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Le systèmeendomembranaire
2010 / 2011
Francois HELLELaboratoire de Virologie
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Le système endomembranaireDéfinition :
Le système endomembranaire correspond à l’ensemble des compartimentsintracellulaires limités par une membrane (bicouche lipidique) à l’exception des
peroxysomes, des mitochondries et des chloroplastes pour les cellules végétales.
- Reticulum endoplasmique- Enveloppe nucléaire
- Appareil de Golgi- Endosomes (phagosomes) et lysosomes- Toutes les vésicules, canicules et vacuoles permettant la communication descompartiments entre eux et avec la membrane plasmique.
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Le système endomembranaireDéfinition :
Le système endomembranaire correspond à l’ensemble des compartimentsintracellulaires limités par une membrane (bicouche lipidique) à l’exception des
peroxysomes, des mitochondries et des chloroplastes pour les cellules végétales.
- Reticulum endoplasmique- Enveloppe nucléaire
- Appareil de Golgi- Endosomes (phagosomes) et lysosomes- Toutes les vésicules, canicules et vacuoles permettant la communication descompartiments entre eux et avec la membrane plasmique.
- R q :
• Procaryotes : généralement constitués d’un seul compartiment (cytosol)
• Eucaryotes : nombreux compartiments fonctionnellement distinctsentourés d’une membrane
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Le système endomembranaire
Noyau
Reticulumendoplasmique
rugueux
Golgimitochondrie
Endosome / Lysosome
peroxysome
Reticulumendoplasmiquelisse
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Flux membranairesExpérience de marquage métabolique et chasse (pulse-chase) :
REGGolgiSécrétionNoyauMitochondrie
% de la radioactivitétotale
temps0 40 80 120 160 200 240 280
80
60
40
20
0
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Flux membranaires
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Flux membranaires
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Flux membranaire vectoriel
(antérograde)
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Flux membranaire rétrograde
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Autre flux membranaire
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Le reticulum endoplasmique
- Représente 50 % des membranes cellulaires totales(surface totale : 10 à 30 fois celle de la membrane plasmique)
- La membrane du réticulum est en continuité avec la membrane nucléaireexterne.
La lumière du RE et l'intérieur du noyau sont donc séparés par uneseule membrane : La membrane nucléaire interne
Les lumières du RE et de l’appareil de Golgi sont séparées par deuxmembranes.
- La membrane du RE est plus riche en phophatidylcholine que la membrane
plasmique
- Divisé en 2 catégories : - le réticulum endoplasmique rugueux- le réticulum endoplasmique lisse
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Le reticulum endoplasmique
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Le reticulum endoplasmique
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Le RE lisse
- Il représente un compartiment peu important dans la plupart des cellules.
- Il participe à la synthèse de lipides (phospholipides membranaires, stéroïdes...)
une flipase
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Le RE lisse
- Il représente un compartiment peu important dans la plupart des cellules.
- Il participe à la synthèse de lipides (phospholipides membranaires, stéroïdes...)- Il a un rôle important dans la détoxification des cellules et le stockage du calcium.
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Le RE lisse
- Il représente un compartiment peu important dans la plupart des cellules.
- Il participe à la synthèse de lipides (phospholipides membranaires, stéroïdes...)- Il a un rôle important dans la détoxification des cellules et le stockage du calcium.
- Exception : les cellules hépatiques (hépatocytes)- il peut être très abondant- il est spécialisé dans la production de lipoprotéines
dans la détoxification de composés solubles.
Rq : Dans des situations particulières (ex: prise de médicaments), le RE lisse descellules hépatiques peut doubler de surface en quelques jours, puis revenir ensuiteaux dimensions d'origine pour augmenter la capacité fonctionnelle de cette structure.
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Le RE rugueux ou granuleux
Présence de ribosomes liés à la surface du RER rôle majeur dans la synthèse des protéines (membranaires et exportées)
(≠ des ribosomes libres dans le cytosol synthèse des protéines cytosoliques)
- Autres fonctions très importantes du RER : le maintien de la structure des cellules. le contrôle-qualité des protéines membranaires et sécrétées.
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La synthèse des protéines
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La synthèse des protéines
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Les peptides signaux
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Les peptides signaux
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La synthèse des protéines
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La synthèse des protéines
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La synthèse des protéines
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Translocation des protéines solubles
dans la lumière du REEn général : mécanisme co-traductionnel
on distingue deux phases dans ce processus :- une phase de ciblage- une phase de transport
SRP = particule de reconnaissance du signal(6 polypeptides + une petite molécule d’ARN)
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Translocation des protéines solubles dans
la lumière du RE
Ciblage
- dans le cytosol- liaison de la séquence hydrophobe (séquence signal) à une particule ribonucléoprotéique(signal recognition particle = SRP) (1)
- arrêt de la traduction- reconnaissance de l'ensemble ribosome-chaîne naissante-SRP par une protéine réceptrice du RER (2)- hydrolyse du GTP en GDP libération du SRP dans le cytosol
- Le complexe ribosome-chaîne polypeptidique naissante reste lié à la membrane du RER- transport de la protéine en croissance dans la lumière du RER
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Translocation des protéines solubles dans
la lumière du RE
Transport
- Il se fait par un canal appelé translocon(complexe protéique constitué, des protéines Sec 61, TRAM (= translocated chain associated membrane), d’une peptidase…)
- Reprise de la traduction de l'ARNm en protéine- Lorsque la protéine atteint la lumière du RER, clivage de la séquence signal (‘’signal peptide peptidase’’)- Repliement de la protéine assistée par une protéine chaperon (BIP=binding protein) appartenant à lafamille des Hsp (heat schock protein).- A la fin de la synthèse protéique, libération du ribosome dans le cytosol (recyclage).
C’est la séquence KDEL (Lys-Asp-Glu-Leu) qui semble être caractéristique des protéines résidentessolubles.
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Translocation des protéines solubles dans
la lumière du RE
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Intégration des protéines
transmembranaires Intégration des protéines transmembranaires.
- Mécanisme d'intégration très mal connu.- Deux modèles proposés pour les protéines à un domaine transmembranaire :
1er modèle :
- utilisation de la séquence signal non clivéecomme signal d'ancrage dans la bicouche lipidique.- mécanisme d'orientation des extrémitésC- ou N-ter (face cytosolique ou luminale) non connu.
2ème modèle :
- clivage de la séquence signal- reconnaissance d’une séquence hydrophobe par une protéine de la paroi du pore- utilisation de cette séquence comme domaine transmembranaire
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Intégration des protéines
transmembranaires Intégration des protéines transmembranaires.
- Mécanisme d'intégration très mal connu.- Deux modèles proposés pour les protéines à un domaine transmembranaire :
1er modèle :
- utilisation de la séquence signal non clivéecomme signal d'ancrage dans la bicouche lipidique.- mécanisme d'orientation des extrémitésC- ou N-ter (face cytosolique ou luminale) non connu.
2ème modèle :
- clivage de la séquence signal- reconnaissance d’une séquence hydrophobe par une protéine de la paroi du pore- utilisation de cette séquence comme domaine transmembranaire
protéines à plusieurs domaines transmembranaires ????
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Intégration des protéines
transmembranaires
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Intégration des protéines
transmembranaires
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Modifications co- et post-traductionnelles
dans le RE- Clivage de la séquence signal :catalysé par un complexe de 5 protéines différentes faisant partie du translocon
(= signal peptide peptidase).
- Glypiation :addition d'un groupement glycosyl-phosphatidylinositol
préassemblé dans la membrane (= ancre GPI)sur un acide aminé en C-ter ancrage de la protéine à la face externe
de la membrane plasmique.(Phénomène co-traductionnel)
- Myristoylation :addition de myristate (acide gras saturé en C14)sur une glycine de l'extrémité N-ter par une liaison amide.
(Phénomène co-traductionnel)
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Modifications co- et post-traductionnelles
dans le RE- Repliement des protéines et formation des ponts disulfure :
Conformation acquise grâce à des molécules chaperones (ex : BiP, calnexine, calreticuline)
Ponts disulfures catalysés par la Protein Disulfide Isomerase (PDI) dans le RE
- Palmitoylation :
addition d‘un acide palmitique (acide gras saturé en C16) sur une cystéine de l'extrémité N-ter par
une liaison thioester. (Phénomène post-traductionnel)
- Isoprénylation :
addition de chaînes farnésyl (C15) ou géranylgéranyl (C20) sur une cystéine au voisinage del'extrémité C-ter. (Phénomène post-traductionnel)
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Modifications co- et post-traductionnelles
dans le RE
- La N-glycosylation :
Ajout d’une chaîneoligosaccharidiqueou glycane (= sucre)sur les résidus Asn dela protéine dans un motifAsn-X-Ser/Thr-X’(X et X’= AA quelconque)
Elle commence dansla lumière du RER
et se poursuit dans le Golgi.
Rôle majeur dansle repliement etle contrôle qualité
des protéines
Cytosol
Cytosol
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L’appareil de Golgi
- Réseau complexe de membranes lisses
- Empilement de citernes aplaties, parallèles + vésicules de transition et de sécrétion(saccules d’environ 1µm de diamètre) d‘environ 50nm
= dictyosome
L’ il d G l i
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L’appareil de Golgi
- On distingue en général : - la face cis proche du noyau- le Golgi median- la face trans orientée vers la zoned'accumulation des grains de sécrétion
Constitutionbiochimique
différente
L’ il d G l i
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L’appareil de Golgi
- Position juxtanucléairedans la région apicale du cytoplasme pour les cellules polarisées (C glandulaires, neurones)imptce des microtubules : colchicine, nocodazole dispersion du Golgi
L’ il d G l i
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L’appareil de Golgi
F ti d l’ il d G l i
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Fonctions de l’appareil de Golgi
Gare de triage
Fonctions de l’appareil de Golgi
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Fonctions de l’appareil de Golgi
Fonctions de l’appareil de Golgi
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Fonctions de l appareil de Golgi
Les fonctions de l’appareil de Golgi
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Les fonctions de l appareil de Golgi1 - Addition covalente
- Fin de la N-glycosylation des protéines
- O-glycosylation des protéines
ajout d'une chaîne glycosylée sur un résidu sérine ou thréonine.chaîne glycosylée très variable.
- Glycosylation des lipides
Certains lipides peuvent être glycosylésdans la lumière de l'appareil de Golgi.
- Sulfatation des protéinesAjout d’un groupement SO42- à des résidus tyrosines ou à des chaînes
glycosylées issues de la N-glycosylation
2 - Coupures protéolytiques
Les coupures protéolytiques sont initiées dans le trans Golgi et se
poursuivent dans les grains de sécrétion du compartiment post-golgien.
Les endosomes
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Les endosomes
Endosomes précoces :
- maturation des constituants importés
- tri (dissociation ligand/récepteur)- recyclage des récepteurs de surface
Endosome tardifs :
S’enrichissent en hydrolases lysosomales et enmembranes lysosomales par fusion avec
vésicules recouvertes clathrine,
Les lysosomes
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Les lysosomes
Structure :- petites vésicules sphériques de 250 Å à 500 Å de diamètre- membrane dérivée des saccules de l'appareil de Golgi, constituée de:
- protéines (50 à 60%) (enzymes (ADPase, ATPase), transporteurs d'ions)- lipides (phospholipides, cholestérol),- oligosaccharides, qui correspondent à la présence de glycoprotéines.- structure interne extrêmement irrégulière et très variable.
Les lysosomes
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Les lysosomes
Action des enzymes lysosomiques : les hydrolases acides organites cellulaires de digestion
activité optimale à pH acide
Forte concentration de protons à l’intérieur du lysosomemaintenue par un transporteur de protons (H+-ATPase)
Les lysosomes
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Les lysosomes
Enzymes lysosomiques dans la tête du spermatozoïde dans acrosome digestion de l’enveloppe externe de l’ovule
Les lysosomes
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Les lysosomesFonction : site majeur de la dégradation intracellulaire de molécules d'origine exogène et endogène.
- dégradation de molécules exogènes (hormones, facteurs de croissance, lipoprotéines, virus,bactéries, etc) = endocytose / phagocytose
- dégradation de molécules endogènes (fragments de membranes, mitochondries, grains de
sécrétion) = autophagie
Contenu des lysosomes :
biochimiquement etmorphologiquement hétérogène :
hydrolases acides dontl'activité optimale s'exerce à pH 5(pH maintenu par une ATPase à protons)
- protéases- nucléases- glycosidases- lipases- phosphatases
produits de dégradation
parvenant de l’autophagieou de l’endocytose.
Transport des enzymes lysosomales
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Transport des enzymes lysosomales
vers les lysosomes
Transport des enzymes lysosomales
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Transport des enzymes lysosomales
vers les lysosomes
Flux membranaires
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Flux membranaires
antérograde
rétrograde
Le transport vésiculaire
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Le transport vésiculaire
assemblage des complexes protéiques déformation mécanique de la membrane
COP : coat proteins ou protéines du manteau
- COP I : protéines assurant le transport rétrograde entre les compartiments golgiens et du Golgi vers le RE.- COPII : protéines assurant le transport antérograde des protéines du RE vers le Golgi.
Cavéoline
Le transport vésiculaire
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Le transport vésiculaire
• Vésicules tapissées :• De PCOII : pour matériaux du RE en direction du CIREG et du Golgi• De PCOI : du CIREG et des empilements de Golgi vers RE
• De clathrine du RTG aux endosomes aux lysosomes
Le transport vésiculaire
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e t a spo t és cu a e
Le transport vésiculaire
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1 - formation d'un bourgeon à la membrane d'un compartiment donneur
2 - formation d'une vésicule par pincement du bourgeon.isolement d’une fraction du compartiment donneur et des composants membranaires
3 - accostage (arrimage) de la vésicule au compartiment accepteur
4 - fusion- déversement du contenu de la vésicule dans le compartiment accepteur
- intégration de la membrane de la vésicule à celle du compartiment accepteur
1 2 3 4
Le transport vésiculaire : l’endocytose
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Le transport vésiculaire : l’endocytose
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p y
Le transport vésiculaire : l’endocytose
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p y
Les puits de clathrine
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3 grosses sous-unités + 3 petites sous-unités triskèle (3 branches)(chaînes lourdes) (chaînes légères)
L’endocytose
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(Université Lyon 1/ IBCP)
Accostage et fusion des vésicules
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- vésicule dirigée vers le compartiment accepteur grâce aux protéines Rab= protéines d'adressage
- accostage au compartiment receveurfacilité par l'interactiondes protéines SNAREs= Soluble-NSF-Acceptors-Receptors
- v-SNARE : associées à la vésicule
- t-SNARE : associées au compartimentaccepteur (target).
Fusion des vésicules
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Flux membranaire vectoriel
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