Просмотр кода страницы Пероксисома

[[Файл:Peroxisome.svg|thumb|310px|Схема строения пероксисомы. Показана  ограничивающая органеллу мембрана (жёлто-зелёная) и кристаллоподобное ядро (фиолетовое)]]
'''Пероксисо́ма''' — [[Клетка (биология)|клеточная]] [[органелла]], окружённая единственной [[Биологические мембраны|мембраной]] и не содержащая [[ДНК]] и [[Рибосома|рибосом]] (в отличие от [[Митохондрия|митохондрий]] и [[хлоропласт]]ов). Пероксисомы присутствуют во всех [[Эукариоты|эукариотических]] клетках. Они содержат [[фермент]]ы, которые при помощи молекулярного [[кислород]]а окисляют некоторые органические вещества. В пероксисомах также происходит [[Бета-окисление|β-окисление]] [[Жирные кислоты|жирных кислот]]. В них также протекают первые этапы образования [[Плазмалогены|плазмалогенов]]. У [[Растения|растений]] пероксисомы клеток листьев участвуют в процессе [[фотодыхание|фотодыхания]]. Импорт [[Белок|белков]] в пероксисомы происходит при участии короткой [[Сигнальный пептид|сигнальной последовательности]].

== История изучения ==
Как отдельная структура пероксисома впервые была описана в 1954 году Йоханнесом Родином ({{lang-sv|Johannes A. G. Rhodin}}) в клетках [[Почка (анатомия)|почки]] [[мыши]]. Эти структуры были окружены одной мембраной и содержали хорошо выраженный гранулярный матрикс. Из-за малого размера и неопределённого облика исследователь назвал их «микротельцами». В 1960 году и позднее [[де Дюв, Кристиан Рене|Кристианом де Дювом]] ({{lang-fr|Christian René de Duve}}) с соавторами было показано, что пероксисомы содержат такие [[ферменты]], как [[уратоксидаза]], [[каталаза]], [[оксидаза D-аминокислот]]. Оказалось, что в пероксисомах молекулярный кислород под действием оксидазы превращается в [[пероксид водорода]], который каталаза разлагает на воду и кислород. Это открытие позволило де Дюву назвать эту органеллу «пероксисомой». Параллельно другая группа исследователей во главе с {{нп5|Биверс, Гарри|Гарри Биверсом||Harry Beevers}} ({{lang-en|Harry Beevers}}) показала, что [[глиоксилатный цикл]] в прорастающих [[Семя|семенах]] протекает в неизвестных доселе [[цитоплазма]]тических частицах, которые они назвали «[[глиоксисома]]ми». Глиоксисомы по своим свойствам очень напоминали пероксисомы. Было установлено, что в глиоксисомах также протекает β-окисление жирных кислот. Позднее было открыто, что этот процесс происходит и в пероксисомах [[Печень|печени]] [[крысы]]{{sfn|Brocard et al.|2014|p=3—4}}. В настоящее время глиоксисомы считают видоизменёнными пероксисомами{{sfn|Нельсон, Кокс|2014|с=213}}.

== Морфология и локализация ==
[[File:Peroxisome in rat neonatal cardiomyocyte.jpg|thumb|Пероксисомы в кардиомиоците крысы]]
Пероксисомы представляют собой небольшие мембранные пузырьки размером 0,3—1,5 [[мкм]], содержащие внутри гранулярный матрикс. В центре матрикса находится сердцевина, или нуклеоид. В этой зоне нередко (особенно в печёночных клетках) видны кристаллоподобные структуры, состоящие из регулярных фибрилл, или трубочек{{sfn|Ченцов|2005|с=320}}. 

Пероксисомы присутствуют во всех эукариотических клетках{{sfn|Альбертс и др.|2013|с=1107}}. Размер, количество и белковый состав пероксисом различен в клетках различных [[Ткань (биология)|тканей]], а также может меняться под действием внешнего стимула{{sfn|Brocard et al.|2014|p=4}}. Например, у [[дрожжи|дрожжей]], растущих на [[сахар]]е, пероксисомы маленькие. Однако у дрожжей, растущих на [[метанол]]е, имеются крупные пероксисомы, окисляющие метанол. Если дрожжи выращиваются на жирных кислотах, то они имеют большие пероксисомы, в которых интенсивно протекает β-окисление жирных кислот{{sfn|Альбертс и др.|2013|с=1108—1109}}. У высших [[Позвоночные|позвоночных]] [[Животные|животных]] особенно богаты пероксисомами клетки печени и почек. Так, каждый гепатоцит крысы содержит от 70 до 100 пероксисом{{sfn|Ченцов|2005|с=321}}.

== Функции ==
Функции пероксисом чрезвычайно разнообразны в разных группах организмов. Однако практически у всех видов пероксисомы содержат фермент каталазу, а также ферменты β-окисления жирных кислот{{sfn|Brocard et al.|2014|p=4}}. Ниже рассмотрены известные функции пероксисом.

=== Окисление органических веществ ===
В пероксисоме обычно присутствуют ферменты, использующие [[Молекулы|молекулярный]] кислород для отщепления [[атом]]ов водорода от некоторых органических субстратов (<math>\mathrm{R}</math>) с образованием пероксида водорода (<math>\mathrm{H_2O_2}</math>):
: <math>\mathrm{RH_2 + O_2 \rightarrow R + H_2O_2}</math>{{sfn|Альбертс и др.|2013|с=1108}}.
К числу таких ферментов можно отнести различные оксидазы: уратоксидаза, оксидаза D-аминокислот{{sfn|Ченцов|2005|с=321}}.

Каталаза использует образующуюся <math>\mathrm{H_2O_2}</math> для окисления множества субстратов, например, [[фенол]]ов, [[муравьиная кислота|муравьиной кислоты]], [[этанол]]а и [[формальдегид]]а:
: <math>\mathrm{H_2O_2 + R'H_2 \rightarrow R' + 2H_2O}</math>.
С помощью этой реакции в печени и почках происходит обезвреживание различных ядовитых веществ, находящихся в кровотоке. Около 25 % потребляемого этанола пероксисомы окисляют до [[ацетальдегид]]а{{sfn|Альбертс и др.|2013|с=1108}}.

Когда в клетке накапливается слишком много пероксида водорода, каталаза переводит его в воду в следующей реакции:
: <math>\mathrm{2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2}</math>{{sfn|Альбертс и др.|2013|с=1108}}.

=== Окисление жирных кислот ===
{{Основная статья|Бета-окисление}}
{{Основная статья|Альфа-окисление}}
В пероксисомах всех организмов протекает β-окисление жирных кислот. На каждом этапе этого процесса алкильная цепь жирной кислоты укорачивается на два атома [[углерод]]а с высвобождением [[ацетил-КоА]]. Далее пероксисомы экспортируют его в [[цитозоль]]. У [[Млекопитающие|млекопитающих]] β-окисление протекает не только в пероксисомах, но и в митохондриях, однако у [[Дрожжи|дрожжей]] и растений этот процесс проходит только в пероксисомах{{sfn|Альбертс и др.|2013|с=1108}}.

В пероксисомах также протекает [[Альфа-окисление|α-окисление]] жирных кислот, которые не могут подвергаться β-окислению из-за наличия метильной группы у β-атома углерода{{sfn|Нельсон, Кокс|2014|с=250}}.

=== Другие функции ===
[[Файл:Glyoxysome.jpg|мини|left|Глиоксисома]]
У животных в пероксисомах протекают первые реакции биосинтеза плазмалогенов — самых распространённых [[фосфолипид]]ов [[миелин]]а{{sfn|Альбертс и др.|2013|с=1108}}. Широко обсуждается роль пероксисом в [[биосинтез]]е [[Изопреноиды|изопреноидов]] и [[холестерин]]а у животных<ref name="rev">{{cite pmid|16756494}}</ref>.

На пероксисомы приходится около 10 % активности двух ферментов [[Пентозофосфатный путь|пентозофосфатного пути]]: [[Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа|глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы]] и {{нп5|6-фосфоглюконатдегидрогеназа|6-фосфоглюконатдегидрогеназы|en|Phosphogluconate dehydrogenase}}, которые, как предполагается, по мере нужды пополняют пул [[НАДФ|NADPH]] вне пероксисомы<ref name="rev" />.

Показано, что в пероксисомах локализуется белок NDR2 — {{нп5|серин/треониновая киназа||en|Serine/threonine-specific protein kinase}}, участвующая в развитии [[Ресница|ресниц]]<ref>{{cite pmid|28122914}}</ref>.

Предполагается, что пероксисомы играют важную роль в регуляции системного [[Воспаление|воспаления]], однако функциональная роль этих органелл в воспалительном ответе, который опосредован миелоидными [[Иммунная система|иммунными]] клетками, в значительной мере неизвестна<ref>{{cite pmid|28179495}}</ref>. 

В листьях растений пероксисомы участвуют в процессе [[фотодыхание|фотодыхания]]. Этот процесс является следствием недостаточной специфичности главного фермента, фиксирующего углекислоту, — [[рубиско]], который может связываться не только с углекислым газом, но и с кислородом. При взаимодействии кислорода с [[рибулозо-1,5-бисфосфат]]ом под действием рубиско образуется [[3-фосфоглицерат]] и [[2-фосфогликолат]]. Фотодыхание убыточно для клетки, так как [[Фиксация углерода|фиксации углекислого газа]] при этом не происходит, но образуется 2-фосфогликолат, усвоение которого для клетки энергетически невыгодно{{sfn|Нельсон, Кокс|2014|с=420}}. Кроме того, в пероксисомах образуется ряд растительных [[гормон]]ов<ref>{{cite pmid|28145408}}</ref>.

У растений и некоторых других организмов в видоизменённых пероксисомах — глиоксисомах — заключены ферменты глиоксилатного пути. В ходе этого процесса ацетил-КоА, образующийся при окислении [[жир]]ов (например, запасённых в семени) превращается в глиоксисоме в четырёхуглеродное промежуточное соединение [[Цикл Кребса|цикла лимонной кислоты]] — [[Янтарная кислота|сукцинат]], которое выводится в цитозоль и далее используется для синтеза сахаров{{sfn|Нельсон, Кокс|2014|с=212—213}}.

У некоторых [[Простейшие|простейших]] (например, [[Трипаносомы|трипаносом]]) имеется особая мембраносвязанная органелла, содержащая ферменты [[гликолиз]]а — [[гликосома]]. Предполагается, что она происходит от пероксисомы<ref>{{cite pmid|15255886}}</ref>.

У некоторых грибов, таких как ''[[Aspergillus nidulans]]'' и ''[[Penicillium chrysogenum]]'' последний этап биосинтеза [[пенициллин]]а происходит в пероксисомах. У ''A. nidulans'' и ''[[Aspergillus fumigatus|A. fumigatus]]'' пероксисомы задействованы в синтезе {{нп5|Сидерофоры|сидерофоров|en|Siderophore}}. Кроме того, [[Тельце Воронина|тельца Воронина]] [[Сумчатые грибы|сумчатых грибов]], служащие для закупорки пор повреждённых клеток и отделяющие их от нормальных клеток, являются видоизменёнными пероксисомами<ref>{{книга |автор=Камзолкина О. В., Дунаевский Я. Е. |заглавие = Биология грибной клетки |место=М. |издательство=Товарищество научных изданий КМК |год=2015 |страниц = 239 |страницы=130—131, 135 |isbn=978-5-9906564-1-3|ref=}}</ref>.

== Импорт белков ==
Поскольку пероксисомы не содержат собственной ДНК и рибосом, все их белки должны импортироваться внутрь пероксисом из цитозоля. Некоторые белки пероксисом направляются в них с участием [[C-конец|С-концевого]] сигнала пероксисомального адресования (PTS1). Последовательности PTS1 гораздо короче, чем сигналы импорта других органелл, и часто состоят всего из трёх [[Аминокислоты|аминокислотных]] остатков. Каноническая последовательность PTS1 содержит [[серин]], [[цистеин]] или [[аланин]], после которого идёт остаток основной аминокислоты, а затем [[лейцин]]. Наличие дополнительных аминокислот вне PTS1 может усиливать адресный сигнал, особенно если последовательность PTS1 сильно отличается от канонической. Гораздо реже пероксисомные белки имеют сигнальную последовательность PTS2, которая находится на [[N-конец|N-конце]] белка и имеет большую длину, чем PTS1. PTS2 являются частью более крупного [[пептид]]а, который отщепляется после окончания импорта. Процесс импорта белков в пероксисомы изучен недостаточно, но известно, что в нём задействованы растворимые [[Клеточный рецептор|рецепторы]] в цитозоле, которые узнают сигнальную последовательность, и белки докинга на обращённой к цитозолю стороне пероксисом. Процесс импорта сопровождается [[гидролиз]]ом [[АТФ]], и в нём принимают участие около 23 различных белков, называемых {{нп5|Пероксины|пероксинами|en|Peroxin}}. Белки с PTS1 позиционируются на пероксисомах с участием рецептора Pex5p, а с PTS2 — Pex7p. У [[Млекопитающие|млекопитающих]] адресование белков с PTS2 происходит с участием белка, который представляет собой вариант [[Альтернативный сплайсинг|альтернативного сплайсинга]] Pex5p{{sfn|Кассимерис и др.|2016|с=349}}. Комплекс из 6 разных пероксинов образует мембранный транслокатор{{sfn|Альбертс и др.|2013|с=1110}}.

Процесс импорта белков пероксисом коренным образом отличается от транслокации белков в [[Эндоплазматический ретикулум|ЭПР]], митохондрии и хлоропласты в том отношении, что белки пероксисом импортируются после того, как они приобрели в цитозоле нативную или даже [[олигомер]]ную структуру. В этом отношении транспорт белков в пероксисомы напоминает перенос белков в ядро. При транспорте в ядро и в перокисому рецептор, узнающий сигнальную последовательность, переносится с субстратом через мембрану, потом рецептор отделяется и экспортируется в цитозоль для дальнейшего использования{{sfn|Кассимерис и др.|2016|с=349—350}}.

== Биогенез ==
Механизм образования новых пероксисом в клетке является предметом дискуссий. Доподлинно неизвестно, возникают ли пероксисомы из ранее существующих путём их роста и деления (подобно митохондриям и пластидам), или же они образуются путём отщепления от [[эндоплазматический ретикулум|эндоплазматического ретикулума (ЭПР)]]. Скорее всего, обе точки зрения могут соответствовать действительности, а механизм биогенеза пероксисом, вероятно, выглядит следующим образом. Среди белков пероксисом есть такие, которые сначала интегрируются в мембрану ЭПР, где они могут входить в состав особых [[везикулы|везикул]] — предшественников пероксисом. Отщепление от ЭПР этих везикул и их дальнейшее слияние приводит к образованию пероксисомы, которая импортирует оставшиеся пероксисомальные белки при помощи собственного аппарата импорта. Далее пероксисома может расти и делиться с образованием дочерних пероксисом{{sfn|Альбертс и др.|2013|с=1110—1111}}.

В 2017 году была предложена новая модель образования пероксисом ''de novo''. Известно, что пероксисомы и митохондрии функционируют совместно во многих [[Метаболический путь|метаболических путях]] — таких, как β-окисление жирных кислот. Кроме того, в отсутствие пероксисом в клетках многие белки пероксины импортируются в митохондрии. В связи с этим предполагается, что пероксисомы представляют собой гибридный продукт слияния пре-пероксисомных везикул, отделившихся как от ЭПР, так и от митохондрий<ref>{{cite pmid|28146471}}</ref>.

Насчёт происхождения пероксисом имеется ряд альтернативных гипотез. Поскольку пероксисомы разных организмов содержат ряд белков, одинаковых для всех, была предложена гипотеза [[Эндосимбионт|эндосимбиотического]] происхождения пероксисом. Согласно этой гипотезе, пероксисомы происходят от внутриклеточных [[Бактерии|бактерий]]<ref>{{cite pmid|3916321}}</ref>. Есть версия, что пероксисомы происходят от [[Актинобактерии|актинобактерий]]<ref>{{cite pmid|19818387}}</ref>. Впрочем, в последнее время эти гипотезы были опровергнуты<ref>{{cite pmid|17506702}}</ref><ref>{{cite pmid|20600706}}</ref>.

== Клиническое значение ==
Первым заболеванием, для которого была установлена связанная с пероксисомами причина, стал {{нп5|синдром Зельвегера||en|Zellweger syndrome}}. У пациентов с синдромом Зельвегера нарушен процесс импорта белков в пероксисомы, что ведёт к тяжёлой пероксисомной недостаточности. Их клетки содержат «пустые» пероксисомы. Пациенты страдают от тяжёлых нарушений [[мозг]]а, печени и почек и умирают вскоре после рождения. Одна форма заболевания вызвана [[мутация|мутацией]] в пероксине Pex2, а дефект N-концевого сигнала импорта вызывает более слабую форму заболевания{{sfn|Альбертс и др.|2013|с=1110}}.

С момента установления причин синдрома Зельвегера в 1973 году было получено много новых сведений о различных заболеваниях, вызванных нарушениями в функционировании пероксисом: к настоящему моменту выявлено 14 [[ген]]ов, мутации в которых приводят к {{нп5|Пероксисомные расстройства|пероксисомным расстройствам|en|Peroxisomal disorder}}<ref>{{cite pmid|28129423}}</ref>. Их подразделяют на две группы: заболевания, вызванные нарушениями в работе одного фермента, и заболевания, связанные с [[биогенез]]ом пероксисом. К первой группе относятся такие заболевания, как {{нп5|X-связанная адренолейкодистрофия||en|Adrenoleukodystrophy}} (ALD) и {{нп5|rhizomelic chondrodysplasia punctata||en|rhizomelic chondrodysplasia punctata}} (RCDP) типов 2 и 3. У пациентов с X-связанной ALD накапливаются жирные кислоты с очень длинными алкильными цепями из-за мутации в {{нп5|ABC-переносчики|ABC-переносчике|en|ATP-binding cassette transporter}} D1, который необходим для транспорта этих соединений внутрь пероксисом. RCDP типов 2 и 3 вызывается дефектами в двух ключевых ферментах биосинтеза плазмалогенов{{sfn|Brocard et al.|2014|p=5}}. 

Ко второй группе относятся болезни, вызванные нарушениями в биогенезе пероксисом, поэтому они характеризуются более сложной [[Этиология|этиологией]], чем болезни, вызванные нарушениями в конкретных ферментах. К числу таких болезней относится уже упоминавшийся синдром Зельвегера, неонатальная ALD, а также детская [[болезнь Рефсума]]{{sfn|Brocard et al.|2014|p=5—6}}.

== Примечания ==
{{примечания|2}}

== Литература ==
* {{книга
 | автор         = 
 | заглавие      = Molecular Machines Involved in Peroxisome Biogenesis and Maintenance
 | ссылка        = https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-7091-1788-0
 | ответственный = Cecile Brocard, Andreas Hartig
 | место         = 
 | издательство  = Springer Vienna
 | год           = 2014
 | том           = 
 | страниц       = 
 | страницы      = 
 | isbn          = 978-3-7091-1788-0
 | doi           = 10.1007/978-3-7091-1788-0
 | ref           = Brocard et al.
}}
* {{книга|автор=Кассимерис Л., Лингаппа В. Р., Плоппер Д. |заглавие=Клетки по Льюину|место=М.|издательство=Лаборатория знаний|год=2016|страниц=1056|isbn=978-5-906828-23-1|ref=Кассимерис и др.}}
* {{книга|автор=Ченцов Ю. С.|заглавие=Введение в клеточную биологию|место=М.|издательство=ИКЦ «Академкнига»|год=2005|страниц=495|isbn=5-94628-105-4|ref=Ченцов}}
* {{книга|автор=Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К., Уотсон Дж.|заглавие=Молекулярная биология клетки: в 3-х томах. Т. 2|место=М.: Ижевск|издательство=НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований|год=2013|страниц=992|isbn=978-5-4344-0113-5|ref=Альбертс и др.}}
* {{книга
 | автор         = Нельсон Д., Кокс М.
 | заглавие      = Основы биохимии Ленинджера
 | ссылка        = 
 | ответственный = 
 | место         = М.
 | издательство  = БИНОМ. Лаборатория знаний
 | год           = 2014
 | том           = 2
 | страниц       = 636
 | страницы      = 
 | isbn          = 978-5-94774-366-1
 | doi           = 
 | ref           = Нельсон, Кокс
}}
* {{книга |автор=[[Панченко, Леонид Фёдорович|Панченко Л. Ф.]], Герасимов А. М., [[Антоненков, Василий Данилович|Антоненков В. Д.]] |часть= |ссылка часть= |заглавие=Роль пероксисом в патологии клетки |оригинал= |ссылка=https://search.rsl.ru/ru/record/01001041918 |викитека= |ответственный= |издание= |место=М. |издательство=[[Медицина (издательство)|Медицина]] |год=1981 |том= |страницы= |столбцы= |страниц=208 |серия= |isbn= |тираж=1671 |ref= }}

{{Органеллы}}

{{Хорошая статья|Биология}}


[[Категория:Органеллы]]