Systèmes endomembranaires et trafic intracellulaire

SYSTEMES ENDOMEMBRANAIRES
ET TRAFIC INTRACELLULAIRE
PACES
ANNEE UNIVERSITAIRE 2011-2012
ENSEIGNANT : Pr B. BLOCH
2011- 2012
UE2 - La cellule et les tissus
Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch
Systèmes endomembranaires
et trafic intracellulaire
• Caractéristiques
générales
Définitions et généralités
• Les réticulums endoplasmiques
• L’appareil de Golgi et ses dérivés
• Le système lysosomal
• (Le protéasome)
2011- 2012
UE2 - La cellule et les tissus
Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch
Réticulum endoplasmique
lisse
2 compartiments
-Intra cellulaire
-Extra cellulaire
Vésicules
Appareil
de Golgi
Lysosomes
Réticulum endoplasmique
granuleux
Systèmes endomembranaires :
Compartiments membranaires intracellulaires fonctionnant en relation
avec la membrane plasmique.
2011- 2012
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Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch
Système endomembranaire :
Fonctionnement
- En perpétuel dynamique (synthèses, échanges entre
les compartiments, dégradation )
- Echanges avec la membrane plasmique et le milieu
extérieur (vésicules,exocytose, endocytose)
Système endomembranaire :
Fonctions
- Synthèses
- Métabolismes
- Catabolismes
-Transports intracellulaires, sécrétions
2011- 2012
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Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch
Systèmes endomembranaires
Réticulum endoplasmique
lisse
Réticulum endoplasmique
granuleux
Synthèse
protéïque
(traduction)
• Synthèse de lipides
et de stéroïdes
• Stockage et
libération du calcium
• Autres fonctions
Appareil de
Golgi
• Tri et adressage
• Modifications moléculaires
post-traductionnelle et autres
• Formation de vésicules
Lysosomes
Peroxysomes
Protéasome
Lysosome
Hydrolyse
Dégradation
Grain de
Sécrétion
Sécrétion
régulée
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Vésicule de
transport
Sécrétion
constitutive
Systèmes endomembranaires – structure
• CAVITES :
Citernes intercommunicantes délimitées par des endomembranes
(Réticulums, Appareil de Golgi……)
Bicouche de phospholipides
Protéines et sucres associés
Bicouche de phospholipides
Protéines et sucres associés
• VESICULES :
Systèmes clos. Une endomembrane entourant un contenu
(Lysosomes, Endosomes, Grains de sécrétion……)
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Synthèses, métabolismes et
transports intracellulaires dans le cytoplasme
(Pancréas exocrine)
Exocytose
Grains de sécrétion
(grains de zymogène)
(Stockage et exocytose)
Appareil de Golgi
(métabolisme et formation
de vésicules)
Réticulum endoplasmique
granuleux (synthèse protéique)
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Les réticulums
• Caractéristiques générales
• Le réticulum endoplasmique lisse
• Le réticulum endoplasmique granuleux
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Réticulum
endoplasmique lisse (REL)
Réticulum
endoplasmique
Granuleux (REG)
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Réticulums endoplasmiques
•
Présents dans (tous) les types cellulaires
•
50% des membranes de la cellule
•
10 à 30 fois la surface de la membrane plasmique
•
Abondance du REL et du REG très variable selon besoins et
types cellulaires et en fonction de l’activité de la cellule
•
Citernes intercommunicantes délimitées par une bicouche
phospholipidique
– plus mince que la membrane plasmique (pas de cell coat)
– Mêmes catégories de lipides
– Protéines (dont enzymes ++)
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Les réticulums dans
la cellule pancréatique exocrine et le neurone
Grains
de zymogène
Appareil
de Golgi
Corps cellulaire
(réticulum granuleux et
lisse)
Axone (réticulum lisse)
Réticulum endoplasmique
granuleux
Pancréas exocrine
Neurone
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Les réticulums - microscopie optique
Réticulum endoplasmique granuleux
(Corps de Nissl; neurone)
Réticulum endoplasmique lisse
(Corticosurrénale; cellules endocrines
productrices d’hormones stéroïdes)
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Organisation du réticulum endoplasmique (microscopie électronique)
Réticulum endoplasmique lisse
Endomembranes et
cavités intercommunicantes
Réticulum endoplasmique granuleux
Endomembranes, cavités, ribosomes et
molécules associées (ARN messager, ARN
de transfert)
Microscopie
électronique
Membranes
Ribosomes
http://class.kmu.edu.tw
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Les réticulums
• Caractéristiques générales
• Le réticulum endoplasmique lisse
- Localisation et organisation.
- Principales fonctions.
• Le réticulum endoplasmique granuleux
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Localisation et structure du
réticulum endoplasmique lisse
• Peu développé dans la plupart des cellules sauf besoins
spécifiques ; abondance très variable
– Cellules à sécrétion stéroïde +++ (cortico-surrénale)
– Hépatocytes (adaptation ++)
• Localisation intracellulaire spécifique en rapport avec des
besoins locaux
– Neurone : corps cellulaire et prolongements
– Cellule musculaire striée squelettique : sarcoplasme
(Tubules L) entre les myofibrilles
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Fonctions du réticulum endoplasmique lisse
• Synthèse des phospholipides membranaires
• Stockage et libération du calcium (muscles, neurone,…..)
• Hydroxylation de molécules Cytochrome P450 : Détoxification et
solubilisation de molécules (éthanol; médicaments; bilirubine)
• Production des hormones stéroïdes sexuelles et surrénaliennes
• Participation à la production de glucose (glucose-6-phosphatase)
-
• Production d’ions H+ et Cl (épithélium gastrique)
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Cellule productrice d’hormones stéroïdes
Gouttelettes lipidiques
http://class.kmu.edu.tw
Réticulum lisse
Mitochondries à crêtes
tubulaires
Goutelette
lipidique
Corticosurrénale
(glucocorticoïdes; aldostérone)
Réticulum
endoplasmique lisse
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Biosynthèse des hormones stéroïdes
D5_ prégnénolone
Mitochondrie
Cholestérol
Hormones
stéroïdes
surrénaliennes
Cholestérol
Progestérone
Gouttelette
lipidique
Hormones
stéroïdes
sexuelles
Réticulum endoplasmique lisse
Oestrone; testostérone
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Les réticulums
• Caractéristiques générales
• Le réticulum endoplasmique lisse
- Localisation et organisation.
- Principales fonctions.
•• Le
Le réticulum
réticulum endoplasmique
endoplasmique granuleux
granuleux
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Localisation et structure du
réticulum endoplasmique granuleux
Abondance variable selon le besoin de
synthèse protéique
– Neurone
– Cellule pancréas exocrine
– Muscle strié squelettique
– Hépatocyte
Disposition ubiquitaire ou restreinte
Association de citernes anastomosées
et de ribosomes
- En continuité avec la citerne de
l’enveloppe nucléaire
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Neurone et cellule pancréatique exocrine
http://class.kmu.edu.tw
Corps de
Nissl
Grains de
zymogène
Grains
de zymogène
Appareil
de Golgi
REG
Réticulum
endoplasmique
granuleux
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Le ribosome
Petite sous-unité
ARN messager
5’
3’
Exit
Grande sous-unité
Peptidyl
Aminoacyl
ARN transfert Arg
Peptidyl
transferase
1
5’
Poly(ribo)somes
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3’
Petite sous-unité
ARN messager
5’
3’
Exit
Peptidyl
Grande sous-unité
4
Aminoacyl
5
5
3
NH2
2
1
Peptidyl
transferase
2011- 2012
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3’
ARNm
5’
3’
Exit
Peptidyl
5
Aminoacyl
6
4
3
2
Peptidyl
transferase
1
2011- 2012
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Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch
3’
ARNm
5’
3’
Exit
Aminoacyl
Peptidyl
Peptidyl
transferase
3’
2011- 2012
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Protéosynthèse dans
le réticulum endoplasmique granuleux
5’
ARNm
3’
2) Allongement de la protéine
1) Synthèse
du peptide
signal
(20 à 40 aa)
- hydrophobe
- N terminal
- linéaire
5) Clivages par des
***endopeptidases
3) Clivage du peptide
signal et passage
dans les citernes
du réticulum
4) Repliement
(Chaperonnes)
6) Glycosylations/
déglycosylations
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Passage des protéines dans les
citernes du réticulum endoplasmique granuleux
5’
3’
Système
d’ancrage :
• PRS ( Particule de
reconnaissance du signal )
• Récepteur de la PRS
Protéine
chaperonne
Translocon
Clivage
du peptide
signal
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Protéosynthèses
Réticulum endoplasmique granuleux
Poly(ribo)somes associés à des cytomembranes
Protéines sécrétées
Poly(ribo)somes libres
www.botany.hawai.edu
Polysomes libres
Protéines de la chromatine, du cytosquelette,
des ribosomes, des mitochondries ……
2011- 2012
UE2 - La cellule et les tissus
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L’appareil de Golgi et ses dérivés
• Introduction
• Caractéristiques structurales et métaboliques
- Aspect en microscopie optique
- Aspect en microscopie électronique
- Compartimentation fonctionnelle
• Fonctionnement et fonctions de l’appareil de Golgi
- Généralités
- Tri et adressage
- Fonctions métaboliques
2011- 2012
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Réticulum endoplasmique
lisse
Réticulum endoplasmique
granuleux
Synthèse
protéïque
(traduction)
Appareil de
Golgi
• Tri et adressage
• Modifications moléculaires
post-traductionnelle et autres
• Formation de vésicules
Lysosome
Hydrolyse
Dégradation
Grain de
Sécrétion
Sécrétion
régulée
2011- 2012
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Vésicule de
transport
Sécrétion
constitutive
Appareil de Golgi
Réseau complexe d’endomembranes lisses :
Saccules : citernes aplaties, incurvées, empilées, de 1 µm de
- Saccules
diamètre
- Vésicules
Vésicules nombreuses
Position juxtanucléaire ou supranucléaire (cellules polarisées) corrélée à celle des
microtubules
Dictyosome : association des saccules et des vésicules
Orienté morphologiquement et fonctionnellement
- Face cis proche du réticulum endoplasmique
- Face trans orientée vers les dérivés vésiculaires
Variations quantitatives (dictyosomes +/- nombreux)
- En fonction de la spécialisation fonctionnelle de la cellule
- En fonction de l'activité métabolique
2011- 2012
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Face trans
Face cis
2011- 2012
UE2 - La cellule et les tissus
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L’appareil de Golgi et la production
de protéines dans la cellule pancréatique exocrine
20 minutes
5 minutes
Grains
de zymogène
Appareil
de Golgi
Réticulum
endoplasmique
granuleux
Leucine radioactive
incorporée dans les protéines
2011- 2012
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60 minutes
Sécrétion constitutive
Sécrétion régulée
Grains de
sécrétion
Vésicules de transport
à coatamères
Voie lysosomale
Pré-lysosomes
Organites
cytoplasmiques
Trans Golgi Network
Face Trans, de maturation
Vésicule
à clathrine
Vésicule
à coatamères
Vésicules latérales
Saccules
Face Cis, de formation
Réticulum endoplasmique
granuleux
2011- 2012
UE2 - La celluleTransport
et les tissusrétrograde
Transport
antérograde
Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch
Noyau
a
Face de maturation (trans)
Trans Golgi network
Face de formation (cis)
2011- 2012
UE2 - La cellule et les tissus
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Appareil de Golgi. Compartimentation fonctionnelle
Golgi face cis
Golgi median
Golgi face trans
2011- 2012
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Tri, adressage et concentration dans différents compartiments
3 étapes successives
1- Formation d'un bourgeon à la membrane d'un compartiment donneur
manteau (clathrine ou COP I ou II) face cytoplasmique
protéines transmembranaires
protéines à transporter concentrée
2- Formation d'une vésicule par pincement du bourgeon. Cette étape permet
d'isoler une fraction du compartiment donneur
3- Arrimage de la vésicule au compartiment qui la reconnait. Fusion
membranaire ; La vésicule déverse son contenu dans le compartiment accepteur et
sa membrane sera intégrée à ce dernier.
2011- 2012
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2011- 2012
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L’appareil de Golgi
• Introduction
• Caractéristiques structurales et métaboliques
- Aspect en microscopie optique
- Aspect en microscopie électronique
- Compartimentation fonctionnelle
Fonctionnement et
et fonctions
fonctions de
de l’appareil
l’appareil de
de Golgi
Golgi
•• Fonctionnement
- Généralités
- Tri et adressage
- Fonctions métaboliques
2011- 2012
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Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch
Réticulum endoplasmique
lisse
Réticulum endoplasmique
granuleux
Appareil de
Golgi
• Modifications moléculaires
post-traductionnelles et autres
• Tri
• Concentration
• Adressage
Lysosome
• Hydrolyse
• Dégradation
Grain de
Sécrétion
• Sécrétion
régulée
Vésicule de
transport
• Sécrétion
constitutive
2011- 2012
UE2 - La cellule et les tissus
Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch
Principales fonctions de l’appareil de Golgi
• Formation de dérivés vésiculaires : prélysosomes; grains de sécrétion;
vésicules de transport .
•
Tri et adressage.
•
Concentration.
•
Métabolisme post-traductionnel (des protéines)
- Protéolyse des précurseurs (hormones)
- Glycosylations, déglycosylations des protéines
- Phosphorylations (mannose,…….)
- Sulfatation et création de ponts disulfures (insuline; mucus; substance
fondamentale)
- Amidation (activité biologique des hormones)
•
•
Couplage des glycolipides.
Participation à la synthèse des protéoglycanes et
des glycosaminoglycanes.
2011- 2012
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Tri et adressage à partir de l’appareil de Golgi
Hormones peptidiques
Sécrétions exocrines
Protéoglycanes et polysaccharides
(membrane plasmique,
matrice extracellulaire)
Exocytose; sécrétion régulée
Sécrétion constitutive
Grains de
sécrétion
Voie lysosomale
Pré-lysosomes
Vésicules de transport
à coatamères
Organites
cytoplasmiques
Trans Golgi Network
Face Trans, de maturation
2011- 2012
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Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch
Tri et adressage à partir de l’appareil de Golgi
Sécrétion régulée - Grains de sécrétions
Sécrétion régulée
Grains de sécrétion
(hormones peptidiques/ sécrétions exocrines)
Exocytose par fusion
de la membrane
des grains de sécrétion
et de la membrane plasmique
cellbio.utmb.edu/cellbio/end7.jpg
2011- 2012
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Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch
Tri et adressage à partir de l’appareil de Golgi
Sécrétion constitutive
Extérieur de la cellule
Intérieur de la cellule
Microvillosités avec cell coat
(flèches)
2011- 2012
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Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch
Glycosylations-déglycosylations
des protéines dans l’appareil de Golgi
N-glucosamine
Fucose
Galactose
Acide sialique
Trans
Glycosylations
( glycosyl-transférases )
Médian
Déglycosylations
( mannosidases,…. )
Cis
(Glucose)3-(Mannose)9-(N-acétylglucosamine)2
Asp / Try
Asp / Try
REG
2011- 2012
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Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch
REG
Production des hormones peptidiques à partir de leur précurseur protéique
S
S
Insuline
Ponts
disulfures
Chaine a
30 aa
Grain de
sécrétion
S
S
Peptide C
S
S
S
S
21aa
Proinsuline
b-lipotropine
(91 aa)
a-MSH
Chaine b
Peptide C
35aa
Protéolyse
Amidation
Sulfatation
Glycosylations
Déglycosylations
a-MSH
(17 aa)
b-endorphine
(31 aa)
ACTH (39 aa)
Appareil de
Golgi
( 86 aa )
ACTH
b-endorphine
b - lipotropine
Pro-opio-mélanocortine (185 aa )
Réticulum
Endoplasmique
Granuleux
Pré-proinsuline
Pancréas endocrine
Prépro-opio-mélanocortine
2011- 2012
Adénohypohyse; encéphale
UE2 - La cellule et les tissus
Systèmes endomembranaires
et trafics
Site de glycoslylation
Point de clivage protéolytique
: 2 aa basiques ( Lys;
Arg ) intracellulaires. Pr B.Bloch