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TEMA 16 Peroxisomas. Heterogeneidad funcional y estructural. Funciones y origen. Son unos orgánulos que tienen una relación funcional con mitocondrias y cloroplastos, pero tienen diferencias estructurales con respecto a ellos. Los peroxisomas tienen una membrana única, es decir, sin doble membrana. Tampoco poseen material genético, por lo tanto, todos los componentes de los peroxisomas estarían codificadas en el núcleo. Estos orgánulos reciben el nombre porque en ellos se catalizan diversas reacciones que generan y consumen peróxido de hidrógeno (agua oxigenada). Por tanto, podemos considerar a estos orgánulos como unos sacos enzimáticos donde la célula aparta la mayor parte de las reacciones que tienen que ver por el peróxido de hidrógeno. Por lo tanto, en los peroxisomas vamos a encontrar un gran número de enzimas oxidasas que en su mecanismo de reacción oxidan sustratos orgánicos y generan peróxido de hidrógeno; y encontramos también catalasas que es una enzima que consume el peróxido de hidrógeno. Estas enzimas están a concentraciones a veces tan elevadas que forman estructuras cristalinas, llamadas cristaloide. Los peroxisomas se encuentran en todas las células eucariotas, tanto en animales como en plantas. Tienen una función común en la beta-oxidación de los ácidos grasos. Esta función es única en el caso de las células animales; mientras que en las células animales la beta-oxidación de los ácidos grasos se lleva a cabo tanto en los peroxisomas como en las mitocondrias. En el caso de las células vegetales encontramos sobre todo 2 tipos de peroxisomas: 1. En el mesófilo de las hojas (tejido fotosintético): también llevan a cabo la función de la fotorrespiración.

2. En las semillas oleaginosas están especializados en realizar el ciclo del glioxilato. Este ciclo permite sintetizar carbohidratos a partir de grasas. Y esta función específica que tienen los peroxisomas de las semillas oleaginosas les da un nombre especial que es el de glioxisomas, que no dejan de ser unos peroxisomas especializados.

La función específica de los peroxisomas en las células animales es la síntesis de plasmalógenos, que es el principal fosfolípido de la vaina de mielina. En la

enfermedades relacionadas con fallos en los peroxisomas en los animales suelen ser con síntomas neurológicos por déficit de la producción de vainas de mielina. Los peroxisomas animales son muy abundantes en tejidos, como el nervioso, pero sobre todo en hígado y riñón, donde tienen funciones de oxidación de distintos sustratos orgánicos. Biogénesis de los peroxisomas Se relacionan con el citosol mediante un transporte unidireccional. Los peroxisomas se generan tanto en relación con el RE como con el citosol. De hecho, en la siguiente imagen, la biogénesis de los peroxisomas ha pasado por distintas fases. - Modelo de crecimiento y división: postulaba que los peroxisomas, al igual que las mitocondrias y cloroplastos, serían orgánulos que solo se producen a partir de peroxisomas preexistentes. Pero este modelo hoy día no se considera totalmente cierto.

La biogénesis del peroxisomas y la ubicación en la célula se explicaría por este modelo semiautónomo, pero relacionado con el RE. La siguiente imagen explica este modelo.

Según este modelo, los peroxisomas se pueden dividir y generar peroxisomas hijos, que incorporan proteínas desde el citosol que tienen secuencias señales específicas. Pero existe un flujo de vesículas desde regiones especializadas del retículo, un

compartimento intermediario (ERPIC), que provee a los peroxisomas de los componentes de membrana. En esta ruta también hay algunas proteínas que se incorporan en el peroxisoma a través de dos vías: 1. Proteínas citosólicas que tienen señales específicas: se incorporan al peroxisoma mediante un transporte transmembrana. 2. Proteínas sin estas señales que llegan al peroxisoma junto con las vesículas provenientes del RE. Esas vesículas llevan también los lípidos de membranas. Por tanto, el peroxisoma es un punto de convergencia de dos rutas: una que proviene del RE y otra que proviene del citosol. Este mecanismo, en el caso de animales, podría producir peroxisomas de novo. En esto hay una diferencia con mitocondrias y cloroplastos porque ellos no se pueden producir de novo.

Esto se ha demostrado en unos experimentos muy sencillos en los cuales se estudian células mutantes en un tipo de proteínas, que son las proteínas que median la traslocación de proteínas al peroxisoma, llamadas peroxinas. Si cultivamos estas células mutantes durante un tiempo, llega un momento en el que se quedan sin peroxisomas. El experimento consiste en infectar estas células con un plásmido en el cual insertamos la peroxina que falta y se ve que recupera los peroxisomas. Este experimento demuestra que lasa células pueden producir peroxisomas de novo.

Mecanismo de incorporación de proteínas peroxisomales

Existen un gran número de proteínas implicadas en regular y llevar a cabo el transporte de proteínas peroxisomales desde el citosol hasta el interior de los peroxisomas. Estas proteínas son llamadas peroxinas. En la siguiente imagen las peroxinas se muestran como “PEX” seguido de un número.

Pero ¿qué identifica a las proteínas peroxisomales?

Estas proteínas son proteínas que se sintetizan como proteínas citosólicas, es decir, se producen en ribosomas citosólicos, y que tienen secuencias señales de destino peroxisomal. Existen 2 tipos de secuencias de destino peroxisomal (PTS, Peroxisomal Targeting Signal): -

PTS1: es la más característica. Es un tripéptido localizado en posición carboxilo terminal (final de la proteína). Se conoce como péptido SKL (serina- lisinaleucina). Este péptido SKL se reconoce por una peroxina que actúa como receptor citoplásmico llamada PEX5, que es el receptor de PTS1.

-

PTS2: esta señal es reconocida por PEX7 que se encuentra en el extremo amino terminal. Es una señal más compleja, es un nonapéptido, es decir 9 aminoácidos que son R(L/I/Q) X5HL. o R: arginina. o L: leucina, o I: isoleucina o Q: glutamina. o X: 5 aa cualquiera. o H: histidina. o L: leucina.

Como se aprecia en el esquema, existen muchas más peroxinas que cumplen otras funciones en el transporte de proteínas al interior del peroxisoma: por ejemplo, PEX5, que hemos dicho que actúa como receptor, actúa como lanzadera porque se puede integrar en la membrana del peroxisoma interaccionando con otras peroxinas y formando así un canal transmembrana por el cual se pueden incluir las proteínas al interior de los peroxisomas. Este transporte se produce frecuentemente por proteínas plegadas. Enfermedades caracterizadas por defecto en los peroxisomas Estas enfermedades se conocen como enfermedades peroxisomales. En animales, hay una función fundamental de los peroxisomas que es la producción del plasmalógenos, que es un componente esencial de las vainas de mielina, por tanto, estas enfermedades son neurológicas. Una mutación en PEX2 produce una enfermedad llamada síndrome de Zellweger que produce peroxisomas vacíos. Hay un déficit generalizado en la incorporación de proteínas al peroxisoma. Eso produce anormalidades severas en cerebro, hígado y riñones. Los niños con esta enfermedad mueren poco después del nacimiento. Hay otra enfermedad mucho menos severa que la mutación en PEX2, que es la mutación en PEX7. En este caso hay un déficit en la incorporación de algunas proteínas peroxisomales, pero no de todas. No estan grave porque la señal más importante de incorporación de proteínas al peroxisoma es PTS1....