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LE PÉROXYSOME I) Caractéristiques générales : A) Découverte : (Il a été découvert dans les 1950ies. On commençait à observer des organites jamais observés auparavant (naissance de la ME). On les appelait les microbodies. On 1965, on a découvert des fonctions d’oxydation indépendante des lysosomes. Christian De Duve a reçu le prix Nobel pour cette découverte.) B) Ultrastructure et localisation : Il possède une matrice délimitée par une seule bicouche lipidique. Dense aux électrons en ME. Structure assez cristalline Leur diamètre évolue entre 0,5 et 1µm (comme MT). C’est une structure homogène mais hétérogène en ce qui concerne l’uricase. C’est une des spécificité du peroxysome. La plupart des animaux et végétaux possèdent des peroxysomes qui possèdent, ou non, de l’uricase. (quantité : tout les cas de figures possibles en fct de l’espèce et du type de tissu) Chez les animaux, les primates sont les seuls à avoir des peroxysomes sans uricase (l’homme en fait partie). On les retrouve (peroxysomes) de façon plus importante dans les hépatocytes, reins et neurones. Chez les végétaux, on observe des uricases avec des formes géométriques (dans les feuilles), qui ont des tailles très conséquentes par rapport aux uricase d’animaux. On peut retrouver l’uricase dans toute la matrice du peroxysome (uniquement dans les graines de germination). Cela a un impact du bon fonctionnement de la germination. L’uricase est tjs matricielle. La membrane est similaire à celle du RE (30% de lipides pour 70% de protéines ; elle possède très peu de cholestérol). La plupart des protéines ne sont pas N-glycosylées, comme MT. Les protéines synthétisées proviennent directement du cytoplasme (ne passe pas par le RE, ribosomes cyto). On retrouve des protéines importantes pour la détoxification (le cytochrome P450, rôle d’hydroxylation) ainsi que des transporteurs = péroxynes (Pex1, 2…26). Elles permettent l’import de protéines matricielles et membranaires. Le peroxysome se trouve souvent accolé au REL. On a souvent un artéfact de visualisation : on a l’impression d’une double membrane. Or c’est le REL qui s’entoure autour de lui. Leur répartition dans la cellule est homogène et ils jouent un rôle de détoxification. Dans une cellule, il y a des dizaines, centaines voire milliers de peroxysome en fct du type cellulaire. II) Métabolisme de la matrice peroxysomale : A) Fonctions : Le peroxysome ne permet pas de produire d’énergie (ATP), et n’a ni génome, ni ribosome. Il possède une simple membrane. Il est capable de métaboliser l’O2 comme la MT. Il est fort probable que le peroxysome soit un vestige d’organite qui, il y a des millions d’années, était présent dans les cellules pour les protéger contre les effets cytotoxiques de l’oxygène. Il était là avant la mitochondrie. Il met à profit l’O2 pour les réactions d’oxydation utiles à la cellule. Seul élement commun à la MT : pas de produtcion d’énergie, pas de génome, pas de ribosome, pas de double membrane. Le péroxysome a été rendu obsolète par l’apparition de la MT mais conservé car fct propre que ne peut pas réaliser la MT. B) Oxydations et détoxification : Les peroxysomes permettent l’oxydation de substrats organiques. Ils sont impliqués dans : - la détoxification cellulaire, - la dégradation des purines et la dégradation des AG à longue chaîne carbonée (C>24). - la synthèse de lipides : plasmalogènes et des acides biliaires. - La conversion des AG en glucose Il utilise des enzymes : les oxydases.

Les oxydations vont se servir du O2 pour oxyder des substrats devant être éliminés. Les mécanisme d’oxydation conduisent à la production d’un déchet : le peroxyde hydrogène (pour la MT c’est de l’eau). Souci : le peroxyde hydrogène a un pouvoir oxydant>O 2, elle est donc cytotoxique. Cette activité génère donc des produits toxiques. Solution ? Le peroxysome utilise son produit cytotoxique pour réeffectuer une oxydation : on parle de peroxydation. Cette réaction est catalysée par une oxydase particulière : la peroxydase (ou la catalase). On obtient ainsi de l’eau Typiquement, les substrats qui ont besoin d’un fort degré d’oxydation sont le phénol, l’acide formique, le formaldehyde et l’alcool (avec lequels on utilise donc des peroxyde d’hydrogène).

OXYDATION

RH2 + O2

oxydases

(substrat réduit)

R + H2O2

acides aminés, acides gras activés (acyl-CoA), purines (adénine et guanine)

(substrat oxydé)

peroxyded’hydrogèneH2O2 cytotoxique accumulation

PEROXYDATION

R’H2 + H2O2 (substrat réduit)

catalase

R’ + 2H2O

DISMUTATION

2H2O2

catalase

2H2O + O2

(substrat oxydé)

phenols, acide formique, formaldéhyde, alcool

Le peroxysome est très producteur de peroxyde d’hydrogène, une grosse partie va être stockée. Si il s’accumule, on élimine l’excès de peroxyde hydrogène : cela se fait par dismutation = réaction entre deux peroxydes hydrogène. C’est un cas particulier de peroxydation. Cela produit de l’eau et de l’O 2. Enzyme = catalase. Le métabolisme oxydatif est efficace : on a soit un recyclage, soit une élimination. « La chaîne repiratoire » peroxysomale permet l’oxydation de substrat et la réduction de O 2 en H 2O. On ne produit pas d’ATP, très différente de la chaine respiratoire dans la MT ! La totalité de l’énergie libérée par la dégradation des substrats sera perdue sous forme de chaleur, il est incapable de synthétiser de l’ATP. Détoxyfication alcoolique peroxysomale : L’alcool est pris en charge par les peroxysomes dans les hépatocytes. L éthanol est oxydé par une oxydase; on obtient le peroxyde hydrogène. On produit aussi l’éthanal (acétaldéhyde) : cela inhibe la polymérisation des µT et on inhibe le déplacement des protéins motrices soit le transfert des vésicules (communément, on parle de « grosse cuite »). Elimination de 25 à 30% de l’alcool absorbé. C) β-oxydation des acides gras à longue chaîne carbonée : Ce sont des VLCFA. Le peroxysome, par béta-oxydation éliminent des AG à longues chaînes carbonées (C>24), qui rentrent dans le peroxysome (hélice de Lynen avec les spires). Ainsi, il dégrade l’acylCoA en acétylCoA. On retrouve ça chez les animaux et chez les végétaux. Mais le peroxysome considère l’acétylCoA comme une molécule à dégrader. Il est donc réoxydé en acylCoA, il libérera son énergie sous forme de chaleur. Le reste : l’acétyl CoA, tout comme le NADH pourront être récupérés dans la mitochondrie pour intégrer la respiration aérobie. La MT dégrade l’acétylCoA en CO2, pas le peroxysome. D) Conversion des acides gras en glucose :

Cette conversion n’a lieu que dans un seul type de peroxysome : ceux des cellules de graines en germination = glyoxysomes. Pour convertir les AG en glucose, on fait intervenir un cycle biochimique : cycle du glyoxylate. Le succinate est une molécule ressortant de ce cycle et elle sera récupérée par la cellule en germination pour grandir en étant transformé en glucose (≠ animaux : pas de conversion d’AG en glucose).

liaison ETHER ( R-O-R’)

liaison ESTER

E) Synthèse des plasmalogènes : Ce sont des dérivés phospholipidiques. Ils ressemblent aux GPL (surtout aux PC et PE). La seule ≠ est que les PL ont des AG reliés au glycérol par des liaisons esters. Or, dans les plasmalogène, un est relié par une liaison ester à un AG et un alcool gras par une liaison éther. On les retrouve dans le cerveau et le cœur. Le plasmalogène à E : cerveau, et le C dans le cœur. Ces lipides ont des fonctions particulières. Exemple d’intervention : au niveau des neurones, plasmalogène à E représente 70 à 80% des lipides constitutifs des gaines de myéline.

( R-CO-R’)

F) Dégradation des purines chez les animaux : C’est uniquement chez les animaux. adénine guanine Le mécanisme de recyclage ou d’élimination des bases azotées puriques (A et G) est une possibilité de réalimentation du cycle de synthèse des acides acide urique Oiseaux nucléiques. uricase Les purines sont transformées en acide urique, qui est transformé en (urate-oxydase) Mammif allantoïne Insect allantoïne via l’uricase (dégradé en urée, puis ammoniac) du fait l’activité de l’uricase. Chez les primates, il n’y a pas d’uricase donc pas d’allantoïne. Les urée A bases puriques sont éliminées sous forme d’acide urique. Pour les primates, c’est problématique. Si l’acide urique n’est pas correctement éliminée, cela ammoniac Poissons entraîne une pathologie = crise de goutte (accumulation cristalline d’acide urique dans les liquides synoviaux, inflammation articulaire). III) Formation : A) Biogenèse : Les péroxysomes peuvent provenir de sous-domaines du RE. C’est ce qu’on appelle des domaines préperoxysomaux dans le RE qui vont bourgeonner et former des peroxysomes. Le peroxysome est formé dans la cellule par deux moyens : - formé de novo : un bout de la mb du RE bourgeonne (domaine préperoxysomal) ; cela formera une vésicule préperoxysomale. Elle n’est pas mature, car elle n’a pas importé les protéines (péroxynes). Une fois que les péroxynes sont importées, on parle de peroxysome. - voies de prolifération : le peroxysome peut grandir et se diviser : on a une élongation et une fission. On ne sait pas si le RE intervient dans ce système.

Prolifération

Elongation

Fission

Hypothèse : Le peroxysome était probablement une bactérie il y a quelques milliards d’années. C’est un phénomène d’endosymbiose antérieur à celui de la mitochondrie. Ce peroxysome a transféré son génome dans le patrimoine génétique nucléaire (il a perdu son génome, contrairement à la MT). B) Importation des protéines peroxysomales : Elles sont codées par le génome nucléaire et traduites par des ribosomes libres. Ces protéines ne passent pas par le RE. Lorsque la protéine est synthétisée, il y a un signal d’adressage vers le peroxysome. Cette séquence d’importation est une séquence PTS, reconnue par des transporteurs cytoplasmiques ou membranaires : péroxynes. Une séquence se trouve à l’extrémité C-terminale : PTS1 (3 résidus ≠ : S, L et K). Si une protéine possède cette séquence répétée, alors on aura une séquence PTS1. Elle est prise en charge par des péroxynes dans le cytoplasme. PTS2 si côté de N-Term. Puis cette protéine sera importée dans la matrice. Pex5 (cytosolique) reconnaît PTS1, Pex7 reconnaît PTS2, elles amènent la protéine jusqu’à la mb du peroxysome. Puis il y aura une phase d’accostage grâce d’autres protéines Pex prennent en charge la protéine : ce sont des complexes d’accostage : ensemble de 3 péroxynes : 13, 14 et 17. Cette protéine est transférée sur un complexe d’importation : péroxyne 2, 8, 10 et 12. C’est comme cela qu’on importe les protéines dans la matrice du peroxysome. La séquence PTS2 se trouve du coté N-terminal (séquence de 9 aa). La péroxyne qui doit récupérer le PTS n’est pas Pex5 mais Pex7, puis la suite est la même. Pex5(Pex7)

PTS1 séq. SLK C-terminale

1

protéine PTS1 (PTS2)

COOH NH 2

2: accostage complexe Pex13-14-17

2

PTS2 séq. de 9 aa N-terminale

1: reconnaissance Pex5 ou Pex7

3

COOH NH 2

IV) Pathologies peroxysomales : 25% des pathologies peroxysomales touchent le métabolisme lipidique.

3: importation complexe Pex2-8-10-12

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disfonctionnement métabolique : adrénoleucodystrophie (ALD) ; touche 1/20000 ; l’espérance de vie est de 20 ans. Cette maladie touche une protéine nécessaire pour le métabolisme des lipides dans le peroxysome : ALDP. Cette protéine permet de faire rentrer les AcylCoA dans le peroxysome. Il arrive que cette protéine soit absente. La béta-oxydation est rendue impossible. Cela aboutit à des pseudo membranes. En effet, trop d’AG s’accumule dans le cytoplasme ; ils sont rassemblés et forment des membranes. Or l’accumulation et la perturbation du fonctionnement cellulaire entraînent un déficit du fonctionnement cellulaire. disfonctionnement de la biogénèse : syndrome de Zellweger (1/50000) ; espérance de 1 an. C’est un déficit en Pex membranaires : formation de peroxysome vides (ghosts) car ils sont dépourvus de systèmes d’importation de protéines. Pas vu cette année...