Epiderme de Tulipe Cellules chlorophylliennes d`Elodée
publicité
Cellules chlorophylliennes d’Elodée N Epiderme de Tulipe Un organite original : les vacuoles des plantes supérieures 1. Caractéristiques structurales et composition 1.1. Données de la microscopie : caractéristiques structurales 1.2. Données biochimiques : composition du suc vacuolaire 1.3. Données biochimiques : composition protéique du tonoplaste 2. La vacuole et l’équilibre hydrique des cellules végétales 2.1. L’équilibre hydrique des cellules végétales 2.2. Le contrôle de l’ouverture des stomates 3. Fonctions lytiques et de stockage 3.1. Deux populations de vacuoles dans une même cellule 3.2. Les fonctions de stockage 3.2.1. Accumulation des composés du métabolisme primaire 3.2.1. Accumulation des proténes de réserve dans les graines 3.2.1. Accumulation des composés du métabolisme secondaire 3.3. Les fonctions lytiques 3.4. L’adressage des protéines dans les vacuoles 4. Conclusion Vacuole centrale • Vacuole unique •Volume important (jusqu’à 80-90% vol. cellulaire) •Peu dense aux électrons vacuus = vide •Organite limitée par une membrane simple = le tonoplaste •Travées cytoplasmiques Cellule méristématique d’apex racinaire Différenciation de cellules du tapis de l’anthère (Lin et al. 2001) A B A B C C Biogenèse de l’appareil vacuolaire (d’après Marty, 1999) PM : membrane plasmique E : endocytose ER : réticulum endoplasmique TGN : réseau trans-Golgien PVC : compartiment prévacuolaire AV : vacuoles d’autophagie 1. 2. 3. 4. 5. 6. Voie de sécrétion Tri dans le TGN Transport PVC -> vacuole Transport direct du RE Endocytose Autophagie 7. Transport direct à travers le tonoplaste Processus d’autophagie 1. Formation de « cages cytoplasmique » par fusion de tubules provacuolaires N 1 N 2 N 3 2. Digestion du contenu domaine cytoplasmique ainsi délimité 3. Dissociation d’une des membranes et transformation en vacuole N Composition du suc vacuolaire • pH = 5,0-5,5 (2,5 - 7,0) •Ions : K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO42-, PO43-, NO3-… •Acides : citrique, malique, ascorbique (vit. C), oxalique… • Glucides : saccharose, inuline, stachyose… • Acides aminés (peu abondants) • Protéines (hydrolases, protéines de réserve…) • Composés du métabolisme secondaire : flavonoïdes (pigments), composés cyanogénétiques, tanins, alcaloïdes Analyse protéomique des vacuoles de feuilles de rosette d’Arabidopsis thaliana (d’après Carter et al., 1999) Plamolyse des cellules végétales Cellules d’épiderme de pétale de Tulipe Osmolarité du milieu Cellule de parenchyme cortical de racine d’Oignon Equilibre hydrique des cellules végétales Osmomètre : Cellule végétale Yp Pression osmotique : p=RxTxC R = cte gaz parfaits T = température C = concentration en substances dissoutes Potentiel osmotique : Ys = - p plamolyse turgescence Pression de turgescence : Yp Potentiel hydrique : Yh = Ys + Yp Le contrôle de l’ouverture des stomates Cellules de garde d’un stomate fermé Deux types de vacuoles V1 = Vacuoles de stockage de protéines • pH neutre • α-TIP (Tonoplast Integral Portein) V2 = Vacuoles lytiques • pH acide • γ-TIP Protoplaste de cellules à aleurone (marqueur fluorescent) Accumulation vacuolaire de composés du métabolisme • Acides carboxiliques : • Acide malique : plantes en C4, maintien du pH intracellulaire par stockage vacuolaire • Acide oxalique : photosynthèse, cellules à cristaux d’oxalate de Ca2+ • Glucides : • Saccharose : Betterave et Canne à sucre • Inuline : polymère de fructose • Protéines de réserve • Composés du métabolisme IIaire: • Pigments • Protéines de défense et substance délétères pour les animaux : Lectines, inhibiteurs de portéases, alcaloïdes, composés cyanogéniques... • Xénobiotiques Vacuoles de stockage de protéines Immunodétection de prolamines dans une vacuole de Graminée ER prolamines Appareil de Golgi Corps protéiques issus du Golgi globulines Pré-vacuole autophagie Vacuole de stockage des protéines Fusion entre une vésicule dense et une vacuole de stockage Bourgeonnement de corps protéiques à partir du réticulum Les hydrolases vacuolaires • Protéases : aminopeptidases, carboxypeptidases… • Glycosidases : invertase, a-mannosidase, saccharose inulase… • Estérases : phosphatase acide… • Ribonucléases •… Glycérol-P + H2O PA Glycérol + P + Pb2+ Précipité Pb3(PO4)2- Détection cytochimique d’une activité phosphatase acide La fonction lytique des vacuoles • Mobilisation des réserves : fusion avec les vacuoles de stockage • Autophagie : accumulation de réserves, dédifférenciation cellulaire… • Sénescence cellulaire : destruction du tonoplaste et libération des enzymes lytiques dans le cytoplasme • Phagocytose d’organismes pathogènes, voire symbiotiques Signaux d’adressage à la vacuole REG Golgi Provacuole vacuole Peptide signal d’adressage au réticulum + • Propeptide d’adressage vacuolaire • clivé • N- ou C-terminal (NTPP ou CTPP) • pas de concensus net : motif structural ? ou • Séquence d’adressage intramoléculaire Buchanan Plan du cours Introduction 1. Les progéniteurs habituels des chloroplastes 1.1.Les plastes des cellules méristématiques, les proplastes 1.1.1. Caractéristiques des proplastes 1.1.2. Différenciation des plastes au cours de la différenciation cellulaire : biogenèse des thylakoïdes 1.2. Les étioplastes, précurseurs des chloroplastes dans les cellules à l’obscurité 1.2.1. Structure des étioplastes 1.2.2. Différenciation au cours de la dé-étiolation. 2 . Des plastes à caractéristiques biochimiques très différenciées 2.1. Les chromoplastes 2.1.1. Caractéristiques structurales et biochimiques. 2.1.2. Différenciation d’un chloroplaste en chromoplaste au cours du mûrissement du fruit 2.2. Les amyloplastes 2.2.1. Caractéristiques structurales et biochimiques. 2.2.2. Perception de la gravité par les amyloplastes. 2.3. Autres leucoplastes Conclusion Diversité des plastes chloroplaste proplaste chromoplaste amyloplaste étioplaste Le chloroplaste Thylacoïde Granum Enveloppe Qu’est-ce qu ’un plaste ? • organite cellulaire, • limitée par une enveloppe constituée de deux membranes, • capable de se diviser, • contenant sa propre information génétique (ADN circulaire), • capable de différenciation, par ex. en chloroplaste. Granule d’amidon Plastoglobules (lipides) Schéma d’interconversion des plastes étioplaste chloroplaste proplaste gérontoplaste chromoplaste amyloplaste Les proplastes • plaste ovoïde, non coloré • 0,2-1µm ; 20 / cellule Angiospermes • peu ou pas de membranes internes • éventuellement grains d ’amidon Proplaste de méristème apical d’Arabidopsis thaliana (Reiter et al., 1994) Proplaste d’une cellule de méristème racinaire proplastes 1 2 3 chloroplastes 4 (Vothknecht et Westhoff, 2001) Modèle de différenciation des proplastes en chloroplastes proplaste chloroplaste protéines 2 1 formation des thylacoïdes formation des grana 1. Invagination de la membrane interne puis formation de vésicules de la membrane interne vers les thylacoïdes 2. Assemblage nécessitant les complexes photosynthétiques (notamment LHC) ADN préARNm ARNm protéines D’après Vothknecht et Westhoff (2001) noyau Les étioplastes CP Cotylédon d’Arabidopsis thaliana CP Feuille étiolée d ’Orge • Peu ou pas de membranes internes • Corps Prolamellaire (CP) = structure paracristalline constituée de lipides et protéines Dé-étiolation d’étioplastes d’Arabidopsis thaliana (Reiter et al., 1994) Etioplaste Plaste après 4h de lumière lumière Chloroplaste, après 24h de lumière Les chromoplastes Chromoplastes globulaires Chromoplaste tubulaire Chromoplaste membraneux Les amyloplastes Racine d’Arabidopsis thaliana Amyloplaste d’un organe de réserve Métabolisme (très) simplifié des plastes : (1) sucres, ATP et pouvoir réducteur CO2 ADP ADP ATP ATP + NADPH, H+ oses amidon ADP-Glu Pi oses + ATP + NAD(P)H, pentoses P H+ G6P glycolyse amyloplastes Amyloplastes et perception de la gravité Cellules spécialisées, statocytes, contenant des statolithes (amyloplastes) Gravité sédimentation des amyloplastes Hypocotyle C Racine D C : cytosquelette d’actine D : amyloplastes modification du cytosquelette d’actine activation de canaux sensible à la tension Signal intracellulaire (Ca2+, H+, InsP3) D’autres plastes… Elaioplaste (cellule glandulaire de Peuplier) Gérontoplaste
