Glikosom - Glycosome

Glikosom jest membrana -enclosed organelli zawierający glikolitycznych enzymów . Termin ten został po raz pierwszy użyty przez Scotta i Stilla w 1968 roku po tym, jak zdali sobie sprawę, że glikogen w komórce nie jest statyczny, ale raczej dynamiczną cząsteczką. Znajduje się w kilku gatunków pierwotniaków tym Kinetoplastida obejmujących podrzędu świdrowce i Bodonina, zwłaszcza w ludzkiej patogennych świdrowców , co może spowodować śpiączkę , chorobę Chagasa i leiszmaniozy . Organelle jest ograniczone pojedynczą błoną i zawiera gęstą macierz białkową . Uważa się, że wyewoluował z peroksysomu . Zostało to zweryfikowane przez prace nad genetyką Leishmania.

Obecnie prowadzone są badania nad glikosomem jako możliwym celem terapii lekowych.

Glikosomy są unikalne dla kinetoplastidów i ich siostrzanych diplonemidów . Termin glikosom jest również używany w odniesieniu do struktur zawierających glikogen znajdujących się w hepatocytach odpowiedzialnych za przechowywanie cukru, ale nie są to organelle związane z błoną.

Glikosomy w trypanosomatidzie

Struktura

Glikosomy składają się z glikogenu i białek. Białka to enzymy związane z metabolizmem glikogenu. Te białka i glikogen tworzą kompleks, tworząc odrębne i oddzielne organelle. Białka dla glikosomów są importowane z wolnych rybosomów cytozolowych. Białka importowane do organelli mają określoną sekwencję, sekwencję końcową PTS1, aby upewnić się, że trafiają we właściwe miejsce. Są podobne do ziarnistości alfa w cytozolu komórki wypełnionej glikogenem. Glikosomy mają zazwyczaj kształt od okrągłego do owalnego, z różną wielkością w każdej komórce. Chociaż glikogen znajduje się w cytoplazmie, to w glikosomie jest oddzielny, otoczony błoną. Membrana jest lipidowej dwuwarstwowej. Glikogen znajdujący się w glikosomie jest identyczny z glikogenem znajdującym się swobodnie w cytozolu . Glikosomy mogą być związane lub przyłączone do wielu różnych typów organelli. Stwierdzono, że są przyczepione do siateczki sarkoplazmatycznej i jej włókienek pośrednich. Stwierdzono, że inne glikosomy są przyłączone do miofibryli i mitochondriów, szorstkiej retikulum endoplazmatycznego, sarkolemmy, polirybosomów lub aparatu Golgiego. Przyłączenie glikosomów może nadawać funkcjonalne rozróżnienie między nimi; z glikosom dołączone do włókienkach mięśniowych wydają się służyć miozyny poprzez dostarczenie podłoża energii do wytwarzania ATP przez glikolizy. Glikosomy w szorstkiej i gładkiej siateczce endoplazmatycznej wykorzystują syntazę glikogenu i fosfatazy fosforylazy.

Funkcjonować

Glikosomy działają w wielu procesach w komórce. Procesy te obejmują glikolizę, odzyskiwanie puryn , utlenianie beta kwasów tłuszczowych i syntezę lipidów eterowych.

Glikoliza

Główną funkcją, jaką pełni glikosom, jest szlak glikolityczny, który odbywa się wewnątrz jego błony. Komórka może odnieść większe sukcesy poprzez kompartmentalizację glikolizy wewnątrz glikosomu. W komórce działanie cytozolu, mitochondriów i glikosomu dopełniają funkcję metabolizmu energetycznego. Ten metabolizm energetyczny generuje ATP w procesie glikolizy. Glikosom jest gospodarzem głównych enzymów glikolitycznych na szlaku glikolizy. Szlak ten służy do rozkładania kwasów tłuszczowych na węgiel i energię. Jednak cały proces glikolizy nie zachodzi w glikosomie. Raczej tylko segment Embden-Meyerhof, w którym glukoza wchodzi do glikosomu. Co ważne, proces zachodzący w organelli nie ma syntezy netto ATP. Ten ATP pochodzi później z procesów poza glikosomem. Wewnątrz glikosomu NAD + jest potrzebny do funkcjonowania i regeneracji. 1,6-bifosforan fruktozy jest stosowany w glikosomie jako sposób na uzyskanie środków utleniających, które pomogą rozpocząć glikolizę. Glikosom przekształca cukier w 3-fosfoglicerynian.

Odzysk purynowy

Inną funkcją glikosomów jest odzyskiwanie puryny. Pasożyty, które mają glikosomy obecne w swoich komórkach, nie mogą wytwarzać puryn de novo. Ta puryna, która jest wytwarzana w glikosomie, jest następnie eksportowana z glikosomu do wykorzystania w komórce w kwasie nukleinowym. W innych komórkach odpowiedzialne za to enzymy są obecne w cytozolu. Te enzymy znajdujące się w glikosomie, które pomagają w syntezie, to guanina i fosforybozylotransferaza adeninowa, hipoksantyna i fosfotran ksantynowy. Wszystkie te enzymy zawierają sekwencję PTS1 w swojej sekwencji karboksylowej, dzięki czemu są wysyłane do glikosomu.

Dowód

Dowody mikroskopowe

Techniki mikroskopowe ujawniły wiele na temat glikosomu w komórce i rzeczywiście dowiodły, że w komórce znajduje się organelle związane z błoną dla glikogenu i jego procesów. Odkrycia Paula Erlicha już w 1883 roku odnotowały, że z mikroskopu mógł stwierdzić, że glikogen w komórce zawsze znajdował się z tym, co nazwał nośnikiem, później znanym jako białko. Sam glikogen był również zawsze widoczny w komórce w kierunku dolnego bieguna w jednej grupie, utrwalony. Kiedy naukowcy próbowali zabarwić to, co uważano za proste cząsteczki glikogenu, barwienie miało różne wyniki. Wynika to z faktu, że nie były to wolne cząsteczki glikogenu, ale tak naprawdę glikosom. Glikosom badano pod mikroskopem, badając glikosom wybarwiony octanem uranylu . U / Pb, które było wybarwione, było białkiem, które było częścią glikosomu. Glikogen w glikosomie w komórkach jest zwykle związany z białkiem, które jest dwa do czterech razy większe niż glikogen. Jednak sam glikogen, po oczyszczeniu, zawiera bardzo mało białka, zwykle mniej niż trzy procent, co pokazuje, że glikosom jest odpowiedzialny i działa poprzez posiadanie białek i enzymów potrzebnych do glikogenu w glikosomie. W przypadku barwienia uranylem, jako kwas, spowodowałoby dysocjację białka od glikogenu. Glikogen bez białka utworzyłby duże agregaty, a plama byłaby białkiem. Daje to iluzję zaniku glikogenu, ponieważ nie jest on zabarwiony, ale dysocjuje od białka, z którym jest normalnie związany w glikosomie.

Dowody biochemiczne

Odnaleziono szereg dowodów biochemicznych świadczących o obecności glikosomów w komórkach. W organelli, które uważa się za glikosomy, znajdują się liczne białka. Obejmują one syntazę glikogenu, fosforylazę oraz enzymy rozgałęziające i usuwające rozgałęzienie dla glikogenu. Wszystkie te enzymy są regulatorami potrzebnymi w syntezie glikogenu. Do zainicjowania syntezy glikogenu potrzebna jest glikogenina znajdująca się w glikosomach, białkowy starter. Wspomniana syntaza glikogenu pomaga w wydłużaniu glikogenu, a usuwanie glukozy z glikogenu jest wspomagane przez enzymy usuwające rozgałęzienia i fosforylazę . Wszystkie te enzymy znajdują się w glikosomie, co pokazuje, że ta organella w komplecie z glikogenem jest również odpowiedzialna za przechowywanie glikogenu i oddzielenie go od cytozolu.

Rodzaje

Istnieją dwa typy glikosomów, które znajdują się w komórkach wykazujących te wyspecjalizowane organelle. Te dwie grupy to lioglikosomy i desmoglikosomy. Różnią się one związkiem z innymi organellami w komórce, a także ich względną obfitością. Badania wykazały, że zdrowe komórki mają więcej lioglikosomów, podczas gdy wygłodzone komórki mają więcej desmoglikosomów.

Lyoglikosomy

Lyoglikosomy to glikosomy wolne w cytozolu komórki. Kwas wpływa na te typy glikosomów. Zwykle mają mniejszą gęstość elektronów niż inne typy glikosomów. Lyoglikosomy są również zwykle znajdowane w łańcuchach w cytozolu. Ponieważ lioglikosomy nie są związane z tkanką, możliwe jest ekstrakcja tych glikosomów za pomocą wrzącej wody.

Desmoglikosomy

Desmoglikosomy nie są wolne w cytozolu, ale raczej są z innymi organellami lub strukturami w komórce. Struktury te odnoszą się do innych wymienionych organelli, takich jak miofibryle, mitochondria i retikulum endoplazmatyczne. To wyjaśnia, dlaczego desmoglikosomy znajdują się w komórkach mięśniowych . Kwas nie wpływa na te glikosomy. Stwierdzono, że te glikosomy nie tworzą grup, ale raczej pozostają oddzielne jako pojedyncze organelle. Z powodu dużej ilości białka, z którym łączy się glikosom, zwykle obserwuje się wysoką gęstość elektronów. Desmoglikosomów nie można wyekstrahować z wrzącej wody, ponieważ są one związane z tkankami poprzez połączenie z białkami.

Pochodzenie peroksysomów

Glikosomy są najbardziej rozbieżnymi z różnych typów organelli wywodzących się z peroksysomów, szczególnie takich jak w trypanosomach . Peroksysomy wyższych eukariontów są bardzo podobne do glikosomów i glioksysomów, które znajdują się w niektórych roślinach i grzybach. Glikosom ma tę samą podstawową strukturę pojedynczej błony i bardzo gęstej macierzy białkowej. Niektóre badania wykazały, że niektóre enzymy i ścieżki, które znajdują się w peroksysomie, są również widoczne w glikosomach niektórych gatunków trypanosomów. Ponadto sekwencje kierujące białka, które są wysyłane do glikosomu w celu uzyskania macierzy białkowej, są podobne pod względem sekwencji do sekwencji białek importowanych do peroksysomu. To samo widać w rzeczywistych sekwencjach białek wchodzących do matryc tych dwóch organelli, a nie tylko w sekwencjach kierujących. Spekulowano, że odkąd odkryto, że glikosomy posiadają białka podobne do plastydów , dawno temu nastąpił boczny transfer genów z organizmu zdolnego do fotosyntezy, którego geny zostały przeniesione, aby uzyskać powstałe peroksysomy i glikosomy. Sam glikosom, wraz z peroksysomem, nie ma genomu .

Potencjalny cel leku

W przeciwieństwie do peroksysomów, w przypadku większości trypanosomów ich glikosomy są potrzebne do przeżycia. Ze względu na zapotrzebowanie na glikosom, jako potencjalny cel leku zasugerowano znalezienie leku, który zatrzymałby jego działanie. Kiedy glikosom nie funkcjonuje prawidłowo, w komórce występuje poważny brak enzymów. Są to enzymy związane z syntezą eterowo-lipidową lub beta-oksydacją niektórych kwasów tłuszczowych. Komórki bez glikosomów mają niedobór tych enzymów, ponieważ bez kompartmentalizacji glikosomu enzymy są degradowane w komórce w cytozolu. Organelle powstrzymują metabolizm enzymów. W przypadku pasożytów synteza eterowo-lipidowa jest niezbędna do pełnego cyklu życiowego, a enzymy chronione przez glikosom są również niezbędne. W ich cyklu życiowym glikoliza częściowo przez glikosom jest bardzo wysoka w postaci krwioobiegu w porównaniu do formy procyklicznej. Szlak glikosomalnej glikolizy jest niezbędny w sytuacjach stresowych dla patogenu, ponieważ glikolizę można rozpocząć, gdy substraty dla szlaku są dostępne, nawet gdy ATP nie jest jeszcze dostępne. Ponieważ więc te organelle są tak istotne dla trypanosomu, jeśli lek mógłby być skierowany na te organelle, może to być skuteczna terapia, jak wykazały badania, bez śmierci pasożyta glikosomów.

Wykorzystując pory w błonie glikosomu, lek może dostać się do organelli i zostać użyty do zabicia trypanosoma brucei

Bibliografia