BioGen19 Fichier - Moodle

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
La membrane plasmique (Euc et Proc)
Le cytosquelette (Euc)
La paroi des bactéries
Les mitochondries et les chloroplastes (Euc)
Le réseau intracellulaire de membranes (Euc)
Les constituants extracellulaires (Euc)
La communication cellulaire (Euc)
5. Le réseau intracellulaire de membranes (Eucaryotes)
- Enveloppe nucléaire (noyau)
- Réticulum endoplasmique (RE)
cytosol
- Appareil de Golgi
- Lysosomes
- Peroxysomes
La cellule eucaryote est compartimentée
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
1
Volumes relatifs des différents compartiments
Ex : hépatocyte
%"volume"
cellulaire"total
Nombre"par"
cellule
Cytosol
54
1
Mitochondrie
22
1700
REG
9
1
REL6+6Golgi
6
1
Noyau
6
1
Peroxisomes
1
400
Lysosomes
1
300
Endosomes
1
200
Dépendance du type cellulaire
Surfaces membranaires
Hepatocyte
Cellule"exocrine"
du"pancréas
Membrane6
plasmique
2
5
REG
35
60
REL
16
<1
Golgi
7
10
Mitochondrie6
(membr.6ext.)
7
4
Mitochondrie
(membr.6int.)
32
17
Membr.6int.6noyau
0,2
0,7
Vésicules6
sécrétion
n.d.
3
Lysosomes
0,4
n.d.
Peroxisomes
0,4
n.d.
Endosomes
0,4
n.d.
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
2
Branches du traffic protéique
Ribosomes
rétention
rétention
Cytosol
REG
rétention
Mitochondries
Peroxysomes
Golgi
Chloroplastes Noyau
Lysosomes
Transport en fonction
d une séquence signal
Vésicules de
sécrétion
Surface cellulaire
RE(G) = Reticulum Endoplasmique (Granuleux)
Peu importe la destination du polypeptide, sa synthèse
débute toujours dans le cytoplasme.
Pfs, apparition d une séquence signal d aa (extrémité N).
Exemple :
Polypeptides destinés au REG, ou à l extérieur de la cellule,
comportent une séquence signal de 20 aa.
La séquence signal est reconnue par un complexe protéique
appelé particule de reconnaissance du signal : SRP, Signal
Recognition Particle; contient des protéines et un pRNA).
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
3
mRNA
Transport co-traductionnel
ribosome
cytoplasme
SRP séquence
signal
lumière du RE
complexe de
translocation
membrane du RE
Le complexe de translocation comporte :
- un canal (passage du polypeptide en formation)
- une enzyme de clivage de la séquence signal
séquence signal
clivée
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
4
Transport co-traductionnel :
L import des protéines vers la cible se fait en même tremps
que la traduction. Pour le RE.
Transport post-traductionnel :
L import des protéines vers la cible se fait après la traduction.
Pour : chloroplastes, mitochondries, peroxysomes, noyau.
SRP = Signal recognition particle
ribonucléoprotéine :
6 polypeptides + 1 pRNA (7SL RNA : 300 nucléotides)
L ARN 7SL
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
5
Le complexe de translocation comporte un récepteur
au SRP, un canal, BiP, et hydrolyse du GTP :
BiP : « binding protein » : reconnaît les protéines mal repliées
et aide au reploiement correct : "protéine chaperon".
Les protéines BiP sont retenues dans le RE grâce à une
séquence signal de 4 aa à l extrémité C-terminale.
Peptides signal
- 15-60 résidus (aa)
- Souvent éliminés en cours de processus
- Souvent à l extrémité N-terminale
- Peuvent consister en un arrangement tridimentionnel de résidus
(après reploiement de la protéine)
Import dans REG
H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser
-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu
bloc de résidus hydrophobes
-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu
Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
6
Rétention REG
-Lys-Asp-Glu-Leu-COO–
Import vers mitochondrie
H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln
-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro
Voir détails plus loin
-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser
-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu
P K K K R K V
Import vers le noyau
-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-
Attachement à la membrane H3N-Gly-Ser-Ser-Lys-Ser-Lys-Pro-Lys(acide myristique
à l extrémité N-terminale : Gly)
Les propriétés physico-chimiques (charge, hydrophobicité,
espacement) sont plus importantes que la séquence exacte.
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
7
Compartiment cytosolique
Généralement pas de séquence signal
Certaines modifications post-traductionnelles des protéines sont
effectuées dans le cytosol :
Exemples
- Fixation d un résidu N-acétylglucosamine à une sérine
- Phosphorylation
- Fixation d un co-enzyme (biotine, acide lipoïque, pyridoxal
phosphate)
- Fixation d un acide gras surface cytosolique membrane
Ces modifications servent à activer ou à adresser une protéine
Co-enzyme :
La plupart des enzymes sont des hétéroenzymes et donc
constituées de deux éléments :
• Une apoenzyme, de nature protéique (codé par le génome)
• Un coenzyme, molécule organique de petite taille de nature
non protéique.
Coenzyme + apoenzyme = hétéroenzyme
- Les coenzymes favorisent l'activité de l heteroenzyme
- Bcp sont souvent indispensables (vitamines)
- Bcp sont apportés par l alimentation (pfs synthèse bactéries
du tube digestif).
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
8
Quelques exemples de co-enzymes :
• Porphyrine des cytochromes
• NAD+
• ATP, CTP, GTP, TTP, UTP
• Biotine (vit. B8)
• Pyridoxal phosphate
Fixation d un acide gras
Les enzymes catalysant la réaction dans le cytosol détectent
une séquence signal
Un acide myristique (C14:0) est ajouté à une Glycine N-terminale
seulement dans un contexte particulier.
Un acide palmitique (C16:0) est àjouté à une Cystéine localisée à 4
résidus de l extrémité C-terminale (dans contexte particulier)
Beaucoup d enzymes transmembranaires sont fixés par
de l acide palmitique au niveau de la face cytosolique
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
9
Ancres lipidiques
Acide myristique :
C14:0
Acide palmitique :
C16:0
protéine src
H2N
lien amide
CoA-SH
Myristyl CoA
S-CoA
C=O
HN
Cytosol
C=O
protéine attachée
à la membrane
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
10
protéine ras
HS-Cys
lien thioester
COOH
CoA-SH
S-CoA
Palmitoyl CoA
C=O
S-Cys
Cytosol
COOH
C=O
protéine attachée
à la membrane
La protéine attachée peut être transmembranaire :
CoA-SH
S-Cys
S-CoA HS-Cys
Palmitoyl CoA
C=O
Cytosol
lien thioester
C=O
protéine attachée
à la membrane
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
11
Stabilité variable des protéines dans le cytosol
• Importance du premier acide aminé
Acides aminés stabilisants, à l extrémité N-terminale
Met, Ser, Thr, Ala, Val, Cys, Gly, Pro.
Les 12 autres sont déstabilisants (protéases)
• La dégradation sélective des protéines dans le cytosol
se fait par la voie de l ubiquitine.
Ubiquitine = petite protéine de 76 aa.
Si plusieurs ubiquitines sont ajoutées à une protéine (au moins
4), celle-ci sera dégradée par le protéasome.
Les protéines dénaturées, mal repliées, ou comportant des
aa anormaux, sont des cibles pour l ubiquitination.
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
12
Le noyau et l enveloppe nucléaire
- Diamètre moyen du noyau : 5 μm
- Deux bicouches lipidiques séparées de 10-50 nm
- Ribosomes sur face cytoplasmique
- Milliers de pores nucléaires, comportant un complexe protéique
Le complexe du pore nucléaire (100 nm ø total)
= Nuclear Pore Complexes (NPCs)
Composé de nucléoporines (50-100 protéines ≠ chez Euc.)
Diamètre effectif : 10 nm
Passage de molécules et macromolécules
- Lamina nucléaire : filaments intermédiaires (IF) à la face interne
du noyau (soutient mécanique de la forme du noyau).
- Matrice nucléaire comportant un réseau de fibres et la chromatine.
- Nucléole : région nucléaire ou les rRNA s assemblent
La membrane externe est continue
avec le REG
ribosomes
REG
nucléole
nucléole
espace
périnucléaire
(continu avec REG)
Phosphorylation de la lamina pendant la mitose : désassemblage
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
13
Lamine
- Protéines de type Filaments intermédiaires (FI)
- Existence de Lamine A et Lamine B (Vertébrés)
- Forment un réseau 2D sous l enveloppe nucléaire
- Le noyau se désaggrège lorsqu elles sont phosphorylées
(mitose, méiose)
• Lamine A : non attachée à la membrane nucléaire
(la pré-Lamine A est attachée par prénylation, puis est
détachée pour former la Lamine A)
• Lamine B : attachée à la membrane nucl. par prénylation
Prénylation : adjonction groupement farnesyl ou geranylgeranyl.
Farnesol :
15 carbones
Enzyme : FTase (farnesyl transférase)
Ajout sur cystéine :
Cystéine terminale méthylée
Cystéine terminale
méthylée
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
14
Importance de la lamina nucléaire (Lamine A) : progeria
- Dominant
- Mutation
de novo
- Très rare
(1 / 4.106 naiss.)
80 cas
répertoriés
dans le monde
Mutation ponctuelle position 1824 gène LMNA (C remplacé par T)
ancre
La pré-lamine A mutée (progérine) reste attachée à la
membrane dans la progéria et déforme le noyau.
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
15
Individus normaux
Progéria
Amélioration avec
inhibiteurs de farnesyl
transférase (FTase, souris)
Eran Meshorer & Yosef Gruenbaum
Nature Medicine 14, 713 - 715 (2008)
Passage par les NPCs :
Passage libre (diffusion) : eau, aa, oses, dNTPs, pRNA?
Transport contrôlé :
- mRNA
- rRNA (sous-unités séparées)
- protéines : DNA polymérase, lamines, protéines signal
- lipides
Transport vers le noyau : polypeptides avec NLS (Nuclear
Localisation Signal) : ex : PKKKRKV
Pas de passage de chromosomes ni de grosses protéines.
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
16
3000-4000 NPCs / noyau chez mammifères
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
8 sous-unités
17
Filaments
cytoplasmiques
Anneau
cytoplasmique
m. nucl.
externe
m. nucl.
interne
Anneau
nucléaire
Lamina
nucléaire
panier (cage)
nucléaire
Anneau
distal
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
18
Karyopherines
= importines et exportines
Protéines procédant au
transport à travers les
NPCs (facteurs de
transport).
Les importines
reconnaissent les
séquences NLS
(PKKKRKV)
Origine du noyau : plusieurs hypothèses
Les noyaux actuels :
- Nombreuses similarités entre génome Eucarya et Archées
- Génome des Eucarya est grand p/r Bactéries
- Eucarya : essentiellement pluricellulaires
1. Origine endosymbiotique : Archée (=noyau) + Bactérie
Archée méthanogène endosymbiotique d’une Myxobactérie.
• Myxobactéries : Protéobactéries δ capables de former des
organisations pluricellulaires. Grand génome (Sorangium
cellulosum : 13 Mpb
• Archées méthanogènes : génome proche des eucaryotes et
connues pour leur capacité à faire des endosymbioses avec des
ciliés.
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
19
Myxobactéries actuelles
Les Myxobactéries ont été découvertes
par Roland Thaxter en 1892
Après le phénomène d endosymbiose
(réalisé au Précambrien?) le génome
de la Myxobactérie aurait régressé,
jusqu à une disparition complète
du cytoplasme (certains gènes : transférés
dans l Archée endosymbiotique = noyau).
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
20
Multicellularité et différenciation cellulaire : inventions bactériennes
Cyanobactéries
hétérocyste
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
21
Exemple actuel d archées endosymbiotiques
Nyctotherus ovalis chez la blatte Periplaneta americana
Nyctotherus ovalis : Cilié Spirotriche
Le cilié comporte des
Archées endosymbiotiques
qui se maintiennent dans le
cytoplasme de la cellule.
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
22
Les Archées endosymbiotiques sont visibles
en lumière fluorescente
Excitation : 420 nm
Fluorescence : bleu-vert
Coenzyme F420
2. Origine non symbiotique
2.1. Archée à noyau
Ces Archées auraient disparu depuis
longtemps (ou: pas encore trouvées)
Des noyaux existent chez certaines
Bacteria : les Planctomycétales
Planctomyces staleyi
2.2. Vésicules issues de la membrane cellulaire
Entourent l ADN : protection (physico-chim et biol. : phages)
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
23
Compartiment mitochondrial et chloroplastique
De nombreuses protéines sont encodées dans le noyau.
Mitochondrie : 4 sous-compartiments (pour protéines)
- matrice
- membrane interne
- membrane externe
- espace intermembranaire
protéines génome mito.
Chloroplaste : 6 sous-compartiments (pour protéines)
- matrice
- membrane interne
- membrane externe
- espace intermembranaire
- membrane des thylakoïdes
- espace thylakoïdien
protéines génome chlo.
Transport vers la mitochondrie
Le peptide signal forme une hélice α amphipathique
Import vers mitochondrie
H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln
-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro
-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser
Ile Met Lys
Thr
Arg
8 1 12
15
Leu
516 Arg
4
Phe 11
9 Arg
2
18
Leu
13 Leu
7
6 Pro
Ser 14 3
10 17
Ala
Gln
Ser Phe Thr
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu
3,6 résidus / tour
Vue de l extrémité
Groupements
sur une face
de l hélice, non-polaires sur
l autre face.
24
- L import se fait aux sites de contact, ou les deux membranes
se touchent (passage des deux membranes à la fois)
- Nécessité d un gradient de H+ (membrane interne mito.)
- Nécessité d ATP dans le cytoplasme
- La protéine se déplie
- Le peptide signal est clivé dans la matrice
ATP
cytosol
H+
matrice
Un 2e signal, hydrophobe, est nécessaire pour arriver
dans l espace intermembranaire
cytosol
matrice
Une protéase localisée dans l espace intermembranaire
peut cliver le 2e signal et libérer la protéine dans ce compartiment
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
25
Transport vers les chloroplastes
Similitudes mitochondries :
- transport post-traductionnel
- nécéssite ATP dans cytoplasme
- certaines protéines possèdent 2 peptides signal à l extrémité
N-terminale (ex : pour arriver dans les thylakoïdes).
Différences mitochondries :
- pas de gradient de H+ au travers de la membrane interne
mais au niveau des thylakoïdes
n utilisent que l ATP pour
arriver dans le stroma
Les peroxysomes (= microbodies = peroxisomes
= glyoxysomes chez les plantes)
- Entourés d une seule bicouche
- Pas de DNA ni de ribosomes
- Dans toutes les cellules eucaryotes
- Fonctions diverses selon le type de cellule
- Diamètre : 0,15-0,25 μm dans la plupart des
cellules; 0,5-1,0 μm dans certaines cellules.
- Division par fission
1917–2013
Décrits comme organelles en 1967 par Christian de Duve.
Prix Nobel en 1974.
Comporte principalement deux types d enzymes oxydatives :
• Oxydases (D-amino-acide-oxydase, et urate-oxydase)
[Urate-oxydase = cristalloïdes; non présent chez l homme]
• Catalase
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
26
glyoxysomes
N
Peroxines
protéines
de transport
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
27
Les peroxysomes sont des sites majeurs d utilisation
de l oxygène (en plus des mitochondries).
Hypothèse : vestiges des premiers organites utilisant l O2?
(protection des premières cellules aérobies, avant mito.)
O2
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
28
Les 4 fonctions principales des peroxysomes :
1) • Oxydation de substrats organiques (R) par les oxydases :
RH2 + O2
R + H2O2
Permet leur détoxification
• Oxydation avec des déshydrogénases : les e– vont sur du NAD+
2) Peroxydation de substrats organiques (R) par catalase
Détoxification (phénol, acide formique, formaldéhyde, alcools)
R H2 + H2O2
R + 2H2O
Action de déshydrogénases
Alcool déshydrogénase
ethanol
Acétaldéhyde
déshydrogénase
NAD+
NAD+
NADH+H+
éthanal ou acétaldéhyde
Cancérigène
Maux de tête
NADH+H+
H2O
acide acétique (inoffensif)
Dans les peroxisomes
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
29
3) Elimination H2O2 excédentaire : quand trop d H2O2 dans la
cellule la catalase le transforme en eau :
2H2O2
2H2O + O2
catalase
4) Début de la beta-oxydation des acides gras à longue chaîne
>8 C
Principale voie de dégradation des acides gras
acide palmitique (16:0)
acide stéarique (18:0)
acide sérotique (26:0)
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
30
Exemple : acide gras à longue chaîne (>8)
acide palmitique (C16:0)
activation
Cytoplasme
palmitoyl-CoA
octanoyl-CoA
peroxisome
vers mitochondries
A nombre égal de carbones, un acide gras clivé par la betaoxydation (peroxisomes et/ou mitochondries) donne
plus d énergie qu'un ose :
– Le catabolisme du glucose (C6 ) génère 38 ATP.
– Le catabolisme de l'acide hexanoïque (H3C − (CH2)4 − COOH) :
(C6 )
2 NADH + H+
2 FADH2
3 AcétylCoA
1 AMP
2 Pi
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
45 ATP
(dégradation dans
mitochondries)
31
Les enzymes des peroxysomes sont très variables et
dépendent du tissu. Grande capacité d adaptation aux
conditions environnantes :
* Levures sur milieu contenant sucre : petits peroxysomes
* Levures sur milieu avec méthanol : gros peroxysomes qui
oxydent le méthanol
* Levures sur milieu avec acides gras : gros peroxysomes
qui oxydent les acides gras
Tous les composants des peroxysomes sont importés
depuis le cytosol (protéines et lipides)
Les protéines de la lumière et de la membrane des
peroxysomes sont importées après leur traduction depuis le cytosol.
Catalase : protéine tétramérique contenant un hème.
Les monomères sont importés dans la lumière des peroxysomes
et l assemblage se fait à cet endroit (liaison de l hème).
Signal d adressage : 3 acides aminés près extrémité C-terminale;
parfois le signal est à l extémité N-terminale.
Les peroxines sont des protéines réalisant l import (consomm. ATP).
Les protéines importées ne sont pas dépliées. Les peroxines
retournent ensuite vers le cytosol.
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
32
Origine des peroxysomes
Encore débattu!
- Endosymbiose avec bactéries ?
Duhita et al. (2009) : Actinobactéries?
Mais aucun génome et une seule membrane...
- Originaires du RE ?
Indiqué par protéome des peroxysomes (Schlüter et al. 2006)
Enzymes codés par la mitochondrie (Gabaldón et al. 2006)
Réticulum endoplasmique (RE)
reticulum : « réseau »
- Labyrinthe membraneux
- Abondant : parfois plus de la ½ de toutes les membranes
- Réseau de tubules et de sacs membraneux (citernes)
- En continuité avec l enveloppe nucléaire : le contenu des
citernes communique avec l espace périnucléaire.
- Deux types, qui communiquent :
• RE rugueux (REG) : ribosomes sur la face cytoplasmique
• RE lisse (REL) : pas de ribosomes sur la face cytoplasmique
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
33
REG
REL
granuleux
lisse
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
34
RE et ponts disulfures
Cytosol : réducteur, car [ ] glutathione et thioredoxine élevée :
les ponts S-S ne se forment pas
RE : pas d agents réducteurs; les ponts S-S se forment
Si les liens S-S ne se forment pas à la bonne place
(plus haute énergie) : la « protein disulfide isomerase » clive
ces liens (protéine de la surface interne du RE)
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
35
Rôle du REG
Le REG joue un rôle central dans :
• Modifications de protéines (glycosilation)
Pour : RE, appareil de Golgi, lysosomes, surface cellulaire,
protéines excrétées (hormones, matrice extracellulaire, ... ).
• Biosynthèse de lipides
Phospholipides membranaires (pour toute la cellule)
Branches du traffic protéique
Ribosomes
rétention
rétention
Cytosol
REG
rétention
Mitochondries
Peroxysomes
Golgi
Chloroplastes Noyau
Lysosomes
Transport en fonction
d une séquence signal
Vésicules de
sécrétion
Surface cellulaire
RE(G) = Reticulum Endoplasmique (Granuleux)
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
36
N-Glycosylation
Attachement d un oligosaccharide à une protéine du RE
Formation de glycoprotéines. Peu de protéines du cytosol
sont glycosylées.
Un seul type d oligosaccharide est fixé aux protéines dans le RE :
- composé de N-acétylglucosamine, mannose et glucose.
- 14 résidus au total
- fixé au NH2 d un résidu asparagine (Asn) (= N-glycosylation)
L enzyme responsable de la N-glycosylation est localisé à la face
interne de la membrane du RE. Le bloc des 14 résidus est ajouté
en une seule étape dès qu une asparagine apparaît.
Signal de N-glycosylation
L accès à l Asn devant être glycosylée est optimal
lorsque les séquences suivantes sont présentes :
Asn – X – Ser
Asn – X – Thr
(X = n importe quel aa sauf proline)
La N-glycosylation est importante chez tous les
eucaryotes et absente chez les bactéries (Bacteria)
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
37
Glc
Glc
(Glc)3(Man)9(GlcNAc)2
Glc
Man
Man
Man
Man
Man
Man
Man
Man
Man
R
Glc
NAc
Glc
NAc
NH
R
C=O
Asparagine
CH2
Le (Glc)3(Man)9(GlcNAc)2 est porté par du dolichol
dans la lumère du RE (ancre lipidique)
Dolichol
Composé d unités isoprène (< 22) et possède une fonction alcool
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
38
dolichol
P
P
DolicholpyrophosphorylGlcNAc2 Man9 Glc3
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
PPi
pyrophosphate
39
Construction sucre par sucre de l oligosaccharide dans le RE
– D abord à l extérieur RE
– Finition à l intérieur du RE
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
40
Grande diversité des glycoprotéines
La structure de départ à 14 sucres est modifiée
- Dans le RE, juste après la N-glycosylation : 3 glucoses et 1
mannose sont rapidement enlevés pour la plupart des glycoprot.
- Puis, dans le Golgi : rajout/élimination d'autres sucres.
Rem : Certaines protéines sont glycosilées sur le groupe –OH des
sérines et thréonines (et hydroxylysine) : O-glycosylation.
Plus rare. Se fait dans le Golgi.
Synthèse de lipides (phospholipides, cholestérol) par le RE.
Phospholipide majeur : phosphatidylcholine
(= lecithine) Formé en 3 étapes à partir de :
- glycérol-3-phosphate
- acide-gras-CoA
- CDP-choline
cytidine 5-diphosphocholine
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
41
La synthèse des
lipides se fait
du côté du cytosol
La flippase (protéine)
transfère une partie
des nouveaux phospholipides
dans l'autre feuillet
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
42
Flippase : translocateur de phospholipides. Distribue
les phospholipides néoformés entre les deux couches de
la membrane.
Le RE produit aussi cholestérol et céramide.
Le céramide est modifié dans le Golgi (formation de
glycosphingolipides et sphingomyéline).
Des protéines d échange transportent des phospholipides
depuis le RE vers la mitochondrie et les peroxysomes.
RE lisse : important dans certains types de cellules
Fonctions principales :
- Synthèse des lipides. Ex : stéroïdes, dans testicules et ovaires;
les lipoprotéines dans les hépatocytes.
- Métabolisme des glucides
- Détoxication : CYP (hydroxylation)
- Accumulation d ions Ca2+ : reticulum sarcoplasmique (muscles)
Influx nerveux
libération Ca2+
contraction musculaire
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
43
Fonction de détoxication : le cytochrome P450 (CYP)
Enzyme trouvée dans les trois domaines de la vie
Eucaryotes : face interne du REL et membr. int. mito.
Hemoprotéine (possède un hème)
Réaction catalysée par le CYP : hydroxylation d un composé RH
RH + O2 + 2H+ + 2e– → ROH + H2O
De nombreux substrats peuvent être métabolisés.
Les e- proviennent du NADPH.
Foie : rôle de stockage et de détoxication. REL important.
Ex : prise de phenobarbital (médicament) : la surface du REL
augmente dans les hépatocytes.
Prolifération du RE lisse = plus grande tolérance à certaines
drogues et barbituriques.
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
44
L appareil de Golgi
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
45
- Identifié en 1897 par l'italien Camillo Golgi
- Souvent localisé près du noyau
- Groupe de 4-6 citernes applaties (dépend type cellulaire)
- Applé « dyctyosome » chez les plantes
- Entouré de vésicules de 50 nm
- Bcp de vésicules sont recouvertes de protéines (« coated »)
(clathrine ou autre)
- Bien développé dans cellules sécrétrices
Face cis : face d entrée des vésicules, associée avec le RE
Face trans : face de sortie des vésicules, associée au
réseau trans du Golgi
TGN = Trans Golgi Network
Des vésicules transitent également d une citerne à l autre
(modifications successives et ordonnées de protéines)
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
46
Exemple :
Golgi bien
développé dans
cellules de Goblet
Cellules
de Goblet
Intestin
Mucus
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
47
Les chaînes d oligosaccharides des glycoprotéines sont modifiées
dans l appareil de Golgi :
– Modification par simplification :
oligosaccharides riches en mannose : que 2 NAcGlc et des mannoses
– Modification par simplification + ajout de nouveaux sucres :
oligosaccharides complexes : plus que 2 NAcGlc, et présence de
nouveaux sucres (acide sialique, fucose...)
Une protéine peut contenir les deux en même temps.
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
48
Exemples
Oligosaccharide
complexe
Oligosaccharide
riche en mannose
Nombreuses variations
NANA = N-Acétyl Neuraminic Acid
Les sucres sont ajoutés dans le Golgi par des
glycosyl transférases (ex: galactosyl transferase)
Substrats : sucres activés par liaison à un nucléotide : UDP-sucre
Ces sucres sont transportés dans le Golgi depuis le cytoplasme.
Ex : UDP-glucose
Autres transporteurs
UDP-NAcGlc
UDP-Gal
CMP-NANA
...
uridine diphosphate
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
49
Modification des
oligosaccharides
RE
Golgi
UDP
Fonction principale Appareil de Golgi :
• Maturation des protéines et glycoprotéines issues du REG
Glycoprotéines : modification du résidu à 14 sucres
Protéines : clivage – assemblage – hydroxylation d aa
Ajout de groupes sulfate et phosphate (phosphorylation du manose),
et ajout de sucres (transportés par UDP-sucre)
• Ségrégation (tri) des protéines et glycoprotéines issues du REG,
Envoi vers le compartiment final
In fine, les éléments passant par le Golgi se retrouvent :
- A l extérieur (exocytose)
- Dans les lysosomes
- Dans la membrane cellulaire
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
50
Branches du traffic protéique
Ribosomes
rétention
rétention
Cytosol
REG
rétention
Mitochondries
Peroxysomes
Golgi
Chloroplastes Noyau
Lysosomes
Transport en fonction
d une séquence signal
Vésicules de
sécrétion
Surface cellulaire
Clivage protéique dans le Golgi
Certaines protéines sont clivées dans le Golgi par des
protéases spécifiques (clivage après Lys-Arg).
Débute dans le réseau trans du Golgi (TGN).
Implique des protéases membranaires
Bcp d hormones polypeptidiques et de neuropeptides
sont ainsi activées.
Clivage de polyprotéines
Ex : enkephalines (neurotransmetteur de 5 aa). Raison : trop
courtes pour être produites efficacement par un ribosome + risque
d agir dans le cytoplasme + impossibilité de séquence signal.
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
51
Les modifications covalentes des protéines sont
séquentielles dans le Golgi
RE
• phosphorylation des
oligosaccharides des
lysosomes
• clivage mannose
• addition GlcNAc
cis
mediane
Golgi
• addition Gal
• addition NANA
trans
TGN
lysosomes
vésicules de sécrétion
Deux modèles pour le fonctionnement du Golgi
• Modèle vésiculaire
Le Golgi est statique. Les vésicules transportent les
macromolécules d une citerne à l autre.
• Modèle de maturation des saccules
Le Golgi est une structure dynamique. Les saccules
sont constamment produits et se déplacent de la face cis
à la face trans. Les éléments transportés sont modifiés
pendant le déplacement.
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
52
Les lysosomes
- Petites vésicules issues du Golgi, 1 seule bicouche
- Sites principaux de la digestion intracellulaire
- Toutes les cellules eucaryotes
- Comportent 40 enzymes hydrolytiques ≠ : hydrolases
C. De Duve
protéases, nucléases, glycosidases, lipases,
phospholipases, phosphatases, sulfatases
Ce sont des hydrolases acides : optimum = pH 5
pH lysosomes =
pH cytoplasme =
5,0
7,2
protection cytoplasme si fuite
La paroi des lysosomes contient des protéines de
transport : produits de la digestion
cytosol
Des H+ sont pompés dans les lysosomes : pH =
5
Les protéines membranaires des lysosomes sont protégées
des protéases par leur forte glycosylation.
ATP
H+
hydrolases
acides
pH
5
ADP + Pi
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
53
Identification par histochimie
Les lysosomes sont hétérogènes :
Taille et forme variable (0,05 à 0,5 μm)
Car grande variété de fonctions :
Digestion de débris intracellulaires
Digestion de débris extracellulaires phagocytés
Digestion de micro-organismes phagocytés
Traitement (digestion) des lipoprotéines : nutrition
Lysosomes primaires (« neufs ») et secondaires (« en action »)
3 types de lysosomes secondaires
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
54
• Endocytose (coated pits)
endosome
endolysosome
débris
extracellulaires
lysosome
• autophagie ou autodigestion : mitochondries, REL ayant proliféré...
lysosome
membrane du RE
autophagolysosome
mitochondrie
autophagosome
hépatocytes : durée de vie mitochondrie = 10 j
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
55
La Recherche (février 2011)
• Phagocytose
lysosome
bactérie
ou
déchets
phagolysosome
phagosome
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
56
Triage des hydrolases dans le Golgi par récepteurs du M6P
Les précurseurs des hydrolases des lysosomes
sont marqués avec du mannose-6-phosphate (M6P) dans
le cis-Golgi : Hydrolase–M6P
Les précurseurs sont rassemblés dans le résau trans
du Golgi : grâce à des récepteurs du M6P + clathrine.
Bourgeonnement vésicule, transport vers lysosome
Bas pH :
• Libération de l hydrolase–M6P
• Clivage du P du M6P : activation de l hydrolase
Recyclage des récepteurs du M6P vers le réseau trans golgien.
GOLGI
LYSOSOME
Rem : les M6P ne sont ajoutés qu à certaines glycoprotéines
dans l appareil de Golgi
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
57
Le M6P
α-D-Mannose-6-phosphate
Pi
Les vésicules issues du Golgi fusionnant
avec la membrane cellulaire
Vésicules de sécrétion constitutive
Vésicules fusionnant direct. avec la membrane cytoplasmique
- Apport lipides et protéines à la membrane cytoplasmique
- Apport de matrice extracellulaire (protéoglycanes)
Vésicules de sécrétion régulée
Stockage des vésicules pour utilisation ultérieure
- Vésicules généralement grandes
- Un signal déclenche la sécrétion
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
58
Cellule acineuse du pancréas
Duodénum
≠ hydrolases
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
59
En résumé : traffic intracellulaire de vésicules
REG
Golgi
Vésicules de sécrétion
recyclage des membranes
Le réseau trans du Golgi est une zone de tri
• Si M6P : vers lysosomes
Nécéssité d un triage. Avec clathrine.
• Si autre signal : vers vésicules de sécrétion régulée
(que dans cellules de sécrétion spécialisées)
• Sinon : vers extérieur = sécrétion constitutive
Serait la voie de base. Pas de clathrine.
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
60
Plusieurs types de vésicules ≠ sont impliquées et
chacune doit avoir une addresse particulière :
- RE vers Golgi-cis
- Golgi-cis vers Golgi-médian
- Golgi-médian vers Golgi-trans
- Golgi-tans vers lysosomes
- Golgi-trans vers surface cellulaire
- Golgi-trans vers vésicules de sécrétion régulée
- lysosome vers phagosome
- lysosome vers endosome
- lysosome vers autophagosome
Mécanismes encore peu connus
Clathrine
structure en triskel
3 chaînes lourdes + 3 chaînes légères
Après formation de la vésicule, la clathrine se détache
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
61
Surface interne de la membrane plasmique d un fibroblaste
(cryofixation et cryofracture)
BioGen 19 - 2016 - DC Gillan - UMons
62