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Pr Jean Luc OLIVIER2013-2014
Les complexes- des glucides avec les lipides (glycolipides)- des glucides avec les protéines
(glycoprotéines, glycosaminoglycanes)
2ème partie : les glycoprotéines
Plan du cours
1- Les glycolipides
3- Les glycosaminoglycanes et protéoglycanes
2- Les glycoprotéines
2.1. structure générale2.2. synthèse et dégradation2.3. Fonctions physiologiques et implication en pathologie: exemples
3.1. structure générale3.2. synthèse et dégradation3.3. Fonctions physiologiques et implication en pathologie: exemples
1.1. structure générale1.2. synthèse et dégradation1.3. Fonctions physiologiques et implication en pathologie: exemples
2.1. structure générale- O- et N-glycosylation- Les différentes chaînes osidiques
2.2. synthèse et dégradation- Processus de glycosylation des protéines- Rôles du réticulum et du golgi- Dégradation des glycoprotéines, rôle des lysosomes
2.3. Fonctions physiologiques et implication en pathologie
Grande diversité des chaînes osidiques, 8 oses principalement représentés:- Galactose (Gal)- Glucose (Glc)- Mannose (Man)- Acide N-acétyl-neuraminique (sialique) (NeuAc)- Fucose (Fuc)- N-Acétylgalactosamine (GalNAc)- N-acétylglucosamine (GlcNAc)- Xylose (Xyl)
A quoi servent ces chaînes osidiques ?Pourquoi sont elles très diverses?
Les glycoprotéinesStructure générale: composition des chaines glucidiques
Glycoprotéines = protéines avec chaînes osidiques
Beaucoup de protéines sont des glycoprotéines
Grande diversité: protéines solubles, protéines membranaires
Fonctions très diverses: enzymes, hormones, protéines de transport,
Les chaînes glucidiques sont fixées aux protéines par l’intermédiaire des résidus Asparagine (liaison N-glycosidique) ou des résidus Ser et Thr (liaison O-glycosidique)
Liaison N-glycosidique
GlcNAc
-Asn-X-Ser/Thr
Liaison O-glycosidique
GalNAc
-Ser ou Thr
Les glycoprotéinesStructure générale: N- et O- glycosylations
Il y a 3 types de chaînes N-glycosidiques, avec un noyau constant
riches en mannose
Man
Man
Man
Man
Man
Man
Man
Man Man
Asn
GlcNAc
GlcNAc
Man
Man Man
Man Man
Asn
GlcNAc
GlcNAc
GlcNAc
Gal
hybrides
Man
Asn
GlcNAc
GlcNAc
Man
GlcNAc
Sia
Gal
Man
GlcNAc
Sia
Gal
complexes
Comment (et où) sont synthétisées/transférées ces chaines osidiques?
Les glycoprotéinesStructure: les chaines N-glycosidiques
Il y a aussi un noyau constant dans les chaînes O-osidiques(branchement sur Ser ou Thr)
Ser/Thr
GalNAc
Gal
Galβ1,3GalNACαSer/Thr
Galactose (anomère β)β 1
↓ 3
N-Acétylgalactosamine
(anomère α)
Les glycoprotéinesStructure: les chaines O-glycosidiques
La N-glycosylation des protéines commence dans le réticulum endoplasmique pendant que la protéine est synthétisée
Les glycoprotéinesSynthèse: les chaines N-glycosidiques
5’P 3’OH
N
C
N
C
Asn
N
C
Asn
Chaineosidique
ARNm
Réticulumendoplasmique
(rugueux)
Cytosol
La synthèse et le transfert des chaînes N-osidique
se font grâce à un lipide: le dolichol
Une chaîne de composition toujours identique est synthétisée
Lipide dérivé du cholestérolRépétition du motif isoprène)
GroupepyrophosphateDolichol et ose
activépar nucléotides
Chaineosidique
Motifisoprène
Les glycoprotéinesSynthèse: les chaines N-glycosidiques
C = C–C–C–C=C–C–C–C–C–C–O–P–P–O–GlcNAc–GlcNAc–ManH
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
CH3CH3
3HC
3HC 15-18
Man
Man
Man
2
2
Man3
Glc3
Man=MannoseGlcNAc=N-acétyl glucosamine
La chaîne osidique comportant NAcGlc, Man et Glc est transféréed’un bloc du dolichol à l’asparagine de la protéine
Site « consensus » Asn-X-Ser/ Thr , X≠ Pro, Asp, Glu
Les glycoprotéinesSynthèse: les chaines N-glycosidiques
5’P 3’OH
N
C
Asn
ARNm
Réticulumendoplasmique
(rugueux)
Cytosol
PP
N-acétyl-glucosamine
Mannose
Glucose
5’P 3’OH
N
C
Asn
ARNm
Réticulum endoplasmique
PP
RESULTATS- Une protéine peut comporter plusieurs site de glycosylation (ser/ther ou Asn-X-Ser) avec des chaînes différentes- Un même site dans une protéine donnée peut porter des chaînes différentes dans différents types cellulaires ou dans un type cellulaire selon l’environnement de la cellule ou le moment
Les étapes ultérieures
Action de glycosidases pour enlever les glucoses et certains mannoses
Action de glycosyl-transférases pour ajouter différents oses
Formation des chaînes les plus complexes
Les glycoprotéinesSynthèse: les chaines N-glycosidiques
Réseau cis Golgi (cis Golgi network):Phosphorylation des Mannoses
Réseau trans golgi: sulfatation
Citerne médiane:Addition de GlcNAc
Citerne trans:addition de Gal et Sia
Citerne cis et médiane:Enlèvement des Mannoses
Les chaînes N- et O-osidiquessont synthétisées à partir
de sucres complexés avec desnucléotidiques (UDP ou GDP)
Les glycoprotéinesGéographie intracellulaires de la synthèse
des chaines N-glycosidiques
Il y a aussi un noyau constant dans les chaînes O-osidiques(branchement sur Ser ou Thr)
Ser/Thr
GalNAc
Gal
Galβ1,3GalNACαSer/Thr
Galactose (anomère β)β 1
↓ 3
N-Acétylgalactosamine
(anomère α)
La O-glycosylation est plus simple et se déroule dans le Golgi
Les glycoprotéinesSynthèse: les chaines O-glycosidiques
Comment assurer diversité et spécificité?
Pas de matrice à copier (ADN, ARN)
La synthèse des chaînes osidiques est assurées par
- des glycosyl-transférases
- des glycosidases (quand certains oses sont enlevés)
Les chaînes osidiques des glycoprotéines et glycolipidesportent un message (une fonction)
La diversité des fonctions et leur spécificitéest le produit de la diversité des chaines osidiques
Les glycoprotéinesMécanisme de diversité et spécificitéde la synthèse des chaines osidiques
Mécanismes de spécificité des glycosyl transférases
1- Le niveau d’expression des glycosyl-transférases différent suivant le type cellulaire, Coordination possible du niveau d’expression d’une glycosyl- transférase avec son substrat
2- spécificité pour la protéine ou le peptide: seulement une minorité d’enzymes, reconnaissance du site de glycosylation sur la protéine
3- séquestration: la conformation de la protéine (et de la chaîne osidique acceptrice restreint l’accès de la chaîne à certaines transférases
Une glycosyl transférase branche un ose donné sur un anomèreaccepteur donné avec un type de liaison donnée
Les glycoprotéinesMécanisme de diversité et spécificitéde la synthèse des chaines osidiques
L’hormone chorio-gonadotrophique (HCG) intervient dans l’évolutionde la grossesse (détection de la grossesse) et comporte 2 chaînes α et β
qui sont N-glycosylées
N-acétylgalactosamine(β 1 → 4)
Asn-X-SerH2N COOHPro-X-Arg/Lys9 ac. am.
N-Acétyl-Galactosamine transférasedes hormones glycoprotéiques
Mutation desacides aminés
Suppression de l’action de laNac-Gal transférase
Les glycoprotéinesExemple de l’hormone HCG et
d’une glycosyl-transférase peptide-spécifique
Les lysosomes sont des organites de dégradation (pH intérieur acide) desmolécules ou complexes moléculaires à l’intérieur de la cellule.Ils sont formés à partir du golgi et contiennent les enzymes de dégradation(hydrolases) agissant à pH acide
Les chaînes osidiques sont dégradées par des exo et endo-glycosidases.Les groupes sulfates sont éliminés par des sulfatases
exocytose
Les glycoprotéinesDégradation des glycoprotéines: rôle des lysosomes
Fonctions des chaînes osidiques des glycoprotéines:
- Reconnaissances antigéniques
- Reconnaissances cellules hôtes-agents infectieux
- Reconnaissance intercellulaires
- Reconnaissance récepteur-ligand
- Modulation de l’activité enzymatique
La diversité des fonctions et leur spécificitéest le produit de la diversité des chaines osidiques
Les glycoprotéinesFonctions physiologiques et implication en pathologie
COO-
CH3
C
C
C
C
C
O
H
OH
HN
H
H
H
H
OH
C
C
HOCH2
H
OH
OH
H
CO
Acide sialiqueou N-acétyl neuraminique
Une protéine d’enveloppe (hémagglutinine) des virus de la grippe reconnaît l’acide sialique des glycoprotéines de la cellule hôte (liaisons hydrogènes)
Les glycoprotéinesFonctions physiologiques et implication en pathologie
exemple des virus influenza (grippe)
Les chaines glucidiques sont propres aux espèces:le changement d’affinité de l’hémagglutinine des virus influenza
explique le passage d’une espèce à une autre
Les glycoprotéinesImplication en pathologie : exemple des virus des grippes
N-acétyl-glucosamine
Galactose
Acide N-acétyl-neuraminique(sialique)
α 2 → 6α 2 → 3ReconnaissanceHémagglutinine
virus aviaire
ReconnaissanceHémagglutinine
virus humain
Les hétéropolysaccharides conjugués aux protéines et lipidesRôle des chaînes osidiques: Exemple de la LCAT
sang : Lécithine Cholestérol
Acyl-Transférase (LCAT)
CholestérolNon estérifié
Cholestérolestérifié
lysoPC
Albumine
Foie
H1
2
3
4
5
67
8910
1112
13
14 15
18
19
23
1617
24 25
26
27
21 20 22
A B
C D
C-OO
=
Fonctions physiologiques des glycoprotéinesRégulations des activités enzymatiques, exemple de la LCAT
Phosphatidylcholines (lécithines)saturé
insaturé CH3
O - CH2 - CH2 - N+ CH3
CH3
CH2O - COO CH CH2O- P
O-
CO - =
O
Karmin O et coll. 1993 Biochem J, 294, 879-884
4 sites de N-glycosylation
Glucides = 25% de la masse totale de l’enzyme
↓90% (10% de l’activité initiale)
H2N COOH20 84 272 3841 416
↓18% ↓62% ↓82% ↑200%
Mutation Mutation Mutation Mutation
Effets des chaînes glycosidiques sur l’activité enzymatique de la LCAT
Mutation des 4 sites
Fonctions physiologiques des glycoprotéinesRégulations des activités enzymatiques, exemple de la LCAT
- Beaucoup de protéines sont des glycoprotéines
- Il existe deux types de liaisons des chaînes glycosidiques
aux protéines, les N- et O-glycosylations
- Il existe une grande diversité des chaines osidiques des
glycoprotéines mais il existe des « noyaux » constants
- La diversité de fonctions biologiques reposent sur la diversité
des chaines osidiques
- La diversité et spécificité des chaines osidiques reposent
sur le rôle des glycosyltransférases et glycosidases mais les
mécanismes sont encore mal connus
Les glycoprotéinesConclusions