Peroxisome là gì? Tìm hiểu cấu tạo, cơ chế hoạt động và vai trò

Trong mỗi tế bào của cơ thể, peroxisome là một bào quan nhỏ bé nhưng đảm nhiệm những nhiệm vụ chuyển hóa không thể thay thế. Đây là nơi tế bào xử lý các axit béo mạch rất dài, trung hòa các gốc oxy hóa độc hại và tổng hợp những loại lipid đặc biệt cần thiết cho hệ thần kinh. Để hiểu rõ hơn về cấu tạo, cơ chế hoạt động và vai trò của peroxisome trong nghiên cứu y học, hãy cùng Mescells tìm hiểu thông qua bài viết sau đây.

1. Peroxisome là gì?

Peroxisome là một bào quan có màng đơn bao bọc, hiện diện ở hầu hết các tế bào sinh vật nhân thực. Chúng hoạt động như một bào quan phân giải, chứa các oxidase xúc tác các phản ứng oxy hóa hóa học của nhiều chất khác nhau như độc tố, axit amin và axit béo trong chất nền peroxisome của chúng.

2. Cấu tạo của peroxisome

Peroxisome có cấu trúc tương đối đơn giản so với nhiều bào quan khác, nhưng lại ẩn chứa một bộ máy vận chuyển protein tinh vi.

Màng đơn bao bọc: Không giống ty thể hay lục lạp có hai lớp màng, peroxisome chỉ được bao bọc bởi một lớp màng lipid duy nhất, ngăn cách phần chất nền (matrix) bên trong với bào tương xung quanh.

Đặc điểm di truyền: Khác với ty thể, peroxisome không có ADN và không thể tự nhân đôi bộ máy di truyền của mình. Toàn bộ protein cấu thành peroxisome đều được mã hóa bởi gen nhân và tổng hợp bên ngoài bào quan trước khi được vận chuyển vào bên trong.

Chất nền chứa enzyme chuyển hóa: Bên trong phần chất nền chứa hàng chục loại enzyme oxy hóa – khử tham gia vào nhiều con đường chuyển hóa khác nhau, tùy loại tế bào và mô mà thành phần enzyme có thể thay đổi đáng kể.

Hệ thống protein peroxin (PEX): Việc hình thành và duy trì peroxisome phụ thuộc vào một nhóm protein đặc biệt gọi là peroxin, được mã hóa bởi các gen PEX. Nhiều loại peroxin khác nhau đảm nhiệm các vai trò như nhận diện protein cần vận chuyển, hình thành phức hợp neo màng và điều phối quá trình phân chia bào quan [1].

Peroxisome có cấu trúc màng đơn bao bọc phần chất nền chứa nhiều enzyme chuyển hóa 

3. Cách thức hoạt động của peroxisome như thế nào?

Cơ chế hoạt động của peroxisome xoay quanh ba quá trình cốt lõi là nhập protein, sinh trưởng – phân chia và diễn ra các quá trình hóa học.

Nhập protein: Khác với nhiều bào quan khác, protein của peroxisome không được tổng hợp trực tiếp bên trong mà được dịch mã hoàn chỉnh trên ribosome tự do trong bào tương, sau đó mới được nhận diện bởi thụ thể Pex5 hoặc Pex7 thông qua tín hiệu PTS1/PTS2 và đưa vào bên trong bào quan [2].

Sinh trưởng và phân chia: Sau khi nhập protein, peroxisome hiện có sẽ mở rộng màng, kéo dài và phân chia để tạo ra bào quan mới. Các protein liên quan đến Dynamin như Drp1/DLP1 cùng với các protein thích ứng như Fis1 và Mff tập hợp tại các vị trí thắt eo để tách màng, hoàn thành quá trình phân tách thành các peroxisome con riêng biệt và có chức năng [3].

Các quá trình hóa học 

• Quá trình oxy hóa: Các enzyme bên trong hấp thụ oxy để phân giải các phân tử phức tạp như axit amin và chất béo.
• Sản xuất hydrogen peroxide: Bước phân hủy này tạo ra hydrogen peroxide (H₂O₂) độc hại như một chất trung gian tạm thời.
• Trung hòa: Enzyme catalase nội sinh ngay lập tức chuyển hóa H₂O₂ nguy hiểm thành nước và oxy vô hại, hoặc sử dụng nó để oxy hóa một chất độc hữu cơ khác.

>>> Tìm hiểu thêm: Ribosome là gì? Cấu tạo, cơ chế hoạt động và vai trò trong nghiên cứu y học

Sự hình thành peroxisome và các protein liên quan 

4. Chức năng của peroxisome đối với sức khỏe

Peroxisome tham gia vào nhiều con đường chuyển hóa thiết yếu, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của toàn cơ thể.

4.1. Chức năng chuyển hóa chính

• Phân giải chất béo: Peroxisome xử lý các axit béo chuỗi dài và phân nhánh để cơ thể có thể chuyển hóa chúng thành năng lượng có thể sử dụng được.
• Tạo ra các lipid đặc biệt: Sản xuất plasmalogen, là các chất béo đặc biệt cần thiết để xây dựng mô não và thần kinh khỏe mạnh.
• Sản xuất axit mật: Giúp gan chuyển hóa cholesterol thành axit mật, cần thiết cho quá trình tiêu hóa chất béo trong thức ăn.

4.2. Giải độc và phòng vệ

• Kiểm soát hydrogen peroxide: Sản xuất và tiêu hủy an toàn hydrogen peroxide độc hại bằng cách sử dụng một loại enzyme catalase để chuyển hóa nó thành nước và oxy vô hại.
• Thanh lọc hóa học: Phân giải các chất gây hại như thuốc và rượu trong tế bào gan và thận để bảo vệ các bộ phận khác của cơ thể.

>>> Xem thêm: Lysosome là gì? Cấu trúc, chức năng và ứng dụng trong y học

Tác động của peroxisome trong quá trình lão hóa 

5. Vai trò của peroxisome trong nghiên cứu y học

5.1. Nghiên cứu các bệnh lý peroxisome bẩm sinh

Khi quá trình hình thành hoặc chức năng của peroxisome bị rối loạn do đột biến gen, cơ thể có thể mắc phải nhóm bệnh gọi chung là peroxisomal disorders, được chia làm hai nhóm chính.

Nhóm thứ nhất là rối loạn sinh tổng hợp peroxisome (peroxisome biogenesis disorders – PBD), gây ra bởi đột biến ở các gen PEX mã hóa peroxin – các protein chịu trách nhiệm lắp ráp bào quan này. Nhóm này bao gồm phổ rối loạn Zellweger (Zellweger spectrum disorders – ZSD), với các thể lâm sàng từ nặng đến nhẹ như hội chứng Zellweger, loạn dưỡng chất trắng thượng thận sơ sinh (NALD) và bệnh Refsum infantile

Nhóm thứ hai là rối loạn do thiếu hụt một enzyme hoặc protein vận chuyển đơn lẻ, điển hình là bệnh loạn dưỡng chất trắng thượng thận liên kết X (X-linked adrenoleukodystrophy – X-ALD), gây ra bởi đột biến gen ABCD1 mã hóa protein vận chuyển VLCFA vào peroxisome, dẫn đến tổn thương hệ thần kinh và tuyến thượng thận với mức độ biểu hiện đa dạng, từ thể não ở trẻ em đến thể nhẹ hơn ở người trưởng thành [4].

5.2. Tác động của suy giảm peroxisome trong lão hóa và bệnh thoái hóa thần kinh

Một số nghiên cứu cho thấy chức năng peroxisome suy giảm dần theo tuổi tác, biểu hiện qua việc giảm hoạt tính catalase và khả năng phân hủy hydrogen peroxide, giảm khả năng oxy hóa axit béo và giảm tổng hợp plasmalogen, từ đó góp phần làm gia tăng stress oxy hóa và rối loạn chuyển hóa lipid ở người cao tuổi. Chính vì vậy, peroxisome đang được xem là một mục tiêu can thiệp tiềm năng nhằm làm chậm quá trình lão hóa và hạn chế nguy cơ mắc các bệnh thoái hóa thần kinh liên quan đến tuổi tác, dù phần lớn bằng chứng hiện tại vẫn chủ yếu đến từ các nghiên cứu tiền lâm sàng.

>>> Đọc tiếp: Exosome là gì? Ứng dụng của Exosome trong y học và thẩm mỹ

Peroxisome đang được xem là một mục tiêu can thiệp nhằm hạn chế nguy cơ mắc các bệnh thoái hóa thần kinh 

5.3. Peroxisome là mục tiêu tiềm năng trong điều trị ung thư

So với ty thể, vai trò của peroxisome trong sinh học ung thư ít được chú ý hơn. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây cho thấy một số loại tế bào ung thư phụ thuộc đáng kể vào hoạt động chuyển hóa của peroxisome để duy trì tăng sinh, mở ra khả năng peroxisome có thể trở thành một liệu pháp trúng đích mới trong điều trị ung thư, bổ sung cho các chiến lược nhắm vào chuyển hóa tế bào hiện có [5].

5.4. Thách thức trong chẩn đoán và điều trị các rối loạn liên quan đến peroxisome

Thiếu phương pháp điều trị đặc hiệu: Hiện tại, phần lớn các bệnh lý peroxisome bẩm sinh như phổ Zellweger hay X-ALD vẫn chưa có liệu pháp điều trị tận gốc. Các can thiệp hiện có chủ yếu mang tính hỗ trợ và cải thiện chất lượng sống cho người bệnh.

Chẩn đoán sớm còn hạn chế: Việc phát hiện sớm các rối loạn peroxisome đòi hỏi các dấu ấn sinh học đặc hiệu, nhưng độ phổ biến của các bệnh này còn thấp khiến việc triển khai sàng lọc sơ sinh trên diện rộng còn gặp nhiều rào cản.

Độ phức tạp trong tương tác peroxisome – ty thể: Vì hai bào quan này chia sẻ nhiều con đường chuyển hóa lipid, việc phát triển liệu pháp nhắm mục tiêu chọn lọc vào riêng peroxisome mà không ảnh hưởng đến ty thể vẫn là một thách thức kỹ thuật đáng kể.

Giới hạn bằng chứng lâm sàng: Nhiều tiềm năng ứng dụng của peroxisome trong lão hóa và ung thư hiện vẫn dừng ở mức nghiên cứu tiền lâm sàng, cần thêm các thử nghiệm quy mô lớn trên người để xác nhận hiệu quả và độ an toàn trước khi ứng dụng rộng rãi.

Sơ đồ minh họa các bệnh lý thường gặp ở người được cho là có liên quan đến rối loạn chức năng peroxisome

Có thể nói, dù chỉ là một bào quan nhỏ bé với cấu trúc tương đối đơn giản, nhưng peroxisome lại đảm nhận những chức năng chuyển hóa không thể thay thế. Và trong y học hiện đại, peroxisome không chỉ là chìa khóa để hiểu các bệnh lý di truyền hiếm gặp mà còn đang mở ra những hướng nghiên cứu đầy hứa hẹn đối với lĩnh vực lão hóa và ung thư. Với tốc độ nghiên cứu ngày càng phát triển, hy vọng trong tương lai không xa, các chức năng và cơ chế bệnh sinh liên quan đến peroxisome sẽ tiếp tục được làm sáng tỏ, góp phần mang đến nhiều đột phá mới cho y học và cải thiện chất lượng sống của con người.

HỆ THỐNG Y TẾ CHUYÊN SÂU Y HỌC TÁI TẠO VÀ TRỊ LIỆU TẾ BÀO MESCELLS | MSC

• Hotline: 0866 022 097
• Địa chỉ: TT21, số 204 Nguyễn Tuân, phường Thanh Xuân, Hà Nội, Việt Nam.
• Fanpage: Viện Nghiên Cứu Ứng Dụng Công Nghệ Tế Bào Mescells

NGUỒN THAM KHẢO:

1. Rechal Kumar, 2024, “The peroxisome: an update on mysteries 3.0”, Springer Nature Link, https://link.springer.com/article/10.1007/s00418-023-02259-5
2. Markus Islinger, 2011, “Peroxisomes”, Cell Press, https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(11)00823-2
3. Yukio Fujiki, 2020, “Recent insights into peroxisome biogenesis and associated diseases”, Journal of Cell Science, https://journals.biologists.com/jcs/article/133/9/jcs236943/224757/Recent-insights-into-peroxisome-biogenesis-and/
4. Zhixing Zhu, 2023, “Multivariate analysis and model building for classifying patients in the peroxisomal disorders X-linked adrenoleukodystrophy and Zellweger syndrome in Chinese pediatric patients”, PubMed Central, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10186734/
5. Mohamed A F Hussein, 2025, “Peroxisomal Alterations in Prostate Cancer: Metabolic Shifts and Clinical Relevance”, PubMed Central, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12248560/