La cellule et les organites intracellulaires Jean-Charles Deybach & Hervé Puy

Biologie fondamentale UE 2.1 - 2010
La cellule et les organites intracellulaires
Jean-Charles Deybach & Hervé Puy
Biochimie & Biologie Moléculaire
Rappel sur l’évolution
Soupe prébiotique
=
6 éléments essentiels
C H O N S P

1ères molécules
=
ARN - Acides aminés
acides gras – sucres
ADN
énergie, membranes et métabolisme

Double couche phospholipidique
=sélection de chaînons
membrane cellulaire
métaboliques efficaces
plus d’énergie

Adaptation à l’environnement par symbiose de 2 systèmes différents 
Respiration aérobie et anaérobie

Evolution spécifique et fonctionnelle des cellules

Organisation pluricellulaire
Tailles et formes des cellules
Réception de signaux issus
de 100.000 autres cellules
Différents exemples de cellules
A : cellule nerveuse humaine
B : paramécie
C : cellules de jeune plante (tige)
D : bactérie minuscule
E : neutrophile englobant un globule rouge
lignine
cellulose
Globule blanc
polynucléaire neutrophile
Globule rouge
Cils vibratiles
Cellules procaryotes : 1 à 10 µm
Plus petits procaryotes : ~ 0,1 à 1 µm
Bactéries d'environ 1 à 2 µm
de diamètre vues au
microscope optique (X1000)
Cellules eucaryotes : 10 à 100 µm
Plus petite cellule humaine = spermatozoïde (~ 3 µm)
Plus grande cellule humaine = ovule (~ 100 µm)
Si une cellule
animale avait
la taille d'un
immeuble de
six logements
1 µm = 1/1000 mm
1 nm = 1/1000 µm
Virus (50 à 100 nm)
Bactérie (2 µm)
Protéine ~ 3 nm
Les éléments de la cellule
Structure générale d'une cellule animale eucaryote
1. Les membranes
Composition des membranes
•
Lipides (phospholipides et cholestérol) (~43%)
Forment le squelette des membranes
Pas de cholestérol chez les procaryotes
•
Protéines (récepteurs, transporteurs, enzymes) (~49%)
Attachés plus ou moins fortement aux phospholipides (liaisons
ioniques, hydrophobes, ponts hydrogène etc.)
•
Glucides (glycoprotéines ou glycophospholipides) (~8%)
1. Les membranes
Fonctions de la membrane plasmique
• La compartimentation (séparation de l’extérieur et l’intérieur de la cellule).
• Les échanges d’information avec d’autres cellules (récepteurs hormonaux, jonctions gap).
• La régulation du transport des ions, protéines, sucres graisses, etc..
• Les mouvements cellulaires (pseudopodes, endocytose-exocytose).
• Les phénomèmes de reconnaissance (antigène de surface)
• La régulation du métabolisme (transduction intracellulaire des signaux extracellulaires)
• Un site pour les réactions chimiques ne pouvant pas se produire dans un environnement
aqueux
1. Les membranes
Cholestérol
1. Les membranes
1. Les membranes
La compartimentation membranaire
Pour une cellule eucaryote
Surface de la membrane
plasmique 1500 mm2
Surface des membranes
internes 45 000 mm2
Surface du cytosquelette
150 000 mm2
1. Les membranes
La couche bi-lipidique agit comme une barrière
perméable mais sélective
Les protéines
membranaires sont
indispensables pour le
transport des
• molécules polaires
• ions
Modèle de la membrane plasmique
Glycoprotéine
Cholestérol Phospholipides
Glycophospholipide
GLYCOCALYX
7. 5 nM
Protéines intégrées
ou intrinsèques
Protéine extrinsèque
Structure trilaminaire
de la bicouche
lipidique (microscopie
électronique)
Fonctions de la membrane plasmique
La compartimentation (séparation de l’extérieur et l’intérieur
de la cellule).
Les échanges d’information avec d’autres cellules
(récepteurs hormonaux, jonctions gap).
La régulation du transport des ions, protéines, sucres
graisses, etc..
Les mouvements cellulaires (pseudopodes, endocytoseexocytose).
Les phénomèmes de reconnaissance (antigène de surface)
La régulation du métabolisme (transduction intracellulaire des signaux extracellulaires)
Procure un site pour les réactions chimiques ne pouvant
pas se produire dans un environnement aqueux
Protéines membranaires
•
Chaque membrane possède son lot de protéines spécifiques lui
permettant d’effectuer ses fonctions propres.
•
Les protéines membranaires sont intégrées, ou associées.
•
La plupart des protéines intégrées possèdent au moins un domaine
transmembranaire (en conformation hélice-α)
•
D’autres protéines intégrées sont liées de façon covalente à des
chaînes de carbone (queue hydrophobe).
•
Les protéines associées interagissent avec la membrane via les
protéines intégrées.
Les récepteurs sont regroupés en
quatre principales classes
Figure 20-3a,b
Les récepteurs sont regroupés en
quatre principales classes (suite)
…
c) Récepteurs associés à des enzymes tyrosine
kinase
d) Récepteurs avec activité enzymatique
intrinsèque
e) TOLL-Like Receptors
Les récepteurs couplés aux protéines
G et leurs effecteurs
• Chez les mammifères, un grand nombre de récepteurs de
surface sont couplés à une protéine G trimérique pour
transmettre les signaux
• Le ligand active le récepteur, qui lui active la protéine G, qui
elle active une enzyme effectrice pour générer un ‘second
messager’.
• Tous les récepteurs couplés aux protéine G possèdent 7
domaines transmembranaires avec leur extrémité ‘N’ à
l’extérieur et l’extrémité ‘C’ à l’intérieur de la membrane.
• Ces récepteurs sont impliqués dans tout un spectre de voies
métaboliques incluant: détection de la lumière, l’odorat,
réponses à certaines hormones et neurotransmetteurs.
Le récepteur B2-adrénergique
humain est une glycoprotéine
formée de 7 domaines
transmembranaires (tm1-tm7)
Sites de glycosylation
Liaison S-S
(e2- e3)
e1
e4
e3
La noradrénaline, l’adrénaline,
les agonistes et/ou les antagonistes
se lient dans une cavité formée par
tm3-tm6
Noradr.
Noradr.
tm1
tm2
tm3 tm4
Couplage avec Gs [i3(tm5-tm6)-i4]
i1
Désensibilisation si phosphorylation
de certains AA (seulement B1 et B2)
i4
i2
Transduction des signaux: GTPase
Figure 20-5a
La protéine G trimérique lie le récepteur
b-adrénergique et l’adénylate cyclase
Figure 20-16
Transduction du signal de l’AMP
cyclique au processus de transcription
Figure 20-48a
Transduction des signaux:
Protéines adaptatrices
Protéines de transport
Exemple de transporteur: chez les
mammifères, GLUT1 transporte le
glucose à l’intérieur des cellules
Figure 15-7
Transport par les uniporteurs
• Les uniporteurs accélèrent un phénomène qui est déjà
thermodynamiquement favorable (comme les enzymes)
• Ce type de transport est appelé ‘transport facilité’ ou
‘diffusion facilitée’
• Trois caractéristiques distinguent le transport facilité de la
diffusion passive
– Le taux de diffusion est de beaucoup augmenté en
présence de transporteurs
– Transport est spécifique
– Transport se fait via un nombre limité de transporteurs
Transport actif par les pompes à ATP
La Ca2+ ATPase pompe les ions Ca2+ du
cytosol dans le réticulum sarcoplasmique
Composition de la Na+/K+ ATPase
Les symporteurs liés au Na+ importent
les acides aminés et le glucose dans
plusieurs cellules
Modèle proposé pour le
fonctionnement du ‘deux Na+/unglucose’ symporter
Différentiations de la
membrane cellulaire
-Jonctions serrées
-Jonctions “gap”
-Desmosomes
2 cellules épithéliales de l’intestin
Cavités de l’intestin
Bordure
en brosse
(800nm)
Jonctions serrées
Desmosome de ceinture
(plakoglobulines)
Desmosomes ponctuels
Microvillosités
Filaments
d’actine
Tonofilaments
(kératine)
(desmoplakines et plakoglobulines)
Jonctions gap
Fluide interstitiel
Lame basale
Hémidesmosome
(pas de plakoglobulines)
Jonctions serrées
2 membranes
plasmiques
cellule 1
cellule 2
600 nm
Rangées
de protéines
Espace intercellulaire
de 0 nm
Moitié cytoplasmique
de la bicouche lipidique
Jonctions gap
Espace intercellulaire
de 2-4 nm
ouvert
tunnel de 2 nm
de diamètre
Jonction gap
constituée de 2 x 6
molécules de connexine
(2 connexons) formant
un tunnel de 2 nm
de diamètre
• Permettent le passage de molécules de PM < 1000
• Régulation ouvert-fermé par le Ca et le pH
• Pas de barrière au passage du fluide interstitiel
fermé
Ca2+
Ca2+
pH
pH
Desmosome ponctuel
Membrane
plasmique
Plaque cytoplasmique
(desmoplakines et plakoglobines)
Espace
intercellulaire
de 20 nm
Tonofilaments
(kératine)
500 nm
cellule 2
cellule 1
cadhérines
• Boulons intercellulaires
• Pas de barrière au passage
du fluide interstitiel