é um organelo envolvido por uma membrana (conhecido antigamente como microcorpo) e presente no citoplasma de quase todas as células eucarióticas. São organelos com atividade de síntese e decomposição de peróxido de hidrogénio, tendo esta caraterística dado o nome a estes organelos. Frequentemente, o oxigénio molecular é necessário para a atividade catalítica de muitas enzimas do organelo, a partir do qual, o peróxido de hidrogénio (H2O2) é formado (substância altamente tóxica para a célula). Nos peroxissomas, por meio da enzima catalase, o H2O2 é convertido em oxigénio molecular (O2) e água (H2O). Os peroxissomas desempenham papéis-chave no metabolismo lípidico e na conversão de espécies reativas de oxigénio. Os peroxissomas estão envolvidos no catabolismo de ácidos gordos de cadeia muito longa (VLCFA, pelo ingês Very Long Chain Fatty Acids, isto é, ácidos gordos com 24 ou mais átomos de carbono), ácidos gordos de cadeia ramificada, intermediários de ácidos biliares (no fígado), D-aminoácidos, e poliaminas;Manuela Martinez et al Am J Clin Nutr 2000;71(suppl):376-385 na redução de espécies reativas de oxigénio - especificamente peróxido de hidrogénio - e na biossíntese de plasmogénios, isto é, fosfolípidos éter necessários para o normal funcionamento do cérebro e pulmões dos mamíferos. Os peroxissomas também contêm aproximadamente 10% da atividade total de duas enzimas (Glicose-6-fosfato dehidrogenase e 6-fosfogliconato dehidrogenase) na via pentose-fosfato, que é importante para o metabolismo energético. Se os peroxissomas estão envolvidos na síntese de isoprenóides e colesterol em animais ainda é assunto em debate.
Outras funções conhecidas incluem o ciclo do glioxilato no germinar de sementes ("glioxissomas"), na fotorespiração de folhas, glicólise em trypanosomas ("glicossomas") e na oxidação de metanol e/ou aminas e na assimilação de algumas leveduras.
As investigações neste campo tem sido intensas nas últimas duas décadas.
História Os peroxissomas foram descritos, pela primeira vez, por um estudante de doutoramento sueco, J. Rhodin (1954),"Correlation of ultrastructural organization and function in normal and experimentally changed proximal tubule cells of the mouse kidney". Doctorate Thesis. Karolinska Institutet, Stockholm. em células de rato, sendo então designados por microcorpos (microbodies). Contudo, a sua caraterização bioquímica ficou a dever-se ao citologista belga Christian De Duve e colaboradores. Em 1966, De Duve propôs a designação de peroxissoma em substituição de microbodies, salientando a existência simultânea de duas classes de enzimas: oxidases produtoras de peróxido de hidrogénio e catalase. Posteriormente, os peroxissomas foram identificados em diversas células animais e vegetais.
Mais tarde, foi descrito que a enzima luciferase firefly localiza-se nos peroxissomas em células de mamífero, permitindo a descoberta de um sinal de importe para peroxissomas, o que contribui para avanços na área da biogénese dos peroxissomas.
Origem Evolucionária Ainda é um tópico muito debatido e várias hipóteses são levantadas para explicar o surgimento dos peroxissomas, alguns pesquisadores afirmam que eles surgiram de forma similar aos cloroplastos e às mitocôndrias, por meio de endossimbiose com um organismo procariótico que perdeu seu material genético e independência com o tempo. Um dos possíveis seres que originou o peroxissoma poderia ser do grupo das actinobactérias. Já outros pesquisadores acreditam na hipótese da formação espontânea dos peroxissomas a partir do retículo endoplasmático com o possível recrutamento de enzimas que eram originalmente mitocondriais.
É muito provável que os peroxissomas atuais sejam somente vestígios de um organelo ancestral que realizava o metabolismo completo do oxigénio nas células eucarióticas primitivas, mas com a endossimbiose da célula com a mitocôndria, que não só lidava com o oxigénio como também acoplava a produção de energia a estes processos, as funções do peroxissoma primitivo se tornaram obsoletas e só se mantiveram aquelas que eram exclusivas do organelo (não competiam com a mitocôndria). Caraterização Os peroxissomas são pequenos (0.1-1µm) compartimentos subcelulares (organelos), geralmente geralmente menores que as mitocôndrias, rodeados por uma única membrana, localizadas no citoplasma da célula. A sua matriz apresenta-se, habitualmente, com uma textura finamente granular e contendo um corpo denso no qual se reconhece uma estrutura cristalina, designado por cristalóide ou core. O cristalóide resultaria da cristalização progressiva da catalase ou das oxidases existentes na matriz. A compartimentalização cria um ambiente ótimo para promover diversas reações metabólicas peroxissomais necessárias para manter as funções celulares e a viabilidade do organismo.
O número, tamanho e composição proteica dos peroxissomas são variáveis e dependentes do tipo de célula e das condições ambientais. Por exemplo, na S. Cerevisae foi observado que com um bom suplemento de glucose, apenas poucos e pequenos peroxissomas estavam presentes, Pelo contrário, quando às leveduras foi adicionado um suplemento com ácidos gordos de cadeia longa como fonte de carbono foram formados cerca de 20-25 grandes peroxissomas.
Controlo da abundância na célula As células são equipadas com mecanismos que coordenam a formação e a degradação de novos organelos, caso estejam presentes em excesso ou disfuncionais.
Formação: Formação de novo: pelo retículo endoplasmático sob determinadas condições pela fusão de vesículas derivadas de mitocôndria e pré-peroxissomas derivados do retículo endoplasmático. Divisão de organelos preexistentes.
As proteínas da matriz dos peroxissomas são traduzidas no citoplasma antes do seu importe. Sequências específicas de aminoácidos - Ser-Lys-Leu-COO - (PTS, peroxisomal targeting signal) no C-terminal (PTS1) ou no N-terminal (PTS2) sinalizam as proteínas da matriz para que estas sejam importadas para a matriz através de um fator alvo.Gregory J. Gatto, Jr., Brian V. Geisbrecht, Stephen J. Gould and Jeremy M. Berg. Department of Biophysics and Biophysical Chemistry and Department of Biological Chemistry, The Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, Maryland 21205, USA. Existem atualmente 36 proteínas conhecidas que estão envolvidas na formação e manutenção dos peroxissomas, as chamadas peroxinas, que participam no processo de formação dos peroxissomas em diferentes organismos. Em células de mamíferos existem 13 peroxinas caraterizadas. Em contraste ao importe de proteínas para o retículo endoplasmático ou mitocôndria, as proteínas não precisam de ser unfolded para serem importadas para o lumen peroxissomal. Os recetores de importe das proteínas da matriz, as peroxinas PEX5 e PEX7, acompanham as cargas (que contêm as sequências de aminácidos PTS1 e PTS2, respetivamente) até aos peroxissomas, mais precisamente para a matriz. Depois, PEX5 e PEX7 regressam para o citosol - um processo chamado de reciclagem.
O modelo que descreve o ciclo de importe é referido como um "mecanismo de shuttle extensivo". Existem evidências que a hidrólise de ATP é necessária para a reciclagem dos recetores para o citosol. Além disso, a ubiquitinação é crucial para a exportação da PEX5 para o citosol a partir dos peroxissomas. A biogénese da membrana peroxissomal e a inserção de proteínas da membrana dos peroxissomas requerem as peroxinas PEX19, PEX3 e PEX16. PEX19 é um recetor e chaperona das proteínas da membrana, que leva as proteínas até à membrana peroxissomal, onde interage com a PEX3, uma proteína integral da membrana dos peroxissomas.
Degradação: Pela via da autofagia lisossómica, a chamada pexofagia.
Controlo transcricional Os peroxissomas possuem mecanismos transcricionais que coordenam sua abundância e as suas enzimas.
A expressão de genes envolvidos com a beta-oxidação de ácidos gordos e com a proliferação dos peroxissomas é realizada por fatores de transcrição da família PPAR. PPAR (peroxisome proliferator-activated receptor): receptores nucleares que agem em conjunto com RXRs (retinoid X receptors) para regular funções fisiológicas (metabolismo de lipídos e carbohidratos, diferenciação celular e formação de tumores.) Agonistas de PPARs: lipídos alimentares e seus metabolitos, fibratos. Cada subtipo de PPAR possui um padrão de expressão tecidual, especificidade a um substrato e é responsável por regular a expressão de diferentes genes. PPARs são modulados por proteínas co-ativadoras (PGC-1alfa) e co-repressoras (NCOR). PGC-1alfa: grande indutor da biogénese mitocondrial e da sua funcionalidade. Esse co-ativador contribui para uma variedade de outros recetores nucleares diferentes do PPAR, como por exemplo, NRFs (nuclear respiratory factor) para promover uma melhor expressão de genes que atuam na biogénese mitocondrial, em enzimas antioxidantes, etc. PGC-1alfa também atua na regulação positiva da biogénese de peroxissomas em vários tecidos, como no fígado e músculos esqueléticos. Esse processo não precisa do PPARalfa para ser realizado.
Logo, a abundância e a atividade peroxissomal são reguladas a nível transcricional, num mecanismo dependente de PPAR e de PGC-1alfa.
Funções A maior função dos peroxissomas é a degradação de ácidos gordos de cadeia longa através da beta-oxidação. Em células animais, os ácidos gordos de cadeia longa através da beta-oxidação. Em células animais, os ácidos gordos de cadeia longa são convertidos em ácidos gordos de cadeia média, que são subsequentemente transportados para a mitocôndria, onde são eventualmente degradados em dióxido de carbono e água. Em leveduras e plantas, este processo é realizado apenas pelos peroxissomas.
O peroxissoma também atua na síntese de substâncias para a célula, sendo um dos possíveis sítios para a formação de colesterol (o retículo endoplasmático é o outro), de plasmogénios (estruturas de função debatida encontrados na bainha de mielina e tecido cardíaco e respiratório), de açúcares a partir de ácidos gordos (ocorre em plantas pelo ciclo do glioxilato e é de vital importância para a semente) e de subprodutos da fotossíntese, aproveitando-se do CO2 libertado na reação (esse processo ocorre pelo ciclo de Calvin).
As vias metabólicas específicas que ocorrem exclusivamente nos peroxissomas de mamíferos são:
alfa-oxidação de ácido fitânico beta-oxidação dos ácidos gordos de cadeia longa/muita longa e polinsaturados biossíntese de plasmogénios conjugação de ácido cólico como parte da síntese de ácido biliar
A sua função de oxidação é realizada de enzimas, tais como as de D-aminoácido e urato oxidase que são usadas para oxidar certas moléculas dentro do organelo, levando à produção de peróxido de hidrogénio (H2O2) (primeira equação). Já que H2O2 pode causar danos à célula ele precisa de ser degradado ou ser utilizado para oxidar alguma outra substância e esse processo é realizado pela enzima catalase, que usa H2O2 para oxidar outros substratos, como fenóis, ácido fórmico, formaldeído e álcool (segunda equação). Exemplos de compostos quebrados no peroxissomas são aminoácidos, ácido úrico e ácidos gordos.
RH2 + O2 -> R + H2O2
H2O2 + R'H2 -> R' + 2H2O
Em certas plantas, os peroxissomas contêm também um complexo de enzimas antioxidantes como a superóxido dismutase, componentes do ciclo de ascobarto-glutationa e a NADP-dehidrogenase da via de pentose-fosfato. Foi demonstrado que os peroxissomas geram radicais de superóxido e óxido nítrico. Também em plantas, os peroxissomas participam na fotorrespiração e promovem a conversão de lípidos em glícidos, aquando da germinação de sementes e oleaginosas.