Peroxysome - Peroxisome

Un peroxysome ( IPA :  [pɛɜˈɹɒksɪˌsoʊm] ) est un organite lié à la membrane (anciennement connu sous le nom de microcorps ), présent dans le cytoplasme de pratiquement toutes les cellules eucaryotes . Les peroxysomes sont des organites oxydants. Fréquemment, l'oxygène moléculaire sert de co-substrat, à partir duquel du peroxyde d'hydrogène (H ₂ O ₂ ) est alors formé. Les peroxysomes doivent leur nom aux activités de génération et de piégeage du peroxyde d'hydrogène. Ils jouent un rôle clé dans le métabolisme des lipides et la conversion des espèces réactives de l'oxygène . Les peroxysomes sont impliqués dans le catabolisme des acides gras à très longue chaîne , des acides gras à chaîne ramifiée , de la bile intermédiaires acides (dans le foie), D-acides aminés , et les polyamines , la réduction des espèces réactives de l' oxygène - en particulier le peroxyde d'hydrogène - et la biosynthèse de les plasmalogènes , c'est-à-dire les éthers phospholipides critiques pour le fonctionnement normal du cerveau et des poumons des mammifères. Ils contiennent également environ 10 % de l'activité totale de deux enzymes ( Glucose-6-phosphate déshydrogénase et 6-Phosphogluconate déshydrogénase ) dans la voie des pentoses phosphates , ce qui est important pour le métabolisme énergétique. Il est vigoureusement débattu pour savoir si les peroxysomes sont impliqués dans la synthèse des isoprénoïdes et du cholestérol chez les animaux. D'autres fonctions peroxysomales connues incluent le cycle du glyoxylate dans les graines en germination (« glyoxysomes »), la photorespiration dans les feuilles, la glycolyse dans les trypanosomes (« glycosomes ») et l' oxydation et l'assimilation du méthanol et/ou des amines dans certaines levures .

Histoire

Les peroxysomes (microcorps) ont été décrits pour la première fois par un doctorant suédois, J. Rhodin en 1954. Ils ont été identifiés comme des organites par le cytologiste belge Christian de Duve en 1967. De Duve et ses collaborateurs ont découvert que les peroxysomes contiennent plusieurs oxydases impliquées dans la production de peroxyde d'hydrogène (H ₂ O ₂ ) ainsi que la catalase impliquée dans la décomposition de H ₂ O ₂ en oxygène et eau. En raison de leur rôle dans le métabolisme des peroxydes, De Duve les a nommés « peroxysomes », remplaçant le terme morphologique autrefois utilisé « microbodies ». Plus tard, il a été décrit que la luciférase de luciole cible les peroxysomes dans les cellules de mammifères, permettant la découverte du signal de ciblage d'importation pour les peroxysomes et déclenchant de nombreuses avancées dans le domaine de la biogenèse des peroxysomes.

Design structurel

Les peroxysomes sont de petits compartiments subcellulaires (de 0,1 à 1 µm de diamètre) (organites) avec une matrice granuleuse fine et entourés d'une seule biomembrane qui sont situés dans le cytoplasme d'une cellule. La compartimentation crée un environnement optimisé pour favoriser diverses réactions métaboliques au sein des peroxysomes nécessaires au maintien des fonctions cellulaires et de la viabilité de l'organisme.

Le nombre, la taille et la composition protéique des peroxysomes sont variables et dépendent du type de cellule et des conditions environnementales. Par exemple, dans la levure de boulangerie ( S. cerevisiae ), il a été observé qu'avec un bon apport en glucose, seuls quelques petits peroxysomes sont présents. En revanche, lorsque les levures ont reçu des acides gras à longue chaîne comme seule source de carbone, jusqu'à 20 à 25 gros peroxysomes peuvent être formés.

Fonctions métaboliques

Une fonction majeure du peroxysome est la dégradation des acides gras à très longue chaîne par oxydation bêta . Dans les cellules animales, les acides gras longs sont convertis en acides gras à chaîne moyenne , qui sont ensuite transportés vers les mitochondries où ils sont finalement décomposés en dioxyde de carbone et en eau. Dans la levure et les cellules végétales, ce processus est réalisé exclusivement dans les peroxysomes.

Les premières réactions de formation de plasmalogène dans les cellules animales se produisent également dans les peroxysomes. Le plasmagène est le phospholipide le plus abondant dans la myéline . La carence en plasmalogènes provoque de profondes anomalies dans la myélinisation des cellules nerveuses , ce qui est l'une des raisons pour lesquelles de nombreux troubles peroxysomaux affectent le système nerveux. Les peroxysomes jouent également un rôle dans la production d' acides biliaires importants pour l'absorption des graisses et des vitamines liposolubles, telles que les vitamines A et K. Les troubles cutanés sont des caractéristiques des troubles génétiques affectant la fonction des peroxysomes.

Les voies métaboliques spécifiques qui se produisent exclusivement dans les peroxysomes de mammifères sont :

• -oxydation de l'acide phytanique
• -oxydation des acides gras à très longue chaîne et polyinsaturés
• biosynthèse des plasmalogènes
• conjugaison de l'acide cholique dans le cadre de la synthèse des acides biliaires

Les peroxysomes contiennent des enzymes oxydantes , telles que la D-aminoacide oxydase et l' acide urique oxydase . Cependant la dernière enzyme est absente chez l'homme, expliquant la maladie connue sous le nom de goutte , causée par l'accumulation d'acide urique. Certaines enzymes au sein du peroxysome, en utilisant de l'oxygène moléculaire, éliminent les atomes d'hydrogène de substrats organiques spécifiques (étiquetés R), dans une réaction oxydante, produisant du peroxyde d'hydrogène (H ₂ O ₂ , lui-même toxique) :

${\displaystyle \mathrm {RH} _{\mathrm {2} }+\mathrm {O} _{\mathrm {2} }\rightarrow \mathrm {R} +\mathrm {H} _{2}\mathrm { O} _{2}}$

La catalase, une autre enzyme peroxysomale, utilise ce H ₂ O ₂ pour oxyder d'autres substrats, notamment les phénols , l'acide formique , le formaldéhyde et l' alcool , au moyen de la réaction de peroxydation :

${\displaystyle \mathrm {H} _{2}\mathrm {O} _{2}+\mathrm {R'H} _{2}\rightarrow \mathrm {R'} +2\mathrm {H} _{ 2}\mathrm {O} }$, éliminant ainsi le peroxyde d'hydrogène toxique dans le processus.

Cette réaction est importante dans les cellules du foie et des reins, où les peroxysomes détoxifient diverses substances toxiques qui pénètrent dans le sang. Environ 25% de l' éthanol que les humains consomment en buvant des boissons alcoolisées est oxydé en acétaldéhyde de cette manière. De plus, lorsqu'un excès de H ₂ O ₂ s'accumule dans la cellule, la catalase le convertit en H ₂ O par cette réaction :

${\displaystyle 2\mathrm {H} _{2}\mathrm {O} _{2}\rightarrow 2\mathrm {H} _{2}\mathrm {O} +\mathrm {O} _{2}}$

Dans les plantes supérieures, les peroxysomes contiennent également une batterie complexe d'enzymes antioxydantes telles que la superoxyde dismutase, les composants du cycle ascorbate-glutathion et les NADP-déshydrogénases de la voie pentose-phosphate. Il a été démontré que les peroxysomes génèrent des radicaux superoxyde (O ₂ ^•− ) et oxyde nitrique ( ^• NO).

Il est maintenant prouvé que ces espèces réactives de l'oxygène, y compris le H ₂ O ₂ peroxysomal, sont également des molécules de signalisation importantes chez les plantes et les animaux et contribuent au vieillissement en bonne santé et aux troubles liés à l'âge chez l'homme.

Le peroxysome des cellules végétales est polarisé lors de la lutte contre la pénétration fongique. L'infection amène une molécule de glucosinolate à jouer un rôle antifongique à fabriquer et à délivrer à l'extérieur de la cellule par l'action des protéines peroxysomales (PEN2 et PEN3).

Les peroxysomes chez les mammifères et les humains contribuent également à la défense antivirale. et la lutte contre les agents pathogènes

Assemblage des peroxysomes

Les peroxysomes peuvent être dérivés du réticulum endoplasmique lisse dans certaines conditions expérimentales et se répliquer par croissance membranaire et division à partir d'organites préexistantes. Les protéines de la matrice des peroxysomes sont traduites dans le cytoplasme avant l'importation. Des séquences d'acides aminés spécifiques (PTS ou signal de ciblage peroxysomal ) à l' extrémité C-terminale (PTS1) ou N-terminale (PTS2) des protéines de la matrice peroxysomale leur signalent d'être importées dans l'organelle par un facteur de ciblage. Il existe actuellement 36 protéines connues impliquées dans la biogenèse et la maintenance des peroxysomes, appelées peroxines , qui participent au processus d'assemblage des peroxysomes dans différents organismes. Dans les cellules de mammifères, il existe 13 peroxines caractérisées. Contrairement à l'importation de protéines dans le réticulum endoplasmique (RE) ou les mitochondries, les protéines n'ont pas besoin d'être dépliées pour être importées dans la lumière des peroxysomes. Les récepteurs d'importation des protéines de la matrice, les peroxines PEX5 et PEX7 , accompagnent leurs cargaisons (contenant respectivement une séquence d'acides aminés PTS1 ou PTS2) jusqu'au peroxysome où elles libèrent la cargaison dans la matrice peroxysomale puis retournent au cytosol - une étape nommée recyclage . Un moyen spécial de ciblage des protéines peroxysomales est appelé piggy backing. Les protéines qui sont transportées par cette méthode unique n'ont pas de PTS canonique, mais se lient plutôt à une protéine PTS pour être transportées sous forme de complexe. Un modèle décrivant le cycle d'importation est appelé mécanisme de navette étendu . Il est maintenant prouvé que l'hydrolyse de l'ATP est nécessaire pour le recyclage des récepteurs vers le cytosol . En outre, l' ubiquitination est cruciale pour l'exportation de PEX5 du peroxysome vers le cytosol. La biogenèse de la membrane peroxysomale et l'insertion de protéines membranaires peroxysomales (PMP) nécessitent les peroxines PEX19, PEX3 et PEX16. PEX19 est un récepteur PMP et un chaperon, qui lie les PMP et les achemine vers la membrane peroxysomale, où il interagit avec PEX3, une protéine membranaire intégrale peroxysomale. Les PMP sont ensuite insérés dans la membrane peroxysomale.

La dégradation des peroxysomes est appelée pexophagie.

Interaction et communication peroxysomes

Les diverses fonctions des peroxysomes nécessitent des interactions dynamiques et une coopération avec de nombreux organites impliqués dans le métabolisme des lipides cellulaires tels que le réticulum endoplasmique (RE), les mitochondries, les gouttelettes lipidiques et les lysosomes.

Les peroxysomes interagissent avec les mitochondries dans plusieurs voies métaboliques, notamment la β-oxydation des acides gras et le métabolisme des espèces réactives de l'oxygène. Les deux organites sont en contact étroit avec le réticulum endoplasmique (RE) et partagent plusieurs protéines, y compris les facteurs de fission des organites. Les peroxysomes interagissent également avec le réticulum endoplasmique (RE) et coopèrent à la synthèse d'éther-lipides (plasmalogènes) qui sont importants pour les cellules nerveuses (voir ci-dessus). Chez les champignons filamenteux, les peroxysomes se déplacent sur les microtubules en faisant de l'auto-stop, un processus impliquant un contact avec des endosomes précoces se déplaçant rapidement. Le contact physique entre les organites est souvent médié par des sites de contact membranaire, où les membranes de deux organites sont physiquement attachées pour permettre un transfert rapide de petites molécules, permettre la communication des organites et sont cruciales pour la coordination des fonctions cellulaires et donc la santé humaine. Des altérations des contacts membranaires ont été observées dans diverses maladies.

Conditions médicales associées

Les troubles peroxysomaux sont une classe de conditions médicales qui affectent généralement le système nerveux humain ainsi que de nombreux autres systèmes organiques. Deux exemples courants sont l' adrénoleucodystrophie liée à l'X et les troubles de la biogenèse des peroxysomes .

Gènes

Les gènes PEX codent pour la machinerie protéique ("peroxines") requise pour un assemblage correct des peroxysomes, comme décrit ci-dessus. L'assemblage et la maintenance de la membrane en nécessitent trois (peroxines 3, 16 et 19) et peuvent se produire sans l'importation des enzymes de la matrice (lumière). La prolifération de l'organite est régulée par Pex11p.

Les gènes qui codent pour Peroxin protéines comprennent: PEX1 , PEX2 (PXMP3), PEX3 , PEX5 , PEX6 , PEX7 , PEX9, PEX10 , PEX11A , PEX11B , PEX11G , PEX12 , PEX13 , PEX14 , PEX16 , PEX19 , pEX26 , PEX28 , PEX30 et PEX31 . Entre les organismes, la numérotation et la fonction PEX peuvent différer.

Origines évolutives

La teneur en protéines des peroxysomes varie selon les espèces ou les organismes, mais la présence de protéines communes à de nombreuses espèces a été utilisée pour suggérer une origine endosymbiotique ; c'est-à-dire que les peroxysomes ont évolué à partir de bactéries qui ont envahi des cellules plus grandes en tant que parasites et ont développé très progressivement une relation symbiotique. Cependant, ce point de vue a été remis en cause par des découvertes récentes. Par exemple, des mutants sans peroxysome peuvent restaurer les peroxysomes lors de l'introduction du gène de type sauvage.

Deux analyses évolutives indépendantes du protéome peroxysomal ont trouvé des homologies entre la machinerie d'importation peroxysomale et la voie ERAD dans le réticulum endoplasmique , ainsi qu'un certain nombre d'enzymes métaboliques qui ont probablement été recrutées à partir des mitochondries . Récemment, il a été suggéré que le peroxysome pouvait avoir une origine actinobactérienne ; cependant, cela est controversé.

Autres organites apparentés

D' autres organites de la famille des microcorps liés aux peroxysomes comprennent les glyoxysomes de plantes et de champignons filamenteux , les glycosomes de kinétoplastides et les corps de Woronin de champignons filamenteux .

Voir également

• Récepteur activé par les proliférateurs de peroxysomes

Les références

Lectures complémentaires

Liens externes

• PeroxisomeDB : Peroxisome-Database
• PeroxysomeKB : Base de connaissances sur les peroxysomes
• Réseau de formation innovant PERICO