Peroxisomen sind Organellen von eukaryotischen Zellen. Ihre alte Bezeichnung lautet microbodies. Dieser Name kann auf ihre Größe zurückgeführt werden, die gerade einmal 0,1 bis 1 µm beträgt. Die Peroxisomen stellen kleine Bläschen (= Vesikel) in der Zelle dar, die hauptsächlich der Entgiftung dienen.
Peroxisome – Aufbau
Ein Peroxisom ist ein rundes Vesikel, das mit einer dünnen Membran umgeben ist. Wie schon in der Einleitung erwähnt, sind Peroxisomen sehr klein. Ihr Durchmesser beträgt 0,1 bis 1 µm.
Peroxisomen sind kleiner als viele andere Zellorganellen. Zum Vergleich, ein Mitochondrium hat eine Länge von etwa 2 bis 5 µm.
Die Membran der Peroxisome besteht aus einer Lipiddoppelschicht, die den Stoffaustausch ermöglicht.
Unter dem Mikroskop weisen Peroxisome eine sehr einheitliche Körnung (= Granulierung) in ihrem Inneren auf. Peroxisome besitzen keine eigene DNA und haben unterschiedliche Größe und Gestalt, abhängig vom Gewebe und Stoffwechselbedarf.
Peroxisomen – Entstehung
Die kleinen Vesikel, mit den peroxisomalen Enzymen, können entweder durch Teilung, oder von Neuem (= de-novo Biogenese) entstehen. Diese Vorgänge laufen nicht von alleine ab, sondern müssen katalysiert werden.
Die peroxisomalen Enzyme sind eine Gruppe von Peroxidasen. Speziell das Enzym Katalase hat eine wichtige Bedeutung für die Funktion der Peroxisomen. Mehr darüber erfährst du in einem der kommenden Abschnitte des Artikels.
Bei der Teilung wächst das Peroxisom zunächst, danach wird die Membran des bestehenden Peroxisoms so eingeschlungen, dass daraus zwei oder mehrere neue Peroxisomen entstehen.
Die Membran der Peroxisomen stülpt sich vor der Teilung aus. Durch ein Protein, genannt DLP1, wird die Membran der Peroxisomen unter Energieverbrauch so eng eingeschnürt, dass sie sich spontan abknospen kann. Somit entsteht ein neues Peroxisom durch Teilung.
Die de-novo (=neu) Biogenese der Peroxisomen geschieht mithilfe des peroxisomalen Retikulums (PR) der Zelle. Man hielt diesen Teil früher für einen Teil des endoplasmatischen Retikulums (ER), jedoch besteht er aus tubulären, untereinander verbundenen Peroxisomen.
Der Vorgang der de-novo Biogenese wird durch freie Ribosomen der Zelle unterstützt. Dabei werden die peroxisomalen Proteine zunächst in dieses peroxisomale Retikulum geschleust. Von da aus schnüren sich Vesikel ab, die zu fertigen Peroxisomen reifen.
Dass die Peroxisomen de-novo entstehen können, grenzt ihre Entstehung von anderen Zellorganellen ab. Lysosomen beispielsweise entstehen nur mithilfe des ERs.
Peroxisomen – Vorkommen
Die Peroxisome sind in Eukaryoten vorhanden. Dort sind sie in fast jeder Körperzelle nachweisbar. Je nach Bedarf sind in Zellen mehr oder weniger Peroxisomen vorhanden. In Organen, die zur Entgiftung des Körpers dienen, treten die Peroxisomen sehr zahlreich auf. Dies gilt insbesondere für Zellen der Leber und der Niere, die reich an Peroxisomen sind.
Peroxisomen in Pflanzenzellen
Pflanzenzellen zählen, ähnlich wie Körperzellen, auch zu den eukaryotischen Zellen. Dort sind die Peroxisomen verantwortlich für den Abbau von Fettsäuren. Näheres dazu erfährst du im Abschnitt zur Funktion der Peroxisomen.
In Pflanzenzellen kommen zusätzlich zu den Peroxisomen die Glyoxisomen vor.
Diese besondere Form der Peroxisome ist für die Spaltung von Zuckern und Eiweißen zuständig. Damit trägt diese Spezialform der Peroxisomen in Pflanzenzellen zum Wachstum der Pflanze im Glyoxilatzyklus bei.
Die Glyoxisomen kommen in Pflanzen meist in keimenden Samen vor. Diese spezialisierten Peroxisomen sorgen dort für die Energiegewinnung.
Die Funktion der Peroxisome
Die Einleitung hat schon verraten, dass Peroxisomen zur Entgiftung der Zelle beitragen. Vesikel haben aber noch weitere Funktionen, die eine wichtige Rolle im Stoffwechsel spielen. Ihre Funktion erlangen Peroxisome durch die in ihnen enthaltene Enzyme.
Die Entgiftungsfunktion der Peroxisomen
Das wichtigste Enzym der Peroxisomen sind die Peroxidasen. Die spezialisierte Form bezeichnet man als Katalase. Diese ist für die wichtigste Funktion der Peroxisomen verantwortlich, sie dient nämlich zur Detoxifikation (= Entgiftung).
Bei verschiedenen Entgiftungsprozessen, wie beim Alkoholabbau im Gehirn, werden durch Peroxisomen giftige Stoffe für den Körper abgebaut.
Bleiben wir beim Beispiel Trinkalkohol (= Ethanol). Dieser wird durch die Katalase der Peroxisomen in Acetat umgewandelt und somit abgebaut. Beim Ethanol Abbau im Gehirn spielt die Katalase der Peroxisomen also eine wichtige Rolle. Durch die Umwandlung von Ethanol zu Acetat bildet sich Wasserstoffperoxid (H2O2).
Der Stoff Wasserstoffperoxid ist sehr reaktiv. Diese Eigenschaft ist in der Zelle oftmals nicht gewünscht, da ein solcher Stoff schnell mit wichtigen Molekülen der Zelle reagieren und sie damit funktionsunfähig machen kann. Wasserstoffperoxid wirkt demnach als ein Zellgift.
Die Peroxisomen, beziehungsweise die Katalase, sorgt dafür, dass Wasserstoffperoxid in Wasser (H₂O) und Sauerstoff (O2) umgewandelt wird. Das Wasser, das durch die Peroxisomen entsteht, ist nicht giftig für die Zelle. Somit haben Peroxisomen eine wichtige Rolle beim Abbau von Alkohol im Gehirn.
Der Abbau von Fettsäuren durch Peroxisomen
Fettsäuren dienen im Körper häufig als Energiespeicher. Deswegen ist es von großer Bedeutung, dass diese gespeicherte Energie bei Bedarf genutzt werden kann. Dabei spielen Peroxisomen eine wichtige Rolle.
Die ß-Oxidation
Der Abbau von Fettsäuren findet meist durch die ß-Oxidation statt. Dieser Abbau erfolgt in den Peroxisomen und in den Mitochondrien der Zelle. Charakteristisch für die Peroxisomen ist der Abbau von überlangkettigen Fettsäuren.
Fettsäuren sind, vereinfacht ausgedrückt, Ketten von Kohlenwasserstoffgruppen. Wenn diese Kette mehr als 26 Kohlenwasserstoffe enthält, spricht man von überlangkettigen Fettsäuren. Diese werden in Peroxisomen abgebaut.
Die überlangkettigen Fettsäuren werden ausschließlich von den Peroxisomen abgebaut. Durch den Abbau durch die Peroxisomen entsteht Wasserstoffperoxid. Dieses wird von der Katalase der Peroxisomen zu Wasser und Sauerstoff umgewandelt. Am Ende des Fettsäureabbaus der Zelle wird Acetyl-CoA gewonnen.
Ähnlich ist es auch bei der Detoxifikation. Das Acetyl-CoA wird im Stoffwechsel benötigt. Dort wirkt es im Citratzyklus der Zellatmung der Zelle, welcher für die spätere Energiegewinnung eine entscheidende Rolle spielt.
Die Alpha-Oxidation
Der Unterschied der α-Oxidation zur ß-Oxidation ist, dass sie ausschließlich durch das Peroxisom abläuft. Zudem werden durch die α-Oxidation verzweigte Fettsäureketten in den Peroxisomen gespalten.
Verzweigte Fettsäuren besitzen eine oder mehrere Doppelbindungen in der Kohlenwasserstoffkette. Viele verzweigte Fettsäuren gelangen durch den Abbau pflanzlicher Nahrung im Darm, oder durch den Konsum von Produkten wie Milch oder Joghurt in deinen Körper.
Die α-Oxidation der Peroxisomen ist ein Vorschritt der ß-Oxidation. Ihr Endprodukt, das Pristanoyl-CoA kann durch die ß-Oxidation in weiterverarbeitet werden. Dadurch entsteht letztendlich wieder Acetyl-CoA, welches an energiegewinnenden Stoffwechselwegen der Zelle beteiligt ist.
Eine Erkrankung, durch welche die α-Oxidation gestört ist, nennt sich Morbus Refsum. Es handelt sich um eine Erkrankung mit Hinblick auf die Peroxisomen. Bei dieser Erkrankung können verzweigte Fettsäuren, häufig Phytansäure, nicht abgebaut werden.
Wenn sich diese im Körper anhäuft, führt dies zu Symptomen wie Taubheitsgefühle, Muskelzittern oder psychischen Störungen. Die Therapie des Morbus Refsum besteht aus einer phytansäurearmen Diät.
Die peroxisomale Gallensäure-Synthese
Peroxisomen sind ebenfalls an der Synthese der Gallensäuren beteiligt. Die Gallensäuren sind aus Cholsäuren aufgebaut. Der Stoff Cholesterin wird in einigen Schritten zur benötigten Cholsäure umgebaut. Hierbei wirkt die Katalase des Peroxisoms, die Wasserstoffperoxid durch Umwandlung in Wasser und Sauerstoff unschädlich macht. Das Wasserstoffperoxid entsteht am Anfang der Gallensäure Synthese. Dort wird es durch die Peroxisomen abgebaut.
Der verkürzte Weg der Gallensäuren-Synthese lautet:
Die Gallensäuren sind wichtig im Prozess der Verdauung. Sie tragen zur Aufnahme von Fetten im Darm bei.
Bildung der Myelinscheiden durch Peroxisomen
Die Myelinscheiden im Gehirn bestehen aus speziellen Stoffen, die als Plasmalogene bezeichnet werden. Diese Plasmalogene können nur durch ein Zusammenspiel von Peroxisomen und dem ER synthetisiert werden. Die Plasmalogene sind für die Myelinscheidenbildung im Gehirn von großer Bedeutung. Myelinscheiden umwickeln die Fortsätze von Nervenzellen (= Axone), damit die Erregungsleitung beschleunigt wird. Dies funktioniert nur, wenn Peroxisome und das ER intakt sind.
Plasmalogene sind, außer zur Bildung der Myelinscheiden, auch anderweitig von Bedeutung. Sie sind beispielsweise in Herz- und Skelettmuskelzellen enthalten, sowie in der Niere und in manchen Abwehrzellen des Immunsystems.
Peroxisome – Das Wichtigste
- Peroxisome sind mit Enzymen gefüllte, kleine Vesikel.
- Die Funktion der Peroxisomen ist größtenteils die Entgiftung der Zelle und des Körpers.
- Das wichtigste Enzym des Peroxisoms ist die Katalase. Sie spaltet das zellschädliche Wasserstoffperoxid in Wasser und Sauerstoff.
- Peroxisomen sind wichtig für den intrazellulären Stoffabbau, beispielsweise von Fettsäuren. Sie sorgen ebenfalls für den Stoffaufbau von beispielsweise Plasmalogenen.
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