Péroxisomes: caractéristiques, localisation, fonctions et structure

Les peroxisomes sont des organites cellulaires sphériques, d’un diamètre de 0, 2 à 1, 0 µm environ et entourés d’une membrane. Ils se trouvent dans les cellules animales et végétales et possèdent les enzymes nécessaires aux voies métaboliques liées aux processus d’oxydation des biomolécules (acides aminés et acides gras) ou des substances toxiques (alcool).

Les enzymes impliquées dans ces processus sont appelées oxydases, également impliquées dans les voies de synthèse. Les peroxysomes ont une enzyme en particulier: la catalase, avec laquelle ils peuvent éliminer le peroxyde d'hydrogène (H ₂ O ₂ ), qui est un produit secondaire causé par la dégradation de substances toxiques.

Notez que cette substance potentiellement nocive est originaire et éliminée dans le même organite, de sorte que la cellule n’est jamais exposée à ce composé. Les peroxysomes ont été découverts en 1954 par le suédois Johannes Rhodin, alors qu’ils étudiaient la morphologie des reins chez les murides. Initialement, ils s'appelaient des micro-organismes.

Plus tard, en 1966, un groupe de chercheurs a décrit les propriétés biochimiques du nouvel organite et lui a attribué le nom de peroxysome, en raison de la production et de la dégradation de H ₂ O ₂ .

Caractéristiques générales et localisation

Les peroxisomes sont des compartiments sphériques entourés d'une seule membrane. Ils n'ont pas leur propre génome ni leurs ribosomes attachés à leur structure, contrairement à d'autres compartiments cellulaires, tels que les mitochondries ou les chloroplastes, qui sont entourés d'un système complexe de deux ou trois membranes, respectivement.

La plupart des cellules animales et végétales ont des peroxysomes. La principale exception concerne les globules rouges ou les érythrocytes.

Les enzymes impliquées dans le métabolisme oxydatif se trouvent dans cette structure. L'oxydation de certains produits produit du peroxyde d'hydrogène, car les hydrogènes de ces substrats sont transférés dans des molécules d'oxygène.

Le peroxyde d'hydrogène est une substance toxique pour la cellule et doit être éliminé. Les peroxysomes contiennent donc l'enzyme catalase, ce qui permet sa conversion en molécules d'eau et d'oxygène.

Diversité des peroxysomes

Les peroxysomes sont des organites très divers. Selon le type de cellule et l'espèce étudiée, ils peuvent modifier la composition enzymatique à l'intérieur. De la même manière, ils peuvent changer en fonction des conditions environnementales auxquelles ils sont exposés.

Par exemple, il a été prouvé que chez les levures qui se développent en présence de glucides, les peroxysomes sont petits. Lorsque ces organismes se développent dans des environnements riches en méthanol ou en acides gras, les peroxysomes sont plus gros afin d’oxyder ces composés.

Chez les protistes du genre Trypanosoma (ce genre comprend l'espèce pathogène T. cruzi, l'agent responsable de la maladie de Chagas) et d'autres kinétoplastides, ils ont un type de peroxysome appelé glycosome. Cet organite possède certaines enzymes de la glycolyse.

Dans les champignons il y a une structure appelée le corps de Woronin. C'est un type de peroxysome qui participe au maintien de la structure cellulaire.

De même, il existe des enzymes uniques dans les peroxysomes de certaines espèces. Chez les lucioles, les peroxysomes contiennent l’enzyme luciférase, responsable de la bioluminescence typique de ce groupe de coléoptères. Dans les champignons du genre Penicillium, les peroxysomes contiennent des enzymes impliquées dans la production de pénicilline.

Fonctions

Les voies d'oxydation essentielles aux cellules se trouvent dans le peroxysome. Ils ont plus de cinquante types d'enzymes pouvant dégrader les acides gras, l'acide urique et les acides aminés. Ils participent également aux voies de synthèse des lipides. Ensuite, chacune de ses fonctions sera décrite en détail:

Dégradation des acides gras

L'oxydation des acides gras dans le peroxysome s'effectue par une voie métabolique appelée oxydation β, qui résulte de la production du groupe acétyle. Ceci est contraire à la réaction de dégradation analogue qui se produit dans les mitochondries, dans laquelle les produits finaux de la dégradation des acides gras sont le dioxyde de carbone et l'ATP.

Contrairement aux cellules animales, où la β oxydation se produit dans la mitochondrie et dans le peroxysome, dans les levures, elle ne se produit que dans les peroxisomes.

Les groupes acétyle peuvent être transportés vers d'autres compartiments cellulaires et être inclus dans les voies de biosynthèse des métabolites essentiels.

Dégradation des produits toxiques

Les peroxysomes participent aux réactions de détoxification, en particulier dans le foie et les reins.

Les peroxisomes peuvent dégrader les substrats toxiques qui pénètrent dans le sang, tels que l’alcool, les phénols, l’acide formique et le formaldéhyde. Ces réactions d'oxydation produisent du peroxyde d'hydrogène.

Le nom de l'organite est donné par la production de cette molécule. Pour le dégrader, il possède l'enzyme catalase, qui catalyse la réaction chimique suivante qui produit des substances inoffensives pour la cellule, l'eau et l'oxygène:

2 H ₂ O ₂ -> H ₂ O + O ₂

Synthèse de biomolécules

Dans les cellules animales, la synthèse du cholestérol et du dolichol se produit dans le peroxysome et dans le réticulum endoplasmique. Le cholestérol est un lipide essentiel de certains tissus. Sa présence dans les membranes plasmatiques détermine sa fluidité. On le trouve également dans le plasma sanguin.

Le Dolichol, comme le cholestérol, est un lipide et est présent dans les membranes cellulaires, en particulier dans le réticulum endoplasmique.

Les peroxisomes participent également à la synthèse des acides biliaires, composants de la bile. Ces composés proviennent du cholestérol. La fonction principale de la bile est la saponification des graisses dans les intestins, agissant comme une sorte de détergent.

Les plasmalogènes sont des molécules de nature lipidique, caractérisées par la présence d'une liaison de type éther. Ce lipide est un composant indispensable des membranes des cellules qui composent les tissus du coeur et du cerveau. Les peroxisomes participent aux deux premières étapes donnant lieu à ces lipides.

Pour cette raison, quand une défaillance cellulaire survient au niveau des peroxysomes, elle peut se manifester par des anomalies neurologiques. Le syndrome de Zellweger est un exemple de ces pathologies.

Peroxisome chez les plantes

Glioxysomes

Les plantes contiennent des organites spécialisés de type peroxysomes appelés glyoxysomes. La fonction est de stocker des substances et de dégrader les lipides. Ils se trouvent principalement dans les graines.

Une réaction typique des plantes se produit dans les glyoxysomes: la conversion des acides gras en glucose.

Cette voie métabolique est connue sous le nom de cycle du glyoxylate et est assez similaire au cycle de l'acide citrique. Pour réaliser cette conversion, deux molécules d'acétyl-CoA sont utilisées pour produire de l'acide succinique, qui passe ensuite au glucose.

La plante qui émerge de la graine n'est pas encore active sur la photosynthèse. Pour compenser ce fait, ils peuvent utiliser ces glucides du glyoxysome jusqu'à ce que la plante puisse les synthétiser par eux-mêmes. Ce processus est essentiel pour la germination correcte de la graine.

Cette conversion des acides gras en hydrates de carbone est impossible dans les cellules animales, car elles ne possèdent pas les enzymes du cycle du glyoxylate.

Photorespiration

Les peroxisomes participent aux processus de photorespiration dans les cellules végétales. Sa principale fonction dans cette voie est de métaboliser les produits secondaires formés au cours des processus photosynthétiques.

L'enzyme rubisco (ribulose-1, 5-bisphosphate carboxylase / oxygenase) participe à la fixation du dioxyde de carbone. Cependant, cette enzyme peut prendre de l'oxygène et non du dioxyde de carbone. Comme le nom de l'enzyme l'indique, il s'agit d'une carboxylase et d'une oxygénase à la fois.

L'un des composés produits par cette voie d'oxygénation alternative est le phosphoglycolate. Après avoir été convertie en glycolate, cette molécule est envoyée au peroxysome, où se produit son oxydation en glycine.

La glycine peut être amenée aux mitochondries, où elle devient sérine. La sérine retourne au peroxysome et devient glycérate. Ce dernier passe le chloroplaste et peut être incorporé au cycle de Calvin.

En d'autres termes, les peroxysomes aident à récupérer les atomes de carbone, car le phosphoglycolate n'est pas un métabolite utile pour la plante.

La structure

Les peroxysomes ont des structures très simples. Ils sont entourés d'une seule membrane lipidique.

Comme ces compartiments ne possèdent aucun type de matériel génétique, toutes les protéines nécessaires à leurs fonctions doivent être importées. Les protéines devant être transportées vers les peroxysomes sont synthétisées par les ribosomes et transportées du cytosol vers leur destination finale.

Le marqueur qui indique l'emplacement d'une certaine protéine par rapport aux peroxisomes est caractérisé par le fait qu'il contient une séquence de sérine, de lysine et de leucine dans le carbone terminal de la chaîne protéique. Cette étiquette est connue sous le nom de PTS1 pour son acronyme en anglais, signal de ciblage de peroxysome 1.

Il existe également d'autres marqueurs indiquant l'emplacement de la protéine dans le peroxysome, tels que la présence de neuf acides aminés au niveau de l'extrémité amino appelée PTS2. De la même manière, les phospholipides sont synthétisés dans le réticulum endoplasmique et amenés au peroxysome.

Ils ressemblent aux lysosomes, à l'exception de leur origine. Les lysosomes poussent du système membranaire des cellules. Les peroxysomes, comme les mitochondries et les plastes, peuvent se répliquer par division. Grâce à l'incorporation de protéines et de lipides, les peroxysomes peuvent se développer et se diviser en deux compartiments distincts.

Origine

Dans le passé, il avait été suggéré que les peroxysomes avaient pour origine un processus endosymbiotique; cependant, cette vue a été fortement mise en doute.

Des preuves récentes ont démontré l’existence d’une relation étroite entre le réticulum endoplasmique et les peroxysomes, ce qui conforte l’hypothèse selon laquelle ils seraient issus du réticulum.