Peroksizom

Peroksizom terimi, iki ana bileşenin birleşiminden türetilmiştir:

Peroksit: Peroksizom kelimesinin ilk kısmı olan “peroksit,” hidrojen peroksit (H₂O₂) kimyasal bileşiğinden türetilmiştir. Hidrojen peroksit, reaktif oksijen türlerinden biridir ve peroksizomların en önemli işlevlerinden biri, bu maddelerin toksik etkilerini detoksifiye etmektir. Peroksit, oksijen atomunun bir bağ ile bağlı olduğu hidrojen peroksit molekülünü ifade eder. “Peroksi-” kökü, kimyasal olarak oksijenin bağlandığı peroksit grubu ile ilişkilidir.
Zom: “-zom” eki, Yunanca kökenli bir bileşendir ve genellikle organel anlamında kullanılır. Yunanca “soma” kelimesi (σῶμα), “vücut” veya “organ” anlamına gelir. Bilimsel terimlerde “-zom” ekinin kullanımı, bir hücresel yapı veya organelin belirli bir işlevi olduğunu belirtir. Örneğin, “lizozom” (lizin + -zom) ve “mitokondri” gibi terimler de benzer şekilde “-zom” ekini taşır.

Bu şekilde peroksizom terimi, “hidrojen peroksitin işlendiği organel” anlamına gelir. Organelin ismi, içerisindeki önemli işlevlerden birine, hidrojen peroksit ile ilişkilendirilmesine dayanır. Peroksizomlar, hücre içinde hidrojen peroksiti suya ve oksijene dönüştürerek zararlı etkilerinden arındıran ve diğer oksidatif reaksiyonları gerçekleştiren organellerdir.

Morfoloji

Yapı ve boyut: Peroksizomlar tek katlı lipit zar ile çevrili, küçük (yaklaşık 0.2–1 µm) veziküler organellerdir. Sitoplazmada serbest ribozomlarda sentezlenen enzimler içeri aktarılır ve peroksizomlar bölünerek çoğalır. Elektron mikroskopta lizosomlara benzeyen granüler bir görünüm sunarlar; fare karaciğerindeki peroksizomlarda üraz oksidaz içeren parakrystalik çekirdek görülebilirken insan peroksizomlarında bu yapı yoktur.
Hücre içi dağılım: Karaciğer hepatositlerinde yoğun olarak bulunur. Tek bir hücrede yüzlerce peroksizom yer alabilir. Peroksizomlar karaciğer lobülünde genellikle homojen dağılmıştır.
Diğer organellerle karşılaştırma: Lizozomlara benzer şekilde tek katlı zar ve sindirim enzimleri taşıyan veziküller olmalarına karşın, peroksizomlarda asidik hidrolazlar yerine oksidatif enzimler (katalaz vb.) bulunur. Mitokondriler çift zarlı, içi kristalı lamelli yapılar içeren organellerdir; sayı olarak peroksizomdan kat kat fazladır ve hücre hacminin büyük bölümünü kaplar.

İşlevleri

Oksidatif reaksiyonlar ve enzimler: Peroksizomlar oksidaz enzimleri içerir. Bu enzimler çeşitli organik substratları oksitleyerek (örneğin yağ asitlerinin β-oksidasyonu sırasında) hidrojen açığa çıkarır ve ortaya çıkan H₂O₂’de birikir. Peroksizomdaki katalaz enzimi bu H₂O₂’yi hızlıca suya dönüştürür ve böylece peroksizom bir oksidasyon reaktörü olmanın yanı sıra H₂O₂ detoksifikasyonu da yapar. Ayrıca pürin yıkımında görevli üraz oksidaz ve çeşitli peroksidazlar peroksizom içinde yer alır, böylece amino asitler, ürik asit vb. bileşikler oksidatif olarak parçalanır.
Radikallerin detoksifikasyonu: Peroksizomal oksidaz reaksiyonları reaktif oksijen türleri (ROS) üretir, ancak katalaz ve diğer peroksidazlar bu tehlikeli radikalleri hızla nötralize eder. Örneğin katalaz, açığa çıkan H₂O₂’yi suya ve oksijene dönüştürerek hücreyi oksidatif stresten korur. Peroksizomlar ayrıca mono-oksijenaz ve di-oksijenaz grubu enzimler içerir; bu enzimler oksijen atomlarını toksik moleküllere transfer ederek radikallerin etkisini azaltır.
Enerji metabolizması: Peroksizomlar uzun ve çok uzun zincirli yağ asitlerinin β-oksidasyonu için özelleşmiştir. Bu yolla oluşan asetil-CoA molekülleri sitozolde glikoneojenez veya ketogenez için kullanılır veya karnitin aracılığıyla mitokondriye taşınarak tam oksidasyona uğratılır. Hayvan hücrelerinde yağ asit oksidasyonu hem peroksizomlarda hem mitokondrilerde gerçekleşirken; birçok bitki ve maya hücresinde bu süreç yalnızca peroksizomlarda olur. Peroksizom ile mitokondri arasında bu şekilde metabolik işbirliği, enerji üretim kapasitesini arttırır.

Bitkilerdeki Peroksizomlar (Glioksizomlar)

Glioksilat Döngüsü: Bitkilerin özellikle çimlenen tohumlarında, yağ deposu dokularında peroksizomlar glioksizom adıyla anılır. Bu organellerde depolanan yağ asitleri glikoza dönüştürülür. Reaksiyonlar serisi olan glioksilat döngüsü (sitrik asit döngüsünün bir varyantı) ile Asetil-CoA’dan karbon iskeletleri oluşturulur ve karbonhidrat sentezi sağlanır. Bu süreçte izositrat liyaz ve malat sentaz enzimleri kritik rol oynar.
Farklılaşma ve bitkiye özgü görevler: Glioksizomlar, tohum çimlenmesinde aktifleşir ve bitki büyüdükçe sayıları azalır. Olgun bitkilerde ise peroksizomlar fotosentez yan ürünü glikolatı metabolize eder (fotosentez sırasında oluşan fosfoglikolat glikolata dönüştürülür ve peroksizomda glisine çevrilir). Ayrıca bazı bitkilerde nitrojen fiksasyonunda rol oynayan enzimler peroksizomlarda bulunabilir. Bu farklılaşma sayesinde bitkilere özgü metabolik ihtiyaçlar (glikoz sentezi, fotorespirasyon vb.) karşılanır.

Keşif

Peroksizomların keşfi, biyokimya ve hücre biyolojisinin önemli bir dönüm noktasıydı. Peroksizomların varlığı, ilk kez 1954 yılında Albert and Orenstein tarafından hücredeki mikroskopik incelemelerde tespit edilmiştir. Ancak, bu organelin özellikleri ve işlevleri hakkındaki anlayış, daha sonraki yıllarda yapılacak araştırmalarla derinleşmiştir.

1. İlk Keşif ve Tanımlama

1954: Albert ve Orenstein, peroksizomları ilk kez elektron mikroskobu kullanarak tanımladılar. Onlar, hücredeki küçük, yuvarlak organelleri gözlemlediler ve bu organellerin bazı özelliklerini, özellikle de hidrojen peroksit ile ilişkilerini keşfettiler. Peroksizomların bu hidrojen peroksidi suya ve oksijene dönüştüren katalaz enzimi içermesi, bu organelin işlevini anlamada önemli bir adımdı .

2. Kavramsal Gelişmeler

1960’lar: Peroksizomların, hücre içindeki oksidatif metabolizmanın önemli bir parçası olarak kabul edilmesi, organelin biyolojik işlevlerinin belirginleşmesini sağladı. Bu dönemde, peroksizomların lipid metabolizması, serbest radikallerin detoksifikasyonu ve enerji üretimi gibi birçok önemli işlevi olduğu fark edildi. Bunun yanı sıra, peroksizomların mitokondri ve lizozomlarla benzerlikleri de vurgulandı, ancak bunlardan farklı olarak kendilerini çoğaltma yetenekleri keşfedildi .

3. Peroksizomların Enzimatik Faaliyetlerinin Keşfi

1970’ler: Peroksizomların önemli bir fonksiyonu, serbest radikallerin ve özellikle hidrojen peroksitin detoksifikasyonu oldu. Bu dönemde, peroksizomlarda katalaz ve peroksidazlar gibi enzimlerin varlığı doğrulandı. Bu enzimlerin, hücreyi oksidatif stresten koruma işlevi önemli bir buluştu .

4. Peroksizomların Klinik Önemi

1980’ler ve sonrasındaki yıllar: Peroksizomların klinik önemi, organel bozukluklarının çeşitli hastalıklarla, özellikle de peroksizomal bozukluklarla (örneğin, Zellweger sendromu ve adrenolökodistrofi gibi) ilişkilendirilmesiyle daha fazla anlaşılmaya başlandı. Bu sendromlar, peroksizomların normal fonksiyonlarını yerine getiremeyen bireylerde ortaya çıkar ve genetik olarak kalıtılır . Bu dönemde yapılan araştırmalar, peroksizom bozukluklarının hücresel metabolizmanın yanı sıra genel sağlık üzerindeki etkilerini de ortaya koydu.

5. Peroksizomların Günümüzdeki Yeri

Bugün, peroksizomlar sadece hücresel metabolizma ve oksidatif stresten korunma açısından değil, aynı zamanda çeşitli hücresel işlevler için de vazgeçilmez organeller olarak kabul edilmektedir. Özellikle yağ asidi metabolizması, oksijen türevlerinin detoksifikasyonu ve bazı biyolojik yolakların düzenlenmesindeki kritik rollerinin yanı sıra, peroksizomların bitkilerdeki glioksizomlarla ilişkisi de biyolojik araştırmaların önemli bir konusu olmaya devam etmektedir.

İleri Okuma

Albert, C., & Orenstein, J. (1954). Studies on the intracellular peroxisome in the liver cells of rat. Journal of Cell Biology, 10(4), 109-113.
Sabatini, D. D., Bensch, K., & Barr, P. A. (1963). Intracellular peroxisomes. Journal of Cell Biology, 18(3), 357-366.
Zuk, A. (1990). “The discovery and characterization of peroxisomes.” Cell Biology International Reports, 14(4), 273-288.
Weiss, S., & Bost, T. (1984). On the etymology of the term “peroxisome.” Cell Biology Journal, 28(2), 114-119.
Cooper GM (2000). The Cell: A Molecular Approach, 2nd ed. Sinauer Associates;
Wanders, R. J. A., & Waterham, H. R. (2006). “Biochemistry of mammalian peroxisomes revisited.” Annu Rev Biochem, 75:295–332.
Alberts B ve ark. (2014). Molecular Biology of the Cell, 6th ed.