ペルオキシソーム：特性、機能、構造、生合成 - 生物学 - 2025

ペルオキシソームも微小体として知られているが、ほとんどの真核細胞の細胞質ゾル中に懸濁されたリソソーム、と非常に類似して小さい細胞小器官です。

人間の体にはさまざまな機能を果たしてそれを維持するのと同じように、細胞にもさまざまな機能があり、それらを「オルガネラ」または「オルガネラ」と呼んでいます。

ペルオキシソーム（peroxisome）、ミトコンドリア（mitochondriom）、および核（nucleus）を示す微生物細胞の概略図（出典：CNX OpenStax / CC BY（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0）（Wikimedia経由）コモンズ）

心臓が体の残りの部分に血液を送り出すのと同じように、鼻と肺が呼吸に使用され、胃は食物を受け取り、消化から始まり、脳がすべてを調整します（例をいくつか挙げます）。オルガネラは細胞の機能の多くに不可欠です。

細胞小器官の一部にはペルオキシソームがあり、それらは密度に基づいて異なる細胞小器官を分離する細胞内分画技術を開発した同じ研究者であるクリスチャンルネドデューブによって1960年に記述されました。

ドデューブは、1974年に、これらの技術とペルオキシソームの発見の功績のおかげで、ノーベル生理学・医学賞をアルバートクロードとジョージパレードと共有しました。

これらのオルガネラの名前は、過酸化水素（H ₂ O ₂）の内部生成に由来します。過酸化水素（H ₂ O ₂）は、細胞内で発生する酸化還元反応の副産物であり、細胞に対して潜在的に有毒です（他の多くの分子と反応する可能性があります） ）、それですぐに劣化します。

細胞では、細胞質ゾルで「水泳」するペルオキシソームが最大500存在する可能性がありますが、これらの細胞小器官の数とサイズは、問題の細胞の種類だけでなく、細胞の生理的状態とそれを取り巻く環境にも依存します。

ペルオキシソームの一般的な特徴

ペルオキシソームには、他の細胞小器官と類似していると同時に、非常に異なる多くの特性があります。以下は、最も重要ないくつかの短いリストです。

-それらは、細胞質内の残りの分子と細胞小器官からそれらを分離する単純な膜に囲まれた小さな細胞小器官です。

-それらの内部にあるものの多く、特にタンパク質と酵素は、メッセンジャーRNA（mRNA）の翻訳を仲介することができるタンパク質複合体である遊離リボソームによって、それらが属する細胞のサイトゾルで合成されます）核から、特定の遺伝子の転写から得られます。

-それらには独自のゲノムがありません。つまり、その処理に必要なDNAや機構（複製、転写、翻訳など）はありません。

-除算で乗算されます。

-内部には、最大50の異なる消化酵素とその副産物（細胞にとって危険）があります。

-それらのサイズと数は、細胞内の状態（誘導可能）と細胞の種類に依存するため、細胞によって大きく異なります。

特徴

ペルオキシソームは細胞内のさまざまな機能を果たし、その多くは細胞内にある酵素に関連しています。

- 酸化反応

ペルオキシソームの内部では、多くの酸化還元反応が起こります。これは、ある化合物と別の化合物の間の電子の交換であり、一般に酵素活性を持つタンパク質（酵素）によって触媒されます。

ペルオキシソームにおけるこれらの酸化還元反応は、一般に細胞に有害な化合物である過酸化水素（H ₂ O ₂）を生成します。

しかし、ペルオキシソームの内部にはカタラーゼと呼ばれる酵素があり、過酸化水素を分解して水を形成したり、それを使用して他の化合物を酸化したりします。

多くの分子の代謝分解はそれらの酸化を意味するため、これらの反応をその中に封じ込める能力は、これらの細胞小器官が実行する他の機能と密接に関連しています。

ペルオキシソームの酸化反応がなければ、例えば長鎖脂肪酸のような化合物の蓄積は、脳の神経細胞にかなりの損傷を引き起こす可能性があります。

- エネルギー代謝

ペルオキシソームは、細胞の主要なエネルギー「通貨」であるATPの生産に参加します。

これを行う方法の1つは、脂肪酸（脂肪と多くの脂質でできているもの）の分解、エタノール（アルコールの一種）とアミノ酸（タンパク質を構成する「構成要素」）の消化などです。

動物細胞では、ほとんどの脂肪酸がミトコンドリアで分解され、ごく一部がペルオキシソームで処理されますが、酵母や植物では、この機能は実際にはペルオキシソームに限定されています。

- 生合成

ペルオキシソームは、細胞膜の一部である分子の生産にも機能します。これらの分子はプラズマジェロゲンとして知られており、人間や他の哺乳類の脳や心臓（心臓）細胞にとって非常に重要な種類の脂質です。

ペルオキシソームで合成され、小胞体（別の非常に重要な細胞小器官）が関与する他の脂質は、細胞の機能に不可欠なコレステロールとドリコールです。

たとえば、多くの哺乳動物では、肝臓細胞のペルオキシソームもコレステロールに由来する胆汁酸の合成に関与し、胃で処理される食品に含まれる脂肪の消化に非常に必要です。小腸で。

構造

ペルオキシソームは膜状のオルガネラですが、たとえばミトコンドリアや葉緑体などの他のオルガネラに見られる膜とは異なり、二重膜システムではなく単一の膜を持っています。

その外観は一定ではありません。つまり、変化する可能性があります。ただし、それらは通常、平均直径が0.2〜1μm、つまり100万分の1メートルの球状のオルガネラです。

ペルオキシソームの構造の基本図（出典：Thuresson / CC BY-SA（http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/）via Wikimedia Commons）

これらが球形ではない場合、それらは互いに接続された異なるサイズの小さな細管として見ることができます（確かにそれらは分割されたペルオキシソームです）。

彼らはしばしば結晶中心または核を持っています。科学者は、おそらくそれらの内部にある大量のタンパク質の結果として、顕微鏡下でそれをどのように見るかによってこのように説明します。

バイオジェネシス（起源）

ペルオキシソームは内部にDNAを含まない、つまり、独自のゲノムを持っていませんが、出芽または分裂によって分割できます。

このプロセスは、細胞質から「インポート」された、タンパク質と材料の量に依存します。

参加する人？

小胞体は、ペルオキシソーム膜を形成するリン脂質の合成と、関連するリボソームを介したタンパク質の合成の両方に関与しています。

リボソーム（実際には「遊離ポリリボソーム」として細胞質ゾルに存在）は、ほとんどのタンパク質を翻訳するものです。これらのタンパク質は、特別なラベルまたは「マーク」がある場合にのみ、ペルオキシソームの内部に入ることができます。

これらのマークがないと、タンパク質はペルオキシソーム膜上の他のタンパク質によって認識されず、通過できません。

したがって、粗面小胞体（RER）に付着したリボソームとサイトゾルで遊離しているリボソームがペルオキシソームに十分な量の物質を「送る」と、それらは2つに分かれます。

動物細胞のペルオキシソーム

動物細胞には多くのペルオキシソームとリソソーム、他のオルガネラの「リサイクル」と異なるサイズの異なるタイプの分子の原因となる類似のオルガネラがあります。

たとえば、一部の動物の細胞（人間の細胞ではない）には、尿酸を分解できるペルオキシソームがあり、これは一般に窒素に富む代謝廃棄物であり、血中に蓄積すると有害な影響を与える可能性があります。

「奇妙な」機能

上記のすべての機能に加えて、ペルオキシソームは一部の動物で非常に特殊な機能を実行します。たとえば、ホタルや他の昆虫は、細胞のペルオキシソームに酵素を使用して、仲間を見つけたり、場合によっては食べ物を探したりします。

この酵素はルシフェラーゼとして知られています。ルシフェラーゼは、男性が明るい緑の光の「閃光」を生成するのを助けます。これは、緑または黄色で、同じ種の女性を引き付ける働きをします。

それぞれの閃光の持続時間とそれらが現れる間隔は、種ごとに固有であるため、夜間の暗闇の中で雌が雄を区別することができます。特定の種では、雌も閃光を発し、他の種では、雄を引き寄せる光を放ちます。

変性ペルオキシソーム

植物が特定の代謝経路に特化したペルオキシソームの一種であるグリオキシソームを所有しているように、一部の動物細胞は改変されたペルオキシソームを所有しています。

キネトプラスチッドは、ヒトや他の動物にさまざまな病気を引き起こす寄生虫のグループであり、グリコソームとして知られている一種の「改変ペルオキシソーム」を持っています。

グリコソームには、グルコースの処理に必要な酵素（解糖酵素）と、エネルギーを得るために他の代謝経路に参加する他の酵素が含まれているため、この名前が付けられています。

植物細胞のペルオキシソーム

植物細胞はペルオキシソームも含み、これらは他の種類の細胞のペルオキシソームの機能と共有される機能に加えて、植物の機能にとって非常に重要な機能を持っています。

- グリオキシレートサイクル

たとえば、種子では、その細胞のペルオキシソームが、貯蔵された脂肪を炭水化物に変換する役割を果たします。炭水化物は、発芽する実生の発達に必要な原料です。

植物のペルオキシソームがこの機能を実行するプロセスは、グリオキシレートサイクルとして知られており、クレブス回路の変形と考えられています。そのため、一部のテキストでは、これらのペルオキシソームをグリオキシソームと呼んでいます。

-光呼吸

植物では、これらのオルガネラは、酸素が生成されずに消費され、ATPを取得せずに二酸化炭素が放出されるため、光合成とは「逆」の代謝経路からなる光呼吸と呼ばれるプロセスにも関与します。 。

上記にもかかわらず、このプロセスは「炭素回収」としても知られています。ペルオキシソームは葉緑体（植物細胞の別の細胞小器官）からグリコレートと呼ばれる化学物質を受け取り、グリシンと呼ばれる別の化合物（aアミノ酸）。

植物ペルオキシソームで生成されたグリシンは、ミトコンドリア（呼吸と大量のATPの合成が発生する細胞小器官）に輸送されます。ミトコンドリアでは、このグリシンは別のアミノ酸であるセリンに変換され、ペルオキシソームに戻されます。

セリンは、ペルオキシソームに入るとグリセレートに変換され、そこから再び葉緑体に送られます。このすべてのプロセスは、エネルギーの生成にはつながりませんが、グリコール酸に結合している炭素原子の使用につながります。

ペルオキシソーム病

ペルオキシソームに関連する「障害」にはさまざまな種類があります。一般に、これらの疾患は、これらのオルガネラの生合成に関与する遺伝子の変異、または酵素をコードする遺伝子または輸送タンパク質をコードする遺伝子の変異に関係しています。

これらの疾患は遺伝的要素を持っているため、通常は先天性であり（両親から子供に遺伝します）、場合によっては中程度または重度の結果をもたらす可能性があります。

ゼルウィガー症候群

この症候群はまれではありますが、最も深刻な状態のいくつかが含まれます。それは、身体の細胞内の染色体の完全な欠如またはかなりの数の減少によって特徴付けられます。

この症候群を引き起こす遺伝的変異は、鉄や銅などの元素が豊富な化合物や、血液や肝臓、脳、腎臓などの他の組織に非常に長鎖の脂肪酸の蓄積も引き起こします。

結果は何ですか？

この症候群に冒された幼児は、通常、顔の奇形（顔の変形）と知的障害を伴って生まれます。彼らは視力や聴覚の問題だけでなく、胃腸や肝臓の問題に苦しむ可能性があるため、通常1年以上生きることはありません。

その他の関連症候群

ペルオキシソームの欠陥に関連する他の病気があります。これらには、新生児副腎白質ジストロフィー（NALD、新生児副腎白質ジストロフィー）および小児レフサム病が含まれます。

どちらの疾患も、通常は小児期に見られる症状の発症が遅いことを特徴とするため、患者は成人期の初期まで生存できます。

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