Biologie cellulaire

Biologie cellulaire
Acheminement des protéines vers la membrane
(face cytoplasmique), le peroxysome, la
mitochondrie ou le noyau
Dans cette ressource, nous nous focalisons sur les processus qui assurent
l'acheminement vers leurs cibles respectives des protéines traduites par les
ribosomes « libres » et destinées à la membrane (face interne), au
peroxysome, à la mitochondrie ou au noyau. Ces protéines restées dans le
cytoplasme à l'issue du premier tri vont être progressivement dirigées vers
leur site définitif grâce à un étiquetage fourni par des séquences amino
acidiques précises, les peptides de destination. Ces peptides sont reconnus par
des récepteurs qui assurent donc la sélectivité d'orientation. Le passage de la
protéine à l'intérieur de la mitochondrie ou du peroxysome est assuré par des
transporteurs protéiques (qui forment un canal d'environ 2 nm), assistés par
de nombreuses protéines chaperonnes. Ces dernières gardent les protéines en
transit dans l'état déplié nécessaire à leur passage par l'étroit canal. De plus,
par des mécanismes encore mal compris, elles favorisent le passage en
hydrolysant l'ATP (transport actif). En revanche, les protéines et les ARN,
collectivement nommés « charge », traversent l'enveloppe nucléaire dans leur
état replié et même parfois sous forme de grands complexes (tels le
ribosome). La sélectivité du transport à travers l'enveloppe nucléaire est
assurée par de nombreux récepteurs, et son orientation est déterminée par la
GTPase Ran.
Prérequis :
 Avoir compris le rôle du peptide signal dans le premier tri.
 Avoir une notion de l'existence de différents organites cellulaires.
 Avoir une notion de la composition chimique de la protéine (séquence
d'acides aminés).
 Avoir compris le rapport entre nature des acides aminés et caractère
hydrophobe ou hydrophile de certains domaines de la protéine.
 Avoir une notion de l'importance de la nature de la protéine dans son
d'insertion (ou non) dans la membrane.
 Avoir compris que l'association avec des nucléotides (adénosine ou
guanosine), sous forme triphosphate ou diphosphate, influence la
configuration spatiale de la protéine.

Objectifs :
 Comprendre comment un peptide de destination et son récepteur
peuvent orienter une protéine vers son site cellulaire (ou
extracellulaire).
 Comprendre comment une protéine peut s'ancrer sur un lipide de la
membrane (face cytoplasmique).
 Comprendre le rôle de protéines chaperonnes dans la protection des
cellules contre la formation d'agrégats protéiques.
 Comprendre comment le gradient de Ran (GTP et GDP) peut
déterminer le sens du transit de la charge à travers le pore nucléaire.
 Connaître la fonction principale du peroxysome (assurer la β-oxydation
de longues et très longues chaînes d'acides gras).
Temps de travail prévu : 3 heures
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Sommaire :
:: Introduction
:: Acheminement post-traductionnel des protéines : deuxième tri
:: Mécanismes de l'ancrage à la membrane (coté cytoplasmique)
Mécanismes de l'import des protéines dans les organites
Import des protéines dans la mitochondrie
:: Protéines portant un peptide N-terminal de destination
:: Protéines portant un peptide de destination situé au milieu de la chaîne
polypeptidique
Import des protéines dans le peroxysome
:: Remarque sur la fonction des peroxysomes
:: Biogenèse des peroxysomes
:: Transport des enzymes peroxysomales matricielles à travers la
membrane
Traversée de l'enveloppe nucléaire
:: Structure du pore nucléaire
:: Trafic moléculaire au travers du pore
:: Orientation du transport nucléaire : rôle de Ran
:: Régulation du trafic
Introduction

Dans la ressource précédente, nous avons vu le résultat du premier tri des
protéines : rester dans le cytoplasme ou entrer dans la lumière du réticulum
endoplasmique. Le devenir des protéines entrées dans le réticulum a aussi été
détaillé. Dans cette ressource, nous allons maintenant évoquer comment les
protéines restées dans le cytoplasme vont être incorporées dans la face interne
de la membrane (protéine membranaire intrinsèque) et dans les organites tels
que peroxysome, mitochondrie ou noyau (voir figure 1).
Figure 1. Deux compartiments
Sommaire
Acheminement post-traductionnel des protéines :
deuxième tri
Au cours de ce deuxième tri, les séquences de destination sont à la fois
nécessaires et suffisantes pour guider les protéines vers leurs organites cibles.
En effet, expérimentalement, la transplantation d'une séquence de destination
appartenant à une protéine mitochondriale sur une protéine cytoplasmique,
déroute cette dernière, mal étiquetée, vers la mitochondrie. Les séquences de

destination se lient à des récepteurs présents sur l'organite cible, puis la
protéine traverse la membrane par les canaux protéiques de translocation : les
translocons. Pour éviter d'éventuelles fuites de solutés, ces canaux sont
transitoirement obturés et ne s'ouvrent que lorsque la protéine se présente. Le
passage de la protéine se fait en quelques dizaines de secondes et requiert
pour orienter la translocation, l'hydrolyse de l'ATP ou un gradient
électrochimique (dans la mitochondrie au niveau de la membrane interne).
Sommaire
Mécanismes de l'ancrage à la membrane (coté
cytoplasmique)
Certaines protéines synthétisées sur les ribosomes libres sont destinées à être
ancrées dans la membrane (face interne) par l'intermédiaire d'un lipide. Deux
possibilités existent :
1. ancrage par des acides gras saturés tels que le myristate (long de
14 carbones) qui est ajouté sur la glycine en position amino-terminale,
ou le palmitate (long de 16 carbones) qui est lié à la cystéine en
position carboxy-terminale (protéines–G hétérotrimériques ou
monomériques telles que Ras),
2. ancrage par des isoprénoïdes tels que le farnésyl (long de 15 carbones)
ou le géranylgéranyl (long de 20 carbones) qui sont liés aux résidus
cystéines localisés dans la région carboxy-terminale ou dans des motifs
structuraux spécifiques (protéines– hétérotrimériques, ou
monomériques telles que Ras). (voir figure 2 et son deuxième plan).

Figure 2. Myristylation et isoprénylation
[Cliquez sur la loupe pour plus de détail...]
Sommaire
Mécanismes de l'import des protéines dans les
organites
Dans ce chapitre, nous donnerons une brève description des mécanismes
respectivement responsables du transport des protéines vers l'intérieur de la
mitochondrie, du noyau ou du peroxysome.
Sommaire
Mécanismes de l'import des protéines dans les organites
Import des protéines dans la mitochondrie
La mitochondrie est entourée par deux membranes, externe et interne,
constituant l'enveloppe.
Chaque membrane contient des translocons spécifiques : TOM (translocon of
the outer membrane) et TIM (translocon of the inner membrane). TOM et