Les mitochondries et les peroxysomes sont des organites qui constituent les principaux sites d’utilisation de l’oxygène dans les cellules eucaryotes. Les mitochondries effectuent la respiration cellulaire, un processus qui transforme l’énergie des aliments en ATP — la forme primaire d’énergie utilisée par les cellules. Les peroxysomes réalisent une grande variété de fonctions, décomposant principalement différentes substances telles que les acides gras.

Les peroxysomes contiennent jusqu’à 50 enzymes et sont entourés d’une seule membrane. Ils effectuent des réactions oxydatives qui décomposent les molécules et produisent du peroxyde d’hydrogène (H₂O₂) comme sous-produit. H₂O₂ est toxique pour les cellules, mais le peroxysome contient une enzyme — la catalase — qui convertit H₂O₂ en eau et en oxygène inoffensifs. En outre, la catalase utilise H₂O₂ pour décomposer l’alcool dans le foie en aldéhyde et en eau. Cependant, puisque H₂O₂est produit en très faibles quantités dans le corps, d’autres enzymes dégradent principalement l’alcool.

Une fonction essentielle du peroxysome est de décomposer les acides gras dans un processus appelé oxydation β. Le produit qui en résulte, l’acétyl-CoA, est libéré dans le cytosol et peut se déplacer vers les mitochondries, où il est utilisé pour produire de l’ATP. Dans les cellules de mammifères, les mitochondries effectuent également l’oxydation β, en utilisant aussi des produits issus du catabolisme d’autres sources d’énergie, comme le glucose, pour produire de l’ATP.

Les mitochondries sont entourées d’une double membrane : une membrane externe lisse et une membrane interne qui comporte de nombreux replis qui s’appellent des crêtes. Dans la membrane interne, il y a une région qui s’appelle la matrice. Pendant la respiration cellulaire, le pyruvate provenant de la dégradation du glucose dans le cytoplasme se déplace dans la matrice, où il entre dans le cycle de l’acide citrique. Ensuite, la phosphorylation oxydative à travers la chaîne de transport d’électrons se produit dans la membrane interne des mitochondries, entraînant la production d’une quantité significative d’ATP. Les crêtes augmentent la surface de la membrane interne, fournissant plus de régions pour la production d’ATP.

Les peroxysomes et les mitochondries se répliquent eux-mêmes, mais les mitochondries ont en outre leur ADN et leurs ribosomes, ce qui leur permet de produire leurs protéines. Les mitochondries et les peroxysomes sont tous deux très concentrés dans les cellules où ils sont le plus nécessaires. Par exemple, les cellules hépatiques, qui décomposent les substances toxiques dans le sang, ont un nombre élevé de peroxysomes et les cellules musculaires, qui ont de grands besoins énergétiques, sont riches en mitochondries.