Гликосома - Glycosome

Glycosome представляет собой мембрану -enclosed органелл , который содержит гликолитических ферментов . 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. Он обнаружен в нескольких видах простейших, включая Kinetoplastida, которые включают подотряды Trypanosomatida и Bodonina, особенно в патогенных трипаносомах человека , которые могут вызывать сонную болезнь , болезнь Шагаса и лейшманиоз . Органелла ограничена единой мембраной и содержит плотный белковый матрикс. Считается, что он произошел от пероксисомы . Это было подтверждено исследованиями генетики лейшмании.

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

Гликосомы уникальны для кинетопластид и их сестринских диплонемид . Термин гликозома также используется для обозначения гликоген-содержащих структур, обнаруженных в гепатоцитах, ответственных за хранение сахара, но они не являются мембраносвязанными органеллами.

Гликосомы в трипаносоматиде

Структура

Гликосомы состоят из гликогена и белков. Белки - это ферменты, которые связаны с метаболизмом гликогена. Эти белки и гликоген образуют комплекс, образующий отдельную органеллу. 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. Они похожи на альфа-гранулы цитозоля клетки, заполненные 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 представляет собой липидный бислой. Гликоген, находящийся в гликозоме, идентичен гликогену, свободно находящемуся в цитозоле . 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; гликозомы, прикрепленные к миофибриллам, по-видимому, служат миозину , обеспечивая энергетические субстраты для генерации АТФ посредством гликолиза. Гликозомы грубого и гладкого эндоплазматического ретикулума используют его гликогенсинтазу и фосфорилазу фосфатазы.

Функция

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

Гликолиз

Основная функция, которую выполняет гликосома, - это гликолитический путь, который осуществляется внутри ее мембраны. По compartmentalizing гликолиза внутренней части glycosome, клетка может быть более успешной. В клетке цитозоль, митохондрии и гликосома завершают 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 из процессов за пределами гликозомы. Внутри гликосомы действительно нужен НАД + для функционирования и его регенерации. Фруктозо-1,6-бифосфат используется в гликосоме как способ получения окислителей, способствующих началу гликолиза. Гликосома превращает сахар в 3-фосфоглицерат.

Спасение пуринов

Еще одна функция гликосом - спасение пуринов. Паразиты, в клетках которых присутствуют гликосомы, не могут производить пурин de novo. Этот пурин, который образуется 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.

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 попытались окрасить то, что, как предполагалось, было простыми молекулами гликогена, окрашивание дало разные результаты. Это связано с тем, что это были не свободные молекулы гликогена, а гликосома. Гликозому изучали под микроскопом, исследуя гликозому, окрашенную уранилацетатом . 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.

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 , содержащийся в гликозомах, 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.

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 здоровые клетки имеют больше лиогликосом, в то время как голодные клетки имеют больше десмогликосом.

Лиогликосомы

Лиогликосомы - это гликозомы, которые находятся в свободном цитозоле клетки. На эти типы гликозом влияет кислота. Они, как правило, менее электронно-плотные, чем гликосомы другого типа. Лиогликосомы также обычно находятся в цепочках цитозоля. Поскольку лиогликосомы не связаны с тканью, эти гликосомы можно экстрагировать с помощью кипящей воды.

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 мышечных клетках . Эти гликосомы не подвержены действию кислоты. Было обнаружено, что эти гликосомы 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.

Пероксисомное происхождение

Гликосомы являются наиболее дивергентными из различных типов органелл, происходящих от пероксисом, особенно в трипаносомах . Пероксисомы высших эукариот очень похожи на гликосомы и глиоксисомы , обнаруженные 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. Кроме того, последовательности нацеливания на белки, которые отправляются в гликозому для белковой матрицы, аналогичны по последовательности последовательностям на белках, импортируемых в пероксисому. То же самое можно увидеть в фактических последовательностях белков, входящих в матрицы этих двух органелл, а не только в последовательностях нацеливания. Было высказано предположение, что с тех пор, как было обнаружено, что гликосомы обладают пластидоподобными белками, латеральный перенос генов произошел давно из организма, способного к фотосинтезу, гены которого были перенесены, чтобы получить пероксисомы и гликосомы. Сама гликосома, как и пероксисома, лишена генома .

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 было предложено найти лекарство, останавливающее его функцию. Когда гликозома не функционирует должным образом, в клетке наблюдается серьезная нехватка ферментов. Эти ферменты связаны с синтезом эфирных липидов или бета-окислением некоторых жирных кислот. Клетки без гликозом испытывают дефицит этих ферментов, поскольку без компартментализации гликозомы ферменты разлагаются в клетке в цитозоле. Органелла препятствует метаболизму ферментов. Для паразитов синтез эфирных липидов жизненно важен для завершения своего жизненного цикла, что делает также жизненно важными ферменты, защищенные гликосомой. В их жизненном цикле гликолиз частично через гликосомы очень высок в форме кровотока по сравнению с проциклической формой. Путь гликозомального гликолиза необходим в стрессовых ситуациях для патогена, поскольку гликолиз может быть запущен, когда субстраты для этого пути доступны, даже если 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.

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

Рекомендации

  1. ^ a b c d e f g Рыбицка, Килан (июнь 1996 г.). «Гликосомы - органеллы обмена гликогена». Ткань и клетка . 28 (3): 253–265. DOI : 10.1016 / s0040-8166 (96) 80013-9 . PMID   8701432 .
  2. ^ а б в г Парсонс М (2004). «Гликосомы: паразиты и расхождение пероксисомального назначения» . Mol Microbiol . 53 (3): 717–24. DOI : 10.1111 / j.1365-2958.2004.04203.x . PMID   15255886 .
  3. ^ Flaspohler, JA; Rickoll, WL; Беверли, СМ; Парсонс, М. (1997). «Функциональная идентификация гена Leishmania, связанного с пероксином 2, показывает общее происхождение гликосом и пероксисом» . Мол. Cell. Биол . 17 (3): 1093–1101. DOI : 10.1128 / mcb.17.3.1093 . PMC   231834 . PMID   9032236 .
  4. ^ Элейн, N; Джон Маллат, PBW (2008). Анатомия человека . Сан-Франциско: Бенджамин Каммингс (Пирсон). п. 697.
  5. ^ a b 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. DOI : 10.1016 / s0166-6851 (01) 00261-4 . PMID   11377736 .
  6. ↑ White, J (1 июля 1999 г.). «Гликозомы тромбоцитов». Тромбоциты (Эдинбург) . 10 (4): 242–6. DOI : 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. DOI : 10.1016 / j.molbiopara.2010.01.002 . PMID   20138091 .