Glykosom - Glycosome

Die glycosome ist eine Membran -enclosed Organell , die enthält glykolytische Enzyme . Der Begriff wurde erstmals 1968 von Scott und Still verwendet, nachdem sie erkannten, dass das Glykogen in der Zelle kein statisches, sondern ein dynamisches Molekül war. Es kommt in einigen Arten von Protozoen vor, einschließlich der Kinetoplastida, zu denen die Unterordnungen Trypanosomatida und Bodonina gehören, insbesondere in den humanpathogenen Trypanosomen , die Schlafkrankheit , Chagas-Krankheit und Leishmaniose verursachen können . Die Organelle ist von einer einzigen Membran begrenzt und enthält eine dichte proteinhaltige Matrix. Es wird angenommen, dass es sich aus dem Peroxisom entwickelt hat . Dies wurde durch Arbeiten zur Genetik von Leishmania bestätigt.

Das Glykosom wird derzeit als mögliches Ziel für Arzneimitteltherapien erforscht.

Glykosomen sind einzigartig für Kinetoplastiden und ihre Schwester diplonemids . Der Begriff Glykosom wird auch für glykogenhaltige Strukturen verwendet, die in Hepatozyten gefunden werden, die für die Speicherung von Zucker verantwortlich sind, aber dies sind keine membrangebundenen Organellen.

Glykosomen im Trypanosomatid

Struktur

Glykosomen bestehen aus Glykogen und Proteinen. Die Proteine ​​sind die Enzyme, die mit dem Metabolismus von Glykogen verbunden sind. Diese Proteine ​​und das Glykogen bilden einen Komplex, um eine eigenständige Organelle zu bilden. Die Proteine ​​für Glykosomen werden aus freien zytosolischen Ribosomen importiert. Die in die Organelle importierten Proteine ​​haben eine bestimmte Sequenz, eine PTS1-Endsequenz, um sicherzustellen, dass sie an die richtige Stelle gelangen. Sie ähneln Alpha-Granulaten im Cytosol einer Zelle, die mit Glykogen gefüllt sind. Glykosomen haben typischerweise eine runde bis ovale Form, wobei die Größe in jeder Zelle variiert. Obwohl Glykogen im Zytoplasma gefunden wird, ist das im Glykosom getrennt, umgeben von einer Membran. Die Membran ist eine Lipid - Doppelschicht. Das im Glykosom befindliche Glykogen ist identisch mit dem im Zytosol frei vorkommenden Glykogen . Glykosomen können mit vielen verschiedenen Arten von Organellen assoziiert oder daran gebunden sein. Es wurde gefunden, dass sie an das sarkoplasmatische Retikulum und seine Zwischenfilamente gebunden sind. Es wurde festgestellt, dass andere Glykosomen an Myofibrillen und Mitochondrien, raues endoplasmatisches Retikulum, Sarkolemma, Polyribosomen oder den Golgi-Apparat gebunden sind. Die Glykosomenanlagerung kann eine funktionelle Unterscheidung zwischen ihnen ermöglichen; Die an die Myofibrillen gebundenen Glykosomen scheinen dem Myosin zu dienen, indem sie Energiesubstrate zur Erzeugung von ATP durch Glykolyse bereitstellen. Die Glykosomen im rauen und glatten endoplasmatischen Retikulum nutzen seine Glykogensynthase- und Phosphorylase-Phosphatasen.

Funktion

Glykosomen funktionieren in vielen Prozessen in der Zelle. Diese Prozesse umfassen Glykolyse, Purinrückgewinnung , Beta-Oxidation von Fettsäuren und Etherlipidsynthese.

Glykolyse

Die Hauptfunktion, die das Glykosom erfüllt, ist der glykolytische Weg, der innerhalb seiner Membran erfolgt. Durch Kompartimentierung Glykolyse innerhalb des glycosome kann die Zelle noch erfolgreicher sein. In der Zelle vervollständigen die Wirkungen im Cytosol, in den Mitochondrien und im Glykosom die Funktion des Energiestoffwechsels. Dieser Energiestoffwechsel erzeugt ATP durch den Prozess der Glykolyse. Das Glykosom ist ein Wirt der wichtigsten glykolytischen Enzyme auf dem Weg zur Glykolyse. Dieser Weg wird verwendet, um Fettsäuren für ihren Kohlenstoff und ihre Energie abzubauen. Der gesamte Prozess der Glykolyse findet jedoch nicht im Glykosom statt. Vielmehr nur das Embden-Meyerhof-Segment, in dem die Glukose in das Glykosom gelangt. Wichtig ist, dass der Prozess in der Organelle keine Netto-ATP-Synthese aufweist. Dieses ATP stammt später aus Prozessen außerhalb des Glykosoms. Das Innere des Glykosoms benötigt NAD + für seine Funktion und seine Regeneration. Fructose-1,6-biphosphat wird im Glycosom verwendet, um Oxidationsmittel zu erhalten, mit denen die Glykolyse gestartet werden kann. Das Glykosom wandelt den Zucker in 3-Phosphoglycerat um.

Purinrettung

Eine weitere Funktion von Glykosomen ist die Purinrückgewinnung. Die Parasiten, in deren Zellen Glykosomen vorhanden sind, können kein Purin de novo herstellen. Dieses Purin, das im Glycosom hergestellt wird, wird dann aus dem Glycosom exportiert, um in der Zelle in Nukleinsäure verwendet zu werden. In anderen Zellen sind die dafür verantwortlichen Enzyme im Cytosol vorhanden. Diese im Glykosom gefundenen Enzyme, die bei der Synthese helfen, sind Guanin- und Adeninphosphoribosyltransferase, Hypoxanthin und Xanthinphotrans. Alle diese Enzyme enthalten an ihrer Carboxylsequenz eine PTS1-Sequenz, so dass sie an das Glykosom gesendet werden.

Beweise

Mikroskopische Beweise

Mikroskopische Techniken haben viel über das Glykosom in der Zelle enthüllt und tatsächlich bewiesen, dass es in der Zelle eine membrangebundene Organelle für Glykogen und seine Prozesse gibt. Paul Erlichs Ergebnisse bereits 1883 zeigten, dass er anhand des Mikroskops erkennen konnte, dass Glykogen in der Zelle immer mit einem Träger gefunden wurde, der später als Protein bezeichnet wurde. Das Glykogen selbst wurde auch immer in der Zelle in Richtung des unteren Pols in einer Gruppe gesehen, fixiert. Als Wissenschaftler versuchten, einfache Glykogenmoleküle zu färben , hatte die Färbung unterschiedliche Ergebnisse. Dies liegt an der Tatsache, dass es sich nicht um freie Glykogenmoleküle, sondern um ein Glykosom handelte. Das Glykosom wurde im Mikroskop untersucht, indem das mit Uranylacetat gefärbte Glykosom untersucht wurde . Das U / Pb, das gefärbt gesehen wurde, war das Protein, das Teil des Glykosoms war. Das Glykogen im Glykosom in den Zellen ist normalerweise mit Protein assoziiert, das das Zwei- bis Vierfache des Gewichts des Glykogens beträgt. Das Glykogen selbst wird jedoch nach der Reinigung mit sehr wenig Protein gefunden, normalerweise weniger als drei Prozent, was zeigt, dass das Glykosom verantwortlich ist und funktioniert, indem es die für das Glykogen benötigten Proteine ​​und Enzyme im Glykosom hat. Bei der Uranylfärbung als Säure würde es zu einer Dissoziation des Proteins vom Glykogen kommen. Das Glykogen ohne das Protein würde große Aggregate bilden und die Färbung wäre das Protein. Dies gibt die Illusion, dass Glykogen verschwindet, da es nicht gefärbt ist, sondern von dem Protein dissoziiert, mit dem es normalerweise im Glykosom assoziiert ist.

Biochemische Beweise

Es wurde eine Vielzahl von biochemischen Hinweisen gefunden, die belegen, dass Glykosomen in Zellen vorhanden sind. In der Organelle, von der angenommen wird, dass sie ein Glykosom ist, finden sich zahlreiche Proteine. Dazu gehören Glykogensynthase, Phosphorylase sowie Verzweigungs- und Entzweigungsenzyme für Glykogen. All dies sind regulatorische Enzyme , die bei der Glykogensynthese benötigt werden. Die Initiierung der Glykogensynthese erfordert Glykogenin , das in Glykosomen, einem Proteinprimer, enthalten ist. Die erwähnte Glykogensynthase hilft bei der Verlängerung des Glykogens und die Entfernung der Glucose aus dem Glykogen wird durch die Entzweigung von Enzymen und Phosphorylase unterstützt . Alle diese Enzyme befinden sich im Glykosom, was zeigt, dass diese Organelle, die ebenfalls Glykogen enthält, für die Speicherung von Glykogen verantwortlich und vom Cytosol getrennt ist.

Typen

Es gibt zwei Arten von Glykosomen, die in Zellen gefunden werden, die diese spezialisierten Organellen aufweisen. Diese beiden Gruppen sind Lyoglykosomen und Desmoglykosomen. Sie unterscheiden sich in ihrer Assoziation mit anderen Organellen in der Zelle sowie in ihrer relativen Häufigkeit. Studien haben gezeigt, dass gesunde Zellen mehr Lyoglykosomen haben, während ausgehungerte Zellen mehr Desmoglykosomen haben.

Lyoglykosomen

Lyoglykosomen sind Glykosomen, die im Cytosol der Zelle frei sind. Diese Arten von Glykosomen werden durch Säure beeinflusst. Sie neigen dazu, weniger elektronendicht zu sein als die andere Art von Glykosom. Lyoglykosomen finden sich normalerweise auch in Ketten im Cytosol. Da die Lyoglykosomen nicht an Gewebe gebunden sind, ist es möglich, diese Glykosomen mit kochendem Wasser zu extrahieren.

Desmoglykosomen

Desmoglykosomen sind im Cytosol nicht frei, sondern befinden sich mit anderen Organellen oder Strukturen in der Zelle. Diese Strukturen beziehen sich auf die anderen genannten Organellen wie Myofibrillen, Mitochondrien und endoplasmatisches Retikulum. Dies erklärt, warum Desmoglykosomen in Muskelzellen gefunden werden . Diese Glykosomen werden von Säure nicht beeinflusst. Es wurde nicht festgestellt, dass diese Glykosomen Gruppen bilden, sondern als einzelne Organellen getrennt bleiben. Aufgrund der hohen Proteinmenge, mit der das Glykosom assoziiert, wird üblicherweise eine hohe Elektronendichte beobachtet. Desmoglykosomen können nicht aus kochendem Wasser extrahiert werden, da sie durch ihre Verbindung mit Protein an Gewebe gebunden sind.

Peroxisom Ursprung

Die Glykosomen sind die divergentesten der verschiedenen Arten von Organellen, die aus Peroxisomen stammen, insbesondere wie sie in den Trypanosomen zu sehen sind . Peroxisomen höherer Eukaryoten sind den Glykosomen und Glyoxysomen , die in einigen Pflanzen und Pilzen vorkommen, sehr ähnlich . Das Glykosom hat die gleiche Grundstruktur wie eine einzelne Membran und eine sehr dichte Proteinmatrix. Einige Studien haben gezeigt, dass einige der im Peroxisom gefundenen Enzyme und Wege auch in Glykosomen einiger Arten der Trypanosomen zu sehen sind. Außerdem sind die Zielsequenzen auf den Proteinen, die für die Proteinmatrix an das Glykosom gesendet werden, in ihrer Sequenz ähnlich wie die Sequenzen auf Proteinen, die in das Peroxisom importiert werden. Dasselbe gilt für die tatsächlichen Sequenzen für die Proteine, die in die Matrizen für diese beiden Organellen eingehen, nicht nur für die Zielsequenzen. Es wurde spekuliert, dass, da festgestellt wurde, dass Glykosomen plastidähnliche Proteine besitzen , vor langer Zeit ein lateraler Gentransfer von einem zur Photosynthese fähigen Organismus stattgefunden hat, dessen Gene übertragen wurden, um die resultierenden Peroxisomen und Glykosomen zu haben. Dem Glykosom selbst fehlt zusammen mit dem Peroxisom ein Genom .

Mögliches Medikamentenziel

Im Gegensatz zu Peroxisomen werden für die meisten Trypanosomen ihre Glykosomen benötigt, damit sie überleben können. Aufgrund dieser Notwendigkeit der glycosome, wurde als mögliches Medikament Ziel vorgeschlagen , eine finden Medikament seine Funktion zu stoppen. Wenn das Glykosom nicht richtig funktioniert, besteht ein schwerer Mangel an Enzymen in der Zelle. Diese Enzyme sind solche, die mit der Ether-Lipid- Synthese oder der Beta-Oxidation bestimmter Fettsäuren verbunden sind. Zellen ohne Glykosomen weisen einen Mangel an diesen Enzymen auf, da die Enzyme ohne die Kompartimentierung des Glykosoms in der Zelle im Cytosol abgebaut werden. Die Organelle verhindert den Stoffwechsel der Enzyme. Für Parasiten ist die Ether-Lipid-Synthese von entscheidender Bedeutung, um ihren Lebenszyklus zu vervollständigen. Daher sind auch die durch das Glykosom geschützten Enzyme von entscheidender Bedeutung. In ihrem Lebenszyklus ist die Glykolyse teilweise durch das Glykosom in der Blutstromform im Vergleich zur prozyklischen Form sehr hoch. Der glykosomale Glykolyse-Weg ist in Stresssituationen für den Erreger erforderlich, da die Glykolyse gestartet werden kann, wenn die Substrate für den Weg verfügbar sind, auch wenn ATP noch nicht verfügbar ist. Da diese Organelle für das Trypanosom so wichtig ist, könnte ein Medikament, das auf diese Organelle abzielen könnte, eine erfolgreiche Therapie sein, wie Studien gezeigt haben, ohne dass der Tod des Glykosomenparasiten eintritt.

Durch Ausnutzung der Poren in der Membran des Glykosoms kann ein Arzneimittel in die Organelle gelangen und zur Abtötung des Trypanosoma brucei verwendet werden

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