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Rodrigo Ricardo

Estructura, función y ubicación de los peroxisomas ¿Qué son los peroxisomas?

Publicado el 9 octubre, 2021

¿Qué son los peroxisomas?

Los peroxisomas se describen como orgánulos eucariotas multifuncionales principalmente responsables del metabolismo de los lípidos y la desintoxicación celular. Los eucariotas, como los humanos, otros mamíferos, plantas y hongos, son organismos vivos cuyas células contienen un núcleo y una envoltura nuclear. Los orgánulos son estructuras especializadas que realizan trabajos específicos dentro de una célula.

La palabra peroxisoma se deriva de:

  • Prefijo en inglés por , que significa “gran cantidad” o “de acuerdo con”
  • Óxido de la palabra francesa , que significa “compuesto de oxígeno con otro elemento”
  • Suma de palabras en inglés , que significa “algo, algo o una cierta cantidad”

Las tres palabras convergen para formar la definición de peroxisoma de un compuesto que contiene grandes cantidades de oxígeno. En 1965, el científico y premio Nobel Christian De Duve descubrió que el orgánulo, entonces ignorado en gran parte, contenía dos enzimas (proteínas que ayudan a que se produzcan reacciones bioquímicas) relacionadas con la formación y degradación del peróxido de hidrógeno (una molécula que contiene oxígeno). Luego se le denominó peroxisoma.

Estructura del peroxisoma

Los peroxisomas están encerrados por una membrana que consta de una bicapa de fosfolípidos (una capa delgada formada por dos capas de moléculas de lípidos o grasas) con proteínas intercaladas en todas partes. Las proteínas de membrana sirven como lanzaderas que permiten que el contenido entre y salga de la célula. Cada peroxisoma mantiene una forma esférica u ovoide con un diámetro de 0,2 a 1,5 micrómetros. El diámetro varía según las necesidades energéticas de la celda. Por ejemplo, los peroxisomas en células ricas en carbohidratos tienden a ser más pequeños. Sin embargo, son relativamente grandes en tamaño y número dentro de las células ricas en lípidos. Esto es de esperar dado su papel fundamental en el metabolismo de los lípidos.

También existe una estructura de peroxisoma interna. Dentro de su bicapa de membrana, los peroxisomas contienen una matriz granular y un núcleo cristalino. El núcleo cristalino está formado por enzimas que llevan a cabo diversas reacciones bioquímicas. De hecho, las enzimas peroxisomales son responsables de completar todas las tareas del peroxisoma.

Los lisosomas son orgánulos eucariotas con una bicapa de fosfolípidos, matriz granular interna y núcleo cristalino. El núcleo cristalino contiene las enzimas que llevan a cabo todas las funciones del peroxisoma.
La morfología de un orgánulo lisosoma.

Ubicación del peroxisoma

La ubicación del peroxisoma se encuentra en el citoplasma de las células eucariotas, con mayor frecuencia cerca del retículo endoplásmico y las mitocondrias. El retículo endoplásmico es un orgánulo responsable de la síntesis de proteínas y lípidos. Las mitocondrias son los principales orgánulos para la producción de energía. Dado que los peroxisomas metabolizan la grasa, es ventajoso que estén ubicados cerca de los orgánulos que producen grasa y otros que convierten los productos del metabolismo de las grasas en energía.

Función del peroxisoma

¿Qué hacen los peroxisomas? Los primeros científicos se sorprendieron al descubrir que un orgánulo aparentemente intrascendente podría desempeñar un papel tan importante en el metabolismo, la señalización, el envejecimiento y los mecanismos de defensa.

En los mamíferos, los peroxisomas realizan:

  • Beta-oxidación : los ácidos grasos de cadena larga se descomponen en acetil-CoA, un intermedio del ciclo del ácido cítrico. El ciclo del ácido cítrico es una de varias vías con el objetivo general de crear trifosfato de adenosina (ATP), una biomolécula clave de alta energía. En los animales, la beta-oxidación se produce tanto en los peroxisomas como en las mitocondrias.
  • Metabolismo del peróxido de hidrógeno: la beta-oxidación produce peróxido de hidrógeno, una especie de oxígeno reactivo (ROS). Las ROS son moléculas altamente reactivas y pueden ser tóxicas en grandes cantidades. También se cree que facilitan el proceso de envejecimiento. Si bien los lisosomas producen peróxido de hidrógeno a través de la descomposición de las grasas, también lo neutralizan y desintoxican la célula. La catalasa es la enzima que convierte el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno.
  • Biosíntesis de lípidos: los peroxisomas producen colesterol, dolicol (un compuesto orgánico insaturado de cadena larga) y plasmalógenos (fosfolípidos).
  • Degradación de purinas: los peroxisomas descomponen las purinas, poliaminas y aminoácidos con la enzima oxidasa del ácido úrico.

En las plantas, los peroxisomas realizan:

  • Beta-oxidación: los peroxisomas son el único orgánulo que realiza esta vía en las plantas.
  • Conversión de nutrientes: los peroxisomas especializados llamados glioxisomas convierten los lípidos en carbohidratos, una fuente de energía de fácil acceso para las plantas en germinación. La germinación es el brote de una semilla, espora u otro cuerpo reproductor.
  • Fotorrespiración: proceso que protege a las plantas del daño fotooxidativo al disipar la energía producida en la fotosíntesis.
Los glioxisomas son peroxisomas especializados que convierten los lípidos en carbohidratos en las plantas en germinación.
Una planta en germinación que brota del suelo o del suelo.

Ensamblaje de peroxisoma

Existe cierto debate sobre si la membrana pre-peroxisomal humana se forma como una extensión del retículo endoplásmico o como una estructura autónoma. En las plantas, los peroxisomas comienzan como parte del retículo endoplásmico. A medida que madura la membrana pre-peroxisómica, una selección de proteínas se inserta en la membrana o se secuestra internamente. Finalmente, el orgánulo madura y se convierte en un peroxisoma completamente funcional. A través de la fisión, el proceso de división en dos, los peroxisomas tienen la capacidad de multiplicarse a voluntad.

La pexofagia es un proceso regulado que degrada los peroxisomas. Los peroxisomas dañados o excesivos se degradan para mantener la función, la calidad y la homeostasis celular de los orgánulos.

Interacción y comunicación de peroxisomas

Los peroxisomas son actores clave en la respuesta al estrés ambiental de las plantas. Para llevar a cabo diversas funciones en la célula, los peroxisomas se asocian y se comunican con orgánulos vecinos. Cuando una planta se encuentra en condiciones estresantes y la concentración intracelular de ROS es alta, los peroxisomas (junto con otros orgánulos) inician un proceso llamado señalización retrógrada. La señalización retrógrada ocurre cuando los orgánulos producen señales que viajan al núcleo para controlar la expresión génica. En este caso, las señales regulan positivamente los mecanismos de defensa para combatir el estrés oxidativo.

Resumen de la lección

Los peroxisomas son orgánulos eucariotas cuyas principales funciones son el metabolismo de los lípidos y la desintoxicación. Son estructuras esféricas u ovoides con una bicapa de fosfolípidos y una colección de enzimas en su núcleo. Los peroxisomas contienen una concentración significativa de enzimas porque dependen de ellas para completar todas sus tareas.

Las funciones del peroxisoma incluyen:

  • Transferir átomos de hidrógeno a oxígeno para producir peróxido de hidrógeno.
  • Romper el peróxido de hidrógeno en agua inofensiva para desintoxicar la célula a través de la enzima catalasa .
  • Conversión de ácidos grasos en azúcar a través de peroxisomas especializados llamados glioxisomas . Existen para ayudar a que las semillas germinen en ciertos tipos de plantas.
  • Descomponer los ácidos grasos a través de la beta-oxidación para su uso en la respiración celular. La beta-oxidación es la descomposición de los ácidos grasos de cadena larga en acetil-CoA, un intermedio del ciclo del ácido cítrico.

En las plantas, los peroxisomas juegan un papel clave en la respuesta al estrés ambiental. Cuando una planta está bajo estrés oxidativo, los peroxisomas se coordinan con los orgánulos vecinos para producir señales que regulan positivamente la expresión de genes. Luego, esos genes aumentan los mecanismos de defensa de la célula para mitigar el estrés oxidativo.

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