LES MITOCHONDRIES

UNITE D'ENSEIGNEMENT BIO 231.
UNIVERSITE JOSEPH FOURIER- GRENOBLE I
COURS DE Marc BLOCK
2015
BIOENERGETIQUE
Rappel sur les définitions de base concernant l'énergie chimique.
Chaleur de réaction:
A+B  C+D +Chaleur A pression constante, la chaleur = H variation d'une grandeur
appelée enthalpie qui définit (en partie) l'énergie du système.
Spontanément, les systèmes chimiques vont aller dans l'état énergétique le plus bas possible.
Or certaines réactions chimiques spontanées produisent de la chaleur (exothermiques) ou en
consomment (endothermiques). La variation de l'enthalpie ne reflète donc pas la totalité de
l'énergie d'un système chimique. Qu'a-t-on a oublié? L'ordre du système. L'ordre c'est de
l'énergie. Le désordre est caractérisé par une nouvelle grandeur l'entropie notée S. Le
désordre est en outre amplifié par la température. Définition de deux nouvelles grandeur
décrivant le niveau énergétique du système, l'enthalpie libre notée G(représentant l'énergie
totale su système) et l'entropie (mesure du désordre).
G= H-TS
Pour une réaction chimique, G>0, l'énergie croit, donc la réaction n'est pas possible sans
apport externe d'énergie (réaction endergonique), G<0, l'énergie décroît donc la réaction est
spontanée (réaction exergonique), et G=0, pas de variation de l'énergie: la réaction est à
l'équilibre.
On montre que pour une réaction de type A+B C+D,
G=Go+RTLn((C)(D)/(A)(B) ).
Le terme Go est l'enthalpie libre standard et ne dépend que de la nature chimique du
système, le deuxième terme est lui dépendant des conditions expérimentales dans lesquelles
on fait la réaction. Spontanément le désordre croît, donc S≥0
Architecture des cellules animales et végétales: rappel sur l'organisation de ces deux types de
cellules.
Plant Cell
Animal Cell
Ce qui caractérise le monde vivant c'est un degré d'organisation hors du commun!! Tout
organisme vivant est donc une aberration thermodynamique! Spontanément cette organisation
tends à disparaître, or elle est indispensable à la vie. Pour maintenir la vie il faut
continuellement des apports énergétiques qui si vous êtres une plante proviennent du soleil, et
si vous êtres un animal, de l'oxydation de molécules organiques, les aliments.
L’utilisation de l’oxygène provoquant la production d’espèces chimiques très réactives
(comme les ions superoxydes) et donc potentiellement dangereuses,
2 H+
H2 O
H+
. -
O2
O2
e-
H2 O2
OH
.
e-
e-
H2 O
e-
Elle aura lieu dans des organelles spécialisées de la cellule : les mitochondries. Seule, l’étape
finale de l’oxydation des molécules biologiques fera appel à l’oxygène. Pour les autres, c’est
un accepteur d’électron intermédiaire qui sera utilisé. Deux coenzymes peuvent jouer ce
rôle : le Nicotine amide adénine dinucléotide (NAD+) et le flavine adénine dinucléotide
(FAD).
H H
C
O
NH2
H
O
O
P
O
CH2
N
N
CH3
O
OH
NH2
O
N
N
CH
N
N
O
P
O
O
CH2
O
OH OH
NADH
NH
O
CH3
OH
O
N
N
CH2
H
H
C
OH
H
C
OH
H
C
OH
H
C
H
O
O
P
P
-O
O-
O
NH2
N
N
H
N
O
N
CH2
O
OH OH
FADH 2
Les liaisons phosphoester et phosphoanhydride sont facilement échangeables et leur
hydrolyse libère une quantité importante d’énergie. Ces deux propriétés sont responsables du
rôle crucial que les dérivés phosphorés jouent dans le métabolisme énergétique. Un composé
sera appelé composé à haut potentiel d’hydrolyse s’il possède une liaison phosphoester dont le
Go’ de la réaction d’hydrolyse (potentiel d’hydrolyse) est particulièrement important. Cette
liaison riche en énergie est souvent représentée par le symbole ~
L’adénosine triphosphate (ATP) possède un potentiel d’hydrolyse de -7,3 Kcal/mol.
Cette valeur est une valeur moyenne dans l’échelle des potentiels d’hydrolyse présentée cidessous.
-16
Go’
(Kcal x mol-1)
Phosphoenol pyruvate
-Phospho glycerate
Phosphocréatine
ATP
Glucose 6-phosphate
Glycerol 3-phosphate
-3
De par sa position moyenne l’ADP (adénosine diphosphate) peut accepter un groupe
phosphate pour donner de l’ATP, ou au contraire l’ATP peut donner ce groupe phosphate à
des composés à haut potentiel d’hydrolyse comme le glucose 6-phosphate et le glycérol 3phosphate. Le couple ADP/ATP constitue donc une monnaie d’échange dans les
transferts biologiques de l’énergie chimique avec un double rôle d’accepteur et de donneur
d’énergie.
L’ATP est le nucléotide le plus couramment rencontré dans les échanges énergétiques.
Néanmoins, les autres nucléotides possèdent les mêmes caractéristiques chimiques et
structurales et peuvent se substituer à l’ATP. C’est ainsi que l’énergie nécessaire à la
biosynthèse des polysaccharides provient souvent de l’hydrolyse de l’UTP, la synthèse des
phospholipides fait appel au CTP et celle des protéines au GTP.
Comment faire fonctionner des réactions chimiques endergoniques?
Transfert de l’énergie par couplage de deux réactions chimiques :
Le principe du transfert de l’énergie chimique peut être facilement expliqué grâce à
l’exemple simpliste suivant : supposons deux réactions chimiques élémentaires :
A
B
et
C
D
où les variations d’enthalpie libre standard respectives sont égales à -8 Kcal x mol-1 et +6
Kcal x mol-1. La première réaction est très favorable à la formation de B tandis que la
seconde est très défavorable à la production de D à partir de C. Si l’on considère maintenant
la réaction globale constituée par la somme de ces deux réactions élémentaires, nous aurons :
A+C
D+B
La variation de l’enthalpie libre standard sera de -2 Kcal x mol
La réaction sera un équilibre légèrement en faveur de la production de D et de B.
Le couplage des deux réactions chimiques élémentaires a donc permis de faire
fonctionner une réaction chimique thermodynamiquement défavorable, c’est à dire la
production de D à partir de C. L’énergie chimique qui a été produite par la première réaction a
été ainsi partiellement absorbée par D. Cette énergie pourra ensuite être restituée selon le
même principe :
D
C
G'o = -6 Kcal x mol
-1
E
F
G'o = +4 Kcal x mol
-1
E+D
C+F
-1
G'o = -2 Kcal x mol
Sur cet exemple, on voit donc que la molécule D (qui pourrait être de l'ATP) constitue
un intermédiaire énergétique. Ce type de transfert est l’un des mécanismes majeurs
d’utilisation de l’énergie chimique par le monde vivant.
En fait ce qui est important pour la cellule, c’est le taux en nucléotides triphosphates et non la
nature de la base azotée de ces derniers. En effet dans le cytoplasme on assiste à une
conversion des nucléotides catalysée par la NDP kinase. La réaction est la suivante :
NTP + ATP  NTP + ADP
Dans de nombreux cas, Nous verrons que l'ATP est le nucléotide triphosphate fabriqué lors de
l'oxydation des molécules organiques qui représente la source majeure d'énergie dans les
cellules animales.
Dans le cas d’un carboxy ester, la molécule possède un niveau énergétique faible car
elle est stabilisée par un équilibre entre deux formes résonantes.
O
O
R
C
R
C
..
O
En revanche une telle résonance n’existe pas avec les thioesters.
O
+
O
O
R
C
S
-
R
C
S
Il en résulte que la formation d’un thioester nécessite beaucoup plus d’énergie, que
cette liaison représente un quantum d’énergie important, et donc qu’un thioester sera une
molécule particulièrement réactive. Ces propriétés sont utilisées par le métabolisme lors du
transfert des groupes acyls.
Les groupes carboxyliques des acides gras sont activés par la formation d’un
thioester avec le coenzyme A, une molécule qui possède une fonction thiol très réactive.
La réaction est catalysée par une acyl-CoA synthétase qui utilise l’énergie phosphate
de l’ATP pour assurer la formation de l’ester.
CoA SH + R - COOH + ATP
AMP + PPi + R - C - S - CoA
O
La réaction est déplacée dans le sens de la production de l’acyl CoA par l’action d’une
pyrophosphatase qui hydrolysera le pyrophosphate.
PPi + H2O → 2 Pi
LES MITOCHONDRIES
Les mitochondries sont présentes dans les cellules végétales et animales.
Les mitochondries sont le siège de la respiration cellulaire: utilisation de O2 et production de
CO2.étape finale de l'oxydation des aliments.
II Organisation des mitochondries:
1 Ultra structure;
Double membrane.
Repliement de la membrane interne pour former des crêtes:augmentation de la surface.
Granulation au niveau des crêtes sur la face interne.
2 Propriétés différentielles des deux membranes.
La membrane externe est perméable aux molécules d'un poids moléculaire inférieur à
1500. Ceci est du à l'existence d'une protéine canal formant le VDAC (Voltage dependent
anion Channel). Protéine le constituante: la porine.
VDAC de la membrane mitochondriale externe
Membrane interne imperméable aux ions. Cette imperméabilité est indispensable à la
fonction de la mitochondrie. Il existe des protéines de transports assurant des échanges
spécifiques au niveau de cette membrane de certains métabolites.
3 Biochimie
La membrane interne à une composition spécifique. Pas de cholestérol (similaire à ce que l'on
trouve chez les procaryotes)
Un phospholipide particulier: le cardiolipide: Caractéristique un très grand encombrement
stérique
O
O
O
O P O
O OO P O
O
O
O
O
O
O
O
OH
De l'ADN circulaire de type bactérien (pas d'introns)
Des ribosomes (de quoi assurer la biosynthèse de protéines.
Une petite partie des protéines seulement est codée par le génome mitochondrial. Le reste est
codé par le génome nucléaire (problème de coordination et d'entrée des protéines à l'intérieur
de la mitochondrie.
II La respiration:
1 Au niveau de l'organisme entier.
Utilisation d'O2 pour oxyder les molécules organiques. En retour formation de CO2, H2O et
production d'énergie.
Pour maintenir l'organisation des êtres vivants, il faut apporter continuellement de l'énergie de
l'extérieur. Cette énergie est fournie par l'oxydation des aliments chez les animaux..
2 au niveau cellulaire
Production d'énergie chez les animaux (et chez les végétaux en absence de lumière)
Dans le cytoplasme: la glycolyse formation de pyruvate à partir de glucose. Il s'agit
d'oxydation. Quel est l'oxydant? : Le NAD+.
Deux possibilités s'offrent:
Il n'y a pas d'oxygène.
La seule source d'ATP est la glycolyse où l glucose est oxydé par le NAD+ pour former deux
molécules de pyruvate CH3COCOO-, deux molécules de NADH et deux molécules d'ATP. La
quantité d'oxydant le NAD+ étant limitée il faut donc le régénérer à partir du NADH. Pour
cela on réduit a nouveau le pyruvate. Par exemple via la réaction:
CH3-CO-COO- + NADH  NAD+ + CH3-CHOH-COO- (lactate)
Ce type de métabolisme est appelé fermentation. Dans le cas ci-dessus il s'agit de la
fermentation lactique mais d'autres types de réactions peuvent êttre utilisées par divers
organisme comme par exemple la fermentation alcoolique de la levure Saccharomyces
cerevisiae. Dans tous les cas les fermentation conduisent à l'accumulation d'un composé
organique. Nous ne sommes pas capables de survivre en absence d'oxygène car certains de
nos tissus sont incapables de faire des fermentations (Cœur, cerveau…) mais nos muscles
peuvent fair de la fermentation lactique lors d'un exercice intense où l'apport d'oxygène est
insuffisant car la contraction empêche la circulation sanguine.
Il y a de l'oxygène
Dans la mitochondrie nouvelles oxydations:
Décarboxylation oxydative du pyruvate. CO2 et acétyl CoA. Oxydant NAD+
Oxydation du cycle de Krebs oxydant NAD++ et FAD.
Métabolisme aérobie: réoxydation des coenzymes réduits par l'oxygène.
Réactions d'oxydations en chaîne jusqu'à l'oxygène moléculaire (chaîne de transporteurs
d'électrons). Ce fractionnement des réactions permet la libération progressive et contrôlée de
l'énergie.
4 Complexes fonctionnels constituent cette chaîne. Ces complexes permettent d'optimiser le
trajet des électrons d'un transporteur à l'autre.
Deux cas de figure suivant que le coenzymz à réoxyder soit du NADH+ ou du FADH2.
L'énergie n'est pas libérée sous forme d'ATP! Il est possible de bloquer la synthèse de l'ATP
tout en maintenant des mécanismes qui consomment de l'énergie comme l'accumulation de
Ca2+ dans la matrice de la mitochondrie.
L'énergie est libérée sous forme osmotique (gradient chimique + électrique) Le gradient est
un gradient de protons qui sont expulsés de la matrice à cause de la répartition asymétrique
des transporteurs d'électrons.
Le gradient électrochimique de protons peut être utilisé secondairement par l'ATP synthase
qui fonctionne comme une pompe à proton réversible.
Les données de la biologie structurale permettent de proposer le schéma suivant
Chaque sous unité c a un Asp (position 61) qui ne peut être en contact avec les lipides que s'il
est protoné. Seules deux positions permettent la déprotonation, chacune en contact avec a et
associée à un demi-canal vers l'une des surfaces de la membrane. Un proton doit faire un tour
presque complet de l'anneau entre son entrée par le bas et sa sortie par le haut: La protonation
du Asp61- de droite par un proton venu du bas lui permet de tourner vers la droite, dans la
membrane. Ceci fait passer l'Asp61- de gauche à droite et permet à un Asp61 protoné de plus
loin à gauche de venir sur la position déprotonable de gauche. Le proton dissocié part vers le
haut. Le résultat de l'entrée par le bas d'un proton et de la sortie par le haut est la rotation de
l'anneau de c d'une unité vers la droite. La force de rotation est générée par la présence d'une
interaction électrostatique entre l'Asp 61 d'une sous unité c avec l'Arg 210 sur a
Les mouvements du rotor par rapport au stator provoquent un changement de la conformation:
La rotation de la tige cn du rotor déforme les 3 sous unités  du stator qui contiennent les
sites actifs de synthèse d'ATP. Ces sites passent alternativement par les états O (ouvert), L
(lâche) et T (tendu). Une rotation complète du rotor produit 3 ATP.
L'énergie sert à hydrater le site ce qui permet le départ de l'ATP
III Biosynthèse et élimination des mitochondries
Lorsqu'elles deviennent trop grosses, les mitochondries se divisent comme les bactéries par
fission.
Au préalable, ces mitochondries doivent répliquer leur ADN. Chez les mammifères 99.99%
de l'ADN est hérité de la mère. Ceci, parce que les spermatozoïdes ont leurs mitochondries
localisées à la basse du flagelle et ne participent pas à la fusion avec l'ovule. La conséquence,
c'est que si on clone un animal à partir d'une cellule somatique. L'ADN nucléaire provient
bien de l'animal que l'on veut cloner, mais l'ADN mitochondrial provient de l'hôte. Ce n'est
donc pas tout à fait un clone.
Une partie des protéines des mitochondries est codée par le génome nucléaire. Ces protéines
sont traduites dans le cytoplasme et doivent pénétrer à l'intérieur des mitochondries en
empruntant des canaux protéiques au niveau des deux membranes.
Le nombre des mitochondries est contrôlé par autophagie. Dans ce mécanisme, les
mitochondries devant être éliminées sont progressivement enveloppées d'une membrane
provenant du réticulum endoplasmique et se retrouvent progressivement englobées dans une
vésicule qui va fusionner avec le compartiment de dégradation les lysosomes.
PAROI CELLULAIRE ET MATRICE EXTRACELLULAIRE.
Que ce soit avec les végétaux ou les animaux, la cellule ne s’arrête pas à la membrane
plasmique. Celle-ci est entourée d’un réseau de composés fibrillaires qui est indispensable au
bon fonctionnement de la cellule.
1 La Paroi des végétaux
On distingue deux types de paroi : la paroi primaire qui est synthétisée par les jeunes cellules
végétales et la paroi secondaire qui est en revanche synthétisées par les tissus plus anciens de
la plante.
La paroi primaire est une structure essentiellement fibreuse sui enserre les cellules :
En poids sec la paroi est constituée à 90-95% de polymères glucidiques et pour 5 à 10% de
protéines.
L’armature de la structure est constituée de fibres parallèles de cellulose formant des couches.
L’orientation de ces couches est croisée à 90° entre deux couches adjacentes. Cette
organisation rend compte de la solidité remarquable de ce matériau.
La cellulose est un polymère linéaire de glucopyranoses reliés entre eux par des liaisons
1-4. Ces structures sont favorables à l’établissement de nombreuses liaisons hydrogène qui
confèrent à la cellulose sa stabilité exceptionnelle.
La pectine est un polysaccharide complexe avec des liaisons 1-4 et l'hémicellulose a un
squelette de 1-4 hexoses comme la cellulose comme la cellulose mais a une structure
branchée et n'est pa composée uniquement de glucose.
La cellulose est formée à partir d’un complexe enzymatique transmembranaire organisé en
rosette dans la membrane plasmique. Les précurseurs UDPglucose sont fournis sur la face
cytoplasmique de la membrane tandis que la fibre est extrudée à l’extérieur de la membrane
L'organisation de la paroi primaire nécessite au préalable la sécrétion
et l'auto assemblage d'une glycoprotéine: l'extensine/
Pour les tissus plus anciens, la composition de la paroi est modifiée
avec une proportion plus élevée de cellulose. La diminution des
pectines très hydratées diminue la quantité d’eau dans ces structures.
De plus 15 à 30% en poids sont constitués par un nouveau composé,
la lignine, un polymère polyphénolique. Elément de base de la
lignine. La polymérisation se fait dans plusieurs dimensions pour
former un réseau. La lignine confère les propriétés mécaniques du
bois.
2 La matrice extracellulaire des cellules animales.
Matrice extracellulaire = la substance amorphe qui remplit l'espace intercellulaire
Tissu conjonctif (tissu où la MEC est dominante):
• TC lâche : MEC synthétisée par les fibroblastes
• tendon (plus de fibres que de polysaccharides)
• cartilage: MEC synthétisée par les chondroblastes
(plus de polysaccharides que de fibres)
• os: très peu de cellules/ MEC (insertion de phosphate
de calcium)
1. Composants
 Protéines : souvent fibreuses → propriétés mécanique du matériel
 Protéoglycanes: partie amorphe → "gel" (très hydrophiles ils font des associations par des
liaisons hydrogène avec de nombreuses molécules d'eau)
a.
Polysaccharides et Protéoglycannes
Les protéoglycanes sont composés d’une chaîne peptidique courte à laquelle est associée des
chaînes polysaccharidiques longues avec des motifs disaccharidiques répétés. Les oses sont
modifiés. Ces structures sont appelées glycoaminoglycanes (GAG)
Sous-unité disaccharidique =
COOH SO3[Ose 1 – Ose2] x → chaîne
SO3- NH2
Le degré de sulfatation peut varier et augmente encore le degré d'hydratation.
Les sulfates de ces oses n'existent pas en forme purement osidique. Les liaisons avec le cœur
protéique est de type β-N osidique (sur une asparagine Asn) ou α-O osidique ( sur Ser/Thr)
Le résultat de cette liaison = - protéoglycane (> 60% partie ose)
Un exemple de protéoglycannes =
 L'aggrécane (quantité importante dans le cartilage)
→ monomère (3.106 Da) composé d'une chaîne protéique, de
sulfate de kératine et de sulfate de chondroïtine.
→ suprastructure: centaine de monomères, reliés à
l'hyaluronane par des protéines de liaison (PM=>100 M de
Da)
Fonctions des protéoglycannes:  "lier"de l'eau pour former des gels
 fonction de filtrage
 réservoir de molécules hydrophiles biologiquement
actives comme les facteurs de croissance
A. Les Collagènes
= protéine la plus abondant chez les animaux → > 15% de toute la masse protéique des
animaux
Motif = [ G – X – Y ]x
Glycine
Pro (souvent)
Hydroxy-Pro (souvent)
Ce motif est à la base de la structure 3D du collagène = La Triple Hélice (ou hélice triple)
structure spécifique du collagène qui n'est possible que si la Gly est en position 3 (problème
d’encombrement stérique) et est plus stable si X=Pro et Y=Hydroxy-pro
.
Gly = AA le plus petit → à l'interface des 3 hélices
Pro = groupement α imino → moins de possibilité de rotation
qu'un autre AA : élément stabilisant de la triple hélice
Hydroxy-Pro (modif post-trad de la Pro) = permet formation de
liaison hydrogène → stabilisation de la triple hélice
ou Hydroxy-Lys ( Lysyl-hydroxylase)
Maladie Scorbut: carence en vitamine C (acide ascorbique)qui est un cofacteur d'oxydoréductase → pas oxydation de la Pro → collagène insuffisamment hydroxylé → production de
collagènes non fonctionnels (pas bon maintien)
Les fibres de collagène 1 (en structure triple hélicale avec un alignement latéral très
régulier (striation latérale vue en microscopie électronique) et ponts covalents entre les
hélices) se forment de façon spontanée → les fibroblastes doivent empêcher que cela ne se
produise dans le cytoplasme.
Biosynthèse :
N propep
région triple hélice
C propep
→ Formation des triples hélices dans la cellule au niveau du réticulum endoplasmique, mais
avec C et N ter propeptidiques → les monomères ne peuvent pas s'aligner. Le fibroblastes
sécrètent des peptidases et le procollagène dans le milieu extracellulaire. Les peptidases vont
couper les propeptides du procollagène et permettre un auto-assemblage pour former une
fibre.
Le collagène IV forme un réseau 2D qui va permettre la formation d’une matrice plate
appelée lame basale
B. Elastine
= présente en concentration importante dans le TC très élastique
(paroi des vaisseaux sanguins)
Les monomères sont liés entre eux par des ponts covalents :
-si pas stress → repliement
- si stress→ orientation des molécules dans le sens du stress  élasticité
C. Les nectines
Ces protéines permettent aux cellules d’adhérer sur la matrice extracellulaire.
 Un exemple la Fibronectine
= grande molécule homodimérique (liés de façon covalente) → prototype d"une protéine
adhésive et d'une protéine modulaire:dans sa séquence, des régions homologues : modules
de fibronectine (types I, II, III) retrouvés dans d'autres protéines (même IC), caractérisés par
une structure secondaire (repliement) toujours identique.
Fibronectine
Module de fibronectine III
Module fibronectine III: structure globulaire composée de feuillets β (toujours même
dispo mais pas même séq et les boucles entre peuvent varier) et possède une séquence RGD:
Arg-Gly-Asp qui permet interaction avec un R membranaire. Ce module est stabilisé par des
liaisons non covalentes → molécule élastique
Il existe deux types d’organisation de la matrice : 2D. (lame basale) au niveau des épithelia et
endothélia
Matrice 3D (tissus conjonctifs)
LE CYTOSQUELETTE
Définition: réseau de polymères protéiques intracellulaires et de protéines associées
constituant des structures fibreuses.
Ces structures peuvent être particulièrement dynamiques.
On trouve dans la cellule trois types de structure:
Les microtubules (MT), constitués de tubulines
Les microfilaments (MF), constitués d'actine
Les filaments intermédiaires (FI), constitués de vimentine ou de kératine selon le
type cellulaire.
I Les microtubules:
Organisation générale:
Propriétés :
13 protofilaments fait d’une succession de dimères  et kDa
Les microtubules sont des structures asymétriques (extrémités + et -).
 lie le GTP irréversiblement
 lie le GTP de façon réversible et peut l’hydrolyser
Organisations possibles des protofilaments :
Doublets et triplets dans les cils, les flagelles les centrioles.
L’organisation des microtubules est complètement différente pendant l’interphase et pendant
la mitose (formation du fuseau achromatique)
Mitose (metaphase)
Interphase
Cette organisation est liée à la présence de un ou deux centres de nucléation des polymères.
Dynamique de la polymérisation des microtubules :
Notion de centre de nucléation : zone privilégiée de polymérisation.
Dans les cellules animales, les centres de nucléation sont les centrosomes :
Les extrémités (–) sont liées aux centres organisateurs et ne sont pas soumises à
polymérisation et/ou dépolymérisation.
Organisation des centrosomes:
L’extrémité (+) est soumise à une instabilité dynamique.
Intérêt biologique de l’instabilité dynamique : sélection des microtubules utiles.
Fonction des microtubules :
le transport des organelles et vésicules dans la cellule. Un type de moteur moléculaire : la
kinésine.
La présence d'ATP ou ADP impose une orientation différente des
connections flexible liant le moteur à la tige. Les moteurs liés à l'ATP et à
l'ADP fixent respectivement fortement et faiblement la tubuline
La liaison de l'ATP impose un changement de conformation qui projette en
avant le moteur de 160 Ả
L'hydrolyse de l'ATP détache le moteur du tubule
II Les Microfilaments
Organisation générale :
Les microfilaments sont de fins filaments, résultant de la polymérisation d'une protéine
globulaire, l'actine:
 L'actine (40 kDa) est l'une des protéines les plus abondantes des cellules:
- dans cellules non musculaires = 5% de l'ensemble des protéines
- dans cellules musculaires squelettiques = 20%
Les filaments sont asymétriques :
Extrémité pointue
-
Filaments décorés
par des têtes de
myosine.
L’actine fixe l’ATP et hydrolyse l’ATP.
+
Extrémité barbée
Localisation de l’actine dans les cellules :
Dans les muscles
Actine filaments fins
dans une cellule non musculaire
Actine corticale
Fibres de stress attachées
aux zones d’ancrages de la cellule
La dynamique des microfilaments s’effectue principalement par un effet de tapis roulant
(treadmilling)
La localisation cellulaire dépend de centres de nucléation particuliers. Ces centres sont
membranaires :
Génération de lamellipodes et filopodes : la polymérisation de l'actine propulse la membrane
vers l'avant.
Formation des fibres de stress faisceaux de filaments d'actine sur lesquels s'exercent des
tensions) au niveau des zones d’ancrage avec la matrice extracellulaire : Les adhérences
focales. Récepteurs de surfaces mis en jeu: les intégrines (hétérodimères ) 
Rôle des filaments :
génération des mouvements cellulaires par utilisation d’un moteur moléculaire de type
myosine
Migration cellulaire
Adhérence cellulaire et Contraction musculaire
LES DIFFERENTES INTERACTIONS CELLULAIRES
Les tissus sont des ensembles de cellules de même phénotype cohésifs. Cette cohésion résulte
de systèmes d'adhérence entre les cellules et entre cellule et matrice avoisinante.
Lorsque l'on veut décrire ces contacts on prend comme exemple l'épithélium intestinal dans
lequel on trouve l'ensemble des structures adhésives sur une même cellule/
Interactions
Cellule/cellule
Interactions
cellule/matrice
Les fonctions de ces différentes structures sont distinctes; dans les interactions entre cellules,
les jonctions serrées assurent l'étanchéité intercellulaire.
Les jonctions adhérentes, la cohésion tissulaire. (Ce type de jonction est le plus ubiquitaire)
au sein des divers tissus).
Les desmosomes ont un rôle essentiellement mécanique.
Les jonctions communicantes permettent la diffusion de petites molécules et d'ions d'une
cellule à l'autre.
Les hémidesmosomes sont des points d'ancrages fixes qui assurent la stabilité cellulaire des
monocouches.
Les adhérences focales transmettent les tensions et constituent des points d'ancrages
dynamiques sur la matrice extracellulaire.
I Les contacts cellule/cellule
Jonctions serrées (Tight junctions)
Dans un épithélium, les jonctions étanches vont entourer presque totalement tout le côté
apical des cellules
Fonction: ⇒ barrière de perméabilité (bloque passage de molécules entre les cellules)
⇒ Également barrière de diffusion de composants membranaires
→
création
de
compartiments membranaires définissant une polarité cellulaire
Les jonctions serrées sont constitués de deux types de récepteurs membranaires l'Occludine
et les Claudines. Elles sont liées indirectement à l'actine par le biais de protéines de liaison à
l'actine/
Les jonctions adhérentes.(adherens junctions)
Ce sont les jonctions ubiquitaires au sein des tissus. Elles sont médiées par des interactions
homophiliques (jonctions entre deux récepteurs identiques sur deux cellules différentes) avec
des récepteurs appartenant à la famille des Cadhérines. La structure classique des cadhérine
est une chaine polypeptidique avec un segment transmembranaire. La partie extracellulaire est
composée de 5 domaines homologues fixant chacun un Ca2+. Certains membres de cette
famille peuvent néanmoins avoir une structure un peu différente.
Les cadhérines s'assemblent à la manière de fermeture éclair
La encore les récepteurs sont connectés aux filaments d'actine par l'intermédiaires de
protéines de liaisons les caténines. La formation de liaisons matures est contrôlée par la
cellule.
Les desmosomes.
Structures en interaction avec les filaments Intermédiaires. Les desmosomes ne s'organisent
pas en ceinture mais comme des "boutons" où la connexion entre les cellules est très forte.
Les récepteurs mis en jeu sont de type cadhérine. Leur rôle est principalement mécanique
Les jonctions communicantes/lacunaires (Gap junctions)
Ces jonctions constituent des "pores" qui permettent le passage de molécules dont le PM ≤
1000Da.
Fonction: ⇒ connexion des cytoplasmes de 2 cellules adjacentes →homogénéisation du
contenu cytoplasmique de toutes les cellules d'une couche (ex: propagation des messagers de
signalisation comme le Ca2+)
Récepteurs d'adhérence: Les connexines → héxamère forme le pore: le connexon
L'ouverture du pore est dynamique et dépendante de la concentration intracellulaire de Ca2+
et du pH. Ouverture à la manière d'un diaphragme d'appareil photo.
Les hémidesmosomes.
Contrairement à ce que leur nom indique, ce ne sont pas la moitié de desmosomes, même si
morphologiquement cela y ressemble, mais au contraire des structures complètement
différentes. Les récepteurs mis en jeu sont une intégrine particulière l'intégrine 64. Le seul
rapport avec les desmosomes est que ces structures sont reliées aux filaments intermédiaires.
Ces structures se retrouvent spécifiquement dans les lames basales.















Des mutations dans les composants des lames basales sont à l'origine d'une maladie génétique
humaine le pemphigus bulleux où on a une dissociation très facile du derme et de l'épiderme.
(10% de létalité)