LYSOSOMES: CARACTÉRISTIQUES, STRUCTURE, FONCTIONS ET TYPES - LA BIOLOGIE - 2024

Les lysosomes sont des membranes cellulaires d'organites situées dans les cellules animales. Ce sont des compartiments au pH acide et riches en enzymes digestives, capables de dégrader tout type de molécule biologique: protéines, glucides et acides nucléiques.

De plus, ils peuvent dégrader la matière provenant de l'extérieur de la cellule. Pour cette raison, les lysosomes ont de multiples fonctions dans le métabolisme cellulaire et grâce à leur composition riche en enzymes hydrolytiques, ils sont souvent appelés «estomac» de la cellule.

Les lysosomes sont formés par la fusion de vésicules qui émergent de l'appareil de Golgi. La cellule reconnaît certaines séquences qui fonctionnent comme des "étiquettes" sur les enzymes hydrolytiques et les envoie vers les lysosomes en formation.

Ces vacuoles sont de forme sphérique et leur taille varie considérablement, étant une structure cellulaire assez dynamique.

Découverte et perspective historique

Les lysosomes ont été découverts il y a plus de 50 ans par le chercheur Christian de Duve. L'équipe de De Duve menait des expériences impliquant la technique de fractionnement subcellulaire, afin d'étudier la localisation de certaines enzymes.

Ce protocole expérimental a permis la découverte des organites, puisque les chercheurs ont remarqué que la libération d'enzymes hydrolytiques augmentait à mesure qu'ils ajoutaient des composés qui détérioraient les membranes.

Par la suite, l'amélioration des techniques de biologie moléculaire et l'existence de meilleurs équipements - tels que des microscopes électroniques, ont réussi à corroborer sa présence. En fait, on pourrait conclure que les lysosomes occupent 5% du volume intracellulaire.

Quelque temps après sa découverte, la présence d'enzymes hydrolytiques a été mise en évidence à l'intérieur, transformant le lysosome en une sorte de centre de dégradation. De plus, les lysosomes étaient associés à la vie endocytaire.

Historiquement, les lysosomes étaient considérés comme le point final de l'endocytose, utilisé uniquement pour la dégradation des molécules. Aujourd'hui, les lysosomes sont connus pour être des compartiments cellulaires dynamiques, capables de fusionner avec une variété d'organites supplémentaires.

caractéristiques

Proton pompant à travers la membrane du lysosome. Source: Alejandro Porto

Morphologie des lysosomes

Les lysosomes sont des compartiments uniques de cellules animales qui abritent une variété d'enzymes capables d'hydrolyser les protéines et de digérer certaines molécules.

Ce sont des vacuoles sphériques denses. La taille de la structure est très variée et dépend du matériau qui a été précédemment capturé.

Les lysosomes, avec le réticulum endoplasmique et l'appareil de Golgi, font partie du système endomembranaire de la cellule. Bien que ces trois structures soient des réseaux de membranes, elles ne sont pas continues les unes avec les autres.

Les lysosomes contiennent plusieurs enzymes

La principale caractéristique des lysosomes est la batterie d'enzymes hydrolytiques à l'intérieur. Il existe environ 50 enzymes capables de dégrader une large gamme de biomolécules.

Ceux-ci comprennent les nucléases, les protéases et les phosphatases (qui éliminent les groupes phosphate des mononucléotides phospholipidiques et d'autres composés). De plus, ils contiennent d'autres enzymes responsables de la dégradation des polysaccharides et des lipides.

Logiquement, ces enzymes digestives doivent être spatialement séparées du reste des composants cellulaires pour éviter leur dégradation incontrôlée. Ainsi, la cellule peut "choisir" les composés à éliminer, puisqu'elle peut réguler les éléments qui pénètrent dans le lysosome.

L'environnement des lysosomes est acide

L'intérieur des lysosomes est acide (proche de 4,8) et les enzymes qu'il contient fonctionnent bien à cette condition de pH. Par conséquent, ils sont connus sous le nom d'hydrolases acides.

Le pH acide caractéristique de ce compartiment cellulaire est maintenu grâce à la présence d'une pompe à protons et d'un canal chlorure dans la membrane. Ensemble, ils transportent l'acide chlorhydrique (HCl) dans le lysosome. La pompe est située ancrée dans la membrane de l'organite.

La fonction de ce pH acide est d'activer les différentes enzymes hydrolytiques présentes dans le lysosome et d'éviter - dans la mesure du possible - leur activité enzymatique au pH neutre du cytosol.

De cette manière, nous avons déjà deux barrières qui fonctionnent comme une protection contre l'hydrolyse incontrôlée: maintenir les enzymes dans un compartiment isolé, et que ces enzymes fonctionnent bien au pH acide de ce compartiment.

Même si la membrane du lysosome venait à se briser, la libération des enzymes n'aurait pas beaucoup d'effet - en raison du pH neutre du cytosol.

Caractéristiques

La composition interne d'un lysosome est dominée par les enzymes hydrolytiques, c'est pourquoi elles sont une région importante du métabolisme cellulaire où ont lieu la digestion des protéines extracellulaires qui pénètrent dans la cellule par endocytose, le recyclage des organites et des protéines cytosoliques.

Ci-dessous, nous explorerons en profondeur les fonctions les plus importantes des lysosomes: dégradation des molécules par autophagie et dégradation par phagocytose.

Autophagie

Qu'est-ce que l'autophagie?

Un mécanisme qui capture les protéines cellulaires est appelé autophagie «auto-mangeuse». Cet événement contribue à maintenir l'homéostasie cellulaire, en dégradant les structures cellulaires qui ne sont plus nécessaires et contribue au recyclage des organites.

Grâce à ce phénomène, la formation de vésicules appelées autophagosomes se produit. Ce sont de petites régions du cytoplasme ou d'autres compartiments cellulaires, provenant du réticulum endoplasmique, qui fusionnent avec les lysosomes.

Les deux organites ont la capacité de fusionner, car ils sont délimités par une membrane plasmique de nature lipidique. Cela revient à essayer de faire correspondre deux bulles de savon ensemble - vous en faites une plus grosse.

Après la fusion, le contenu enzymatique du lysosome est responsable de la dégradation des composants qui se trouvaient à l'intérieur de l'autre vésicule formée. La capture de ces molécules semble être un processus qui manque de sélectivité, provoquant la dégradation des protéines situées dans le cytosol à vie longue.

Autophagie et périodes de jeûne

Dans la cellule, l'événement d'autophagie semble être régulé par la quantité de nutriments disponibles.

Lorsque le corps subit une carence en nutriments ou connaît des périodes prolongées de jeûne, les voies de dégradation sont activées. De cette façon, la cellule parvient à dégrader des protéines qui ne sont pas essentielles et réalise la réutilisation de certains organites.

Le fait de savoir que les lysosomes jouent un rôle important pendant les périodes de jeûne a accru l'intérêt des chercheurs pour cet organite.

Autophagie et développement des organismes

Outre leur participation active aux périodes de faible contenu nutritionnel, les lysosomes jouent un rôle important lors du développement de certaines lignées d'êtres organiques.

Dans certains cas, le développement implique le remodelage total du corps, ce qui implique que certains organes ou structures doivent être éliminés au cours du processus. Dans la métamorphose d'insectes, par exemple, le contenu hydrolytique des lysosomes contribue au remodelage des tissus.

Endocytose et phagocytose

L'endocytose et la phagocytose ont un rôle dans l'absorption d'éléments externes aux cellules et leur dégradation ultérieure.

Lors de la phagocytose, certaines cellules - comme les macrophages - sont responsables de l'ingestion ou de la dégradation de grosses particules, telles que des bactéries ou des débris cellulaires.

Ces molécules sont ingérées par une vacuole phagocytaire, appelée phagosome, qui, comme dans le cas précédent, fusionnera avec les lysosomes. La fusion entraîne la libération d'enzymes digestives dans le phagosome et les particules sont dégradées.

Types de lysosomes

Certains auteurs distinguent ce compartiment en deux types principaux: le type I et le type II. Ceux de type I ou lysosomes primaires sont impliqués dans le stockage des enzymes hydrolytiques, tandis que les lysosomes secondaires sont liés aux processus de catalyse.

Formation de lysosomes

La formation des lysosomes commence par l'absorption de molécules de l'extérieur par les vésicules endocytaires. Ces derniers fusionnent avec d'autres structures appelées endosomes précoces.

Plus tard, les premiers endosomes subissent un processus de maturation, donnant naissance à des endosomes tardifs.

Un troisième élément apparaît dans le processus de formation: les vésicules de transport. Ceux-ci contiennent les hydrolases acides du réseau trans de l'appareil de Golgi. Les deux structures - vésicules de transport et endosomes tardifs - fusionnent et deviennent un lysosome, après avoir acquis l'ensemble des enzymes lysosomales.

Au cours du processus, le recyclage des récepteurs membranaires se produit au moyen du recyclage des endosomes.

Les hydrolases acides sont séparées du récepteur du phosphate de mannose-6 pendant le processus de fusion des organites qui donnent naissance aux lysosomes. Ces récepteurs pénètrent à nouveau dans le réseau trans de Golgi.

Différences entre les endosomes et les lysosomes

La confusion entre les termes endosomes et lysosome est courante. Les premiers sont des compartiments cellulaires à membrane - comme les lysosomes. Cependant, la distinction cruciale entre les deux organites est que les lysosomes sont dépourvus de récepteurs de mannose-6-phosphate.

En plus de ces deux entités biologiques, il existe d'autres types de vésicules. L'un d'eux sont les vacuoles, dont le contenu est principalement de l'eau.

Les vésicules de transport, comme leur nom l'indique, participent au mouvement des substances vers d'autres endroits de la cellule. Les vésicules sécrétoires, quant à elles, éliminent les déchets ou les produits chimiques (tels que ceux impliqués dans la synapse des neurones).

Maladies associées

Chez l'homme, des mutations dans les gènes qui codent pour les enzymes lysosomiques sont associées à plus de 30 maladies congénitales. Ces pathologies sont englobées par le terme «maladies de stockage lysosomal».

De manière surprenante, bon nombre de ces conditions proviennent de dommages causés à une seule enzyme lysosomale.

Chez les personnes atteintes, la conséquence d'avoir une enzyme non fonctionnelle à l'intérieur des lysosomes est l'accumulation de déchets.

L'altération de dépôt lysosomal la plus courante est connue sous le nom de maladie de Gaucher, et elle est associée à une mutation dans le gène qui code pour l'enzyme responsable des glycolipides. Curieusement, la maladie montre une fréquence assez élevée parmi la population juive, touchant 1 personne sur 2500.

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