Hydrogenosóm: organela anaeróbnych organizmov produkujúca ATP
Hydrogenosóm: anaeróbna organela produkujúca ATP bez kyslíka — evolučný príbuzný mitochondrií v ciliátoch, trichomonádach, hubách a dokonca niektorých metazoách.
Hydrogenosóm je membránou uzavretá organela niektorých anaeróbnych ciliátov, trichomonád, húb a niekoľkých metazoí. Hydrogenosómy trichomonád (najlepšie preskúmané) produkujú ATP zložitým metabolickým cyklom. Na rozdiel od mitochondrií tento cyklus nevyužíva kyslík. Predpokladá sa, že hydrogenosómy sa vyvinuli z mitochondrií; ich štruktúra je dosť podobná.
V roku 2010 vedci oznámili objav prvých známych anaeróbnych metazoánov s organelou podobnou hydrogenosómu. Išlo o organizmy Loricifera žijúce v sedimentoch pod hlbokovodnými soľnými bazénmi, ako je napríklad povodie L'Atalante. Tieto soľné jazierka sú úplne bez kyslíka (anoxické).
Štruktúra a vnútorná organizácia
Hydrogenosómy sú zvyčajne obdĺžnikovité až guľovité organely o veľkosti porovnateľnej s mitochondriami a často majú dvojitú membránu. Na rozdiel od typických mitochondrií však často chýbajú výrazné membránové záhyby (kristy) a v elektronovom mikroskope môžu pôsobiť kompaktnejšie alebo elektrónovo hustejšie. Vo vnútri obsahujú zmes enzýmov a koenzýmov nevyhnutných pre anaeróbny metabolizmus, pričom sklad proteínov sa líši medzi taxónmi.
Biochemické dráhy a produkcia ATP
Najčastejšie opisované kroky metabolizmu v hydrogenosómoch zahŕňajú:
- Degradáciu pyruvátu pomocou pyruvát:ferredoxín oxidoreduktázy (PFO) na acetyl-CoA s uvoľnením CO2 a elektrónov prenášaných na ferredoxín.
- Reoxidáciu redukovaného ferredoxínu pomocou [FeFe]-hydrogenázy, ktorá produkuje molekulárny vodík (H2).
- Prevod acetyl‑CoA na acetát s generovaním ATP substrátovou fosforyláciou (enzýmy ako fosfotransacetyláza a acetátkináza sú v mnohých prípadoch prítomné).
Tento proces umožňuje syntézu ATP bez potreby kyslíka a bez fungovania dýchacieho reťazca založeného na kyslíku. Uvoľnený vodík môže byť využitý inými mikroorganizmami (napr. metanogénmi) v rámci syntrofických interakcií.
Rôznorodosť a evolučný pôvod
Hydrogenosómy sú variabilné: u niektorých organizmov obsahujú vlastnú malú DNA a kódujú niekoľko proteínov, inde sú úplne bez genómu a všetky potrebné proteíny sú transportované z bunkového jadra. Mnohé molekulárne a proteomické štúdie naznačujú, že hydrogenosómy sú odvodené od mitochondrií — ide teda o príklad sekundárnej adaptácie mitochondriálneho pôvodu na striktne anaeróbne podmienky. Zdieľané vlastnosti s mitochondriami zahŕňajú prítomnosť chaperónov (napr. Hsp70) a niektorých importných mechanizmov pre mitochondriálne cieľové sekvencie proteínov.
Rozdiel medzi hydrogenosómami a mitosómami
Je dôležité nerozmazávať hydrogenosómy s mitosómami — iným typom mitochondriálnych derivátov. Mitosómy (napr. u Giardia) sú tiež mitochondriálnymi pozostatkami, ale zvyčajne nestratia iba dýchací reťazec, ale aj schopnosť syntetizovať ATP; ich hlavné zistené funkcie často zahŕňajú biogenézu [Fe–S] (železo-sírových) klastrov a ďalšie špecifické úlohy.
Význam pre medicínu, ekológiu a biotechnológie
- V parazitológii sú hydrogenosómy dôležité — napr. u patogénnych trichomonád. Niektoré liečivá proti anaeróbnym parazitom (napr. metronidazol) sa aktivujú redukčne v týchto bunkách, čo súvisí s elektrónovými prenosmi v hydrogenosómoch.
- V ekológii hrá produkcia vodíka úlohu v syntrofii medzi rôznymi anaeróbnymi mikroorganizmami v sedimentoch a črevných ekosystémoch.
- V biotechnológií sú hydrogenosómy zaujímavé ako model pre biologickú produkciu vodíka a pre štúdium adaptácií na anoxické prostredie.
Objav anaeróbnych Loricifera s organelami podobnými hydrogenosómom (spomínaný v roku 2010) potvrdil, že aj mnohobunkové organizmy dokážu existovať bez kyslíka a že mitochondriálne deriváty sa v evolúcii prispôsobili rôznymi spôsobmi k životu v anoxických prostrediach.
Abb.1: Model syntézy ATP v hydrogenosómoch. abb.: CoA = koenzým A
Otázky a odpovede
Otázka: Čo je to hydrogenosóm?
Odpoveď: Hydrogenosóm je membránou uzavretá organela, ktorá sa nachádza u niektorých anaeróbnych ciliátov, trichomonád, húb a niekoľkých metazoí.
Otázka: Aká je úloha hydrogenosómov u trichomonád?
Odpoveď: Hydrogenosómy trichomonád produkujú ATP prostredníctvom komplexného metabolického cyklu, ktorý nevyžaduje kyslík.
Otázka: Ako sa hydrogenosómy vyvinuli?
Odpoveď: Predpokladá sa, že hydrogenosómy sa vyvinuli z mitochondrií, pretože ich štruktúra je podobná.
Otázka: Ktoré organizmy majú organely podobné hydrogenosómom?
Odpoveď: V roku 2010 vedci objavili Loricifera, anaeróbne metazoany žijúce v sedimentoch pod hlbokovodnými soľnými bazénmi, ako je napríklad povodie L'Atalante, s organelou podobnou hydrogenosómu.
Otázka: Aký typ prostredia majú soľné jazierka ako L'Atalante?
Odpoveď: V soľných bazénoch, ako je L'Atalante, úplne chýba kyslík, a preto sú anoxické.
Otázka: Majú všetky anaeróbne ciliáty, trichomonády, huby a metazoáry hydrogenosómy?
Odpoveď: Nie, iba niektoré anaeróbne ciliáty, trichomonády, huby a niekoľko metazoí majú hydrogenosómy.
Otázka: V čom sa metabolický cyklus hydrogenosómov líši od metabolického cyklu mitochondrií?
Odpoveď: Metabolický cyklus hydrogenosómov nevyužíva kyslík.
Prehľadať