Peroxisomen und Glyoxysomen: Bau und Vorkommen
Peroxisomen und ihre Sonderform, die Glyoxysomen, sind einfach umhüllte Organellen ohne eigenes Genom, mit Katalase als Leitenzym und einem klar umrissenen Vorkommen.
Das Wichtigste in Kürze
- Peroxisomen sind einfach umhüllte Organellen eukaryotischer Zellen, Glyoxysomen ihre spezialisierte Form in keimenden Samen.
- Beide sind von nur einer Biomembran umgeben, anders als die doppelt umhüllten Mitochondrien und Plastiden.
- Peroxisomen besitzen kein eigenes Genom und keine Enzyme der Atmungskette.
- Leitenzym ist die Katalase: \(\ce{2 H2O2 -> 2 H2O + O2}\). Saure Phosphatasen gehören zu den Lysosomen, nicht zu den Glyoxysomen.
- Glyoxysomen sitzen in fettspeichernden Geweben keimender Samen und wandeln Fett über den Glyoxylatzyklus in Zucker um.
Worum es geht
Peroxisomen sind kleine Stoffwechselräume eukaryotischer Zellen, in denen Wasserstoffperoxid entsteht und sofort wieder abgebaut wird. Das Aufschäumen von \(\ce{H2O2}\) auf einer Schürfwunde zeigt das Enzym dahinter, die Katalase, bei der Arbeit. Wer Bau und Vorkommen dieser Organellen kennt, kann sie sicher von Mitochondrien, Plastiden und Lysosomen unterscheiden.
Bau und Ausstattung
Peroxisomen sind kleine, rundliche Organellen. Sie sind von nur einer einfachen Biomembran umhüllt. Das gilt genauso für die Glyoxysomen, eine spezialisierte Form der Peroxisomen. Viele Peroxisomen zeigen im Elektronenmikroskop zusätzlich einen kristallinen Kern aus dicht gepackten Enzymen.
Damit unterscheiden sie sich deutlich von Mitochondrien und Plastiden. Diese semiautonomen Organellen besitzen eine Hülle aus zwei Membranen und eine eigene DNA. Peroxisomen haben kein eigenes Genom. Ihre Proteine werden im Zellkern codiert und aus dem Cytosol importiert. Auch Enzyme der Atmungskette fehlen ihnen, denn die oxidative Phosphorylierung läuft in den Mitochondrien ab.
Ihren Namen verdanken die Peroxisomen dem Wasserstoffperoxid. Ihre Oxidasen übertragen Elektronen direkt auf Sauerstoff und bilden dabei \(\ce{H2O2}\). Das Leitenzym Katalase beseitigt dieses Zellgift sofort.
Katalase ist ein Häm-Enzym, das Wasserstoffperoxid zu Wasser und Sauerstoff abbaut:
\[\ce{2 H2O2 -> 2 H2O + O2}\]
Glyoxysomen enthalten ebenfalls Katalase. Saure Phosphatasen und Proteasen gehören dagegen nicht zu ihrer Ausstattung. Diese Enzyme kennzeichnen die Lysosomen, deren saure Hydrolasen Makromoleküle abbauen.
Vorkommen
Peroxisomen findet man in pflanzlichen wie tierischen Zellen. In Leber und Niere des Menschen sind sie besonders zahlreich. Prokaryoten besitzen keine Peroxisomen, denn ihnen fehlen die typischen membranumhüllten Organellen der Eukaryoten.
Glyoxysomen sind die Peroxisomen keimender Samen höherer Pflanzen. Sie häufen sich in fettspeichernden Geweben, etwa im Endosperm von Ricinus communis oder in den Keimblättern der Sonnenblume. Der Keimling kann noch keine Photosynthese betreiben. Er muss sein Speicherfett deshalb in Zucker umwandeln.
Wie die Abbildung zeigt, gelangen Fettsäuren aus den Oleosomen ins Glyoxysom. Dort entsteht durch β-Oxidation Acetyl-CoA. Der Glyoxylatzyklus macht daraus Succinat. Über die Gluconeogenese im Cytosol wird es schließlich zu Zucker.
Diese Aufgabe erklärt das Vorkommen. Speicherwurzeln und Rhizome lagern Kohlenhydrate wie Stärke ein und brauchen keine Fettumwandlung. In Laubblättern arbeiten statt Glyoxysomen die Blattperoxisomen, die an der Photorespiration beteiligt sind. Ergrünt der Keimling, gehen seine Glyoxysomen in solche Blattperoxisomen über.
Quiz
Aussage 1
Glyoxysomen findet man vor allem in fettspeichernden Geweben keimender Samen höherer Pflanzen.
Dort wandeln sie Speicherfett über β-Oxidation und Glyoxylatzyklus in Zucker für den Keimling um. In stärkespeichernden Speicherwurzeln und Rhizomen sind sie nicht bevorzugt zu finden.
Aussage 2
Katalase kommt sowohl in Peroxisomen als auch in Glyoxysomen vor und baut dort \(\ce{H2O2}\) zu Wasser und Sauerstoff ab.
Katalase ist das Leitenzym beider Organellen und entgiftet das bei Oxidationen entstehende Wasserstoffperoxid.
Aussage 3
Peroxisomen sind wie Mitochondrien von einer Hülle aus zwei Biomembranen umgeben.
Peroxisomen und Glyoxysomen haben nur eine einfache Biomembran. Die Doppelmembran ist ein Merkmal der semiautonomen Organellen Mitochondrien und Plastiden.
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