SYSTEMES ENDOMEMBRANAIRES ET TRAFIC INTRACELLULAIRE PACES ANNEE UNIVERSITAIRE 2011-2012 ENSEIGNANT : Pr B. BLOCH 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Systèmes endomembranaires et trafic intracellulaire • Caractéristiques générales Définitions et généralités • Les réticulums endoplasmiques • L’appareil de Golgi et ses dérivés • Le système lysosomal • (Le protéasome) 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Réticulum endoplasmique lisse 2 compartiments -Intra cellulaire -Extra cellulaire Vésicules Appareil de Golgi Lysosomes Réticulum endoplasmique granuleux Systèmes endomembranaires : Compartiments membranaires intracellulaires fonctionnant en relation avec la membrane plasmique. 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Système endomembranaire : Fonctionnement - En perpétuel dynamique (synthèses, échanges entre les compartiments, dégradation ) - Echanges avec la membrane plasmique et le milieu extérieur (vésicules,exocytose, endocytose) Système endomembranaire : Fonctions - Synthèses - Métabolismes - Catabolismes -Transports intracellulaires, sécrétions 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Systèmes endomembranaires Réticulum endoplasmique lisse Réticulum endoplasmique granuleux Synthèse protéïque (traduction) • Synthèse de lipides et de stéroïdes • Stockage et libération du calcium • Autres fonctions Appareil de Golgi • Tri et adressage • Modifications moléculaires post-traductionnelle et autres • Formation de vésicules Lysosomes Peroxysomes Protéasome Lysosome Hydrolyse Dégradation Grain de Sécrétion Sécrétion régulée 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Vésicule de transport Sécrétion constitutive Systèmes endomembranaires – structure • CAVITES : Citernes intercommunicantes délimitées par des endomembranes (Réticulums, Appareil de Golgi……) Bicouche de phospholipides Protéines et sucres associés Bicouche de phospholipides Protéines et sucres associés • VESICULES : Systèmes clos. Une endomembrane entourant un contenu (Lysosomes, Endosomes, Grains de sécrétion……) 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Synthèses, métabolismes et transports intracellulaires dans le cytoplasme (Pancréas exocrine) Exocytose Grains de sécrétion (grains de zymogène) (Stockage et exocytose) Appareil de Golgi (métabolisme et formation de vésicules) Réticulum endoplasmique granuleux (synthèse protéique) 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Les réticulums • Caractéristiques générales • Le réticulum endoplasmique lisse • Le réticulum endoplasmique granuleux 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Réticulum endoplasmique lisse (REL) Réticulum endoplasmique Granuleux (REG) 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Réticulums endoplasmiques • Présents dans (tous) les types cellulaires • 50% des membranes de la cellule • 10 à 30 fois la surface de la membrane plasmique • Abondance du REL et du REG très variable selon besoins et types cellulaires et en fonction de l’activité de la cellule • Citernes intercommunicantes délimitées par une bicouche phospholipidique – plus mince que la membrane plasmique (pas de cell coat) – Mêmes catégories de lipides – Protéines (dont enzymes ++) 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Les réticulums dans la cellule pancréatique exocrine et le neurone Grains de zymogène Appareil de Golgi Corps cellulaire (réticulum granuleux et lisse) Axone (réticulum lisse) Réticulum endoplasmique granuleux Pancréas exocrine Neurone 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Les réticulums - microscopie optique Réticulum endoplasmique granuleux (Corps de Nissl; neurone) Réticulum endoplasmique lisse (Corticosurrénale; cellules endocrines productrices d’hormones stéroïdes) 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Organisation du réticulum endoplasmique (microscopie électronique) Réticulum endoplasmique lisse Endomembranes et cavités intercommunicantes Réticulum endoplasmique granuleux Endomembranes, cavités, ribosomes et molécules associées (ARN messager, ARN de transfert) Microscopie électronique Membranes Ribosomes http://class.kmu.edu.tw 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Les réticulums • Caractéristiques générales • Le réticulum endoplasmique lisse - Localisation et organisation. - Principales fonctions. • Le réticulum endoplasmique granuleux 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Localisation et structure du réticulum endoplasmique lisse • Peu développé dans la plupart des cellules sauf besoins spécifiques ; abondance très variable – Cellules à sécrétion stéroïde +++ (cortico-surrénale) – Hépatocytes (adaptation ++) • Localisation intracellulaire spécifique en rapport avec des besoins locaux – Neurone : corps cellulaire et prolongements – Cellule musculaire striée squelettique : sarcoplasme (Tubules L) entre les myofibrilles 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Fonctions du réticulum endoplasmique lisse • Synthèse des phospholipides membranaires • Stockage et libération du calcium (muscles, neurone,…..) • Hydroxylation de molécules Cytochrome P450 : Détoxification et solubilisation de molécules (éthanol; médicaments; bilirubine) • Production des hormones stéroïdes sexuelles et surrénaliennes • Participation à la production de glucose (glucose-6-phosphatase) - • Production d’ions H+ et Cl (épithélium gastrique) 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Cellule productrice d’hormones stéroïdes Gouttelettes lipidiques http://class.kmu.edu.tw Réticulum lisse Mitochondries à crêtes tubulaires Goutelette lipidique Corticosurrénale (glucocorticoïdes; aldostérone) Réticulum endoplasmique lisse 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Biosynthèse des hormones stéroïdes D5_ prégnénolone Mitochondrie Cholestérol Hormones stéroïdes surrénaliennes Cholestérol Progestérone Gouttelette lipidique Hormones stéroïdes sexuelles Réticulum endoplasmique lisse Oestrone; testostérone 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Les réticulums • Caractéristiques générales • Le réticulum endoplasmique lisse - Localisation et organisation. - Principales fonctions. •• Le Le réticulum réticulum endoplasmique endoplasmique granuleux granuleux 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Localisation et structure du réticulum endoplasmique granuleux Abondance variable selon le besoin de synthèse protéique – Neurone – Cellule pancréas exocrine – Muscle strié squelettique – Hépatocyte Disposition ubiquitaire ou restreinte Association de citernes anastomosées et de ribosomes - En continuité avec la citerne de l’enveloppe nucléaire 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Neurone et cellule pancréatique exocrine http://class.kmu.edu.tw Corps de Nissl Grains de zymogène Grains de zymogène Appareil de Golgi REG Réticulum endoplasmique granuleux 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Le ribosome Petite sous-unité ARN messager 5’ 3’ Exit Grande sous-unité Peptidyl Aminoacyl ARN transfert Arg Peptidyl transferase 1 5’ Poly(ribo)somes 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch 3’ Petite sous-unité ARN messager 5’ 3’ Exit Peptidyl Grande sous-unité 4 Aminoacyl 5 5 3 NH2 2 1 Peptidyl transferase 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch 3’ ARNm 5’ 3’ Exit Peptidyl 5 Aminoacyl 6 4 3 2 Peptidyl transferase 1 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch 3’ ARNm 5’ 3’ Exit Aminoacyl Peptidyl Peptidyl transferase 3’ 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Protéosynthèse dans le réticulum endoplasmique granuleux 5’ ARNm 3’ 2) Allongement de la protéine 1) Synthèse du peptide signal (20 à 40 aa) - hydrophobe - N terminal - linéaire 5) Clivages par des ***endopeptidases 3) Clivage du peptide signal et passage dans les citernes du réticulum 4) Repliement (Chaperonnes) 6) Glycosylations/ déglycosylations 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Passage des protéines dans les citernes du réticulum endoplasmique granuleux 5’ 3’ Système d’ancrage : • PRS ( Particule de reconnaissance du signal ) • Récepteur de la PRS Protéine chaperonne Translocon Clivage du peptide signal 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Protéosynthèses Réticulum endoplasmique granuleux Poly(ribo)somes associés à des cytomembranes Protéines sécrétées Poly(ribo)somes libres www.botany.hawai.edu Polysomes libres Protéines de la chromatine, du cytosquelette, des ribosomes, des mitochondries …… 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch L’appareil de Golgi et ses dérivés • Introduction • Caractéristiques structurales et métaboliques - Aspect en microscopie optique - Aspect en microscopie électronique - Compartimentation fonctionnelle • Fonctionnement et fonctions de l’appareil de Golgi - Généralités - Tri et adressage - Fonctions métaboliques 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Réticulum endoplasmique lisse Réticulum endoplasmique granuleux Synthèse protéïque (traduction) Appareil de Golgi • Tri et adressage • Modifications moléculaires post-traductionnelle et autres • Formation de vésicules Lysosome Hydrolyse Dégradation Grain de Sécrétion Sécrétion régulée 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Vésicule de transport Sécrétion constitutive Appareil de Golgi Réseau complexe d’endomembranes lisses : Saccules : citernes aplaties, incurvées, empilées, de 1 µm de - Saccules diamètre - Vésicules Vésicules nombreuses Position juxtanucléaire ou supranucléaire (cellules polarisées) corrélée à celle des microtubules Dictyosome : association des saccules et des vésicules Orienté morphologiquement et fonctionnellement - Face cis proche du réticulum endoplasmique - Face trans orientée vers les dérivés vésiculaires Variations quantitatives (dictyosomes +/- nombreux) - En fonction de la spécialisation fonctionnelle de la cellule - En fonction de l'activité métabolique 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Face trans Face cis 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch L’appareil de Golgi et la production de protéines dans la cellule pancréatique exocrine 20 minutes 5 minutes Grains de zymogène Appareil de Golgi Réticulum endoplasmique granuleux Leucine radioactive incorporée dans les protéines 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch 60 minutes Sécrétion constitutive Sécrétion régulée Grains de sécrétion Vésicules de transport à coatamères Voie lysosomale Pré-lysosomes Organites cytoplasmiques Trans Golgi Network Face Trans, de maturation Vésicule à clathrine Vésicule à coatamères Vésicules latérales Saccules Face Cis, de formation Réticulum endoplasmique granuleux 2011- 2012 UE2 - La celluleTransport et les tissusrétrograde Transport antérograde Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Noyau a Face de maturation (trans) Trans Golgi network Face de formation (cis) 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Appareil de Golgi. Compartimentation fonctionnelle Golgi face cis Golgi median Golgi face trans 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Tri, adressage et concentration dans différents compartiments 3 étapes successives 1- Formation d'un bourgeon à la membrane d'un compartiment donneur manteau (clathrine ou COP I ou II) face cytoplasmique protéines transmembranaires protéines à transporter concentrée 2- Formation d'une vésicule par pincement du bourgeon. Cette étape permet d'isoler une fraction du compartiment donneur 3- Arrimage de la vésicule au compartiment qui la reconnait. Fusion membranaire ; La vésicule déverse son contenu dans le compartiment accepteur et sa membrane sera intégrée à ce dernier. 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch L’appareil de Golgi • Introduction • Caractéristiques structurales et métaboliques - Aspect en microscopie optique - Aspect en microscopie électronique - Compartimentation fonctionnelle Fonctionnement et et fonctions fonctions de de l’appareil l’appareil de de Golgi Golgi •• Fonctionnement - Généralités - Tri et adressage - Fonctions métaboliques 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Réticulum endoplasmique lisse Réticulum endoplasmique granuleux Appareil de Golgi • Modifications moléculaires post-traductionnelles et autres • Tri • Concentration • Adressage Lysosome • Hydrolyse • Dégradation Grain de Sécrétion • Sécrétion régulée Vésicule de transport • Sécrétion constitutive 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Principales fonctions de l’appareil de Golgi • Formation de dérivés vésiculaires : prélysosomes; grains de sécrétion; vésicules de transport . • Tri et adressage. • Concentration. • Métabolisme post-traductionnel (des protéines) - Protéolyse des précurseurs (hormones) - Glycosylations, déglycosylations des protéines - Phosphorylations (mannose,…….) - Sulfatation et création de ponts disulfures (insuline; mucus; substance fondamentale) - Amidation (activité biologique des hormones) • • Couplage des glycolipides. Participation à la synthèse des protéoglycanes et des glycosaminoglycanes. 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Tri et adressage à partir de l’appareil de Golgi Hormones peptidiques Sécrétions exocrines Protéoglycanes et polysaccharides (membrane plasmique, matrice extracellulaire) Exocytose; sécrétion régulée Sécrétion constitutive Grains de sécrétion Voie lysosomale Pré-lysosomes Vésicules de transport à coatamères Organites cytoplasmiques Trans Golgi Network Face Trans, de maturation 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Tri et adressage à partir de l’appareil de Golgi Sécrétion régulée - Grains de sécrétions Sécrétion régulée Grains de sécrétion (hormones peptidiques/ sécrétions exocrines) Exocytose par fusion de la membrane des grains de sécrétion et de la membrane plasmique cellbio.utmb.edu/cellbio/end7.jpg 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Tri et adressage à partir de l’appareil de Golgi Sécrétion constitutive Extérieur de la cellule Intérieur de la cellule Microvillosités avec cell coat (flèches) 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch Glycosylations-déglycosylations des protéines dans l’appareil de Golgi N-glucosamine Fucose Galactose Acide sialique Trans Glycosylations ( glycosyl-transférases ) Médian Déglycosylations ( mannosidases,…. ) Cis (Glucose)3-(Mannose)9-(N-acétylglucosamine)2 Asp / Try Asp / Try REG 2011- 2012 UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics intracellulaires. Pr B.Bloch REG Production des hormones peptidiques à partir de leur précurseur protéique S S Insuline Ponts disulfures Chaine a 30 aa Grain de sécrétion S S Peptide C S S S S 21aa Proinsuline b-lipotropine (91 aa) a-MSH Chaine b Peptide C 35aa Protéolyse Amidation Sulfatation Glycosylations Déglycosylations a-MSH (17 aa) b-endorphine (31 aa) ACTH (39 aa) Appareil de Golgi ( 86 aa ) ACTH b-endorphine b - lipotropine Pro-opio-mélanocortine (185 aa ) Réticulum Endoplasmique Granuleux Pré-proinsuline Pancréas endocrine Prépro-opio-mélanocortine 2011- 2012 Adénohypohyse; encéphale UE2 - La cellule et les tissus Systèmes endomembranaires et trafics Site de glycoslylation Point de clivage protéolytique : 2 aa basiques ( Lys; Arg ) intracellulaires. Pr B.Bloch