الجليكوزوم

الجليكوزوم هو عضية محاطة بغشاء تحتوي على إنزيمات تحلل الجلوكوز . تم استخدام المصطلح لأول مرة من قبل سكوت وستيل في عام 1968 بعد أن أدركا أن الجليكوجين في الخلية ليس ثابتًا بل هو جزيء ديناميكي. ^[1] يوجد في عدد قليل من أنواع الأوليات بما في ذلك كينيتوبلاستيدا التي تشمل الرتب الفرعية تريبانوسوماتيدا وبودونينا، وأبرزها في تريبانوسومات الإنسان المسببة للأمراض ، والتي يمكن أن تسبب مرض النوم ومرض شاغاس وداء الليشمانيات . العضية محاطة بغشاء واحد وتحتوي على مصفوفة بروتينية كثيفة . يُعتقد أنها تطورت من البيروكسيسوم . ^[2] وقد تم التحقق من ذلك من خلال العمل الذي تم إجراؤه على علم الوراثة الليشمانيا. ^[3]

يتم حاليًا البحث في الجليكوزوم كهدف محتمل للعلاجات الدوائية.

تعتبر الجليكوزومات فريدة من نوعها بالنسبة للبلاستيدات الحركية وأخواتها من الديبلونيميات . يُستخدم مصطلح الجليكوزوم أيضًا للهياكل المحتوية على الجليكوجين الموجودة في الخلايا الكبدية المسؤولة عن تخزين السكر، ولكنها ليست عضيات مرتبطة بالغشاء. ^[4]

تتكون الجليكوزومات من الجليكوجين والبروتينات. البروتينات هي الإنزيمات المرتبطة باستقلاب الجليكوجين . تشكل هذه البروتينات والجليكوجين مجمعًا لتكوين عضية مميزة ومنفصلة. ^[1] يتم استيراد البروتينات للجليكوزومات من الريبوسومات السيتوبلازمية الحرة. تحتوي البروتينات المستوردة إلى العضية على تسلسل محدد، وهو تسلسل نهاية PTS1 للتأكد من انتقالها إلى المكان الصحيح. ^[5] وهي تشبه حبيبات ألفا في سيتوبلازم الخلية المملوءة بالجليكوجين. تكون الجليكوزومات عادةً ذات شكل دائري إلى بيضاوي مع اختلاف الحجم في كل خلية. على الرغم من وجود الجليكوجين في السيتوبلازم، إلا أن الجليكوجين الموجود في الجليكوزوم منفصل ومحاط بغشاء. الغشاء عبارة عن طبقة ثنائية الدهون . الجليكوجين الموجود داخل الجليكوزوم مطابق للجليكوجين الموجود بحرية في السيتوزول . ^[6] يمكن أن ترتبط الجليكوزومات أو تلتصق بالعديد من أنواع العضيات المختلفة. وقد وجد أنها ترتبط بالشبكة الساركوبلازمية وخيوطها الوسيطة. كما وجد أن هناك أنواعًا أخرى من الجلوكوزومات ترتبط بالألياف العضلية والميتوكوندريا والشبكة الإندوبلازمية الخشنة والغشاء الساركومي والبولي ريبوسومات أو جهاز جولجي. وقد يمنح ارتباط الجلوكوزومات تمييزًا وظيفيًا بينها؛ حيث يبدو أن الجلوكوزومات المرتبطة بالألياف العضلية تخدم الميوسين من خلال توفير ركائز الطاقة لتوليد ثلاثي فوسفات الأدينوزين من خلال تحلل الجلوكوز. وتستخدم الجلوكوزومات الموجودة في الشبكة الإندوبلازمية الخشنة والناعمة إنزيم الجليكوجين سينثيز وإنزيم الفوسفوريلاز فوسفاتيز. ^[1]

تعمل الجليكوزومات في العديد من العمليات في الخلية. تشمل هذه العمليات تحلل الجلوكوز، واستعادة البيورين ، وأكسدة بيتا للأحماض الدهنية، وتخليق الدهون الأثيرية. ^[5]

الوظيفة الرئيسية التي يؤديها الجليكوزوم هي مسار التحلل السكري الذي يتم داخل غشاءه. من خلال تقسيم تحلل الجلوكوز داخل الجليكوزوم، يمكن للخلية أن تكون أكثر نجاحًا. في الخلية، يكمل العمل في السيتوزول والميتوكوندريا والجليكوزوم وظيفة التمثيل الغذائي للطاقة. يولد هذا التمثيل الغذائي للطاقة ATP من خلال عملية تحلل الجلوكوز. الجليكوزوم هو مضيف للإنزيمات التحللية الرئيسية في مسار تحلل الجلوكوز. يستخدم هذا المسار لتفكيك الأحماض الدهنية للحصول على الكربون والطاقة. ومع ذلك، لا تتم عملية تحلل الجلوكوز بالكامل في الجليكوزوم. بدلاً من ذلك، فقط جزء إمبدن-مايرهوف حيث يدخل الجلوكوز إلى الجليكوزوم. من المهم أن العملية في العضية لا تتضمن تخليق ATP الصافي. يأتي هذا ATP لاحقًا من عمليات خارج الجليكوزوم. داخل الجليكوزوم يحتاج NAD + للعمل وتجديده. يستخدم فركتوز 1,6 ثنائي الفوسفات في الجليكوزوم كوسيلة للمساعدة في الحصول على عوامل مؤكسدة للمساعدة في بدء تحلل الجلوكوز. يحول الجليكوزوم السكر إلى 3-فوسفوجليسيرات. ^[2]

وظيفة أخرى للجليكوزومات هي إنقاذ البيورين. لا تستطيع الطفيليات التي تحتوي خلاياها على جليكوزومات أن تصنع البيورين من جديد. يتم بعد ذلك تصدير البيورين الذي يتم تصنيعه في الجليكوزوم خارج الجليكوزوم لاستخدامه في الخلية في الحمض النووي. في الخلايا الأخرى، توجد الإنزيمات المسؤولة عن ذلك في السيتوزول. هذه الإنزيمات الموجودة في الجليكوزوم للمساعدة في التخليق هي جوانين وأدينين فوسفوريبوزيل ترانسفيراز وهيبوكسانثين وزانثين فو تران. تحتوي كل هذه الإنزيمات على تسلسل PTS1 في تسلسل الكربوكسيل الخاص بها حتى يتم إرسالها إلى الجليكوزوم. ^[5]

كشفت التقنيات المجهرية الكثير عن الجلوكوزوم في الخلية وأثبتت بالفعل وجود عضية مرتبطة بالغشاء في الخلية للجليكوجين وعملياته. لاحظت نتائج بول إيرليتش في وقت مبكر من عام 1883 أنه من المجهر يمكنه معرفة أن الجليكوجين في الخلية يوجد دائمًا مع ما أسماه حاملًا، عُرف لاحقًا أنه بروتين. كما شوهد الجليكوجين نفسه دائمًا في الخلية باتجاه القطب السفلي في مجموعة واحدة، ثابتًا. عندما حاول العلماء صبغ ما افترض أنه جزيئات جليكوجين بسيطة، كانت نتائج الصبغ مختلفة. ويرجع هذا إلى حقيقة أنها لم تكن جزيئات جليكوجين حرة ولكنها في الحقيقة جليكوزوم. تمت دراسة الجليكوزوم في المجهر عن طريق فحص الجليكوزوم الذي تم صبغه بأسيتات اليورانيل . كان اليورانيوم / الرصاص الذي شوهد ملطخًا هو البروتين الذي كان جزءًا من الجليكوزوم. يرتبط الجليكوجين في الجليكوزوم في الخلايا عادة بالبروتين الذي يبلغ وزنه ضعفين إلى أربعة أضعاف وزن الجليكوجين. ومع ذلك، فإن الجليكوجين نفسه، بعد تنقيته، يحتوي على القليل جدًا من البروتين، أقل من ثلاثة في المائة عادةً، مما يدل على أن الجليكوزوم مسؤول ويعمل من خلال وجود البروتينات والإنزيمات اللازمة للجليكوجين في الجليكوزوم. مع تلطيخ اليورانيل، كحمض، فإنه من شأنه أن يسبب انفصال البروتين عن الجليكوجين. سيشكل الجليكوجين بدون البروتين تجمعات كبيرة وستكون الصبغة هي البروتين. هذا يعطي وهم اختفاء الجليكوجين لأنه غير مصبوغ، لكنه ينفصل عن البروتين الذي يرتبط به عادةً في الجليكوزوم. ^[1]

تم العثور على مجموعة متنوعة من الأدلة الكيميائية الحيوية التي تقدم دليلاً على وجود الجلوكوزومات في الخلايا. في العضية التي يُفترض أنها جليكوسوم، توجد العديد من البروتينات. وتشمل هذه غليكوجين سينثيز، فسفوريلاز، وإنزيمات التفرع والتفرع للجليكوجين. كل هذه إنزيمات تنظيمية مطلوبة في تخليق الجليكوجين. يتطلب بدء تخليق الجليكوجين الجليكوجينين ، الموجود في الجليكوسومات، وهو مادة أولية للبروتين. يساعد غليكوجين سينثيز كما ذكرنا في إطالة الجليكوجين وإزالة الجلوكوز من الجليكوجين بمساعدة إنزيمات التفرع والفسفوريلاز . توجد كل هذه الإنزيمات في الجليكوسوم، مما يدل على أن هذه العضية المكتملة بالجليكوجين مسؤولة أيضًا عن تخزين الجليكوجين وفصلها عن السيتوزول. ^[1]

يوجد نوعان من الجليكوزومات في الخلايا التي تحتوي على هذه العضيات المتخصصة. هاتان المجموعتان هما الليوغليكوزومات والديزموغليكوزومات. وتختلفان في ارتباطهما بعضيات أخرى في الخلية، إلى جانب وفرتهما النسبية. وقد أظهرت الدراسات أن الخلايا السليمة تحتوي على المزيد من الليوغليكوزومات بينما تحتوي الخلايا المحرومة على المزيد من الديزموغليكوزومات.

الليوغليكوزومات هي جليكوزومات حرة في السيتوزول في الخلية. تتأثر هذه الأنواع من الجليكوزومات بالحمض. تميل إلى أن تكون أقل كثافة إلكترونية من النوع الآخر من الجليكوزومات. توجد الليوغليكوزومات أيضًا عادةً في سلاسل في السيتوزول. نظرًا لأن الليوغليكوزومات غير مرتبطة بالأنسجة، فمن الممكن استخراج هذه الجليكوزومات بالماء المغلي. ^[1]

لا تكون الديسموجليكوزومات حرة في السيتوزول بل تكون مع عضيات أو هياكل أخرى في الخلية. ترتبط هذه الهياكل بالعضيات الأخرى المذكورة مثل الألياف العضلية والميتوكوندريا والشبكة الإندوبلازمية. وهذا يفسر سبب وجود الديسموجليكوزومات في خلايا العضلات . لا تتأثر هذه الجليكوزومات بالحمض. لا نجد أن هذه الجليكوزومات تشكل مجموعات بل تظل منفصلة كعضيات مفردة. ونظرًا للكمية العالية من البروتين التي يرتبط بها الجليكوزوم، فعادةً ما نلاحظ كثافة إلكترونية عالية. لا يمكن استخراج الديسموجليكوزومات من الماء المغلي لأنها مرتبطة بالأنسجة من خلال ارتباطها بالبروتين. ^[1]

إن الجليكوزومات هي الأكثر تباعدًا بين الأنواع المختلفة من العضيات التي تنشأ من البيروكسيسومات، وخاصة كما هو الحال في التريبانوزومات . إن البيروكسيسومات في حقيقيات النوى العليا تشبه إلى حد كبير الجليكوسومات والجليوكسيسومات الموجودة في بعض النباتات والفطريات. يشترك الجليكوزوم في نفس البنية الأساسية لغشاء واحد ومصفوفة بروتينية كثيفة للغاية. أظهرت بعض الدراسات أن بعض الإنزيمات والمسارات الموجودة في البيروكسيسوم تُرى أيضًا في جليكوسومات بعض أنواع التريبانوزومات. أيضًا، فإن تسلسلات الاستهداف على البروتينات التي يتم إرسالها إلى الجليكوزوم لمصفوفة البروتين تشبه في تسلسلها تلك التسلسلات الموجودة على البروتينات التي يتم استيرادها إلى البيروكسيسوم. يُرى الشيء نفسه في التسلسلات الفعلية للبروتينات التي تدخل إلى مصفوفات هاتين العضيتين، وليس فقط تسلسلات الاستهداف. وقد تم التكهن بأنه منذ اكتشاف أن الجليكوزومات تمتلك بروتينات تشبه البلاستيدات ، حدث انتقال جانبي للجين منذ فترة طويلة من كائن حي قادر على التمثيل الضوئي تم نقل جيناته للحصول على البيروكسيسومات والجليكوزومات الناتجة. يفتقر الجليكوزوم نفسه، إلى جانب البيروكسيسوم، إلى جينوم. [ 2 ^]

على عكس البيروكسيسومات، بالنسبة لمعظم التريبانوزومات، هناك حاجة إلى الجلوكوزومات الخاصة بها حتى تتمكن من البقاء على قيد الحياة. وبسبب هذه الحاجة إلى الجليكوزوم، فقد تم اقتراحه كهدف محتمل للدواء لإيجاد دواء يوقف وظيفته. عندما لا يعمل الجليكوزوم بشكل صحيح، يكون هناك نقص حاد في الإنزيمات في الخلية. هذه الإنزيمات هي تلك المرتبطة بتخليق الأثير الدهني أو أكسدة بيتا لبعض الأحماض الدهنية. الخلايا التي لا تحتوي على جليكوزومات تعاني من نقص في هذه الإنزيمات لأنه بدون تقسيم الجليكوزوم، تتحلل الإنزيمات في الخلية في السيتوزول. تمنع العضية حدوث عملية التمثيل الغذائي للإنزيمات. بالنسبة للطفيليات ، يعد تخليق الأثير الدهني أمرًا حيويًا لتكون قادرة على إكمال دورة حياتها، مما يجعل الإنزيمات المحمية بواسطة الجليكوزوم حيوية أيضًا. ^[2] في دورة حياتها، يكون تحلل الجلوكوز جزئيًا من خلال الجليكوزوم مرتفعًا جدًا في شكل مجرى الدم مقارنة بالشكل الدوري. يعد مسار تحلل الجلوكوز ضروريًا في حالات الإجهاد لمسببات الأمراض حيث يمكن بدء تحلل الجلوكوز عندما تكون الركائز للمسار متاحة حتى عندما لا يكون ATP متاحًا بعد. وبما أن هذه العضية ضرورية للغاية للتريبانوزوم، فإذا كان بإمكان دواء استهداف هذه العضية، فقد يكون علاجًا ناجحًا كما أظهرت الدراسات بدون حدوث موت الطفيليات بالجليكوزوم. ^[7]