Peroxisomas: Organelos Esenciales en la Célula Eucarionte

Los peroxisomas son pequeñas vesículas ovoideas envueltas en membranas simples, presentes en todas las células eucariontes. Contienen enzimas en su interior, incorporadas desde el citosol. Según el tipo de enzimas que posean, existen muchos tipos de peroxisomas. Las células de mamíferos tienen varios peroxisomas, cuyo número es variable según el tipo celular. También se denominan microcuerpos.

Características Principales de los Peroxisomas

• Organelos rodeados por membrana, presentes en todas las células eucariontes, a excepción de los eritrocitos.
• Tienen un tamaño de 0,2 – 1 µm.
• Son vesículas pequeñas que contienen aproximadamente 50 enzimas diferentes.
• Se sintetizan en el Retículo Endoplasmático (RE) y son autorreplicativos, similar a las mitocondrias, pero carecen de ADN y ribosomas.
• También son conocidos como Centro de Detoxificación.
• Son abundantes en el hígado y los riñones.
• Son muy semejantes a los lisosomas (los lisosomas se generan en el Aparato de Golgi).

Diferencias entre Peroxisomas y Lisosomas

• Peroxisomas:
  • Contienen enzimas oxidasas.
  • Se originan en el retículo endoplásmico.
  • Son uno de los principales organelos que degradan ácidos grasos de cadena larga mediante la beta-oxidación.
• Lisosomas:
  • Contienen enzimas hidrolasas.
  • Se originan en el Aparato de Golgi.

Núcleo Cristalino Peroxisomal

El peroxisoma contiene una variedad de enzimas para la catálisis de las funciones celulares, principalmente el metabolismo. Típicamente, las enzimas más concentradas, como la catalasa o la urato oxidasa, pueden llegar a ser tan abundantes que se agregan para formar un núcleo cristalino en el centro del organelo. Esta estructura se puede observar en micrografías electrónicas.

Funciones Clave de los Peroxisomas

Los peroxisomas tienen una función detoxificadora crucial para eliminar sustancias tóxicas del cuerpo, como el peróxido de hidrógeno u otros metabolitos. Son un sitio importante de utilización del oxígeno y son numerosos en el hígado (representando el 1 – 2% de su volumen), donde los subproductos tóxicos tienden a acumularse.

Estructura y Biogénesis de los Peroxisomas

Estructura

Los peroxisomas tienen una estructura simple que consta de dos partes principales:

• Una membrana de bicapa lipídica única.
• Un núcleo cristalino condensado en el centro, que contiene una variedad de enzimas para la catálisis de funciones metabólicas.

Pueden parecerse a gránulos de almacenamiento; sin embargo, no se forman de la misma manera. También se agrandan y brotan para producir nuevos peroxisomas. Estas vesículas proporcionan un entorno protegido para que ocurran reacciones en las que se genera y degrada peróxido de hidrógeno.

La principal enzima de los peroxisomas es la catalasa, que descompone el peróxido de hidrógeno producido en los peroxisomas o el originado en otras localizaciones, como el citosol, el RE y las mitocondrias. La actividad de la catalasa es la única común a todos los tipos de peroxisomas.

Los peroxisomas son estructuras dinámicas en cuanto a su estructura, forma y contenido enzimático. Dependiendo de la función celular, el número, forma, estructura y contenido enzimático de los peroxisomas varía considerablemente. Suelen ser esféricos, pero pueden cambiar su forma y ser alargados o incluso formar retículos en algunos tipos de células.

Biogénesis y División de Peroxisomas

Los peroxisomas se forman de novo a partir del retículo endoplásmico (RE) a través de la fusión de vesículas. Además, los peroxisomas pueden crecer, elongarse y dividirse por fisión binaria.

Todas las proteínas peroxisómicas son codificadas por genes nucleares, se sintetizan en los ribosomas libres en el citosol y luego se incorporan a peroxisomas preexistentes o recién formados. A medida que los peroxisomas se agrandan por el agregado de proteínas y lípidos, pueden finalmente dividirse y formar nuevos peroxisomas.

Una vez que se ha formado un peroxisoma como resultado de la biogénesis, necesita aumentar de tamaño. Esto se logra mediante la importación post-traduccional de proteínas recién sintetizadas desde el citosol, las cuales son transportadas a través de la membrana del peroxisoma y hacia el núcleo. Varias de estas proteínas se mantienen en la membrana.

División de Peroxisomas

En las membranas de los peroxisomas existen proteínas denominadas peroxinas (varias), las cuales están implicadas en reconocer e incorporar proteínas desde el citosol. También son importantes durante el crecimiento y la división de estos orgánulos. La incorporación completa de las proteínas de la matriz produce un peroxisoma maduro. La proliferación de peroxisomas requiere la división de los peroxisomas maduros, proceso dependiente de la proteína PEX11.

Direccionamiento (Sorting) de Proteínas a Peroxisomas

Todas las proteínas peroxisómicas son sintetizadas por ribosomas libres en el citosol y son incorporadas en los orgánulos después de su traducción.

• Un receptor citosólico dirige las proteínas con una secuencia SKL (Ser-Lys-Leu) en el C-terminal hacia la matriz del peroxisoma.
• La secuencia de direccionamiento PTS1 no es retirada de la proteína madura.
• La incorporación de proteínas al interior del peroxisoma requiere ATP.
• El peroxisoma puede translocar proteínas plegadas en el citosol.
• Las proteínas destinadas a la membrana del peroxisoma tienen secuencias de direccionamiento diferentes a las proteínas destinadas a la matriz; por lo tanto, son introducidas de forma diferente.

Los peroxisomas dañados o que cumplieron su ciclo de vida funcional son degradados en los lisosomas a través de la vía de la autofagia.

Ciclo de Vida de los Peroxisomas en una Célula (1 día)

La biogénesis de nuevos peroxisomas en una célula se puede producir de dos formas:

1. Por crecimiento y división de los preexistentes.
2. Por generación a partir del retículo endoplásmico.

Las vías de generación incluyen:

• Desde el retículo endoplasmático.
• Por crecimiento y estrangulación.

La incorporación de moléculas para el crecimiento y la maduración se da por:

• Importación de moléculas desde el citosol.
• Fusión de vesículas provenientes del retículo endoplasmático e independientes de COPII.

Metabolismo y Funciones Específicas

Beta-Oxidación en Peroxisomas

Los peroxisomas contienen varias oxidasas, enzimas que utilizan el oxígeno molecular para oxidar sustancias orgánicas, formando en el proceso peróxido de hidrógeno (H₂O₂), una sustancia corrosiva. También tienen la enzima catalasa, que degrada el peróxido de hidrógeno para producir agua y oxígeno.

Realizan la oxidación de compuestos orgánicos mediante la utilización de dos enzimas que actúan en secuencia. Las rutas metabólicas principales que llevan a cabo los peroxisomas son la β-oxidación de los ácidos grasos y otras reacciones oxidativas, donde se consume mucho oxígeno.

Beta-Oxidación en Mamíferos

En mamíferos, la beta-oxidación ocurre tanto en las mitocondrias como en los peroxisomas. A diferencia de la oxidación de ácidos grasos en la mitocondria, que produce CO₂ y genera ATP, la oxidación peroxisómica de ácidos grasos produce grupos acetilo y no forma ATP.

La oxidación de ácidos grasos en el peroxisoma proporciona uno de los principales recursos de energía metabólica para la célula. Corta ácidos grasos de cadena muy larga para que puedan ser degradados en las mitocondrias.

Beta-Oxidación en Plantas y Hongos

En las plantas y en los hongos, la β-oxidación se lleva a cabo exclusivamente en los peroxisomas.

Síntesis de Colesterol y Lípidos

El peroxisoma produce y sintetiza colesterol y fosfolípidos que forman parte del cerebro, tejido cardíaco y funcionamiento de los pulmones. Sintetiza plasmalógenos, que son una clase inusual de fosfolípidos abundantes en las vainas de mielina de neuronas cerebrales.

Trastornos Peroxisomales

Los trastornos peroxisomales en los seres humanos pueden resultar de la función anormal de una sola enzima, las cuales son necesarias para la función peroxisomal normal. Comúnmente se observan problemas con el sistema nervioso, además de otros síntomas como:

• Dismorfismo esquelético y craneofacial.
• Disfunción hepática.
• Pérdida auditiva sensorineural.
• Retinopatía.

Resumen de Funciones de los Peroxisomas

• Digieren ácidos grasos de cadenas muy largas (Beta-oxidación), siendo un recurso de energía metabólica.
• Función catabólica.
• Rompen o degradan purinas a ácido úrico (urato oxidasa).
• Participan en la síntesis de colesterol.
• Participan en la síntesis de fosfolípidos.
• Participan en la síntesis de lípidos para la vaina de mielina (plasmalógenos).
• Participan en la síntesis de ácidos biliares.
• Digestión de etanol (detoxificación) y otros productos tóxicos.