Peroxisomas: características, funciones, estructura, biogénesis
Los peroxisomas, también conocidos como microcuerpos, son unos pequeños orgánulos celulares, muy parecidos a los lisosomas, que están suspendidos en el citosol de la mayor parte de las células eucariotas.
Así como el cuerpo humano tiene órganos que cumplen distintas funciones para mantenerlo con vida, las células los tienen también y son los que llamamos “orgánulos” u “organelas”.
Tal y como el corazón bombea la sangre hacia el resto del cuerpo, la nariz y los pulmones sirven para respirar, el estómago recibe los alimentos y comienza con su digestión y el cerebro se encarga de coordinar todo (por poner algunos ejemplos), así los orgánulos son esenciales para muchas de las funciones de las células.
Entre algunos de los orgánulos celulares están los peroxisomas, que fueron descritos en 1960 por Christian René de Duve, el mismo investigador que desarrolló las técnicas de fraccionamiento subcelular para separar los distintos orgánulos celulares en base a su densidad.
de Duve compartío, en 1974, el premio nobel de Fisiología y Medicina con Albert Claude y George Palade gracias a sus trabajos con estas técnicas y al descubrimiento de los peroxisomas.
El nombre de estos orgánulos deriva de la producción interna de peróxido de hidrógeno (H2O2), un subproducto de las reacciones de óxido-reducción que se dan en estos y que es potencialmente tóxico para las células (puede reaccionar con muchas otras moléculas), por lo que es rápidamente degradado.
En una célula puede haber hasta 500 peroxisomas “nadando” en el citosol, pero el número y tamaño de estos orgánulos depende no solo del tipo de célula de que se trate, sino del estado fisiológico de la misma y del medio que la rodee.
Índice del artículo
- 1 Características generales de los peroxisomas
- 2 Funciones
- 3 Estructura
- 4 Biogénesis (origen)
- 5 Peroxisomas en células animales
- 6 Peroxisomas en células vegetales
- 7 Enfermedades de los peroxisomas
- 8 Referencias
Son muchas las características que tienen los peroxisomas que los hacen semejantes a otros orgánulos celulares y, al mismo tiempo, muy diferentes. A continuación, una breve lista donde se resumen algunas de las más importantes:
– Son orgánulos de pequeño tamaño rodeados por una membrana sencilla, la cual los separa del resto de moléculas y orgánulos en el citosol.
– Gran parte de lo que hay en su interior, en especial las proteínas y enzimas, son sintetizadas en el citosol de la célula a la que pertenecen por medio de ribosomas libres, que son complejos proteicos capaces de mediar la traducción de ARN mensajeros (ARNm) provenientes del núcleo y derivados de la transcripción de un gen determinado.
– No poseen genoma propio, es decir, en su interior no hay ADN ni la maquinaria necesaria para su procesamiento (replicación, transcripción y traducción, por ejemplo).
– Se multiplican por división.
– En su interior se pueden encontrar hasta 50 enzimas digestivas diferentes y sus productos secundarios (peligrosos para las células).
– Su tamaño y número puede variar mucho entre una célula y otra, pues dependen de las condiciones intracelulares (son inducibles) y del tipo de célula.
Los peroxisomas cumplen con distintas funciones dentro de una célula, muchas de ellas relacionadas con las enzimas que están en su interior.
En el interior de los peroxisomas ocurren muchas reacciones de óxido-reducción, esto es el intercambio de electrones entre un compuesto y otro, generalmente catalizado por proteínas con actividad enzimática (enzimas).
Estas reacciones de óxido-reducción en los peroxisomas corrientemente producen peróxido de hidrógeno (H2O2), un compuesto que es dañino para las células.
Sin embargo, en el interior de los peroxisomas hay una enzima llamada catalasa, que se encarga de descomponer el peróxido de hidrógeno para formar agua o emplearlo para oxidar a otros compuestos.
La capacidad de contener en su interior estas reacciones está muy relacionada con las demás funciones que estos orgánulos celulares desempeñan, pues la degradación metabólica de muchas moléculas implica su oxidación.
Sin las reacciones oxidativas de los peroxisomas, la acumulación de compuestos como ácidos grasos de cadena larga, por ejemplo, podría causar daños considerables a las células nerviosas en el cerebro.
Los peroxisomas participan en la producción de ATP, que es la principal “moneda” energética de una célula.
Una de las formas en que lo hacen es degradando ácidos grasos (de lo que están compuestas las grasas y muchos lípidos), digiriendo etanol (un tipo de alcohol) y aminoácidos (los “bloques” que conforman a las proteínas), etc.
En las células animales la mayor parte de los ácidos grasos son degradados en las mitocondrias y una pequeña porción es procesada en los peroxisomas, pero en las levaduras y en las plantas esta función es prácticamente exclusiva de los peroxisomas.
Los peroxisomas funcionan, además, en la producción de unas moléculas que forman parte de las membranas celulares. Estas moléculas se conocen como plasmalógenos y son un tipo de lípido muy importante para las células cerebrales y cardíacas (del corazón) de los seres humanos y otros mamíferos.
Otros lípidos sintetizados en los peroxisomas y con la participación del retículo endoplásmico (otro orgánulo celular muy importante) son el colesterol y el dolicol, esenciales para el funcionamiento de las células.
En muchos animales mamíferos, por ejemplo, los peroxisomas de las células hepáticas participan también en la síntesis de los ácidos biliares, que son derivados del colesterol y muy necesarios para la digestión de las grasas contenidas en los alimentos que son procesados en el estómago y luego en el intestino delgado.
Los peroxisomas son orgánulos membranosos, pero a diferencia de las membranas que se observan en otros orgánulos como las mitocondrias y los cloroplastos, por ejemplo, estos tienen una membrana sencilla y no un sistema de doble membrana.
Su aspecto no es constante, es decir, puede cambiar. Sin embargo, usualmente son orgánulos esféricos que tienen un diámetro promedio entre 0.2 y 1 μm, es decir, la millonésima parte de un metro.
Cuando estos no tienen forma esférica, entonces pueden apreciarse como pequeños túbulos de distintos tamaños, los cuales están conectados entre sí (seguramente se trata de peroxisomas en división).
A menudo tienen un centro o núcleo cristalino, que los científicos describen de esta forma por cómo lo observan al microscopio, probablemente como resultado de la enorme cantidad de proteínas que hay en su interior.
Aunque los peroxisomas no contienen ADN en su interior, es decir, no poseen genoma propio, estos pueden dividirse por gemación o fisión.
Dicho proceso depende de la cantidad de proteínas y materiales para construir nuevas membranas que tengan a su disposición, los cuales son “importados” desde el citosol.
El retículo endoplásmico se encarga tanto de la síntesis de los fosfolípidos que forman la membrana de los peroxisomas, como de la síntesis de algunas de sus proteínas, esto a través de sus ribosomas asociados.
Los ribosomas (en realidad presentes en el citosol como “polirribosomas libres”) son los que traducen la mayor parte de las proteínas. Estas proteínas solo pueden ingresar al interior de los peroxisomas si tienen una etiqueta o una “marca” especial.
Sin estas marcas, las proteínas no pueden ser reconocidas por otras proteínas en la membrana de los peroxisomas y, por ende, no podrán atravesarla.
Entonces, si en el citosol los ribosomas unidos al retículo endoplásmico rugoso (RER) y los que están libres “envían” suficiente material hacia los peroxisomas, estos pueden dividirse en dos.
Las células animales poseen muchos peroxisomas y lisosomas, unos orgánulos similares que se encargan del “reciclaje” de otros orgánulos y de distintos tipos de moléculas de distintos tamaños.
Las células de algunos animales (pero no las de los seres humanos), por ejemplo, tienen peroxisomas capaces de degradar ácido úrico, que es generalmente un desecho metabólico rico en nitrógeno, cuya acumulación en la sangre puede tener efectos perjudiciales.
Además de todas las funciones mencionadas anteriormente, los peroxisomas desempeñan funciones muy particulares en algunos animales. Las luciérnagas y otros insectos, por ejemplo, utilizan una enzima en los peroxisomas de sus células para encontrar pareja y, en algunos casos, para ubicar su alimento.
Esta enzima se conoce como luciferasa. La luciferasa ayuda a los machos a producir un “flash” brillante de luz que puede ser verde o amarilla, y que les sirve para atraer a las hembras de su misma especie.
La duración de cada flash y el intervalo en el cual aparecen es propio de cada especie, por lo que las hembras pueden distinguir a los machos en la oscuridad de la noche. En ciertas especies, la hembra también produce un flash y, en otras, emite una luz que atrae al macho para comérselo.
Así como las plantas poseen los glioxisomas, que son un tipo de peroxisoma especializado en una ruta metabólica específica, algunas células animales poseen peroxisomas modificados.
Los kinetoplástidos, un grupo de parásitos que causa diferentes enfermedades a los seres humanos y otros animales, tienen un tipo de “peroxisoma modificado” conocido como glicosoma.
Los glicosomas reciben este nombre debido a que en su interior están encerradas las enzimas necesarias para el procesamiento de la glucosa (enzimas glucolíticas), además de otras enzimas que participan en otras rutas metabólicas para obtener energía.
Las células vegetales también contienen peroxisomas y estos tienen funciones muy importantes para el funcionamiento de las plantas, además de las funciones que son compartidas con las de los peroxisomas de otros tipos de células.
En las semillas, por ejemplo, los peroxisomas de sus células son los responsables de convertir en carbohidratos las grasas almacenadas, que son la materia prima necesaria para el desarrollo de la plántula que germinará.
El proceso por el cual los peroxisomas vegetales realizan esta función se conoce como el ciclo del glioxilato, que se considera una variante del ciclo de Krebs, por lo que algunos textos se refieren a estos peroxisomas como glioxisomas.
En las plantas, estos orgánulos también están implicados en un proceso conocido como la fotorrespiración, que consiste en una ruta metabólica “contraria” a la fotosíntesis, pues no se produce oxígeno, sino que se consume, y se libera dióxido de carbono sin obtener ATP.
A pesar de lo anterior, este proceso también se conoce como la “recuperación del carbono”, pues los peroxisomas reciben de los cloroplastos (otro orgánulo de las células vegetales) un compuesto químico llamado glicolato, el cual convierten en otro compuesto llamado glicina (un aminoácido).
La glicina que se produce en los peroxisomas vegetales es transportada hacia la mitocondria (el orgánulo donde ocurre la respiración y la síntesis de grandes cantidades de ATP). En la mitocondria esta glicina se convierte en serina, otro aminoácido, que es devuelto al peroxisoma.
La serina, una vez en el peroxisoma, es convertida en glicerato y desde allí es enviada al cloroplasto nuevamente. Todo este proceso no conduce a la producción de energía, pero sí al aprovechamiento de los átomos de carbono que son fijados al glicolato.
Existen distintos tipos de “desórdenes” relacionados con los peroxisomas. Generalmente, estos desórdenes tienen que ver con mutaciones en los genes que están involucrados en la biogénesis de estos orgánulos o, incluso, en aquellos genes que codifican las enzimas o las proteínas transportadoras estos.
Ya que tienen un componente genético, estos desórdenes usualmente son congénitos (son heredados de padres a hijos) que pueden tener consecuencias moderadas o severas, dependiendo del caso.
Este síndrome, aunque raro, incluye unas de las condiciones más severas. Se caracteriza por la ausencia completa o por una reducción considerable del número de cromosomas en las células del cuerpo.
Las mutaciones genéticas que provocan este síndrome ocasionan, además, acumulación de compuestos ricos en elementos como el hierro y el cobre, y de ácidos grasos de muy larga cadena en la sangre y otros tejidos como el hígado, el cerebro y los riñones.
¿Cuáles son las consecuencias?
Los niños pequeños afectados por este síndrome usualmente nacen con deformidades faciales (en el rostro) y con cierta discapacidad intelectual. Pueden sufrir problemas en la vista y el oído, así como padecer problemas gastrointestinales y hepáticos, por lo que no suelen vivir más de un año.
Existen otras enfermedades relacionadas con defectos en los peroxisomas. Entre estas están la Adrenoleucodistrofia neonatal (NALD, del inglés Neonatal Adrenoleukodystrophy) y la Enfermedad infantil de Refsum.
Ambas enfermedades se caracterizan por la aparición tardía de los síntomas, los cuales suelen observarse durante la infancia, por lo que los pacientes pueden sobrevivir hasta la adultez temprana.
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