البيروكسيسومات: الخصائص والوظائف والبنية والتكوين الحيوي - مادة الاحياء - 2026

و جسيم تأكسدي ، المعروف أيضا باسم microbodies، هي عضيات صغيرة، تشبه الى حد بعيد الجسيمات الحالة، التي علقت في العصارة الخلوية معظم الخلايا حقيقية النواة.

مثلما يمتلك جسم الإنسان أعضاء تؤدي وظائف مختلفة لإبقائه على قيد الحياة ، فإن الخلايا تمتلكها أيضًا وهي ما نسميه "عضيات" أو "عضيات".

رسم تخطيطي لخلية ميكروب يظهر بيروكسيسوم (بيروكسيسوم) ، وميتوكوندريون (ميتوكوندريوم) ونواة (نواة) (المصدر: CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) عبر ويكيميديا كومنز)

مثلما يضخ القلب الدم إلى باقي الجسم ، فإن الأنف والرئتين تستخدمان للتنفس ، وتتلقى المعدة الطعام وتبدأ بهضمها ، والدماغ هو المسؤول عن تنسيق كل شيء (على سبيل المثال لا الحصر). العضيات ضرورية للعديد من وظائف الخلايا.

من بين بعض العضيات الخلوية البيروكسيسومات ، والتي تم وصفها في عام 1960 من قبل كريستيان رينيه دي دوف ، نفس الباحث الذي طور تقنيات تجزئة تحت خلوية لفصل العضيات الخلوية المختلفة بناءً على كثافتها.

شارك دي دوف في عام 1974 بجائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء والطب مع ألبرت كلود وجورج باليد بفضل عملهم مع هذه التقنيات واكتشاف البيروكسيسومات.

يُشتق اسم هذه العضيات من الإنتاج الداخلي لبيروكسيد الهيدروجين (H ₂ O ₂) ، وهو منتج ثانوي لتفاعلات تقليل الأكسدة التي تحدث فيها والتي قد تكون سامة للخلايا (يمكن أن تتفاعل مع العديد من الجزيئات الأخرى) ، لذلك يتحلل بسرعة.

في الخلية يمكن أن يكون هناك ما يصل إلى 500 بيروكسيسوم "تسبح" في العصارة الخلوية ، لكن عدد وحجم هذه العضيات لا يعتمد فقط على نوع الخلية المعنية ، ولكن على الحالة الفسيولوجية للخلية والبيئة المحيطة بها.

الخصائص العامة للبيروكسيسومات

هناك العديد من الخصائص التي تمتلكها البيروكسيسومات تجعلها مشابهة للعضيات الخلوية الأخرى ، وفي نفس الوقت ، مختلفة جدًا. فيما يلي قائمة قصيرة ببعض أهمها:

- وهي عضيات صغيرة محاطة بغشاء بسيط يفصلها عن باقي الجزيئات والعضيات في العصارة الخلوية.

- يتم تصنيع الكثير مما بداخلها ، وخاصة البروتينات والإنزيمات ، في العصارة الخلوية للخلية التي تنتمي إليها عن طريق الريبوسومات الحرة ، وهي مجمعات بروتينية قادرة على التوسط في ترجمة الرنا المرسال (mRNA)) من النواة ومشتق من نسخ جين معين.

- ليس لديهم الجينوم الخاص بهم ، أي أنه لا يوجد بداخله DNA أو الآلات اللازمة لمعالجته (النسخ والنسخ والترجمة ، على سبيل المثال).

- تتضاعف بالقسمة.

- يمكنك أن تجد في الداخل ما يصل إلى 50 إنزيمًا هضميًا مختلفًا ومنتجاتها الثانوية (خطرة على الخلايا).

- يمكن أن يختلف حجمها وعددها اختلافًا كبيرًا من خلية إلى أخرى ، لأنها تعتمد على الظروف داخل الخلايا (فهي محفزة) ونوع الخلية.

المميزات

تؤدي البيروكسيسومات وظائف مختلفة داخل الخلية ، يرتبط العديد منها بالأنزيمات الموجودة بداخلها.

- التفاعلات التأكسدية

تحدث العديد من تفاعلات الأكسدة والاختزال داخل البيروكسيسومات ، أي تبادل الإلكترونات بين مركب وآخر ، يتم تحفيزها عمومًا بواسطة بروتينات ذات نشاط إنزيمي (إنزيمات).

عادة ما تنتج تفاعلات الأكسدة والاختزال في البيروكسيسومات بيروكسيد الهيدروجين (H ₂ O ₂) ، وهو مركب ضار بالخلايا.

ومع ذلك ، يوجد داخل البيروكسيسومات إنزيم يسمى الكاتلاز ، وهو المسؤول عن تكسير بيروكسيد الهيدروجين لتكوين الماء أو استخدامه لأكسدة المركبات الأخرى.

ترتبط القدرة على احتواء هذه التفاعلات ارتباطًا وثيقًا بالوظائف الأخرى التي تؤديها هذه العضيات الخلوية ، نظرًا لأن التدهور الأيضي للعديد من الجزيئات يعني تأكسدها.

بدون التفاعلات المؤكسدة للبيروكسيسومات ، يمكن أن يتسبب تراكم المركبات مثل الأحماض الدهنية طويلة السلسلة ، على سبيل المثال ، في تلف كبير للخلايا العصبية في الدماغ.

- استقلاب الطاقة

تشارك البيروكسيسومات في إنتاج ATP ، وهي "عملة" الطاقة الرئيسية للخلية.

إحدى الطرق للقيام بذلك هي تكسير الأحماض الدهنية (ما تتكون منه الدهون والعديد من الدهون) ، وهضم الإيثانول (نوع من الكحول) والأحماض الأمينية ("اللبنات الأساسية" التي تشكل البروتينات) ، وما إلى ذلك.

في الخلايا الحيوانية ، تتحلل معظم الأحماض الدهنية في الميتوكوندريا ويتم معالجة جزء صغير منها في البيروكسيسومات ، ولكن في الخمائر والنباتات ، هذه الوظيفة تقتصر عمليًا على البيروكسيسومات.

- التخليق الحيوي

تعمل البيروكسيسومات أيضًا في إنتاج الجزيئات التي تشكل جزءًا من أغشية الخلايا. تُعرف هذه الجزيئات باسم plasmallogens وهي نوع مهم جدًا من الدهون للدماغ وخلايا القلب (القلب) للإنسان والثدييات الأخرى.

الدهون الأخرى التي يتم تصنيعها في البيروكسيسومات وبمشاركة الشبكة الإندوبلازمية (عضية خلوية أخرى مهمة جدًا) هي الكوليسترول والدوليكول ، وهو أمر ضروري لعمل الخلايا.

في العديد من حيوانات الثدييات ، على سبيل المثال ، تشارك بيروكسيسومات خلايا الكبد أيضًا في تخليق الأحماض الصفراوية ، المشتقة من الكوليسترول وهي ضرورية جدًا لهضم الدهون الموجودة في الطعام الذي يتم معالجته في المعدة ثم في الأمعاء الدقيقة.

بناء

البيروكسيسومات هي عضيات غشائية ، ولكن على عكس الأغشية التي تظهر في العضيات الأخرى مثل الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء ، على سبيل المثال ، لديها غشاء واحد وليس نظام غشاء مزدوج.

مظهره ليس ثابتًا ، أي يمكن أن يتغير. ومع ذلك ، فهي عادة ما تكون عضيات كروية يبلغ متوسط ​​قطرها بين 0.2 و 1 ميكرومتر ، أي جزء من المليون من المتر.

رسم تخطيطي أساسي لهيكل البيروكسيسوم (المصدر: Thuresson / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) عبر ويكيميديا ​​كومنز)

عندما لا تكون هذه كروية الشكل ، فيمكن رؤيتها كأنابيب صغيرة ذات أحجام مختلفة ، والتي ترتبط ببعضها البعض (بالتأكيد هي بيروكسيسومات مقسمة).

غالبًا ما يكون لديهم مركز بلوري أو نواة ، يصفها العلماء بهذه الطريقة من خلال كيف ينظرون إليها تحت المجهر ، ربما نتيجة للكمية الهائلة من البروتين بداخلها.

التولد الحيوي (الأصل)

على الرغم من أن البيروكسيسومات لا تحتوي على DNA بداخلها ، أي أنها لا تمتلك جينومًا خاصًا بها ، يمكن تقسيمها عن طريق التبرعم أو الانشطار.

تعتمد هذه العملية على كمية البروتينات والمواد اللازمة لبناء أغشية جديدة تحت تصرفها ، والتي يتم "استيرادها" من العصارة الخلوية.

من يشارك؟

تعتبر الشبكة الإندوبلازمية مسؤولة عن كل من تخليق الدهون الفسفورية التي تشكل غشاء البيروكسيسوم ، وتخليق بعض بروتيناته ، وذلك من خلال الريبوسومات المرتبطة بها.

الريبوسومات (الموجودة بالفعل في العصارة الخلوية باسم "عديد الريبوسومات الحرة") هي التي تترجم معظم البروتينات. لا يمكن لهذه البروتينات أن تدخل داخل البيروكسيسومات إلا إذا كانت تحمل علامة خاصة أو "علامة".

بدون هذه العلامات ، لا يمكن التعرف على البروتينات بواسطة بروتينات أخرى على غشاء البيروكسيسوم وبالتالي لا يمكن أن تمر من خلالها.

لذلك ، إذا كانت الريبوسومات مرتبطة بالشبكة الإندوبلازمية الخشنة (RER) وتلك الخالية في العصارة الخلوية "ترسل" مادة كافية إلى البيروكسيسومات ، فيمكنها الانقسام إلى قسمين.

البيروكسيسومات في الخلايا الحيوانية

تحتوي الخلايا الحيوانية على العديد من البيروكسيسومات والليزوزومات ، وهي عضيات متشابهة مسؤولة عن "إعادة تدوير" العضيات الأخرى وأنواع مختلفة من الجزيئات ذات الأحجام المختلفة.

على سبيل المثال ، تمتلك خلايا بعض الحيوانات (ولكن ليس خلايا البشر) البيروكسيسومات القادرة على تكسير حمض البوليك ، وهو بشكل عام نفايات أيضية غنية بالنيتروجين ، ويمكن أن يكون لتراكمها في الدم آثار ضارة.

وظائف "غريبة"

بالإضافة إلى جميع الوظائف المذكورة أعلاه ، تؤدي البيروكسيسومات وظائف خاصة جدًا في بعض الحيوانات. تستخدم اليراعات والحشرات الأخرى ، على سبيل المثال ، إنزيمًا في بيروكسيسومات خلاياها للعثور على رفاقها ، وفي بعض الحالات ، لتحديد موقع طعامهم.

يُعرف هذا الإنزيم باسم لوسيفيراز. يساعد Luciferase الذكور على إنتاج "وميض" ساطع من الضوء ، والذي يمكن أن يكون أخضر أو ​​أصفر ، والذي يعمل على جذب الإناث من نفس النوع.

مدة كل ومضة والفاصل الزمني الذي تظهر فيه خاصة بكل نوع ، بحيث يمكن للإناث التمييز بين الذكور في ظلام الليل. في بعض الأنواع ، تنتج الأنثى وميضًا أيضًا ، وفي أنواع أخرى ، تبعث ضوءًا يجذب الذكر لأكله.

تعديل بيروكسيسومات

مثلما تمتلك النباتات الجليوكسيسومات ، وهي نوع من البيروكسيسوم المتخصص في مسار أيضي معين ، تمتلك بعض الخلايا الحيوانية بيروكسيسومات معدلة.

تمتلك Kinetoplastids ، وهي مجموعة من الطفيليات التي تسبب أمراضًا مختلفة في البشر والحيوانات الأخرى ، نوعًا من "البيروكسيسوم المعدل" المعروف باسم الجليكوسوم.

تتلقى الجليكوزومات هذا الاسم لأنها تحتوي على الإنزيمات اللازمة لمعالجة الجلوكوز (إنزيمات حال السكر) ، وكذلك الإنزيمات الأخرى التي تشارك في مسارات التمثيل الغذائي الأخرى للحصول على الطاقة.

البيروكسيسومات في الخلايا النباتية

تحتوي الخلايا النباتية أيضًا على بيروكسيسومات ولها وظائف مهمة جدًا لعمل النباتات ، بالإضافة إلى الوظائف المشتركة مع بيروكسيسومات أنواع الخلايا الأخرى.

- دورة الجليوكسيلات

في البذور ، على سبيل المثال ، تكون بيروكسيسومات خلاياها مسؤولة عن تحويل الدهون المخزنة إلى كربوهيدرات ، وهي المادة الخام اللازمة لنمو الشتلات التي ستنبت.

تُعرف العملية التي تؤدي من خلالها بيروكسيسومات النبات هذه الوظيفة باسم دورة الجليوكسيلات ، والتي تعتبر متغيرًا من دورة كريبس ، وهذا هو السبب في أن بعض النصوص تشير إلى هذه البيروكسيسومات على أنها جليوكسيسومات.

- التنفس الضوئي

في النباتات ، تشارك هذه العضيات أيضًا في عملية تعرف باسم التنفس الضوئي ، والتي تتكون من مسار استقلابي "مخالف" لعملية التمثيل الضوئي ، حيث لا يتم إنتاج الأكسجين ، بل يتم استهلاكه ، ويتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون دون الحصول على ATP..

على الرغم مما ورد أعلاه ، تُعرف هذه العملية أيضًا باسم "استرداد الكربون" ، حيث تتلقى البيروكسيسومات من البلاستيدات الخضراء (عضية أخرى من الخلايا النباتية) مركبًا كيميائيًا يسمى الجليكولات ، والذي يتم تحويله إلى مركب آخر يسمى الجلايسين (أ حمض أميني).

يتم نقل الجلايسين المنتج في بيروكسيسومات النبات إلى الميتوكوندريا (العضية حيث يحدث التنفس وتكوين كميات كبيرة من ATP). في الميتوكوندريا ، يتم تحويل هذا الجليسين إلى سيرين ، وهو حمض أميني آخر ، والذي يتم إرجاعه إلى البيروكسيسوم.

يتم تحويل السيرين ، مرة واحدة في البيروكسيسوم ، إلى جليسيرات ومن هناك يتم إرساله إلى البلاستيدات الخضراء مرة أخرى. كل هذه العملية لا تؤدي إلى إنتاج الطاقة ، لكنها تؤدي إلى استخدام ذرات الكربون المرتبطة بالجليكولات.

أمراض البيروكسيسوم

هناك أنواع مختلفة من "الاضطرابات" المتعلقة بالبيروكسيسومات. بشكل عام ، هذه الاضطرابات لها علاقة بالطفرات في الجينات التي تشارك في التكوُّن الحيوي لهذه العضيات ، أو حتى في الجينات التي تكوِّد الإنزيمات أو نقل البروتينات.

نظرًا لأن لديهم مكونًا وراثيًا ، فإن هذه الاضطرابات تكون عادة خلقية (موروثة من الآباء إلى الأطفال) والتي يمكن أن يكون لها عواقب معتدلة أو شديدة ، حسب الحالة.

متلازمة زيلويجر

تشمل هذه المتلازمة ، على الرغم من ندرتها ، بعضًا من أشد الحالات. يتميز بالغياب التام أو انخفاض كبير في عدد الكروموسومات في خلايا الجسم.

تتسبب الطفرات الجينية التي تسبب هذه المتلازمة أيضًا في تراكم المركبات الغنية بالعناصر مثل الحديد والنحاس ، والأحماض الدهنية طويلة السلسلة جدًا في الدم والأنسجة الأخرى مثل الكبد والدماغ والكلى.

ما هي العواقب؟

عادة ما يولد الأطفال الصغار المصابون بهذه المتلازمة بتشوهات في الوجه وبعض الإعاقات الذهنية. يمكن أن يعانون من مشاكل في الرؤية والسمع ، وكذلك مشاكل في الجهاز الهضمي والكبد ، لذلك لا يعيشون عادة أكثر من عام.

المتلازمات الأخرى ذات الصلة

هناك أمراض أخرى مرتبطة بعيوب البيروكسيسومات. وتشمل هذه حثل الغدة الكظرية الوليدي (NALD ، حثل الغدة الكظرية الوليدي) ومرض ريفسم الطفولة.

يتسم كلا المرضين بالظهور المتأخر للأعراض ، والتي تظهر عادة أثناء الطفولة ، بحيث يمكن للمرضى البقاء على قيد الحياة حتى مرحلة البلوغ المبكرة.

المراجع

1. الجمعية البريطانية لبيولوجيا الخلية. (و). تم الاسترجاع في ١٣ أبريل ٢٠٢٠ من www.bscb.org/learning-resources/softcell-e-learning/peroxisome/.
2. Cooper ، GM ، & Hausman ، RE (2004). الخلية: النهج الجزيئي. ميديسينسكا نكلادا.
3. De Duve، CABP، & Baudhuin، P. (1966). البيروكسيسومات (الأجسام الدقيقة والجسيمات ذات الصلة). المراجعات الفسيولوجية، 46 (2) ، 323-357.
4. موسوعة بريتانيكا المحررين. (2014). موسوعة بريتانيكا. تم الاسترجاع في 13 أبريل 2020 ، من www.britannica.com/science/peroxisome.
5. Hu، J.، Baker، A.، Bartel، B.، Linka، N.، Mullen، RT، Reumann، S.، & Zolman، BK (2012). بيروكسيسومات النبات: التولد الحيوي والوظيفة. الخلية النباتية، 24 (6) ، 2279-2303.
6. Lazarow، PB، & Fujiki، Y. (1985). التوليد الحيوي للبيروكسيسومات. المراجعة السنوية لبيولوجيا الخلية ، 1 (1) ، 489-530.
7. Roels، F.، Baes، M.، & Delanghe، S. (Eds.). (2012). اضطرابات بيروكسيسومال وتنظيم الجينات (المجلد. 544). Springer Science & Business Media.
8. Van den Bosch، H.، Schutgens، RBH، Wanders، RJA، & Tager، JM (1992). الكيمياء الحيوية للبيروكسيسومات. المراجعة السنوية للكيمياء الحيوية.