PEROXISOMES: CARACTÉRISTIQUES, FONCTIONS, STRUCTURE, BIOGENÈSE - LA BIOLOGIE - 2025

Les peroxisomes, également appelés microbodies, sont de petits organites, très similaires aux lysosomes, qui sont en suspension dans le cytosol de la plupart des cellules eucaryotes.

Tout comme le corps humain a des organes qui remplissent différentes fonctions pour le maintenir en vie, les cellules en ont aussi et ce sont ce que nous appelons des «organites» ou des «organites».

Schéma d'une cellule microbienne montrant un peroxysome (peroxisome), une mitochondrie (mitochondriom) et le noyau (noyau) (Source: CNX OpenStax / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) via Wikimedia Chambre des communes)

Tout comme le cœur pompe le sang vers le reste du corps, le nez et les poumons sont utilisés pour respirer, l'estomac reçoit de la nourriture et commence par sa digestion, et le cerveau est en charge de tout coordonner (pour donner quelques exemples). Les organites sont essentiels pour de nombreuses fonctions des cellules.

Parmi certains des organites cellulaires se trouvent les peroxisomes, qui ont été décrits en 1960 par Christian René de Duve, le même chercheur qui a développé des techniques de fractionnement subcellulaire pour séparer les différents organites cellulaires en fonction de leur densité.

de Duve a partagé, en 1974, le prix Nobel de physiologie et médecine avec Albert Claude et George Palade grâce à leur travail avec ces techniques et la découverte des peroxysomes.

Le nom de ces organites dérive de la production interne de peroxyde d'hydrogène (H ₂ O ₂), sous-produit des réactions d'oxydoréduction qui s'y produisent et qui est potentiellement toxique pour les cellules (il peut réagir avec de nombreuses autres molécules), il se dégrade donc rapidement.

Dans une cellule, il peut y avoir jusqu'à 500 peroxysomes "nageant" dans le cytosol, mais le nombre et la taille de ces organites ne dépendent pas seulement du type de cellule en question, mais de l'état physiologique de la cellule et de l'environnement qui l'entoure.

Caractéristiques générales des peroxysomes

Les peroxisomes présentent de nombreuses caractéristiques qui les rendent similaires aux autres organites cellulaires et, en même temps, très différents. Voici une courte liste de certains des plus importants:

- Ce sont de petits organites entourés d'une simple membrane, qui les sépare du reste des molécules et organites du cytosol.

- Une grande partie de ce qu'ils contiennent, en particulier les protéines et les enzymes, sont synthétisés dans le cytosol de la cellule à laquelle ils appartiennent au moyen de ribosomes libres, qui sont des complexes protéiques capables de médier la traduction de l'ARN messager (ARNm) du noyau et dérivé de la transcription d'un gène donné.

- Ils n'ont pas leur propre génome, c'est-à-dire qu'à l'intérieur il n'y a pas d'ADN ni de machinerie nécessaire à son traitement (réplication, transcription et traduction, par exemple).

- Ils sont multipliés par division.

- À l'intérieur, vous pouvez trouver jusqu'à 50 enzymes digestives différentes et leurs produits secondaires (dangereux pour les cellules).

- Leur taille et leur nombre peuvent varier considérablement d'une cellule à l'autre, car ils dépendent des conditions intracellulaires (elles sont inductibles) et du type de cellule.

Caractéristiques

Les peroxysomes remplissent différentes fonctions au sein d'une cellule, dont beaucoup sont liées aux enzymes qui s'y trouvent.

- Réactions oxydatives

De nombreuses réactions d'oxydoréduction se produisent à l'intérieur des peroxysomes, c'est-à-dire l'échange d'électrons entre un composé et un autre, généralement catalysé par des protéines à activité enzymatique (enzymes).

Ces réactions d'oxydoréduction dans les peroxysomes produisent généralement du peroxyde d'hydrogène (H ₂ O ₂), un composé nocif pour les cellules.

Cependant, à l'intérieur des peroxysomes, il y a une enzyme appelée catalase, qui est responsable de la décomposition du peroxyde d'hydrogène pour former de l'eau ou de son utilisation pour oxyder d'autres composés.

La capacité à contenir ces réactions est étroitement liée aux autres fonctions que ces organites cellulaires remplissent, car la dégradation métabolique de nombreuses molécules implique leur oxydation.

Sans les réactions oxydatives des peroxisomes, l'accumulation de composés comme les acides gras à longue chaîne, par exemple, pourrait causer des dommages considérables aux cellules nerveuses du cerveau.

- Métabolisme énergétique

Les peroxysomes participent à la production d'ATP, qui est la principale «monnaie» énergétique d'une cellule.

Une des façons d'y parvenir est de décomposer les acides gras (dont sont composés les graisses et de nombreux lipides), de digérer l'éthanol (un type d'alcool) et les acides aminés (les «éléments constitutifs» des protéines), etc.

Dans les cellules animales, la plupart des acides gras sont dégradés dans les mitochondries et une petite partie est transformée dans les peroxysomes, mais dans les levures et les plantes, cette fonction est pratiquement exclusive aux peroxysomes.

- Biosynthèse

Les peroxisomes fonctionnent également dans la production de molécules faisant partie des membranes cellulaires. Ces molécules sont appelées plasmallogènes et constituent un type de lipide très important pour le cerveau et les cellules cardiaques (cœur) des humains et d'autres mammifères.

D'autres lipides synthétisés dans les peroxisomes et avec la participation du réticulum endoplasmique (autre organite cellulaire très important) sont le cholestérol et le dolichol, essentiels au fonctionnement des cellules.

Chez de nombreux mammifères, par exemple, les peroxisomes des cellules hépatiques participent également à la synthèse des acides biliaires, qui sont dérivés du cholestérol et sont très nécessaires à la digestion des graisses contenues dans les aliments qui sont transformées dans l'estomac puis dans l'intestin grêle.

Structure

Les peroxisomes sont des organites membraneuses, mais contrairement aux membranes observées dans d'autres organites telles que les mitochondries et les chloroplastes, par exemple, ils ont une seule membrane et non un système à double membrane.

Son apparence n'est pas constante, c'est-à-dire qu'elle peut changer. Cependant, ce sont généralement des organites sphériques qui ont un diamètre moyen compris entre 0,2 et 1 μm, soit un millionième de mètre.

Schéma de base de la structure d'un peroxysome (Source: Thuresson / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) via Wikimedia Commons)

Quand ceux-ci ne sont pas de forme sphérique, ils peuvent être considérés comme de petits tubules de différentes tailles, qui sont reliés les uns aux autres (ce sont sûrement des peroxysomes en division).

Ils ont souvent un centre cristallin ou un noyau, que les scientifiques décrivent de cette manière par la façon dont ils le regardent au microscope, probablement en raison de l'énorme quantité de protéines qu'ils contiennent.

Biogenèse (origine)

Bien que les peroxisomes ne contiennent pas d'ADN à l'intérieur, c'est-à-dire qu'ils n'ont pas leur propre génome, ils peuvent être divisés par bourgeonnement ou par fission.

Ce processus dépend de la quantité de protéines et de matériaux pour construire de nouvelles membranes dont ils disposent, qui sont «importés» du cytosol.

Ceux qui participent?

Le réticulum endoplasmique est responsable à la fois de la synthèse des phospholipides qui forment la membrane du peroxysome, et de la synthèse de certaines de ses protéines, ceci à travers ses ribosomes associés.

Les ribosomes (actuellement présents dans le cytosol en tant que «polyribosomes libres») sont ceux qui traduisent la plupart des protéines. Ces protéines ne peuvent pénétrer à l'intérieur des peroxysomes que si elles portent une étiquette spéciale ou «marque».

Sans ces marques, les protéines ne peuvent pas être reconnues par d'autres protéines sur la membrane du peroxysome et ne peuvent donc pas passer à travers.

Ainsi, si les ribosomes attachés au réticulum endoplasmique rugueux (RER) et ceux qui sont libres dans le cytosol «envoient» suffisamment de matière aux peroxisomes, ils peuvent se diviser en deux.

Peroxisomes dans les cellules animales

Les cellules animales possèdent de nombreux peroxisomes et lysosomes, des organites similaires qui sont responsables du «recyclage» d'autres organites et de différents types de molécules de tailles différentes.

Les cellules de certains animaux (mais pas celles de l'homme), par exemple, ont des peroxisomes capables de décomposer l'acide urique, qui est généralement un déchet métabolique riche en azote, dont l'accumulation dans le sang peut avoir des effets délétères.

Fonctions "bizarres"

En plus de toutes les fonctions mentionnées ci-dessus, les peroxysomes remplissent des fonctions très particulières chez certains animaux. Les lucioles et autres insectes, par exemple, utilisent une enzyme dans les peroxisomes de leurs cellules pour trouver des partenaires et, dans certains cas, pour localiser leur nourriture.

Cette enzyme est connue sous le nom de luciférase. La luciférase aide les mâles à produire un «flash» lumineux, qui peut être vert ou jaune, et qui sert à attirer les femelles de la même espèce.

La durée de chaque flash et l'intervalle dans lequel ils apparaissent sont spécifiques à chaque espèce, afin que les femelles puissent distinguer les mâles dans l'obscurité de la nuit. Chez certaines espèces, la femelle produit également un flash, et chez d'autres, elle émet une lumière qui attire le mâle pour le manger.

Peroxisomes modifiés

Tout comme les plantes possèdent des glyoxysomes, qui sont un type de peroxysome spécialisé dans une voie métabolique spécifique, certaines cellules animales possèdent des peroxysomes modifiés.

Les cinétoplastides, un groupe de parasites qui causent différentes maladies chez l'homme et chez d'autres animaux, ont un type de «peroxysome modifié» connu sous le nom de glycosome.

Les glycosomes reçoivent ce nom car ils contiennent les enzymes nécessaires au traitement du glucose (enzymes glycolytiques), ainsi que d'autres enzymes qui participent à d'autres voies métaboliques pour obtenir de l'énergie.

Peroxisomes dans les cellules végétales

Les cellules végétales contiennent également des peroxisomes et ceux-ci ont des fonctions très importantes pour le fonctionnement des plantes, en plus des fonctions qui sont partagées avec celles des peroxisomes d'autres types de cellules.

- Cycle du glyoxylate

Dans les graines, par exemple, les peroxisomes de leurs cellules sont responsables de la conversion des graisses stockées en glucides, qui sont la matière première nécessaire au développement du plant qui va germer.

Le processus par lequel les peroxysomes végétaux remplissent cette fonction est connu sous le nom de cycle du glyoxylate, qui est considéré comme une variante du cycle de Krebs, c'est pourquoi certains textes appellent ces peroxysomes des glyoxysomes.

- Photorespiration

Chez les plantes, ces organites sont également impliqués dans un processus appelé photorespiration, qui consiste en un chemin métabolique «contraire» à la photosynthèse, puisque l'oxygène n'est pas produit, mais est plutôt consommé, et le dioxyde de carbone est libéré sans obtenir d'ATP..

Malgré ce qui précède, ce processus est également connu sous le nom de «récupération du carbone», car les peroxisomes reçoivent des chloroplastes (un autre organite de cellules végétales) un composé chimique appelé glycolate, qu'ils transforment en un autre composé appelé glycine (un acide aminé).

La glycine produite dans les peroxisomes végétaux est transportée vers les mitochondries (l'organite où se produisent la respiration et la synthèse de grandes quantités d'ATP). Dans les mitochondries, cette glycine est convertie en sérine, un autre acide aminé, qui est renvoyée au peroxysome.

La sérine, une fois dans le peroxysome, est convertie en glycérate et de là, elle est renvoyée au chloroplaste. Tout ce processus ne conduit pas à la production d'énergie, mais il conduit à l'utilisation des atomes de carbone attachés au glycolate.

Maladies peroxysomiques

Il existe différents types de «troubles» liés aux peroxysomes. Généralement, ces troubles sont liés à des mutations dans les gènes impliqués dans la biogenèse de ces organites ou, même, dans les gènes codant pour les enzymes ou les protéines de transport.

Puisqu'ils ont une composante génétique, ces troubles sont généralement congénitaux (ils sont hérités des parents aux enfants) et peuvent avoir des conséquences modérées ou sévères selon les cas.

Syndrome de Zellweger

Ce syndrome, bien que rare, comprend certaines des affections les plus graves. Elle se caractérise par l'absence totale ou par une réduction considérable du nombre de chromosomes dans les cellules du corps.

Les mutations génétiques à l'origine de ce syndrome provoquent également l'accumulation de composés riches en éléments tels que le fer et le cuivre, et d'acides gras à très longue chaîne dans le sang et d'autres tissus tels que le foie, le cerveau et les reins.

Quelles sont les conséquences?

Les jeunes enfants atteints de ce syndrome naissent généralement avec des déformations faciales (faciales) et des déficiences intellectuelles. Ils peuvent souffrir de problèmes de vision et d'audition, ainsi que de problèmes gastro-intestinaux et hépatiques, de sorte qu'ils ne vivent généralement pas plus d'un an.

Autres syndromes connexes

Il existe d'autres maladies liées à des anomalies des peroxysomes. Ceux-ci incluent l'adrénoleucodystrophie néonatale (NALD, adrénoleucodystrophie néonatale) et la maladie de refsum infantile.

Les deux maladies sont caractérisées par l'apparition tardive des symptômes, qui sont généralement observés pendant l'enfance, de sorte que les patients peuvent survivre au début de l'âge adulte.

Références

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