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Université d’Oran 1, Faculté de Médecine, Service d’Histologie-Embryologie
Travaux Dirigés de Cytologie des Etudiants en Première Année de Médecine
Melle BENSAADA, Mr MEDDAH
TD n°5 : Le Système endomembranaire
1. Réticulum endoplasmique : le RE est un système de la membrane qui s’étend à
travers tout le cytoplasme. Ces membrane sont en continuité avec la membrane nucléaire et
délimitent un espace important à l’intérieur de la cellule. Le réticulum endoplasmique est
impliqué dans la synthèse et le transport des protéines membranaires et des lipides. Il participe
aussi à la signalisation cellulaire via les lipides à inositol du feuillet interne de la membrane
plasmique. Dans les cellules musculaires, le réticulum endoplasmique est appelé réticulum
sarcoplasmique.
Les ribosomes libres flottent librement dans le cytoplasme. Iles fabriquent les protéines
solubles dont l’activité se déroulera dans le cytosol ou dans certains organistes, comme celles
qui sont importés dans les mitochondries.
Les points qui s’alignent dans le prolongement du réticulum endoplasmique rugueux
(RER, REG) représentent les ribosomes, formation où se déroule la synthèse des protéines
destinées aux membranes cellulaires et aux lysosomes ou devant sortir de la cellule.
Les protéines membranaires néo synthétisées restent associées à la membrane des RER et les
protéines qui doivent être secrétées s’accumulent dans la lumière de l’organite.
Le réticulum endoplasmique lisse (REL), abondant dans les hépatocytes, ne contient pas
de ribosomes et est habituellement situé près de dépôts de glycogène et de lipides
intracytoplasmiques. Le REL est un lieu de synthèse des hormones stéroïdes dans les cellules
endocrines des gonades et du cortex surrénale, la synthèse des acides gras et des
phospholipides. Il joue un rôle important dans les réactions de détoxification nécessaires à la
transformation des substances nocives liposolubles ou insolubles dans l’eau en composés
hydrosolubles plus adaptés à une élimination rénale. Et enfin la séquestration des ions calcium
dans le cytoplasme des cellules des muscles lisses et cardiaques. La libération contrôlée du
Ca2+ par le REL déclenche la contraction.
Année universitaire : 2016-2017
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Représentation schématique du réticulum endoplasmique rugueux et de réticulum
endoplasmique lisse
Représentation schématique de l’appareil de Golgi
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2. Appareil de Golgi : L’appareil de Golgi est un système de sacs membranaires
aplatis (dictyosomes) impliqué dans la modification et la préparation impliqué dans la
modification et la préparation des matériels de sécrétion. Bien que l’appareil de Golgi soit une
extension du réticulum endoplasmique, il n’est pas en continuité directe avec lui. En fait de
petites vésicules (appelés vésicules de transport) se détachent du réticulum endoplasmique et
migrent vers l’appareil de Golgi, avec lequel elles fusionnent. L’appareil de Golgi lui-même
donne naissance à des vésicules de sécrétion spécifiques qui migrent vers la membrane
plasmique.
La face de l’appareil Golgi située près du réticulum endoplasmique est appelée face cis.
Du coté opposé on trouve la face trans ou face de sortie, appelée réseau trans- golgien,
donnant naissance à des vésicules qui quittent l’empilement sacculaire pour des destinations
variées. Un compartiment intermédiaire de saccules sépare les compartiments cis et trans.
Les différences fonctionnelles entre les compartiments cis, médian et trans de l’appareil de
Golgi se caractérisent par la présence de glycosyltransférases spécifiques dans chacun des
trois compartiments, les glycosyltransférases sont des enzymes qui transfèrent des sucres vers
les portions terminales des chaînes oligosaccharidiques des glycoprotéines et des glycolipides.
En résumé l’appareil de Golgi est un centre de triage et d’affinage des produits du
réticulum endoplasmique, avant leur sécrétion vers d’autres compartiments cellulaires.
La glycosylation d'une protéine est l'ensemble des phénomènes qui assurent la
transformation d'une protéine en une glycoprotéine.
N-glycosylation dans le réticulum endoplasmique
La N-glycosylation débute par le branchement en-bloc d’un groupement riche en
mannoses sur les résidus d’asparagine (Asn) présents dans les séquences
spécifiques Asn-X-sérine ou thréonine.
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Figure : N- glycosylation
La N-glycosylation s'effectue en deux étapes. Dans un premier temps, une chaine ramifiée
de quelques oses est ajoutée cotraductionnellement sur la protéine à modifier via
l'établissement d'une liaison covalente entre un hydroxyl (-OH) d'un N-acétylglucosamine
situé à une extrémité de la chaine glucidique et l'amide (-CO-NH2) de la chaine latérale d'un
résidu asparagine appartenant à la protéine. La liaison ainsi formée est une liaison dite Nglycosidique, d'où le nom de N-glycosylation. La réaction établissant cette liaison covalente
est contrôlée par une enzyme, une glycosyltransférase qui est localisée dans la lumière du
reticulum endoplasmique. En effet, l'arbre glucidique est initialement porté par un dolichol,
un lipide spécifiquement présent à la face interne de la membrane du reticulum
endoplasmique. Il est alors transféré par la glycosyl-transférase sur la chaîne polypeptidique
en cours de synthèse. Les ribosomes, responsables de la biosynthèse des protéines, se trouvant
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dans le cytoplasme, cela suppose que la chaîne polypeptidique a traversé la membrane du
réticulum endoplasmique pour être accessible à l'enzyme. C'est pourquoi la N-glycosylation
ne concerne que les protéines membranaires ou secrétées qui ont en commun de devoir
franchir cette membrane, au moins pour une partie de la protéine.
La chaîne glucidique initialement greffée est composée de 14 oses au total. Cet arbre
glucidique initial est ensuite remanié lors du passage de la protéine par l'appareil de Golgi.
Les modifications se font séquentiellement dans les compartiments successifs de l'appareil de
Golgi (cis, médian, trans, et enfin réseau trans-golgien).
La O-glycosylation :
Il s'agit de la fixation de sucres sur le groupement OH des chaines latérales de certaines
sérines et thréonines (O-glycosylation). Elle concerne le domaine luminal des protéines
transmembranaires et les protéines solubles dans le Golgi. Elle a lieu dans les compartiments
médian et trans de l’appareil de Golgi : i) les sucres sont synthétisés dans le cytosol et
pénètrent dans le Golgi par une perméase spécifique ; ii) ils sont accrochés aux protéines par
une O-glycosyl-protéine transférase.
L'appareil de Golgi participe en particulier à la synthèse des protéoglycannes. Un
protéoglycanne est formé d’une chaîne protéique sur laquelle est (sont) fixé(s) un ou plusieurs
glycosaminoglycanne(s). Les glycosaminoglycannes sont des chaînes linéaires sucrées
constituées d'unités disaccharidiques répétitives fixées à la protéine par O-glycosylation d'un
résidu sérine ; ils se forment par addition successive de résidus glucidiques. Dans le
compartiment trans, les résidus sucrés des glycosaminoglycannes sont abondamment sulfatés.
De nombreux protéoglycannes sont sécrétés dans le milieu extracellulaire où ils sont des
composants de la matrice extracellulaire. D'autres restent fixés à la face externe de la
membrane plasmique.
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La sulfatation :
Il s’agit d’une addition des radicaux sulfates à une glycoprotéine donnant un
mucopolysaccharide. Elle se fait en 2 étapes :
1ère étape : activation du sulfate par l’ATP à l’aide d’une ATP sulfurylase
ATP + sulfate ----------> A-5’-phosphosulfate (A-5’-P-S) + Pi
A-5’-P-S + ATP ------>3’-Phosphoadénosine-5’-P-S (PAPS) + ADP
ATP sulfurylase
2ème étape : Transfert du sulfate par une sulfotransférase
PAPS + Glycoprotéine --------> Glycoprotéine sulfatée+3’-P-Adénosine-5’- P (PAP)
TD 6 : La mitochondrie
Les mitochondries sont les centrales énergétiques de toutes les cellules eucaryotes
convertissant l’énergie potentielle des métabolites en une forme utilisable (ATP) pour activer
les réactions cellulaires. Elles sont formées par deux membranes séparées par un espace
intermembranaire. La membrane interne forme des replis, les crêtes mitochondriales, et
contient les complexes où se font les synthèses d’ATP, les sphères pédonculées appelées aussi
ATPosomes. C’est au niveau de cette membrane que se fait le processus de respiration
cellulaire avec l’oxygène apporté par voie sanguine. L’espace interne de la mitochondrie, la
matrice, contient une solution concentrée en nombreuses enzymes différentes et de l’ADN.
C’est le lieu du cycle de Krebs qui consiste en la dégradation de l’acide pyruvique transformé
préalablement en acétylcoA. Cette chaîne catabolique effectue des déshydrogénations et des
décarboxylations. Le CO2 formé est ensuite expulsé et transporté via le sang jusqu’aux
poumons. L’équation bilan de la respiration cellulaire à partir du glucose, métabolite
préférentiel s’écrit : C6 H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2 O + 38 ATP.
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Figure : Structure schématique d’une mitochondrie à trois dimensions.
Le 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.
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.
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, qui est
caractéristique avec un très grand encombrement stérique.
•
De l'ADN circulaire de type bactérien (pas d'introns).
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•
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.
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- NAD+◊+ NADH + 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 être utilisées par divers organismes comme par exemple la
fermentation alcoolique de la levure Saccharomyces cerevisiae. Dans tous les cas les
fermentations 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 faire 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 issu des nouvelles
oxydations: Décarboxylation oxydative du pyruvate. CO2 et acétyl CoA. Oxydant NAD+
Oxydation du cycle de Krebs oxydant NAD++ et FAD.
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Figure : Cycle de Krebs
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 coenzyme 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
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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.
Applications des TD n°5 et 6 : Cochez la ou les réponses justes
1- Système endomembranaire :
A. Il est présent chez les cellules eucaryotes.
B. Chloroplastes, mitochondries et peroxysomes n'appartiennent pas au système
endomembranaire.
C. Equivalence topologique avec le milieu extracellulaire.
D. Un ensemble hétérogène de canalicules et vésicules.
2- le système endomembranaire :
a. est constitué d’une couche de phospholipides.
b. concerne les virus intracellulaires.
c. concerne les bacilles.
d. se retrouve dans une cellule hépatique
3-
Quelles sont, parmi les propositions suivantes, celles qui correspondent à des
fonctions généralement attribuées à l’appareil de Golgi d’une cellule sécrétrice ?
a. Synthétiser des protéines.
b. Synthétiser des glucides.
c. Transformer des molécules organiques synthétisées.
d. Permettre le transit des protéines synthétisées.
4- A propos du réticulum endoplasmique :
a. Les cavités du réticulum endoplasmique sont en communication indirecte avec le milieu
extracellulaire.
b. Le réticulum lisse est utilisé dans la synthèse des lipides.
c. Il existe une sous-population de ribosomes différents responsables de la synthèse des
protéines sur le réticulum endoplasmique.
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d. Le réticulum lisse et le réticulum rugueux ne communiquent pas entre eux en dehors d'un
échange de vésicules spécialisées.
e. Le réticulum endoplasmique rugueux réalise des opérations de maturation de protéines
5- On trouve de l’ADN dans
a. le chloroplaste.
b. l’appareil de Golgi.
c. la mitochondrie.
d. le diplosome (ensemble des deux centrioles).
6-Parmi les différentes organelles suivantes, cochez celles qui sont délimitées par des
doubles membranes :
a. Réticulum endoplasmique
b. Noyau
c. Appareil de Golgi
d. Mitochondrie
e. Lysosome
7- Concernant la glycosylation des protéines, indiquer la ou les propositions vraies :
a. Tous les oligosaccharides N-liés vont subir une modification dans le Golgi.
b. Les glycoprotéines sécrétées au niveau de la membrane plasmique ont subies une
phosphorylation de certains mannoses dans l’appareil de Golgi.
c. La O-glycosylation des protéines dans l’appareil de Golgi s’effectue sur le groupement OH
d’une sérine ou d’une thréonine.
d. Il existe deux types de glycosylation des protéines dans les cellules animales.
e. Toutes les protéines N-glycosylées sortent de l’appareil de Golgi avec la même
composition en sucres.
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8-Dans un certain sens, la respiration est la réaction inverse de la photosynthèse mais
pas tout à fait. Quelles sont les formes d’énergie qui résultent directement de la
respiration cellulaire ?
a. Energie chimique sous forme d’ATP et énergie thermique sous forme de chaleur.
b. Energie chimique sous forme de protéines et d’ADN.
c. Energie chimique sous forme de glucose et énergie thermique sous forme de chaleur.
d. Energie chimique sous forme d’un gradient Na/K.
e. Energie cinétique des mitochondries et énergie thermique sous forme de chaleur.
9-Les éléments que possède la membrane interne des mitochondries sont vraies, sauf
une. Laquelle ?
a. Un pourcentage exceptionnellement élevé de protéines
b. Les enzymes et coenzymes de la chaîne respiratoire
c. Des ionophores à protons (ATP- synthase)
d. De nombreuses translocases (transporteurs spécifiques).
e. De la phosphatase acide et d’autres hydrolases.
Légendez le schéma suivant :
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