς ρόλους : 6α. Στα σπέρµατα των φυτών τα υπεροξειδιοσώµατα ευθύνονται για την µετατροπή των αποθηκευµένων λιπαρών οξέων πρός υδατάνθρακες, µέσω του κύκλου του γλυοξυλικού οξέος 1 ο ΚΥΚΛΟΣ του ΓλΥΟΞΥΛΙΚΟΥ ΟΞΕΟΣ: -είναι µία παραλλαγή του κύκλου του Krebs 2 ο ακετυλο-coa -η µετατροπή ηλεκτρικού από ισοκιτρικό παράγει Γλυοξυλικό *τα υπεροξειδιοσώµατα των φυτών ονοµάζονται ΓΛΥΟΞΥΣΩΜΑΤΑ = υπάρχουν µόνο στον κύκλο Krebs **η βιολογική σηµασία τους είναι µεγάλη για την παροχή ενέργειας (γλυκόζη) στην ανάπτυξη του φυτού κατά την βλάστηση 6β. Τα υπεροξειδιοσώµατα των φύλλων συµµετέχουν στην Φωτοαναπνοή, µία διεργασία της φωτοσύνθεσης (ΔΕΝ αφορά την Ιατρική)

7 1. Η ΣΥΝΑΡΜΟΛΟΓΗΣΗ ΤΩΝ ΥΠΕΡΟΞΕΙΔΙΟΣΩΜΑΤΩΝ -Η συναρµολόγηση των υπεροξειδιοσωµάτων αρχίζει στο αδρό ΕR, ενώ οι υπεροξίνες συντίθενται σε ελεύθερα ριβοσώµατα του κυτταροπλάσµατος και µετά εισάγονται στο οργανίδιο Η συναρµολόγηση αρχίζει µε τις Pex3 & Pex19: -η Pex3 είναι διαµεµβρανική εκβλάστηση κυστιδίων -η Pex19 απαντά στο κυτταρόπλασµα και είναι φαρνεσυλιωµένη (δηλ. απαραίτητη µετατροπή για προσκόλληση στη µεµβράνη) -η Pex3 «στρατολογεί» τη Pex19 προκαλώντας εκβλάστηση κυστιδίων -τα κυστίδια συντήκονται µε ήδη υπάρχοντα κυστίδια και µετά πολλαπλασιάζονται Σε µεταγενέστερο ΣΤΑΔΙΟ -οι Pex3, Pex19 & άλλες µεµβρανικές πρωτεϊνες δρούν ως πρωτεϊνικοί υποδοχείς µεταφοράς & -µέσω των υποδοχέων αυτών εισάγονται στο οργανίδιο οι υπόλοιπες πρωτεϊνες, από το κυτταρόπλασµα

8 2. Η ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ στα ΥΠΕΡΟΞΕΙΔΙΟΣΩΜΑΤΑ - Ι -οι υπεροξίνες συντίθενται σε ελεύθερα ριβοσώµατα του κυτταροπλάσµατος και µεταφέρονται ως πλήρη & αναδιπλωµένα πολυπεπτίδια στο υπεροξειδιόσωµα, µε δύο µονοπάτια µεταφοράς: Τα 2 µονοπάτια µεταφοράς των υπεροξινών: 1. η εισαγωγή των περισσότερων γίνεται µέσω της ακολουθίας Ser-Lys-Leu ή Σήµα Υπεροξειδιοσωµατικής Στόχευσης PTS1 (Peroxisome Targeting Signal 1) 2. η εισαγωγή ενός µικρότερου αριθµού γίνεται µέσω αµινοτελικής ακολουθίας 9 αµινοξέων ή Σήµα Υπεροξειδιοσωµατικής Στόχευσης PTS2 (Peroxisome Targeting Signal 2)

9 2. Η ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ στα ΥΠΕΡΟΞΕΙΔΙΟΣΩΜΑΤΑ - ΙΙ Κατά τη µεταφορά των υπεροξινών: α. τα σήµατα PTS1 & PTS2 αναγνωρίζονται από ΕΙΔΙΚΟΥΣ ΥΠΟΔΟΧΕΙΣ του κυτταροπλάσµατος β. οι υπεροξίνες οδηγούνται σε ΔΙΑΥΛΟ της µεµβράνης και εισάγονται στο στρώµα του οργανιδίου γ. οι υποδοχείς επαναφέρονται από το υπεροξειδιόσωµα στο κυτταρόπλασµα & ΑΝΑΚΥΚΛΩΝΟΝΤΑΙ δ. σε αντίθεση µε την µετατόπιση πρωτεϊνών µέσα από τις µεµβράνες του ER και του µιτοχονδρίου: τα σήµατα στόχευσης ΔΕΝ ΑΠΟΚΟΠΤΟΝΤΑΙ µετά την εισαγωγή τους στο υπεροξειδιόσωµα

10 ΥΠΕΡΟΞΕΙΔΙΟΣΩΜΑΤΑ & ΙΑΤΡΙΚΗ -ο µεταβολικός ρόλος των υπεροξειδιοσωµάτων στο κύτταρο, συνδέεται και µε τον αριθµό τους -ο αριθµός των αυξάνεται µε την εισαγωγή πρωτεϊνών & λιπιδίων ή µετά από διαίρεση παλιών - τα υπεροξειδιοσώµατα είναι λειτουργικά & ωριµάζουν: µετά την εισαγωγή διαφορετικών κατηγοριών πρωτεϊνών & σε διαφορετικά χρονικά στάδια Έτσι, το ενζυµικό περιεχόµενο και η µεταβολική δραστηριότητα των υπεροξειδιοσωµάτων µεταβάλλεται καθώς ωριµάζουν ΜΕΤΑΛΛΑΞΕΙΣ υπεροξινών συνδέονται µε σοβαρές ανθρώπινες ασθένειες που οφείλονται: Είτε: α. στην έλλειψη ενός υπεροξειδιοσωµατικού ενζύµου ή β. στην στόχευση των µονοπατιών PTS1 ή PTS2. Έτσι πολλά ένζυµα δεν εισέρχονται στο οργανίδιο & παραµένουν στο κυτταρόπλασµα. Παράδειγµα στόχευσης: Το σύνδροµο Zellweger 1. ο χρόνος ζωής του ασθενούς είναι ~ 10 έτη 2. συνδέεται µε ~ 10 γονιδιακές µεταλλάξεις που επηρρεάζουν την εισαγωγή υπεροξινών στο υπεροξειδιόσωµα 3. Μία τέτοια µετάλλαξη αφορά το γονίδιο που κωδικοποιεί τον υποδοχέα του PTS1

11 Η ΥΛΗ για τις Εξετάσεις: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 11 - σελ &