4.11: Peroksysomy i mitochondria

Peroksysomy i mitochondria to dwie ważne organelle wykorzystujące tlen w komórkach eukariotycznych. Mitochondria przeprowadzają oddychanie komórkowe — proces przekształcający energię z pożywienia w ATP. Peroksysomy pełnią różnorodne funkcje, przede wszystkim rozkładają różne substancje, takie jak kwasy tłuszczowe.

Peroksysom to pojedyncza organella komórkowa związana z błoną, która może pełnić kilka różnych funkcji, w tym metabolizm lipidów i detoksykację chemiczną. Enzymy w peroksysomach służą do przenoszenia atomów wodoru z różnych cząsteczek na tlen, wytwarzając nadtlenek wodoru (H₂O₂). W ten sposób peroksysomy mogą neutralizować trucizny, takie jak alkohol.

Peroksysomy nadzorują reakcje neutralizujące wolne rodniki. Peroksysomy wytwarzają w tym procesie duże ilości toksycznego H₂O₂, ale zawierają enzymy, które przekształcają H₂O₂ w wodę i tlen, uwalniając je bezpiecznie do cytoplazmy. Podobnie jak miniaturowe oczyszczalnie ścieków, peroksysomy neutralizują szkodliwe toksyny, dzięki czemu nie sieją spustoszenia w komórkach. Wątroba jest narządem odpowiedzialnym przede wszystkim za detoksykację krwi przed jej rozmieszczeniem po całym organizmie, a komórki wątroby zawierają wyjątkowo dużą liczbę peroksysomów. Nerki zawierają również dużą liczbę peroksysomów odpowiedzialnych za detoksykację krwi.

Mitochondria otoczone są podwójną błoną — gładką błoną zewnętrzną i błoną wewnętrzną z wieloma fałdami zwanymi cristae. Przestrzeń wewnątrz błony wewnętrznej nazywana jest matrycą. Podczas oddychania komórkowego pirogronian powstający w wyniku rozkładu glukozy w cytoplazmie przedostaje się do macierzy, gdzie wchodzi w cykl kwasu cytrynowego. Następnie w wewnętrznej błonie mitochondriów zachodzi fosforylacja oksydacyjna poprzez łańcuch transportu elektronów, wytwarzając znaczną ilość ATP. Cristae zwiększają powierzchnię błony wewnętrznej, zapewniając więcej obszarów do produkcji ATP.

Zarówno peroksysomy, jak i mitochondria ulegają samoreplikacji, ale mitochondria mają dodatkowo swoje DNA i rybosomy, umożliwiające im produkcję białek. Zarówno mitochondria, jak i peroksysomy są silnie skoncentrowane w komórkach, gdzie są najbardziej potrzebne. Na przykład komórki wątroby — które rozkładają toksyczne substancje we krwi — mają dużą liczbę peroksysomów, a komórki mięśniowe — które mają duże zapotrzebowanie na energię — są bogate w mitochondria.

W komórkach eukariotycznych peroksysomy i mitochondria to dwa główne miejsca wykorzystania tlenu.

Peroksysomy to pojedyncze organelle związane z błoną. Zawierają do 50 różnych enzymów, które pozwalają na funkcje biosyntetyczne i degradacyjne, takie jak utlenianie długołańcuchowych kwasów tłuszczowych i wytwarzanie nadtlenku wodoru jako produktu ubocznego. Ponieważ nadtlenek wodoru jest cytotoksyczny, katalaza - enzym peroksysomalny - szybko przekształca go w wodę i tlen.

Katalaza może również rozkładać alkohol za pomocą nadtlenku wodoru na aldehyd octowy i wodę.

Mitochondrium jest organellą związaną z podwójną błoną, znajdującą się w prawie wszystkich komórkach eukariotycznych z wyjątkiem czerwonych krwinek.

Jego wewnętrzna błona jest wielokrotnie fałdowana, tworząc cristae, które zawierają łańcuch transportu elektronów - kompleksy białkowe odpowiedzialne za wytwarzanie ATP poprzez fosforylację oksydacyjną.

Ponieważ mitochondria są głównymi miejscami syntezy ATP, są one obecne w większych ilościach w tkankach o wysokim zapotrzebowaniu na energię, takich jak tkanki mięśniowe i wątrobowe.

Mitochondria są również miejscami utleniania większości dietetycznych kwasów tłuszczowych wytwarzających duże ilości acetylokoenzymu A, który może być wykorzystany do wytwarzania ATP.