퍼옥시솜

3. 구조

퍼옥시솜은 세포질에 위치한 작고(직경 0.1–1 μm) 구형의 세포 소기관으로, 단일 생체막으로 둘러싸여 있으며, 내부에는 미세하고 과립상의 기질을 가지고 있다.^[13][14] 구획화는 세포 기능과 생물의 생존을 유지하는 데 필요한 퍼옥시솜 내의 다양한 대사 반응을 촉진하는 최적화된 환경을 조성한다.

퍼옥시솜의 수, 크기 및 단백질 조성은 세포 유형 및 환경 조건에 따라 달라진다. 예를 들어, 빵 효모(''S. cerevisiae'')에서, 포도당이 잘 공급될 때는 소수의 작은 퍼옥시솜만 존재한다. 반대로, 효모에 장쇄 지방산을 유일한 탄소원으로 공급하면 최대 20~25개의 큰 퍼옥시솜이 형성될 수 있다.^[15]

4. 기능

퍼옥시좀은 지방산의 사슬 길이를 정교하게 절단하는 기능으로 미토콘드리아에서의 지방산의 산화를 위한 전처리와 관련있는 것으로 보고되고 있다.

==== 대사 기능 ====

퍼옥시솜의 주요 기능은 베타 산화를 통한 초장쇄 지방산의 분해이다.^[16][17] 동물 세포에서 긴 지방산은 중쇄 지방산으로 전환된 후, 미토콘드리아로 운반되어 이산화탄소와 물로 분해된다. 효모와 식물 세포에서는 이 과정이 퍼옥시솜에서만 수행된다.^[16][17]

플라스마로겐 형성의 첫 번째 반응 또한 퍼옥시솜에서 일어난다.^[16] 플라스마로겐은 미엘린에서 가장 풍부한 인지질이며, 플라스마로겐 결핍은 신경 세포의 수초 형성에 심각한 이상을 유발한다.^[16] 퍼옥시솜은 지방과 지용성 비타민(비타민 A, K 등)의 흡수에 중요한 담즙산 생성에도 관여한다.^[17]

포유류 퍼옥시솜에서 일어나는 특정 대사 경로는 다음과 같다.^[5]

• 피탄산의 α-산화
• 초장쇄 및 다불포화 지방산의 β-산화
• 플라스마로겐의 생합성
• 담즙산 합성의 일부로서 콜산의 접합

4. 1. 대사 기능

• 피탄산의 α-산화
• 초장쇄 및 다불포화 지방산의 β-산화
• 플라스마로겐의 생합성
• 담즙산 합성의 일부로서 콜산의 접합

4. 2. 산화 기능 및 해독 작용

4. 3. 식물에서의 기능

4. 4. 기타 기능

5. 퍼옥시솜 형성 (Peroxisome assembly)

퍼옥시솜은 특정 조건 하에서 소포체에서 유래하며, 막 성장과 분열을 통해 복제된다.^[25][26][27] 퍼옥시솜 기질 단백질은 세포질에서 번역된 후, ''C-말단''(PTS1) 또는 ''N-말단''(PTS2)에 위치한 퍼옥시솜 단백질 타겟팅 신호(PTS)에 의해 퍼옥시솜으로 수입된다.

페록신(단백질)은 퍼옥시솜 생합성 및 유지에 관여하는 36개의 단백질이다.^[28] 포유류 세포에는 13개의 특징적인 페록신이 존재한다. 소포체나 미토콘드리아와 달리, 단백질은 퍼옥시솜 내강으로 수입되기 위해 펼쳐질 필요가 없다. 매트릭스 단백질 수입 수용체인 PEX5와 PEX7은 각각 PTS1, PTS2를 포함하는 화물을 퍼옥시솜으로 운반하고, 화물을 퍼옥시솜 기질로 방출한 뒤 "재활용" 단계를 거쳐 세포질로 돌아간다.^[30] 이 과정에서 유비퀴틴화는 PEX5가 퍼옥시솜에서 세포질로 수출되는 데 중요한 역할을 하며, ATP 가수분해는 수용체의 세포질로의 재활용에 필요하다.

퍼옥시솜 막 단백질(PMP)의 삽입에는 페록신 PEX19, PEX3, PEX16이 필요하다. PEX19는 PMP 수용체 및 샤페론으로 작용하여 PMP를 퍼옥시솜 막으로 이동시키고, PEX3과 상호작용하여 PMP를 막에 삽입한다.

퍼옥시솜의 분해는 페고파지(pexophagy)라고 한다.^[31]

PEX 유전자는 퍼옥시솜 조립에 필요한 페록신을 암호화한다. 퍼옥시솜 막 단백질은 PEX19와 PEX3의 상호작용에 의존하는 경로와, PTS1 또는 PTS2를 가진 매트릭스 효소의 수입 없이 PEX3 수입에 필요한 경로를 통해 수입된다.^[38] 퍼옥시솜 막의 신장 및 분열은 Pex11p에 의해 조절된다.^[39] 페록신 단백질을 암호화하는 유전자에는 PEX1, PEX2(PXMP3), PEX3, PEX5, PEX6, PEX7, PEX9,^[40][41] PEX10, PEX11A, PEX11B, PEX11G, PEX12, PEX13, PEX14, PEX16, PEX19, PEX26, PEX28, PEX30, PEX31 등이 있다.

6. 다른 세포 소기관과의 상호작용

퍼옥시솜은 지방산의 사슬 길이를 절단하여 미토콘드리아에서 일어나는 지방산 산화를 위한 전처리를 돕는다.^[32]

소포체, 미토콘드리아, 지질 방울, 리소좀 등 세포 지질 대사에 관여하는 여러 세포 소기관과 상호작용하며 협력한다.^[32] 특히 지방산 베타 산화 및 활성 산소 대사 과정에서 미토콘드리아와 긴밀하게 상호작용한다.^[5] 두 세포 소기관은 소포체와도 밀접하게 접촉하며, 세포 소기관 분열 인자를 포함한 여러 단백질을 공유한다.^[33]

퍼옥시솜은 소포체와 협력하여 신경 세포에 중요한 에테르 지질인 플라스마로겐을 합성한다.^[34] 사상 곰팡이의 경우, 퍼옥시솜은 빠르게 움직이는 초기 엔도솜과 접촉하여 미세 소관을 통해 이동하는 '히치하이킹'을 한다.^[34]

이러한 세포 소기관 간의 물리적 접촉은 주로 막 접촉 부위를 통해 이루어지며, 이 부위에서 두 세포 소기관의 막이 물리적으로 연결된다. 이를 통해 작은 분자들이 빠르게 이동하고 세포 소기관 간의 통신이 가능해지며, 세포 기능 조절 및 건강 유지에 중요한 역할을 한다.^[35] 막 접촉의 변화는 다양한 질병에서 관찰된다.^[35]

7. 관련 질병

페록시솜 질환은 일반적으로 인간의 신경계를 포함한 여러 기관 시스템에 영향을 미치는 일련의 의학적 상태이다.^[36][37] 페록시솜의 기능 이상을 일으키는 2~30가지의 유전병이 알려져 있다.

페록시솜 관련 질병은 크게 두 가지로 분류할 수 있다. 하나는 페록시솜의 생합성 과정에 이상이 생기는 것이고, 다른 하나는 페록시솜에 포함된 효소의 기능이 저해되는 것이다. 부신백질이영양증(ALD)은 후자의 대표적인 질환이며, X 염색체 위에 원인 유전자가 위치한다. 전자에는 젤베거 증후군 등이 포함된다.

8. 진화적 기원

세포 내 공생설에 따르면, 퍼옥시솜은 더 큰 세포에 침입한 세균에서 기원했을 가능성이 있다.^[42] 퍼옥시솜 수입 기구와 소포체 관련 단백질 분해(ERAD) 경로 사이에 상동성이 발견되었고,^[44][45] 미토콘드리아에서 유래된 것으로 보이는 여러 대사 효소가 발견되었다.^[45] 퍼옥시솜은 방선균 기원을 가졌을 수 있다는 주장이 있지만,^[46] 논란의 여지가 있다.^[47] 하지만 이 견해는 최근 발견으로 인해 도전을 받고 있다.^[43] 예를 들어, 퍼옥시솜이 없는 돌연변이체는 야생형 유전자를 도입하면 퍼옥시솜을 복원할 수 있다.

9. 기타 관련 세포 소기관

글리옥시솜은 식물과 사상균에 존재하며, 글리코솜은 키네토플라스티드에 존재한다.^[48] 워로닌 소체는 사상균에 존재한다.^[48]

참조

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