BioGen19 6 dias Fichier - Moodle

5. Le réseau intracellulaire de membranes (Eucaryotes)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
- Enveloppe nucléaire (noyau)
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)
- Réticulum endoplasmique (RE)
cytosol
- Appareil de Golgi
- Lysosomes
- Peroxysomes
La cellule eucaryote est compartimentée
Surfaces membranaires
Volumes relatifs des différents compartiments
Hepatocyte
Ex : hépatocyte
%"volume"
cellulaire"total
54
Nombre"par"
cellule
1
Mitochondrie
22
1700
REG
9
1
REL6+6Golgi
6
1
Noyau
6
1
Peroxisomes
1
400
Lysosomes
1
300
Endosomes
1
200
Cytosol
Dépendance du type cellulaire
2
Cellule"exocrine"
du"pancréas
5
Membrane6
plasmique
REG
35
60
REL
16
<1
Golgi
7
10
Mitochondrie6
(membr.6ext.)
Mitochondrie
(membr.6int.)
Membr.6int.6noyau
7
4
32
17
0,2
0,7
Vésicules6
sécrétion
Lysosomes
n.d.
3
0,4
n.d.
Peroxisomes
0,4
n.d.
Endosomes
0,4
n.d.
Branches du traffic protéique
Peu importe la destination du polypeptide, sa synthèse
débute toujours dans le cytoplasme.
Ribosomes
rétention
rétention
Pfs, apparition d une séquence signal d aa (extrémité N).
Cytosol
REG
rétention
Mitochondries
Chloroplastes
Peroxysomes
Polypeptides destinés au REG, ou à l extérieur de la cellule,
comportent une séquence signal de
20 aa.
Golgi
Noyau
Lysosomes
Transport en fonction
d une séquence signal
Exemple :
Vésicules de
sécrétion
Surface cellulaire
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).
RE(G) = Reticulum Endoplasmique (Granuleux)
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1
mRNA
Transport co-traductionnel
Le complexe de translocation comporte :
ribosome
- un canal (passage du polypeptide en formation)
- une enzyme de clivage de la séquence signal
cytoplasme
SRP
séquence
signal
lumière du RE
membrane du RE
complexe de
translocation
séquence signal
clivée
L ARN 7SL
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)
Le complexe de translocation comporte un récepteur
au SRP, un canal, BiP, et hydrolyse du GTP :
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
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.
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bloc de résidus hydrophobes
-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu
Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-
2
P K K K R K V
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
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)
-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser
-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu
Les propriétés physico-chimiques (charge, hydrophobicité,
espacement) sont plus importantes que la séquence exacte.
Compartiment cytosolique
Co-enzyme :
Généralement pas de séquence signal
Certaines modifications post-traductionnelles des protéines sont
effectuées dans le cytosol :
La plupart des enzymes sont des hétéroenzymes et donc
constituées de deux éléments :
Exemples
• Une apoenzyme, de nature protéique (codé par le génome)
• Un coenzyme, molécule organique de petite taille de nature
non protéique.
- 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
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).
Quelques exemples de co-enzymes :
Fixation d un acide gras
• Porphyrine des cytochromes
Les enzymes catalysant la réaction dans le cytosol détectent
une séquence signal
• NAD +
• ATP, CTP, GTP, TTP, UTP
• Biotine (vit. B8)
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)
• Pyridoxal phosphate
Beaucoup d enzymes transmembranaires sont fixés par
de l acide palmitique au niveau de la face cytosolique
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Ancres lipidiques
Acide myristique :
protéine src
H 2N
C14:0
S-CoA
HN
Myristyl CoA
C=O
Acide palmitique :
lien amide
CoA-SH
Cytosol
C=O
C16:0
protéine attachée
à la membrane
La protéine attachée peut être transmembranaire :
protéine ras
HS-Cys
Palmitoyl CoA
lien thioester
COOH
CoA-SH
CoA-SH
S-CoA
S-Cys
C=O
C=O
Cytosol
COOH
protéine attachée
à la membrane
Palmitoyl CoA
S-CoA HS-Cys
S-Cys
C=O
C=O
Cytosol
lien thioester
protéine attachée
à la membrane
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.
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4
La membrane externe est continue
avec le REG
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
ribosomes
REG
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
nucléole
nucléole
espace
périnucléaire
(continu avec REG)
Phosphorylation de la lamina pendant la mitose : désassemblage
Prénylation : adjonction groupement farnesyl ou geranylgeranyl.
Lamine
Farnesol :
15 carbones
- 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)
Enzyme : FTase (farnesyl transférase)
Ajout sur cystéine :
Cystéine terminale méthylée
• 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
Cystéine terminale
méthylée
Importance de la lamina nucléaire (Lamine A) : progeria
- Dominant
- Mutation
de novo
- Très rare
(1 / 4.106 naiss.)
ancre
80 cas
répertoriés
dans le monde
Mutation ponctuelle position 1824 gène LMNA (C remplacé par T)
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La pré-lamine A mutée (progérine) reste attachée à la
membrane dans la progéria et déforme le noyau.
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Individus normaux
Passage par les NPCs :
Passage libre (diffusion) : eau, aa, oses, dNTPs, pRNA?
Transport contrôlé :
Progéria
- mRNA
- rRNA (sous-unités séparées)
- protéines : DNA polymérase, lamines, protéines signal
- lipides
Transport vers le noyau : polypeptides avec NLS (Nuclear
Localisation Signal) : ex : PKKKRKV
Amélioration avec
inhibiteurs de farnesyl
transférase (FTase, souris)
Pas de passage de chromosomes ni de grosses protéines.
Eran Meshorer & Yosef Gruenbaum
Nature Medicine 14, 713 - 715 (2008)
3000-4000 NPCs / noyau chez mammifères
8 sous-unités
Filaments
cytoplasmiques
Anneau
cytoplasmique
m. nucl.
externe
m. nucl.
interne
Anneau
nucléaire
Lamina
nucléaire
panier (cage)
nucléaire
Anneau
distal
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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.
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).
Cyanobactéries
hétérocyste
Multicellularité et différenciation cellulaire : inventions bactériennes
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7
Le cilié comporte des
Archées endosymbiotiques
qui se maintiennent dans le
cytoplasme de la cellule.
Exemple actuel d archées endosymbiotiques
Nyctotherus ovalis chez la blatte Periplaneta americana
Nyctotherus ovalis : Cilié Spirotriche
Les Archées endosymbiotiques sont visibles
en lumière fluorescente
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
Excitation : 420 nm
Fluorescence : bleu-vert
Coenzyme F 420
2.2. Vésicules issues de la membrane cellulaire
Entourent l ADN : protection (physico-chim et biol. : phages)
Compartiment mitochondrial et chloroplastique
Transport vers la mitochondrie
De nombreuses protéines sont encodées dans le noyau.
Mitochondrie : 4 sous-compartiments (pour protéines)
- matrice
- membrane interne
- membrane externe
- espace intermembranaire
Le peptide signal forme une hélice α amphipathique
Import vers mitochondrie
-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro
protéines génome mito.
-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser
Met
Ile
Chloroplaste : 6 sous-compartiments (pour protéines)
Thr
15
4
Phe 11
Leu
- matrice
- membrane interne
- membrane externe
- espace intermembranaire
- membrane des thylakoïdes
- espace thylakoïdien
H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln
protéines génome chlo.
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8 1 12
Leu 18
7
Ser 14 3
Ala
Lys
Arg
516 Arg
9 Arg
2
13 Leu
6 Pro
10 17
Gln
Ser Phe Thr
-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.
8
- 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
Un 2e signal, hydrophobe, est nécessaire pour arriver
dans l espace intermembranaire
cytosol
matrice
ATP
cytosol
H+
matrice
Une protéase localisée dans l espace intermembranaire
peut cliver le 2e signal et libérer la protéine dans ce compartiment
Les peroxysomes (= microbodies = peroxisomes
= glyoxysomes chez les plantes)
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).
- 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
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
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
Peroxines
glyoxysomes
protéines
de transport
N
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Les peroxysomes sont des sites majeurs d utilisation
de l oxygène (en plus des mitochondries).
Hypothèse : vestiges des premiers organites utilisant l O 2?
(protection des premières cellules aérobies, avant mito.)
O2
Action de déshydrogénases
Les 4 fonctions principales des peroxysomes :
Alcool déshydrogénase
1) • Oxydation de substrats organiques (R) par les oxydases :
RH 2 + O 2
R + H 2O 2
Permet leur détoxification
ethanol
NAD+
NADH+H+
• 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 H 2 + H 2O 2
R
Cancérigène
Maux de tête
Acétaldéhyde
déshydrogénase
+ 2H 2O
NAD+
H2O
NADH+H+
acide acétique
Dans les peroxisomes
3) Elimination H 2O 2 excédentaire : quand trop d H 2O 2 dans la
cellule la catalase le transforme en eau :
2H 2O 2
éthanal ou acétaldéhyde
2H 2O + O 2
(inoffensif)
4) Début de la beta-oxydation des acides gras à longue chaîne
>8 C
Principale voie de dégradation des acides gras
catalase
acide palmitique (16:0)
acide stéarique (18:0)
acide sérotique (26:0)
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10
Exemple : acide gras à longue chaîne (>8)
acide palmitique (C16:0)
activation
Cytoplasme
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 (C 6 ) génère 38 ATP.
– Le catabolisme de l'acide hexanoïque (H 3C − (CH 2)4 − COOH) :
palmitoyl-CoA
octanoyl-CoA
(C 6 )
2 NADH + H +
2 FADH 2
3 AcétylCoA
1 AMP
2 Pi
45 ATP
(dégradation dans
mitochondries)
peroxisome
vers mitochondries
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.
Origine des peroxysomes
Réticulum endoplasmique (RE)
Encore débattu!
Duhita et al. (2009) : Actinobactéries?
Mais aucun génome et une seule membrane...
- 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 :
- Originaires du RE ?
• RE rugueux (REG) : ribosomes sur la face cytoplasmique
Indiqué par protéome des peroxysomes (Schlüter et al. 2006)
Enzymes codés par la mitochondrie (Gabaldón et al. 2006)
• RE lisse (REL) : pas de ribosomes sur la face cytoplasmique
- Endosymbiose avec bactéries ?
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reticulum : « réseau »
11
REG
granuleux
REL
lisse
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)
Branches du traffic protéique
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
Ribosomes
rétention
rétention
Cytosol
REG
rétention
Mitochondries
Chloroplastes
Peroxysomes
Golgi
Noyau
Lysosomes
Phospholipides membranaires (pour toute la cellule)
Transport en fonction
d une séquence signal
Vésicules de
sécrétion
Surface cellulaire
RE(G) = Reticulum Endoplasmique (Granuleux)
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12
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 NH 2 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.
Glc
Glc
(Glc)3(Man)9(GlcNAc)2
Glc
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)
Le (Glc)3(Man)9(GlcNAc)2 est porté par du dolichol
dans la lumère du RE (ancre lipidique)
Dolichol
Man
Man
Man
Man
Man
Man
Man
Man
R
Man
Glc
NAc
Glc
NAc
NH
R
Asparagine
C=O
Composé d unités isoprène (< 22) et possède une fonction alcool
CH2
dolichol
P
P
DolicholpyrophosphorylGlcNAc2 Man9 Glc3
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PPi
pyrophosphate
13
Construction sucre par sucre de l oligosaccharide dans le RE
– D abord à l extérieur RE
– Finition à l intérieur du RE
Grande diversité des glycoprotéines
Synthèse de lipides (phospholipides, cholestérol) par le RE.
Phospholipide majeur : phosphatidylcholine
(= lecithine) Formé en 3 étapes à partir de :
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.
- glycérol-3-phosphate
- acide-gras-CoA
- CDP-choline
Rem : Certaines protéines sont glycosilées sur le groupe –OH des
sérines et thréonines (et hydroxylysine) : O-glycosylation.
Plus rare. Se fait dans le Golgi.
cytidine 5-diphosphocholine
La synthèse des
lipides se fait
du côté du cytosol
La flippase (protéine)
transfère une partie
des nouveaux phospholipides
dans l'autre feuillet
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14
RE lisse : important dans certains types de cellules
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.
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
Fonction de détoxication : le cytochrome P450 (CYP)
Foie : rôle de stockage et de détoxication. REL important.
Enzyme trouvée dans les trois domaines de la vie
Eucaryotes : face interne du REL et membr. int. mito.
Hemoprotéine (possède un hème)
Ex : prise de phenobarbital (médicament) : la surface du REL
augmente dans les hépatocytes.
Réaction catalysée par le CYP : hydroxylation d un composé RH
Prolifération du RE lisse = plus grande tolérance à certaines
drogues et barbituriques.
RH + O 2 + 2H + + 2e– → ROH + H 2O
De nombreux substrats peuvent être métabolisés.
Les e- proviennent du NADPH.
L appareil de Golgi
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15
- 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)
Exemple :
Golgi bien
développé dans
cellules de Goblet
Cellules
de Goblet
Intestin
Mucus
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.
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16
Exemples
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.
Oligosaccharide
complexe
Ex : UDP-glucose
Autres transporteurs
UDP-NAcGlc
UDP-Gal
CMP-NANA
...
Oligosaccharide
riche en mannose
Nombreuses variations
uridine diphosphate
NANA = N-Acétyl Neuraminic Acid
Fonction principale Appareil de Golgi :
Modification des
oligosaccharides
• 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)
RE
Golgi
UDP
• 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
Branches du traffic protéique
Clivage protéique dans le Golgi
Ribosomes
rétention
rétention
Cytosol
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
REG
rétention
Mitochondries
Chloroplastes
Peroxysomes
Bcp d hormones polypeptidiques et de neuropeptides
sont ainsi activées.
Golgi
Noyau
Lysosomes
Transport en fonction
d une séquence signal
Vésicules de
sécrétion
Surface cellulaire
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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.
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Les modifications covalentes des protéines sont
séquentielles dans le Golgi
Deux modèles pour le fonctionnement du Golgi
RE
• phosphorylation des
oligosaccharides des
lysosomes
• Modèle vésiculaire
Le Golgi est statique. Les vésicules transportent les
macromolécules d une citerne à l autre.
cis
• clivage mannose
• addition GlcNAc
mediane
• addition Gal
• addition NANA
trans
• Modèle de maturation des saccules
Golgi
TGN
lysosomes
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.
vésicules de sécrétion
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
La paroi des lysosomes contient des protéines de
transport : produits de la digestion
cytosol
Des H + sont pompés dans les lysosomes : pH =
C. De Duve
Les protéines membranaires des lysosomes sont protégées
des protéases par leur forte glycosylation.
protéases, nucléases, glycosidases, lipases,
phospholipases, phosphatases, sulfatases
Ce sont des hydrolases acides : optimum = pH 5
pH lysosomes =
pH cytoplasme =
5,0
7,2
5
ATP
H+
hydrolases
acides
pH
protection cytoplasme si fuite
5
ADP + Pi
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
Identification par histochimie
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• autophagie ou autodigestion : mitochondries, REL ayant proliféré...
• Endocytose (coated pits)
lysosome
membrane du RE
endosome
endolysosome
débris
extracellulaires
autophagolysosome
lysosome
mitochondrie
autophagosome
hépatocytes : durée de vie mitochondrie = 10 j
• Phagocytose
lysosome
bactérie
ou
déchets
phagolysosome
phagosome
La Recherche (février 2011)
Triage des hydrolases dans le Golgi par récepteurs du M6P
GOLGI
LYSOSOME
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.
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Rem : les M6P ne sont ajoutés qu à certaines glycoprotéines
dans l appareil de Golgi
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Les vésicules issues du Golgi fusionnant
avec la membrane cellulaire
Le M6P
α-D-Mannose-6-phosphate
Vésicules de sécrétion constitutive
Vésicules fusionnant direct. avec la membrane cytoplasmique
- Apport lipides et protéines à la membrane cytoplasmique
- Apport de matrice extracellulaire (protéoglycanes)
Pi
Vésicules de sécrétion régulée
Stockage des vésicules pour utilisation ultérieure
- Vésicules généralement grandes
- Un signal déclenche la sécrétion
Cellule acineuse du pancréas
Duodénum
≠ hydrolases
En résumé : traffic intracellulaire de vésicules
REG
Golgi
Vésicules de sécrétion
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.
recyclage des membranes
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Plusieurs types de vésicules ≠ sont impliquées et
chacune doit avoir une addresse particulière :
Clathrine
- 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
structure en triskel
Mécanismes encore peu connus
3 chaînes lourdes + 3 chaînes légères
Après formation de la vésicule, la clathrine se détache
Surface interne de la membrane plasmique d un fibroblaste
(cryofixation et cryofracture)
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