Peroxisomen
|
|
|
![]() |
Elektron Microscopic Atlas : Peroxisomen |
De peroxisomale bèta-oxidatie verloopt van enoyl-CoA via D-3-hydroxyacyl-CoA tot 3-ketoacyl-CoA door de actie van de D-3-hydroxyacyl-CoA dehydratase/D-3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase "bifunctional protein"; ook wel D-bifunctional protein ( OMIM: 601860 ) genoemd.
3-methyl vertakte vetzuren zoals phytaanzuur kunnen
niet in de β-oxidatie worden afgebroken, omdat de 3-methyl groep de
dehydrogenering blokkeert van de hydroxylgroep door hydroxyacyl-CoA
dehydrogenase. De oplossing voor dit dilemma is de ά-oxidatie.
Alfa-oxidatie is het proces waarbij vetzuren door een oxidatieve
decarboxylatie met 1 koolstofatoom verkort worden.
De afbraak van phytaan- en pristaanzuren
in peroxisomen
door de ά- en β oxidatie routes
LCFA-CoAsynthetase,
long-chain fatty acyl-CoA synthetase;
PAHX, phytanoyl-CoA 2-hydroxylase;
2HPCL,
2-hydroxyphytanoyl-CoA lyase;
PDH, pristanal dehydrogenase;
AMACR, a-methylacyl-CoA racemase.
ExPASy | |
acyl-CoA oxidase | EC 1.3.3.6 |
D-bifunctional protein | OMIM 601860 |
3-ketoacyl-CoA thiolase | EC 2.3.1.16 |
D3,5-D2,4-dienoyl-CoA isomerase | |
catalase | EC 1.11.1.6 |
serine-pyruvate aminotransferase | EC 2.6.1.51 |
carnitine-o-acetyltransferase | EC 2.3.1.7 |
D-aspartate oxidase | EC 1.4.3.1 |
phosphomevalonate kinase | EC 2.7.4.2 |
thioesterase | |
mevalonate kinase | EC 2.7.1.36 |
dihydroxyacetonephosphate acyltransferase | EC 2.3.1.42 |
Microsomal epoxide hydrolase | EC 3.3.2.9 |
phytanoyl-CoA alpha-hydroxylase | EC 1.14.11.18 |
isocitrate dehydrogenase | EC 1.1.1.42 |
D3,D2-enoyl-CoA isomerase | EC 5.3.3.8 |
malonyl-CoA decarboxylase | EC 4.1.1.9 |
sterol-carrier protein 2 |
Daar peroxisomen geen DNA of ribosomen hebben, moeten
al hun proteïnen geïmporteerd worden.
Omdat
de levensduur van een peroxisoom ongeveer 2 dagen is, vindt er een
continu proces van vorming en vervanging plaats. Dit proces van vorming en
vervanging wordt de " peroxisomale biogenese " genoemd.
Lazarow en Fujiki toonden aan dat nieuwe peroxisomale proteïnen
worden gesynthetiseerd op vrije polyribosomen en concludeerden dat
peroxisomen samen met mitochondriën en
chloroplasten tot een groep van autonome organellen hoorden die zich
vermenigvuldigen door groei en deling (1985).
Echter, dankzij moderne electronenmicroscopische technieken en real time
imaging is heel mooi te zien dat peroxisomen zonder enige twijfel
ontstaan vanuit het ER. ( endoplasmatisch reticulum ).
De geboorte van peroxisomen is bijzonder goed zichtbaar in
dendritische (afweer)cellen van de muis. Immuno-electronmicroscopie
toonde aan dat een bepaald type peroxisomsal membraaneiwit (Pex13) juist
in deze cellen wordt gevonden op gespecialiseerde gebieden van het ER,
in lamel-achtige structuren en in iets mindere mate in volgroeide
peroxisomen zelf. Typerende peroxisomale enzymen worden daarentegen
alleen in de eicel-vormige volgroeide peroxisomen gevonden. In
3D-reconstructies dankzij electronen tomograpie kon de
membraancontinuïteit tussen gespecialiseerd ER, lamellen en volgroeide
peroxisomen worden aangetoond.
De assemblage van het peroxisoom:
Het peroxisoom is een compartiment omgeven door een membraan. Dit membraan bestaat uit meerdere proteïnen die essentieel zijn voor de functie van het peroxisoom. De ruimte binnen het membraan wordt de peroxisomale matrix genoemd. Ook de matrix bevat vele noodzakelijke proteïnen voor de goede functie van het peroxisoom.
De vorming van het peroxisoom bestaat uit een aantal stappen:
De eerste stap is de vorming van het peroxisomale membraan en de
import van membraanproteïnen in het membraan. Deze proteïnen
worden buiten het peroxisoom gemaakt, vervolgens naar het peroxisoom
getransporteerd en dan in het membraan geplaatst.
De laatste stap is de import van de peroxisomale matrixproteïnen over de
peroxisomale membraan in de peroxisomale matrix.
Om het bovenstaande proces normaal te laten verlopen zijn er op
zijn minst 12 menselijke proteïnen nodig. Deze proteïnen worden
peroxins worden genoemd. (Distel et al., 1996). Deze
peroxins worden PEX1, PEX2, PEX3 etc. genoemd. Een defect in een van
deze 12 peroxins resulteert in een niet functionerend peroxisoom en
leidt tot een groep ziekten die bekend staat als de Peroxisomale
Biogenese Ziekten.
Proteïnen die bestemd zijn voor het peroxisoom bevatten een signaal: de
eerste is een peroxisomal signal type 1 ( PTS 1); of PTS2.
Men denkt dat er drie proteïnen betrokken zijn bij de vorming van
het peroxisomale membraan ( PEX3, PEX 16 en PEX19). Een defect in een
van deze drie proteïnen zal er toe leiden dat er geen membraan gevormd
kan worden, waarbij er dan ook geen proteïnen geïmporteerd kunnen worden
die het PTS1 of PTS2 signaal bevatten.
Peroxisomale matrixproteïnen worden buiten het peroxisoom gemaakt en
bevatten of het PTS1 signaal, of het PTS2 signaal. Deze proteïnen worden
herkend door receptoren; dit zijn proteïnen die verantwoordelijk zijn
voor het vervoer van proteïnen met een PTS signaal naar het peroxisoom.
Deze receptoren worden PEX5 genoemd ( herkent PTS1) en PEX7 (herkent
PTS2).
Deze receptoren vervoeren de proteïnen naar het peroxisomale
membraan. Vervolgens geven de receptoren via een aantal stappen ( en
over het membraan ) de proteïnen af aan de matrix.
Het grote belang van peroxisomen in het metabolisme van een gezonde cel wordt waarschijnlijk het best geïllustreerd door het voorkomen van enkele zeer ernstige, soms zelfs dodelijke, aandoeningen bij de mens die worden veroorzaakt door afwijkingen in het functioneren van peroxisomen. De verzamelnaam voor deze aandoeningen is PBD (Peroxisome Biogenesis Disorders).
Gisten zijn zeer geschikte organismen voor het bestuderen van de vorming (biogenese) van peroxisomen. Mutanten van deze organismen, waarin dit proces verstoord is (zogenaamde pex mutanten) zijn namelijk levensvatbaar, mits gekweekt onder de juiste condities. Dit maakt het mogelijk om het defecte gen en het bijbehorende eiwitproduct te identificeren. Op deze wijze zijn al 25 eiwitten die direct betrokken zijn bij peroxysoom biogenese, de zogenaamde “peroxins”, ontdekt.
Gisten zijn bij uitstek geschikt als modelorganismen voor de studie naar de oorzaken van PBD’s. Op basis van informatie uit het onderzoek naar peroxysoom biogenese in gisten, zijn van 11 van de 12 nu bekende PBD’s de oorzaken op moleculair niveau bekend.
Bij onderzoek naar de biogenese van peroxisomen is
jarenlang uitgegaan van het “growth and fission” (“groei en deling”) model
als verklaring voor de wijze van vermeerdering van deze organellen. Dit
model stelt, dat nieuwe peroxisomen worden gevormd uit reeds bestaande
organellen, door een proces van groei gevolgd door deling. In geval van
zich delende cellen zijn de peroxisomen in de dochtercel via deling elk
afkomstig van de moedercel. Dit model sluit de vorming van nieuwe
peroxisomen de novo (“uit het
niets”) uit.
Diverse recente onderzoeksresultaten geven aanleiding om aan het groei en
deling model te twijfelen. Deze resultaten lijken erop te wijzen dat in
ieder geval in een aantal organismen de mogelijkheid van een alternatieve
herkomst van peroxisomen niet kan worden uitgesloten.
Bij de mens is
een aantal ernstige, genetische ziekten bekend waarbij er iets mis is met
het peroxisoom. Zo hebben patiënten met het Zellwegersyndroom geen
peroxisomen in hun cellen.
Bij een andere peroxisomale afwijking, RCDP (rhizomelic
chondrodysplasia punctata), zijn deze compartimenten wel aanwezig, maar
functioneren ze niet volledig.
Kinderen die met dit soort zeldzame
stofwisselingsziekten worden geboren hebben een grote
ontwikkelingsachterstand en leven vaak minder dan een jaar. De patiënten
blijken zeer weinig etherlipiden in hun lichaam te hebben. Hoewel de
relatie tussen de symptomen en het ontbreken van etherlipiden niet
duidelijk is, kan het detecteren van de lipiden wel een hulpmiddel zijn
bij het vaststellen van deze ziekten.
Peroxisomale Biogenese Ziekten zijn ziekten
waarbij het proces van de nieuwe vorming van peroxisomen slecht
functioneert en waarbij bijna alle normale peroxisomale functies afwezig -
of deficiënt zijn.
Soms houdt dit in dat het peroxisoom niet gevormd kan
worden; soms houdt dit in dat de peroxisomen niet in voldoende
hoeveelheden gevormd kan worden ; soms houdt dit in dat ze wel gevormd
worden , maar de enzymen missen die nodig zijn om te functioneren.
Peroxisomale biogenese ziekten zijn o.a. Zellweger
Syndrome , Neonatal Adrenoleukodystrophy en Infantile Refsum Disease.
Peroxisomale Multi-Enzym Ziekten zijn ziekten
waarbij meerdere enzymen in het peroxisoom deficiënt zijn zonder dat er
sprake is van een algeheel verlies van de functie van het peroxisoom ,
zoals bij de peroxisomale biogenese ziekten.
Peroxisomale multi-enzym
ziekten zijn o.a Rhizomelic chondrodysplasia punctata en Zellweger-Like
Syndrome.
Peroxisomale Single-Enzyme Ziekten zijn ziekten
waarbij het peroxisoom intact is en functioneert, maar waarbij er een
defect is in één enzymatisch proces.
Peroxisomale Single-Enzyme Ziekten zijn o.a. X-ALD, Peroxisomal Thiolase
Deficiency, Acyl CoA Oxidase Deficiency, Bifunctional Protein Deficiency,
DHAP-AT Deficiency, Alkyl DHAP Synthase Deficiency, Glutaryl CoA Oxidase
Deficiency , Mevalonate Kinase Deficiency, Hyperoxaluria Type I ,
Acatalasemia en classical or adult onset Refsum Disease.
Extra informatie:
Peroxisomal fatty acid alpha- and beta oxidation in humans
Zellweger Syndrome
( Ziekte
van Zellweger )
Synoniemen: ZS; Cerebrohepatorenal Syndrome;
CHR Syndrome; ZWS.
Who Named It?:
Hans
Ulrich Zellweger
OMIM:
214100
OMIM:
Clinical Synopsis
Extra informatie: e-medicine:
Peroxisomal disorders
Extra informatie: The
peroxisome website
Pseudo Zellweger Syndrome ( Peroxisomal 3-oxoacyl CoA Thiolase
Deficiency )
Deze stoornis is nu ondergebracht
onder: D-Bifunctional protein Deficiency
D-Bifunctional protein
deficiency
Synoniemen voor deze stoornis
zijn: Deficiency of 17-abeta-hydroxysteroid dehydrogenase IV; DBP
deficiency; Peroxisomal bifunctional enzyme deficiency; PBFE
deficiency.
OMIM:
261515
OMIM
Clinical Synopsis
OMIM: 17-abeta-hydroxysteroid dehydrogenase IV
e-medicine:
Peroxisomal disorders
Extra informatie: The
peroxisome website
Adrenoleukodystrophy, autosomal
neonatal form ( neonatale adrenoleukodystrofie )
Synoniemen
voor deze ziekte zijn: Neonatal adrenoleukodystrophy; NALD.
OMIM:
202370
OMIM:
Clinical Synopsis
e-medicine:
Peroxisomal disorders
The
peroxisome website
Adrenoleukodystrophy; ALD
(
X-chromosoom gebonden adrenoleukodystrofie )
Synoniemen
voor deze ziekte zijn: Addison disease and cerebral sclerosis; Adrenomyeloneuropathy; AMN; Siemerling-Creutzfeldt disease; Bronze Schilder disease;
Melanodermic leukodystrophy.
OMIM: 300100
OMIM:
Clinical Synopsis
Extra informatie:
Belangenvereniging X-ALD
Extra informatie: e-medicine:
Peroxisomal disorders
Extra informatie:
The
peroxisome website
Pseudoneonatal
Adrenoleukodystrophy
Synoniemen voor
deze ziekte zijn: Peroxisomal Acyl CoA Oxidase deficiency; Pseudo
neonatal adrenoleukodystrophy.
OMIM:
264470
ExPASy: Acyl-CoA oxidase.
EC 1.3.3.6
Refsum
disease, infantile form
( Infantiele Refsum ziekte of infantiele
phytaanzuur stapelingsziekte )
Synoniemen
voor deze ziekte zijn: IRD; Infantile Phytanic acid storage disease.
OMIM:
266510
OMIM:
Clinical Synopsis
Extra
informatie: e-medicine:
Peroxisomal disorders
Extra informatie: The
peroxisome website
Extra informatie:
Refsum's disease: a peroxisomal disorder affecting phytanic acid
a-oxidation
Dit is een pdf-document
Refsum disease
( Ziekte van Refsum of phytaanzuur oxidase deficiëntie )
Synoniemen voor deze ziekte zijn; Phytanic acid
oxidase deficiency; Heredopathia Atactica Polyneuritiformis;
Hereditary motor and sensory neuropathy IV;
HMSN IV.
OMIM: 266500
OMIM:
Clinical Synopsis
OMIM:
phytanoyl-CoA hydroxylase
Extra informatie: e-medicine:
Peroxisomal disorders
Extra informatie: The
peroxisome website
Extra informatie:
Refsum's disease: a peroxisomal disorder affecting phytanic acid
a-oxidation
Dit is een pdf-document
Rhizomelische Chondrodysplasia Punctata,
Type I; RCDP I
Synoniemen voor deze ziekte zijn: Chondrodysplasia Punctata, Rhizomelic Form; CDPR; Chondrodystrophia
CalcificansPunctata.
OMIM:
215100
OMIM:
Clinical Synopsis
Extra informatie: e-medicine:
Peroxisomal disorders
Extra informatie: The
peroxisome website
Extra informatie:
Nederlandse RCDP pagina
Glutaryl CoA-Oxidase Deficiency
Synoniemen
voor deze ziekte zijn: Glutaricaciduria III; GA III
OMIM:
231690
OMIM:
Clinical Synopsis
Extra informatie:
e-medicine:
Peroxisomal disorders
Extra
informatie: The
peroxisome website
Hyperoxaluria, Primary, Type II ( Primaire hyperoxaluria type II )
Synoniemen
voor deze ziekte zijn: HP2; Oxalosis II; Glycericaciduria; glyoxylate
reductase/hydroxypyruvate reductase deficiency;D-Glycerate Dehydrogenase
deficiency.
OMIM:
260000
OMIM:
Clinical Synopsis
OMIM:
glyoxylate reductase/hydroxypyruvate reductase
Extra
informatie: e-medicine:
Peroxisomal disorders
Extra
informatie: The
peroxisome website
ExPASy: Glyoxylate
reductase (NADP+).
EC 1.1.1.79
Glycolate + NADP+
<=> glyoxylate + NADPH
Mevalonicaciduria ( Mevalon
acidurie )
OMIM:
610377
OMIM Mevalonate Kinase:
251170
OMIM:
Clinical Synopsis
Extra
informatie: e-medicine:
Peroxisomal disorders
Extra
informatie:
The
peroxisome website
ExPASy: Mevalonate
Kinase
EC 2.7.1.3
ATP + (R)-mevalonate <=> ADP
+ (R)-5-phosphomevalonate
Hyperpipecolatemia ( hyperpipecoline acidemie )
Synoniemen
voor deze ziekte zijn: Hyperpipecolicacidemia
OMIM:
239400
OMIM:
Clinical Synopsis
Extra informatie:
e-medicine:
Peroxisomal disorders
Extra
informatie: The
peroxisome website