a- compartiments et transport i 26dec

Compartiments et transport intracellulaires

A- Compartiments intracellulaires et tri des protéines

B-Transport vésiculaire dans les voies de sécrétion et d’endocytose

Une «Carte routière » simplifiée de la circulation des protéines.

voyage commence par synthèse

protéine

à chaque station,décision: retenir ou transporter plus loin

se termine quand destination finale atteinte

Réf 2: ALBERTS (B) ,L’essentiel

(1) Transport à travers les pores nucléaires

(2) Transport par translocationà travers les membranes

(3) Transport par des vésicules

3 mécanismes principaux par lesquels les organites limités par une mb importent des protéines.

Interactions entre signaux et récepteursorientent les constituants cellulaires

vers leur destination correcte

des signaux de reconnaissance spécifique intégrés dans structure protéines et *AN, guident la migration vers le compartiment

auquel elles sont destinées

*AN : acides nucléiques

I . Compartiments membranaires

Bactéries

Compartiment intracell unique(complexes multi

- protéiques )

Eucaryotes

Compartiments limités par mb

fonctionnellement distincts

Cellule = compartiment qui isole un ensemble de macromolécules du reste de l’univers!

I-Avantages de la compartimentation

Le maintien de la compartimentation est la clé de la permanence de l’identité cellulaire

Or une cellule vit et interagit avec

un environnement

Il existe en plus des échanges avec l’extérieur dépendant de mb ,

un trafic mol entre les différents compartiments

Les diverses fonctions de biosynthèse, de dégradation et de production d’énergie

compartimentées dans cellules eucaryotes

Les ≠compartiments nombre , taille varient selon type cellu

orientés vers des fonctions distinctes et spécialisées . Un organite a souvent

le monopole d’une fonction donnée

Principales fonctions des compartiments d’une cellule eucaryote limités par une mb

Compartiment Principale fonction•Cytosol•Noyau•RE

•AG•Lysosomes•Endosomes •Mitochondrie•Chloroplastes

•Peroxysomes

• nombreuses voies métaboliques , synthèse protéique•contient génome , synthèse de ADN ,ARN• s’associe aux ribosomes: synthèse protéines sécrétées et protéines intégrées mb , synthèse lipides•modification , tri et empaquetage de protéines , lipides•dégradation intracellulaire (enzymes hydrolytiques)•Tri du matériel incorporé par endocytose •Synthèse de l’ATP par phosphorylation oxydative•Synthèse de l’ATP et fixation du carbone par photosynthèse•Oxydation des molécules toxiques ( contiennent la catalase et ≠ oxydases)

Les compartiments de la cellule:organites membranaires spécialisés

-Compartiments de traitement protéines(R E , A G, Vésicules de sécrétion )

-Compartiment des acides nucléiques(noyau , nucléole)

-Compartiments clos(mitochondries, chloroplastes , peroxysomes)

-Compartiment cytosolique

Structure fondamentale de la cellule.Illustrations de cellules appartenant aux branches majeures de l’arbre phylogénétique utilisant le même code de couleurs.

Cellule polarisée spécialisée Se caractérise par organites impliqués dans biosynthèse et voie d’endocytose.

Bordent la frontière entre le milieu externe et l’intérieur de l’organisme, les 2 surfaces/propriétés structurales et fonctionnelles ≠. Réf14:Pollard (T-D)

Compartimentation dans cellules euc de fonction différente.Le nombre, la taille des compartiments intracellulaires varient selon la fonction assurée par la cellule.

Cellule acineuse pancréatiqueSpécialisée dans sécrétionrégulée, développement

important RE, AG,granules sécrétoires

Levure de bière

Les compartiments assurantbiosynthèse et voie d’endocytose peu développés pour assurer division rapide.

Réf14:Pollard (T-D)

Les compartiments mb :-ne sont pas distribués au hasard- emplacements souvent caractéristiques

L’ensemble des compartiments (organites) occupe prés de ½ du volume cellulaire.

Les compartimentszones privilégiées dans volume restreint Microenvironnement

(enzymes, cofacteurs ,substrats concentrés)

Vitesse des interactions moléculaires

Environnement de part et d’autre de mb semi perméable modulée pour obtenir:

-milieu ionique adéquat ou -asymétrie ionique ( PH, gradient ionique et/ou électrique)

Mol hydrophobes à l’abri de l’eau

séquestration des activités à risque-enzymes dégradation des lysosomes -enzymes oxydatives ,peroxysomes

Comprendre la compartimentation au sein d’une cell euc !

-Savoir ce qui se passe dans ses compartiments?

-Comment les molécules circulent entre elles?

- Comment les compartiments sont créés et conservés?

[Origines des compartiments]

La compartimentation chez les cellules procaryotes a permis aux 1ers eucaryotes

- de taille- capter l’énergie plus efficacement-réguler expression gènes d’une manière plus complexe

Modèle hypothétique de l’évolution de la compartimentation intracellulaire.

Modèle hypothétique de l’évolution des compartiments intracellulaires.

Système digestif extracellulaire

Système digestif intracellulaire

Elaboration organite mb de biosynthèse

Compartimentation équipement de biosynthèse et du génome

Acquisition des mitochondries

La description sommaire des principauxaspects de l’origine de la

compartimentation

Apprécier importance fonctionnelle des organites

et Identifier les corrélations

possibles

Procaryotes ancestraux compartimentés!

Biosynthèse à l’intérieurDigestion à l’extracellulaire

Exporter matériel de digestion(enzymes hydrolytiques / surface Ou produits de sécrétion libres)

et Capter produits de digestion (fig:A)

A .Procaryotes ancestraux, biosynthèse au sein de cellule digestion extracellulaire.B. Internalisation enzymes d’hydrolyse sécrétées avec nutriments provenant de l’environnement.

Matériel de digestion à la surface mb

Internalisation enzymes d’hydrolyse avec nutriments de l’environnement/1° étape vers la compartimentation, création d’un lysosome

Matériel génétique


Canal

Transporteur

Adressage et transport protéines /mb

1° étape vers la compartimentation

Hypothèse

Invaginations des sous domaines mb impliqués dans synthèse des lipides mb et

translocation des protéines

RE :organite intracellulaire de biosynthèse

Internalisation

Enzymes d’hydrolyse sécrétées +

nutriments /environnement

Lysosome primitif (Fig:B)

l’efficacité de la digestion et l’absorption des nutriments

macromoléculaires

Présence de 2 organites intracellulaires

vésicules de transport dont éléments protéiques et lipidiques synthétisés

dans RE primitif!

Fonctionnent :-comme transporteurs (exportant vers

surface ou vacuoles et important matière 1°)-comme protecteurs (séparant enzymes

digestives du cytoplasme environnant.)

Apparition de plusieurs destinationspossibles dans cellule

Signaux d’adressagepour distinguer les ≠ circuits

les uns des autres

Stratégie "diviser et spécialiser" ulilisée grand nombre de fois

voies d’exportation et de digestion: machinerie de synthèse.(Fig:C)

Invagination de mb plasmique impliquée dans synthèse des lipides et de la translocation protéique , donne naissance RE.

Couplage des 2organites intracellulaires :vésicules dont le rôle: transport / protection


Réf 1: ALBERTS (B)

Hypothèses des origines évolutives du noyau et du RE

Dans certaines bactéries

Invagination étendue pour former enveloppe autour ADN tout en lui laissant accès au cytosol/ par pincementdétachée de mb plasmique.

Chaque étape de séparation

Mise en place niveau supplémentaire de communication réciproque

entre les vésicules

Nouveau jeu de signaux d’adressage

Evolution/développement

système vacuolaire:RE (centre de la translocation

des protéines et synthèse des lipides), AG ,système endosome / lysosome

RE a donné naissance à enveloppe nucléaire

(génome plus complexe , séparation transcription/traduction) (Fig:D)

Réf 1: ALBERTS (B)

Enveloppenucléaire

Quand oxygène apparu dans atmosphère

pour exploiter ce puissant oxydant ,apparition peroxysomes (centre

dégradation oxydative)

Apparition mitochondriesSites d’utilisation d’oxygène ,

de l’extraction d’énergie libre des métabolites, et de sa conversion en ATP

(Fig:E)

Développement du système vacuolaire comprenant R E , AG et système des endosomes ,lysosomes, ( par endosymbiose )mitochondries.

R E a évolué pour donner enveloppe nucléaire.

Mitochondriespar endosymbiose


MECANISME PROPOSE POUR L’origine des mitochondrie

MECANISME PROPOSE POUR L’ORIGINE DES CHLOROPLASTES

Arbre phylogénétique universel reposant sur la comparaison des séquences d’ARN ribosomal.

Mitochondries apparues par endosymbiose!

On ne sait pas si peroxysomes

ou

apparus de même manière que mitochondrie

spécialisation complémentairedu compartiment vacuolaire

(Aucune trace de procaryote dans peroxysomes.)

L’apparition de l’O2 dans l’environnement

a permis la synthèse du cholestérol et son intégration mb

Épaissit sans modifier fluidité mb ,en absence de paroi cellulaire,

solide mais flexible

Facteur important pourvolume cellu au début de l’évolution.

La compartimentation et division du travail qui l’accompagne :

Bénéfices mais aussi Problèmes

Compartiments non autonomes,leurs activités doivent être intégrées

pour bénéficier à l’ensembles de la cell,

nécessite mécanismes de transport-entre compartiments -à travers mb qui les délimitent

Réalisation d’échange entre systèmes mb

Quelles sont les molécules concernées,les compartiments et les mécanismes

impliqués?

(L’essentiel du trafic cellulaire semble basé sur les protéines)

Adressage des protéines.Les signaux intégrés dans séquence d’aa des protéines les orientent vers ≠compartiments de cellule eucaryote.A.Protéines/ribosomes libres : dans cytoplasme ou dirigées par ≠ signaux vers noyau, mito , peroxysomesB.Protéines / ribosomes liés RE; mb ou lumière RE , à partir de la ,série de bourgeonnements et de fusions vésiculaires AG ,lysosomes ou mb plasmique.


Eucaryotes

Structure des coiffes de l’ARNm Les ARNm des procaryotes se terminent par .un groupement 5’triphosphate/ eucaryotes par coiffe d’une base méthylée (m7G) .Cette coiffe se lie à une protéinequi protège la dégradation par les nucléases.


Structures des ARNt. A.Modèles tridimensionnels montrant l’appariement des bases de l’anticodon à un codon de l’ARNm.B.Modèle linéaire tridimensionnel.C.Modèle bidimensionnel montrant les tiges et les boucles.


Chargement d’un ARNt avec son aa .

aa activé par ATP

Groupement carboxyle d’aa lié au phosphate αde l’AMP

Synthétase transfère l’aminoacyle-AMP vers une liaison ester riche en énergie

sous unité 30 S

Sous unité 50 S

Le ribosome fonctionnel comporte 2 sous unités. Une molécule d’ARNm s’associe à la petite sous unité et défile entre les 2 sous unités . L’ARNt se lie au niveau de 2 sites A et P entre la grosse et la petite sous unités. Les codons de l’ARNm identifient les aa-ARNt qui doivent occuper ces sites .La chaine polypeptidique en cours de synthèse (bleu) sort d’un tunnel de la grosse sous unité.

Orifice de sortie


S: coefficient de sédimentation par ultracentrifugation. Réf14:Pollard (T-D)

se replier

Structure tridimensionnelle

Trouver

destination finale dans cellule

Structure protéines repliées et mécanisme du repliement sont codés par séquence des aa.

In vitro, nombreuses petites protéines se replient rapidement.

Mais beaucoup de protéines nouvellement

synthétisés ne peuvent se replier spontanément

ont besoin d’aide pour surmonter: variations intermédiaires de repliement,

éviter leur dénaturation , leur agrégation ou la protéolyse.

Les chaperons

Facilitent le repliement Inhibent l’agrégation des protéines

ne libèrent polypeptides que si état de repliement favorable

2 classes de molécules :- HSP70 et leurs régulateurs

- Chaperonines (cylindriques)

Protéines nouvellement synthétisés

85°/°

se replient spontanément

ou avec assistance

des HSP70

15°/°

nécessitent un isolement au seindes chaperonines

pour se replier

Stabilisation des récepteurs des hormones stéroïdes (RSH) sans ligand par HSP70 , HSP90 et différents facteurs accessoires ( HOP, HIP, P23, GA et IP). La fixation de l’hormone libère les chaperons et permet au RSH de migrer vers le noyau.

Récepteur d’hormone

Hormonestéroide


Réf:3 BRASSAGLIA (Y)

2 anneaux

Chaque anneau 7 sous unités

Liaison 7 ATP à 7 sous unités modifie leur ConformationCavité volumeFavorise liaison Gro ES

Liaison et hydrolyse ATP déterminent fréquence de repliement


III- Echanges entre noyau / cytoplasme

RETCULUM ENDOPLASMIQUE

CYTOSOL

NOYAU Circulation bidirectionnelleentre cytosol et noyau .

Importées vers noyau:Histones, ADN et ARN poly,protéines régulatrices ,de maturation , ARN, protéines ribosomiques.Exportées du noyau:ARNm , ARNt ,sous unités ribosomiques.


L’enveloppe nucléaire à doublemb pénétrée par des pores.

Mb externe en continuité avec RE

Réf:3 BRASSAGLIA (Y)

ARNr 16 S ARNr 18 S


Structure du ribosome.Modèles atomiques montrant l’ARN en gris et les protéines en jaune.Structures représentatives de protéines ribosomales individuelleset de leurs localisations sur la petite et la grosse sous unité.


Réf 1: ALBERTS (B) ,

Décomposition et reformation de l’enveloppe nucléaire au cours de la mitose . La phosphorylation des lamines aide à déclencher la désagrégation de la lamina rupture de l’enveloppe nucléaire en vésicules La déphosphorylation : processus inverse.

Arrangements des complexes des pores nucléaires dans l’enveloppe nucléaire .(A)Croquis d’une petite région de l’enveloppe nucléaire.(B)Face nucléaire, fibrilles convergent pour former structure en forme de cage.(Micrographie électronique à balayage.)

Sous unitéannulaire

Sous unité luminale

Bague

Aperçu de l’organisation de l’enveloppe nucléaire

Mb externe en continuité RE

30 nm

Lamina fibreuserenforce mb interne,assure interaction /chromatine

Filament nucléaires :30 à 50 nm(Filaments nucléaires≈ 100nm)


A. Modèle tridimensionnel d’un pore nucléaire .Symétrie de 8°ordre avec 1 canal central et 8 canaux périphériques. Les réseaux de filaments cyto/nucl permettent d’amarrer au pore les éléments qui doivent transiter.B. C. Reconstruction tridimen-tionnelle des pores nucléaires de grenouille Xenopus laevis.

AC: anneau cytoplasmiqueAN: anneau nucléaire

Noyau


A. Micrographie électronique .Coupe mince d’ enveloppe nucléaire avec lamina et pores nucléaires.

B. Micrographie électronique à balayage de la surface interne de l’enveloppe nucléaire.

Panier nucléaire


Noyau ARNmRibosomesARNt

Protéinesnucléaires etribosomiques

Transport dans 2 sensImportés Exportés

Réf 1: ALBERTS (B)

Diaphragme hypothétique pour restreindre taille du canal à 9nm

Si protéine déformable, forme de baguette. (ex RNP: 25 x135 nm)

Micrographies électroniques

Dessins

Déformation d’une volumineuse particule de RNP au cours de son passage à travers l’enveloppe nucléaire.

RNP :Structureen baguette25 x135 nm


0,1 µm

Particules d’or Petites maisséquestrées

Schéma échanges nucléaires montrant l’intégration des 2 moitiés du cycle d’importation et d’exportation des protéines.

(1)

(5)(3)(2)

(4)

(6’)

(6)

(7)

(7’)

(8)



Vue schématique du mécanisme de transport à travers les pores nucléaires.

Complexe guidé vers

pore par fibrilles

Transport actif

Récepteurs réexportés

Réf 1: ALBERTS (B) ,

Représentation très schématique du mécanisme de transport actif à travers les pores nucléaires.

Fibrilles ne sont pas montrées

a- compartiments et transport i 26dec

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