Peroxisomas: función y estructura

Los peroxisomas son orgánulos esenciales para una célula, se caracterizan por su forma irregular y un diámetro que oscila entre 0,1 y 1 µm. Se encuentran en casi todas las células eucariotas y desempeñan funciones metabólicas cruciales. Estos orgánulos están delimitados por una membrana que alberga enzimas oxidativas, principalmente la peroxidasa y la catalasa. La peroxidasa cataliza la oxidación de diversos sustratos utilizando oxígeno, generando peróxido de hidrógeno (H₂O₂), una sustancia potencialmente tóxica. Posteriormente, la catalasa descompone el H₂O₂, contribuyendo a la detoxificación celular.

Los peroxisomas poseen una gran plasticidad; estos orgánulos pueden aumentar en número y tamaño en respuesta a los estímulos fisiológicos, adaptándose a las necesidades metabólicas de la célula. En los tejidos de los mamíferos, es común encontrar centenares de peroxisomas, que presentan una heterogeneidad significativa en cuanto a su contenido enzimático, tamaño y forma. Las proteínas asociadas a los peroxisomas, conocidas como peroxinas, son fundamentales para la incorporación de las enzimas en el interior de los peroxisomas o en su membrana. Estas proteínas, que incluyen Pex5, Pex19, Pex3 y Pex16, facilitan la maduración y el crecimiento de los peroxisomas, asegurando su funcionalidad en procesos metabólicos y de detoxificación.

Desempeñan reacciones metabólicas.

• Entre las enzimas más representativas que albergan en ellas se encuentran la catalasa y la urato oxidasa. Estas enzimas participan en procesos de oxidación, donde se genera peróxido de hidrógeno (H₂O₂), una molécula altamente reactiva y tóxica. La catalasa desempeña un papel crucial al inactivar el H₂O₂, transformándolo en agua a través de la reacción: H₂O₂ + R-H₂ → R + 2H₂O.
• Los peroxisomas, principalmente, participan en estos dos procesos metabólicos: el metabolismo de lípidos y la protección celular contra peróxidos. En mamíferos, estos orgánulos son responsables de la degradación de lípidos de cadena larga y ramificados, así como de D-aminoácidos y poliaminas.
• En las plantas, los peroxisomas son esenciales para la fotorrespiración, un proceso que oxida productos residuales de la fijación de CO₂. Durante la germinación, en las semillas, se transforman en glioxisomas, almacenando reservas y convirtiendo ácidos grasos en azúcares a través del ciclo del glioxilato.
• Participan en la biosíntesis de plasmalógenos y precursores del colesterol. En algunos organismos, como las levaduras, facilitan la asimilación del alcohol.
• Los peroxisomas también interactúan con otros orgánulos, como mitocondrias y retículo endoplásmico, mediante vesículas y contactos membrana-membrana, asegurando la comunicación y el flujo de metabolitos esenciales.

En primer lugar, estos orgánulos están rodeados por una membrana única, que consiste en una bicapa lipídica. Esta membrana delimita el entorno interno del peroxisoma del citosol, lo que facilita la captura y conversión de moléculas reactivas, como el peróxido de hidrógeno (H₂O₂), en compuestos menos dañinos.

El interior del peroxisoma, denominado matriz, alberga una variedad de enzimas que catalizan reacciones de oxidación cruciales para el metabolismo celular. Estas enzimas son sintetizadas en el citoplasma y son importadas a los peroxisomas mediante señales de orientación específicas, como la señal de orientación a los peroxisomas 1 (PTS1) y la PTS2. La importación de proteínas y lípidos a través de la membrana peroxisomal es fundamental para el crecimiento y la replicación de estos orgánulos, que se dividen de manera similar a las mitocondrias y cloroplastos.

También es importante señalar como se produce la biogénesis de los peroxisomas, esto se realiza de dos maneras principales: mediante el crecimiento y división de peroxisomas preexistentes, o por generación a partir del retículo endoplasmático y las mitocondrias en ausencia de peroxisomas previos.

• En el primer proceso, los peroxisomas crecen por adición de lípidos desde el retículo endoplasmático, facilitada por contactos físicos, y se dividen por estrangulación, un mecanismo similar al de las mitocondrias.
• En el segundo proceso, se generan nuevos peroxisomas a partir de vesículas provenientes del retículo endoplasmático y de las mitocondrias. Estas vesículas, conocidas como pre-peroxisomales, se fusionan para formar pre-peroxisomas, que maduran al incorporar proteínas del citosol. La presencia de peroxinas, proteínas específicas para la formación de peroxisomas, es crucial en este proceso, ya que buscan insertarse en membranas similares a las de los peroxisomas.

Por otro lado, los peroxisomas tienen proteínas de membrana que desempeñan un papel crucial en su integridad estructural, facilitando la importación de otras proteínas y regulando la entrada y salida de moléculas. Algunas de estas proteínas se sintetizan en ribosomas libres, mientras que otras pueden ser producidas en el retículo endoplasmático antes de ser transportadas al peroxisoma. Esta complejidad estructural y funcional que poseen los peroxisomas, quiere decir que la investigación sobre los mecanismos de importación y ensamblaje de los peroxisomas continúa siendo un área activa de estudio. Especialmente en relación con enfermedades humanas como el síndrome de Zellweger, que resulta de mutaciones en los componentes de estas vías.

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