Tema 8: Peroxisomas
1. Concepto
Son orgánulos similares a los lisosomas pero el contenido es diferente. En lugar de tener hidrolasas presenta urato oxidasa y catalasa (catalasa metabolismo peróxido de H → peroxisomas).
Su estructura es una vesícula rodeada de una membrana y con una matriz granular.
En su interior aparecen, en ocasiones, presentan estructuras cristalinas que son depósitos de urato oxidasa en animales y de catalasa en vegetales.
Caracterizados químicamente mediante bencidina.
Son muy heterogéneos y el número es muy variable. El hígado y el riñón presentan más peroxisomas.
2. Composición química
La membrana peroxisomal es altamente permeable, debido a su bajo contenido en colesterol. Esta característica permite el libre paso de los sustratos hacia las enzimas del interior y evita el fenómeno de latencia enzimática. En la membrana se localizan diversas proteínas: algunas para la biogénesis, otras directamente funcionales.
Por su parte, la matriz peroxisomal presenta un contenido heterogéneo, constituido por un amplio conjunto de enzimas oxidativas (50 tipos), aunque pueden no tenerlas todas. La catalasa, sin embargo, está presente de forma constante y degrada el peróxido de hidrógeno (H₂O₂) y los radicales derivados, convirtiéndolos en agua y oxígeno.
Actúan como sistemas reguladores de esta sustancia dentro de la célula, equilibrando su concentración y evitando el daño oxidativo.
Además, la mayoría contienen las enzimas de la β-oxidación de los ácidos grasos (c. mamíferos → mitocondrias y peroxisomas).
En las semillas se encuentran los glioxisomas, peroxisomas especializados que contienen las enzimas del ciclo del ácido glioxílico, mediante el cual los lípidos se convierten en carbohidratos durante la germinación.
Por último, algunos peroxisomas también pueden contener luciferasa, una enzima responsable de la reacción luminiscente característica de las luciérnagas.
3. Funciones
Con este equipo enzimático, se divide los peroxisomas en tres funciones:
1. Metabolismo del agua oxigenada:
No es exclusivo, también ocurren estas reacciones fuera del peroxisoma.
2. Regulación de O2:
El oxígeno, al ser muy oxidante, es altamente perjudicial si no se utiliza rápidamente. Los peroxisomas fueron el primer orgánulo en utilizar el O2. Pero es una reacción que no produce energía hasta que llegaron las mitocondrias que eran más eficientes. Si baja el nivel de O2 sólo lo utilizan las mitocondrias al contrario que si el nivel aumenta donde parte es utilizado por los peroxisomas.
3. Eliminación de tóxicos:
Como etanol, formol… que son utilizados por los peroxisomas. Actúan como detoxificadores, por lo que las células que más peroxisomas tienen son el hígado, el riñón...
4. Metabolismo lipídico:
En los peroxisomas se localizan enzimas de la ß-oxidación de los ácidos grasos y en muchos tipos celulares es el principal sitio de oxidación de ácidos grasos (más de 20 C).
En animales los ácidos grasos se degradan por ß-oxidación hasta cadenas de menos de 16 C, que normalmente son oxidados en la mitocondria.
5. Metabolismo bases nitrogenadas:
La urato oxidasa o uricasa es una enzima que cataliza la oxidación del ácido úrico a alantoína y dióxido de carbono (CO₂). Esta reacción forma parte del proceso de degradación de los ácidos nucleicos. Sin embargo, en los humanos y los grandes simios no presentan uricasa, por lo que esta reacción no ocurre. Como consecuencia, el ácido úrico no puede degradarse completamente y se acumula en la sangre, lo que en concentraciones elevadas puede originar la enfermedad de la gota.
6. Metabolismo de carbohidratos:
Los glioxisomas producen carbohidratos a partir de lípidos. Se piensa que los peroxisomas han perdido su función original, la regulación de O2 y han pasado a tener otras funciones. La mayoría de las reacciones no son exclusivas de los peroxisomas.
4. Biogénesis peroxisomal
Las proteínas que intervienen en la biogénesis de los peroxisomas son denominadas:
Peroxinas (PEX): solubles en el citoplasma y son proteínas integrales que forman parte de la membrana.
Proteínas de la membrana del peroxisoma: denominadas genéricamente PMP, son dirigidas a la membrana mediante secuenicas mPTS.
Proteínas de la matriz peroxisomas: están dentro del peroxisoma, y tienen una señal PTS. Son similares a las del caso anterior pero sin estar en la membrana.
Los peroxisomas pueden originarse por dos métodos:
Pueden formarse de novo a partir de vesículas que se desprenden tanto del RE como de las mitocondrias.
En las mitocondrias se acumulan ciertas proteínas integrales, y se generan vesículas que contienen peroxinas (Pex). Estas vesículas se fusionan con las que se originan en el RE, dando lugar a una vesícula preperoxisómica.
Posteriormente, se incorporan diferentes proteínas procedentes del citoplasma: algunas para la membrana y otras a la matriz. En ambos casos, la dirección correcta depende de la señal presente en cada proteína (mPTS para proteínas de membrana, y PTS para proteínas de matriz).
Las de la membrana con señal PTS se asocian con una peroxina que es soluble y traspasa las proteínas integrales.
También pueden formarse nuevos peroxisomas a partir de la división de peroxisomas preexistentes. Estos peroxisomas recién formados deben incorporar proteínas integrales de membrana y proteínas de la matriz procedentes del citoplasma.
La maquinaria molecular que interviene en la división de los peroxisomas es similar a la utilizada por las mitocondrias.
En condiciones normales, los peroxisomas tienden a multiplicarse por división. Se usa el otro método cuando la célula carece de peroxisomas o necesita incrementar significativamente su número.
