Гликосома - Glycosome

В гликосома это мембрана -закрытый органелла который содержит гликолитический ферменты. Этот термин был впервые использован Скоттом и Стиллом в 1968 году после того, как они поняли, что гликоген в клетке не статичен, а скорее является динамической молекулой.[1] Встречается у нескольких видов простейшие в том числе Кинетопластида которые включают подзаказы Трипаносоматида и Бодонина, особенно в человеческом патогенный трипаносомы, что может вызвать сонная болезнь, Болезнь Шагаса, и лейшманиоз. Органелла ограничена единой мембраной и содержит плотный белковый матрица. Считается, что он произошел от пероксисома.[2] Это было подтверждено исследованиями генетики лейшмании.[3]

Гликозома в настоящее время исследуется как возможная мишень для лекарственной терапии.

Гликосомы уникальны для кинетопластиды и их сестра диплонемиды. Термин гликозома также используется для гликоген-содержащих структур, обнаруженных в гепатоциты ответственны за хранение сахара, но это не мембранные органеллы.[4]

Гликосомы в трипаносоматиде

Структура

Гликосомы состоят из гликоген и белки. Белки - это ферменты, которые связаны с метаболизм гликогена. Эти белки и гликоген образуют комплекс, образующий отдельную органеллу.[1] Белки для гликозом импортируются из свободных цитозольных рибосом. Белки, импортированные в органеллы, имеют определенную последовательность, конечную последовательность PTS1, чтобы убедиться, что они попадают в нужное место.[5] Они похожи на альфа-гранулы в цитозоле клетки, заполненной гликогеном. Гликосомы обычно имеют округло-овальную форму, размер которой варьируется в каждой клетке. Хотя гликоген находится в цитоплазме, в гликозоме он отдельный, окруженный мембраной. Мембрана - это липид двухслойный. Гликоген, который находится в гликозоме, идентичен гликогену, свободно обнаруживаемому в цитозоль.[6] Гликосомы могут быть связаны со многими различными типами органелл или присоединяться к ним. Было обнаружено, что они прикреплены к саркоплазматической сети и ее промежуточным филаментам. Было обнаружено, что другие гликозомы прикреплены к миофибриллам и митохондриям, шероховатому эндоплазматическому ретикулуму, сарколемме, полирибосомам или аппарату Гольджи. Присоединение гликосом может дать функциональное различие между ними; гликосомы, прикрепленные к миофибриллам, похоже, служат миозин путем предоставления энергетических субстратов для выработки АТФ путем гликолиза. Гликосомы грубые и гладкие эндоплазматический ретикулум используют его гликогенсинтазу и фосфатазы фосфорилазы.[1]

Функция

Гликосомы участвуют во многих клеточных процессах. Эти процессы включают гликолиз, спасение пуринов, бета-окисление жирных кислот и синтез липидов эфира.[5]

Гликолиз

Основная функция, которую выполняет гликосома, - это гликолитический путь, который осуществляется внутри ее мембраны. К разделение гликолиз внутри гликозомы клетка может быть более успешной. В клетке действие в цитозоле, митохондриях и гликозоме завершает функцию энергетического метаболизма. Этот энергетический метаболизм генерирует АТФ в процессе гликолиза. Гликозома является хозяином основных гликолитических ферментов, участвующих в пути гликолиза. Этот путь используется для расщепления жирных кислот на их углерод и энергию. Однако весь процесс гликолиза не происходит в гликосоме. Скорее, только сегмент Эмбдена-Мейерхофа, где глюкоза входит в гликозому. Важно отметить, что в процессе в органелле нет чистого синтеза АТФ. Этот АТФ поступает позже в результате процессов вне гликосомы. Внутри гликосомы действительно необходимо НАД + для функционирования и его регенерации. Фруктозо-1,6-бифосфат используется в гликосомах как средство получения окислителей, способствующих началу гликолиза. Гликосома превращает сахар в 3-фосфоглицерат.[2]

Спасение пуринов

Еще одна функция гликосом - спасение пуринов. Паразиты, в клетках которых присутствуют гликосомы, не могут производить пурин de novo. Этот пурин, который производится в гликозоме, затем экспортируется из гликозомы для использования в клетке в виде нуклеиновой кислоты. В других клетках ответственные за это ферменты присутствуют в цитозоле. Эти ферменты, обнаруженные в гликозоме и способствующие синтезу, - это гуанин и аденинфосфорибозилтрансфераза, гипоксантин и ксантин-фотран. Все эти ферменты содержат последовательность PTS1 в своей карбоксильной последовательности, так что они отправляются в гликозому.[5]

Свидетельство

Микроскопические доказательства

Микроскопические методы позволили многое узнать о гликозоме клетки и действительно доказали, что в клетке есть мембраносвязанная органелла для гликогена и его процессов. Открытия Пола Эрлиха еще в 1883 году отметили, что с помощью микроскопа он мог сказать, что гликоген в клетке всегда находился вместе с тем, что он назвал носителем, позже известным как белок. Сам гликоген также всегда был зафиксирован в клетке по направлению к нижнему полюсу в одной группе. Когда ученые пытались пятно предполагалось, что это простые молекулы гликогена, окрашивание имело разные результаты. Это связано с тем, что это были не свободные молекулы гликогена, а гликосома. Гликозому изучали под микроскопом путем изучения гликозомы, окрашенной уранилацетат. Окрашенный U / Pb был белком, который был частью гликозомы. Гликоген в гликозоме клеток обычно связан с белком, который в два-четыре раза превышает вес гликогена. Однако в самом гликогене после очистки обнаруживается очень мало белка, обычно менее трех процентов, что показывает, что гликозома отвечает и функционирует за счет наличия белков и ферментов, необходимых для гликогена в гликозоме. При окрашивании уранилом в виде кислоты это вызовет диссоциацию белка от гликогена. Гликоген без белка будет образовывать большие агрегаты, и пятно будет белком. Это создает иллюзию исчезновения гликогена, поскольку он не окрашивается, а отделяется от белка, с которым он обычно связан в гликозоме.[1]

Биохимическое свидетельство

Было обнаружено множество биохимических свидетельств того, что гликосомы присутствуют в клетках. В органелле, которая считается гликосомой, обнаружены многочисленные белки. К ним относятся гликогенсинтаза, фосфорилаза и ферменты разветвления и разветвления гликогена. Все это регуляторные ферменты которые необходимы для синтеза гликогена. Для инициации синтеза гликогена требуется гликогенин, обнаруженный в гликосомах, белковый праймер. Гликогенсинтаза, как уже упоминалось, помогает в удлинении гликогена, а удалению глюкозы из гликогена помогают ферменты разветвления и фосфорилаза. Все эти ферменты находятся в гликозоме, что показывает, что эта органелла вместе с гликогеном также отвечает за хранение гликогена и отделена от цитозоля.[1]

Типы

Есть два типа гликозом, которые обнаруживаются в клетках, демонстрирующих эти специализированные органеллы. Эти две группы - лиогликосомы и десмогликосомы. Они различаются своей ассоциацией с другими органеллами в клетке, а также их относительной численностью. Исследования показали, что у здоровых клеток больше лиогликосом, в то время как у голодных клеток больше десмогликосом.

Лиогликосомы

Лиогликосомы - это гликозомы, которые находятся в свободном цитозоле клетки. На эти типы гликозом влияет кислота. Они, как правило, меньше электронно-плотный чем другой тип гликозомы. Лиогликосомы также обычно находятся в цепочках цитозоля. Поскольку лиогликосомы не связаны с тканью, эти гликосомы можно экстрагировать с помощью кипящей воды.[1]

Десмогликосомы

Десмогликосомы не свободны в цитозоле, а находятся в других органеллах или структурах клетки. Эти структуры относятся к другим упомянутым органеллам, таким как миофибриллы, митохондрии и эндоплазматический ретикулум. Это объясняет, почему десмогликосомы обнаруживаются в мышечные клетки. Эти гликосомы не подвержены действию кислоты. Было обнаружено, что эти гликозомы не образуют группы, а остаются отдельными как отдельные органеллы. Из-за большого количества белка, с которым ассоциируется гликосома, обычно наблюдается высокая электронная плотность. Десмогликосомы нельзя экстрагировать из кипящей воды, так как они связаны с тканью через связь с белком.[1]

Пероксисомное происхождение

Гликосомы являются наиболее расходящимися из разных типов органелл, происходящих от пероксисом, особенно как видно на трипаносомы. Пероксисомы высших эукариот очень похожи на гликосомы и глиоксисомы которые содержатся в некоторых растениях и грибах. Гликосома имеет ту же структуру базового уровня, что и одиночная мембрана, и очень плотная белковая матрица. Некоторые исследования показали, что некоторые из ферментов и путей, обнаруженных в пероксисоме, также наблюдаются в гликозомах некоторых видов трипаносом. Так же последовательности нацеливания на белках, которые отправляются в гликозому для белковой матрицы, сходны по последовательности с последовательностями белков, импортируемых в пероксисому. То же самое наблюдается в фактических последовательностях белков, входящих в матрицу этих двух органелл, а не только в последовательностях нацеливания. Было высказано предположение, что с тех пор, как было обнаружено, что гликосомы обладают пластида подобно белкам, латеральный перенос генов произошел давным-давно от организма, способного к фотосинтезу, гены которого были перенесены, чтобы образовались пероксисомы и гликозомы. Сама гликосома, как и пероксисома, лишена геном.[2]

Возможная лекарственная мишень

В отличие от пероксисом, для большинства трипаносом их гликосомы необходимы для выживания. Из-за этой потребности в гликозоме в качестве возможной мишени для лекарства было предложено найти препарат, средство, медикамент чтобы остановить его функцию. Когда гликозома не функционирует должным образом, в клетке наблюдается серьезная нехватка ферментов. Эти ферменты связаны с эфирно-липидный синтез или бета-окисление некоторых жирных кислот. Клетки без гликозом испытывают дефицит этих ферментов, поскольку без компартментализации гликозомы ферменты разлагаются в клетке в цитозоле. Органелла препятствует метаболизму ферментов. За паразиты, эфирно-липидный синтез жизненно важен для завершения своего жизненного цикла, поэтому ферменты, защищенные гликосомой, также жизненно необходимы.[2] В их жизненном цикле гликолиз частично через гликосомы очень высок в форме кровотока по сравнению с проциклической формой. Путь гликозомного гликолиза необходим в стрессовых ситуациях для патогена, поскольку гликолиз может быть запущен, когда субстраты для этого пути доступны, даже когда АТФ еще недоступен. Так как эта органелла так важна для трипаносомы, если лекарство может нацелить эту органеллу, это может быть успешной терапией, как показали исследования, без гибели гликозомного паразита.[7]

Используя поры в мембране гликозомы, лекарство может проникать в органеллу и использоваться для уничтожения трипаносомы brucei.

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм Рыбицка, Келан (июнь 1996 г.). «Гликосомы - органеллы обмена гликогена». Ткани и клетки. 28 (3): 253–265. Дои:10.1016 / с0040-8166 (96) 80013-9. PMID  8701432.
  2. ^ а б c d Парсонс М (2004). «Гликосомы: паразиты и расхождение пероксисомального назначения». Мол Микробиол. 53 (3): 717–24. Дои:10.1111 / j.1365-2958.2004.04203.x. PMID  15255886.
  3. ^ Flaspohler, J.A .; Rickoll, W.L .; Beverley, S.M .; Парсонс, М. (1997). «Функциональная идентификация гена Leishmania, связанного с пероксином 2, показывает общее происхождение гликосом и пероксисом». Мол. Клетка. Биол. 17 (3): 1093–1101. Дои:10.1128 / mcb.17.3.1093. ЧВК  231834. PMID  9032236.
  4. ^ Элейн, N; Джон Маллат, П. Б. В (2008). Анатомия человека. Сан-Франциско: Бенджамин Каммингс (Пирсон). п. 697.
  5. ^ а б c Парсонс, Мэрилин; Furuya, T .; Pal, S .; Кесслер, П. (июнь 2001 г.). «Биогенез и функция пероксисом и гликозом». Молекулярная и биохимическая паразитология. 115 (1): 19–28. Дои:10.1016 / s0166-6851 (01) 00261-4. PMID  11377736.
  6. ^ Уайт, Дж. (1 июля 1999 г.). «Гликосомы тромбоцитов». Тромбоциты (Эдинбург). 10 (4): 242–6. Дои:10.1080/09537109976095. PMID  16801099.
  7. ^ Галланд, Натали; де Вальке, Вонкен; Верлинде, Михельс (май 2010 г.). «Внутренняя последовательность нацелена на изомеразу триозофосфата Trypanosoma brucei в гликозомы». Молекулярная и биохимическая паразитология. 171 (1): 45–49. Дои:10.1016 / j.molbiopara.2010.01.002. PMID  20138091.