Système endomembranaire - notes

Embed Size (px)

Citation preview

SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE

Cour 1 21.09.2011

Pourquoi y a t-il des compartiments intra-cel ? Cellule a chaque instant = milieu de react chim diff, incompatibles parfois. sparer / organiser les ractions : Agrgation denzymes (complexes prot : protge des ractions enzymatiques les unes des autres) pour catalyser une squence de ract dans complexe protique (cellule procaryote/eucaryote) Confinement compartiments diffrents limit par mbr (cellule eucaryotes uniquement)

GENERALITS :

Syst. endo-membranaire que dans cel eucaryotes. Syst fait de cavit, vsicules, canicules (plsrs) tous limit par mbrs (ressemble a MP : bicoupe lipidiques = meme organisation +/-) Dedans : prot solubles (bcp) milieu aqueux. Communicat avec mbrn (donc pas 100% permable) & cytosol Fusion change de constituants (ions, lip/prot, petite molcules)

COMPARTIMENTALISATION : 1) Compartiment de traitement des proteine : REG, Golgi vsicules seccret --> exportation prot extra cell. REL: assemblage des lip Endosomes: tri des molcules issus d'endocytoses ou de synthse intra-cel Lysosome: accumulation des enzymes pour recyclage. Definitions : REG : ensemble dendomembrane + ribosomes associ (sur face cytosolique) REL : libre de tout ribosomes Golgi : Ensemble de dictosomes (pile dassiette) Population htrogne de vsicules, canalicules, vacuole Transitent entre les compartiment / mbrn plasmique Flux membranaire.

1)

Transport dun compartiment a un autre : Noyau : le seul qui a un compartiment dans membrane (reoit proteines) RE, mitochondrie, peroxysomes : rle dans transport membranaire Golgi, endosomes, lysosomes : par lintermdiaire de vsicules transport (fusionne avec membrane)

O va la protine ? Squence daa : signal peptide : indique a la prot le chemin vers le RE Signal de localisation nuclaire : indique a la prot le chemin vers le ny Signal patch = arrangement 3D (assemblage des aa) vers les lysosomes. (uniquement dtectable lors du repliement).

Cour 2 26.09.2011 FLUX MEMBRANAIRE

1) Flux membranaire vectoriel : Experience Palade : Pour expliquer flux membranaire vectoriel. Utilisation de cellules du pancras secrtant des enzymes importante pour la digestion scrtion a lext de la cellules. Cellules dans une boite de ptrie avec milieu de culture (sucre + O2) + aa radioactifs. Par radioagraphie : On observe les rsultats. Droulement de lexprience :

Pulse (5min) : apport a la cellule des aa radioactifs Chase: apport a la cellules des aa non radioactif pour quelle continue son activits. on mesure la radioactivit entre les diffrents compartiments Rsultats : Au dbut du chase (au bout de 5min): aa est dans le REG qui se vide trs vite au profit du Golgi (max au bout de 15min). REG passage dans Golgi 20 min : un peut dans REG mais la plus part a dj atteins le Golgi Au bout de 4h max (240min) : Le Golgi se vide lentement dans des vsicules proches de la membrane endo-plasmique. RE Golgi MP (par intermdiaire de vsicules tout le temps) : changes indirects Exprience ne permet pas de dire que les aa amin ont tait assembl en chaine de protines. Permet de regarder les flux dlments entrant et sortant de la cellule. Caractristiques flux membranaire vectoriel: (flux qui va du RE MP) RE: principal porte d'entre des flux REG Golgi: vsicules de transport : changes indirects .Ces vsicules sont formes a partir de membrane du RE avec un peu de la lumire du RE. Elles vont fusionner avec le Golgi = lment de mbrn de RE se retrouve sur Golgi. A parti golgi, 2 voies possible : Vers MP , 2 possibilits : (apport a membrane ou scrtion) Protines sur la membrane du golgi puis sur membrane de vsicules qui sert a aller jusqu' MP Protine reste sur la vsicule lment en solution dans la cellule scrtion a lextrieur de la cellule Vsicules rejoignent dautre vsicules dj prsente : Endosomes ou lysosomes. 1) Flux membranaire a partir des endosomes : Endocytose = Fabrication de vsicules partir de morceaux de la mbrn plasmique = formation des endosomes. Endosomes peuvent tre dlivr a trois compartiment diffrents : Retour a la membranne plasmique Recyclage. (se ne sont pas exactement les meme lments que ceux qui ont taient endocyt) Fusion avec les lysosomes Rejoignent le golgi Equilibre synthse et dgradation. Tailles restent la meme. Quand vsicules partent, il y en a qui reviennent ! PS : Rticulum endoplasmique = Lieu de fabrication des membranes (assemblage des lipides) perd plus de membrane qu'il n'en reoit mais qd mmes un quilibre. 1) Flux membranaire rtrograde : Caractristiques : sens oppos au flux vectoriel. Permanent : constamment des mouvements rtrograde MP golgi RE Point d'arriv: RE Deux pt de dpard: MP (cavoles) vsicules golgi Vsicules dans endosomes golgi Golgi vers RE: phnomne permanent : important car permet de rcuprer des prot spc aux RE. Utilisation de se systmes par certaines toxines bactriennes pour tre transport dun compartiment a lautre.

PROTEOGENESE ET TRADUCTION :1) Gnralits : = Ensemble des raction biochimique qui, utilisant comme matriaux les aa, aboutit a la formation des proteines. Caractristiques : dbut assemblage TOUJOURS dans cytoplasme. Commence par extrmit N-terminale Se termine par C-terminale. Rencontre entre aa-ARNt et ARNm (rencontre au sein du ribosome=complexe protique) Ncessite prsence dARNt qui transportent les aa vers lARNm sous forme daminoacyl-ARNt (=ARNt qui porte un aa). Chaque aa est li a un ARNt spcifique, donn par lanti-codon. La reconnaissance entre ARNm et aa se fait par lARNt cest lui qui est reconnu dans la zone anti-codon !! Anticodon = codon complmentaire de codon de aa sur ARNt Anticodon: 3' CGA 5' de lalanine. Codon: 5' GCU 3' alanine. Code gntique : 64 codons pour 20 aa. 1 codon = 1 aa = 1 triplet = trois base dADN 1 aa = plsrs codons ARNt de lalanine : 1) Les ribosomes : Ribosomes = petites particules compacte constitu de ribonucloprotines. Soit dans cytosol soit acoll a la face ext RE. Caractristiques : 20-30 nm de diamtre : que au microscope lectronique (pas photoniques) Compos de 2 sous units (taille, forme, fonction diffrentes), chacune assembl dans le noyau et quittant le noyau sparment par les pores nuclaire. Rle/fonction : Assurent synthse des proteines lorsque les 2 sous parties sont assembles Assemble les aa en formant chaine covalente dans un ordre prdterminer par ARNm (chaine dans le mme ordre que celui des codons) Fonctionnement : Avancent le long d'une molcule d'ARNm, lisant codon par codon, et assemblant les aa dans chaine prot de plus en plus longues. Lisent les aa de 3 en 3 bases. plusieurs ribosomes sur le meme ARNm (=polyribosomes): ne sont pas tous a mme hauteur de lectures --> traduction en mme temps. Pour un ARNm: plsr ribosomes, plsr copies de prot. Polyribosomes = Cluster de ribosomes autour dun ARNm, libre dans le cytoplasme ou rattach au RE. (plusieurs ribosomes sur une mme chaine)

1) Initiation de la traduction : Premier aa de toute les proteines : mthionine AUG. ARNt iniciateur porte un aa : la mthionine. Lecture de 5 3 Petite sous units du ribosome se fixe a la partie 5 de lARNm. ARNt initiateur (li une mthionine) se fixe sur le site P (peptidyl) du ribosomes. La petite sous units lit lARNm de 5 3 jusqu' ce quelle rencontre codon start : AUG (mthionine 1 seul codon !!) = dclenchement traduction. Assemblage entre les deux sous units Consommation dnergie , sous forme de GTP GDP. Une fois complet et fix sur lARNm, le ribosomes couvre 2 codons (initiateur et celui juste aprs = 6 bases), et comporte 2 sites de liaison pour lARNt : site P peptidyl et le site A aminoacyl(pour ARNt spcifique du 2me codons celui juste aprs codon initiateur) 1) longation: Fonctionnement : Un ARNt li de faon covalente avec son aa (=aminocyl-ARNt), se fixe sur le site A, avec un facteur dlongation (une proteine) et du GTP hydrolys en GDP. Aa prcdent li de faon covalent a laa qui arrive (et a celui qui lui prcde). Cette liaison peptidique est catalyse dans le ribosome par une peptidyl transfrase. Il en rsulte un ARNt non charg sur le site P et un dipeptidyl-ARNt sur le site A. ARNt initiateur est relargu du site P Ribosome avance dun codon Ceci entraine le passage de lARNt restant du site A vers le site P, et ouvre le site A pour un nouvel aminoacyl-ARNt. ARNt initiateur est le seul qui se fixe directement sur site P : Les autres passe dabord par le A, puis transfert de la chaine, ribosome qui avance, donc ARNt se retrouve dans site P ! Formation de la liaison peptidique : La liaison peptidique est catalyse dans le ribosome par une peptidyl transferase. Un ARNt non charge (= na pus son aa), est alors sur le site P, et un dipeptidyl-ARNt est sur le site A. COOH NH2 du prochain aa. 1) Terminaison :

Le site A rencontre un codon stop (UAG : le plus frquent) Un facteur de libration hydrolyse la chaine polypeptidique. Chaine polypeptidique, lARNt et le facteur de libration sont librs. Les 2 sous units du ribosome se sparent Ribosomes qui synthtisent une prot sans squence signal continuent leur synthse jusqu' ce que le polypeptide soit complet. Des proteines chaperonnes prsentes dans le cytosol aident a lacquisition dune config D grce a prsence de prot Les destinations principales de ces proteines, synthtise par les ribosomes libres : Le cytosol (enzymes de la glycolyse, tubulines des microtubules, actines des microfilaments) Le noyau (histones, facteur de transcription , protines ribosomale) Les mitochondries (la plupart des protines mitochondriales sont codes par le gnome nuclaire) Les peroxysomes Il faut une squence signal spcifique pour les mitochondries et peroxysomes. RESUMER :

Cours 3 27.09.2011

RETICULUM ENDOPLASMIQUE1) Gnralits : Ensemble des canalicules et vsicules constituent un rseaux en continuit avec enveloppe nuclaire (qui fait partie du RE). Porte ou non des ribosomes Membranne denveloppe RE a une composition proche de la MP bicouche lipidique, mais symtrique alors que MP bicouche asymtrique + proteines diffrentes sur les deux versants (toutes produites dans le REG puis migration) COMPLEXE RIBOSOME-RE : Enveloppe porte des portines transmembranaire elles peuvent bouger ! Rejoignent la membrane interne du noyau. Protines ne tourne pas sur elle mme comme le fond les lipides. La partie dans la lumire reste tjrs dans la lumire.

Les fonctions : Translocation des protines scrte ou transmembranaire. (REG) Synthse des protines (qui a dbuter dans cytosol) scrter hors cellules, ou celle qui vont en transmembranaire dans MP. N-glycosylation (asparagine). (REG) Conformation spatial (repliement en domaines organiser) des proteines, et lagage (perte) de leur arborisation sucre. pour toutes les prot scrtes ou trans mbr. (REG/REL) Translocation de peptide antignique (assemblage daa en chaine covalente) partir du cytosol dans le RE important pour dveloppement de raction immunitaire. Synthse des phospholipides membranaire partir des composant du cytosol. (REL) Lieu de stockage et de libration de calcium (Ca) sous divers stimuli. Lieu de dtoxification (neutralisation) de substance toxiques par des complexes enzumatiques rendre mdocs inactif, ou bien aprs passage par RE donne molcule active, qui tait inactive au dpars. Production de glucose partir du glycogne (G6P) par dphosphorylation dorigine cytosolique. 1) Translocation (prot finissant synth dans REG) et synthse des protines : certaine prot ont une phase de synthse dans le cytosol puis dans le RE. Elles ont une squence signal daa hydrophobes (15 a 30aa) produite dans les ribosomes libres. Lorsque synthse du signal est complte reconnaissance par une particule SRP (signal reconnaissance particule) = arrt de la traduction. Sur membrane du REG : existence dune protine rceptrice du RSP qui peut alors sy fixer. Ce rcepteur est a coter dun translocon (complexe protique transmembranaire qui permet la chaine en cour de formation de traverser la membrane) canal Chaine nest pas capable de passer seule Squence signal traverse la membrane du REG par le translocon et guide la proteine dans la lumire du REG. Quand la squence signal est dtecte, la synthse protique reprend et le reste de la protine est insr dans la lumire. Une signal peptidase clive la squence signal qd la synthse est termine. La chaine aa na plus sa mthionine car vient dtre cliv avec la squence signal. Chaine peptidique qui sort est repli. A la fin : dissociation des sous units du ribosomes.

La synthse des protines a domaine transmembranaire : Dbut de synthse dans cytosol Squence signal daa hydrophobe reconnue par SRP adressage, translocation dans le translocon Mme mcanisme dinsertion mais aa hydrophobe restent dans la membrane et forme un domaine transmembranaire de cette protine. 2 possibilits : synthse bloquer par extrmit N terminal lintrieur du RE phnomne de repliement dans membrane et extrmit N terminal est du cot cytosolique (COOH dans la lumire) : un fragment transmembranaire et lautre dans le cytosol. Zone hydrophobe : restent dans la membrane Zones hydrophile : coter de lumire du RE soit de lautre cot.

1) Glycosylation :

Caractristiques /rle: Dans le RE et non dans le cytosol : cest pour cela que les protines du cytosol ne sont pas glycosyls. Assure la transformation dune protine en glycoprotine Sucres : modifient solubilit de prot, stabilit, charge des protines : protines glycosyl sont plus stable que la mme chaine non glycosyl Modif de la conformation spaciale donc change le ciblage de la protine : nest plus reconnu par les mme rcepteurs N glycosylation -asparagine- dans RE O glycosylation srine, thronine- Golgi Fonctionnement de la glycosylation : Dans le REC : Un prcurseur oligosaccharide (assemblage de sucre tout prt) est construit sur du dolichol dans la lumire du REG. Il est transfr en bloc sur la protine en cours de traduction, ou il est immdiatement lagu, modifier. Fixer sur asparagine dans les assemblage daa, soit une srine, soit thronine. (Toutes les asparagines ne sont pas glycosyles) transfert en bloc Le sucre est fix en mme temps que chaine peptidique continu dtre synthtise.

1) Autre modification traductionnelle ou post traductionnelle : Synthse des glycoprotines reli de faon covalente a des lipides de membranes par un GPI (glycasyl-phosphatidyl-inositol) fixation des protines intrinsques. Formation de ponts disulfures entre cystines. Repliement et conformation dfinitive par lintervention des protines chaperonnes elle forme un espace a la sortie de la protine, et induisent ainsi a la chaine daa son repliement plusieurs domaines. Contrle qualit : Pour protines mal replier, mal glycosyle : Accumulation Les proteines chaperonnes les dtectent. Proteine ressortent du RE via des canaux, pour aller dans le cytosol ou elles sont dgrader en petit peptide dans un complexe proteique : le protasome. recyclage des lments. Phnomne important car reprsente 30% des proteines synthtis 1) REL : Fabrique la quasi totalit des lipides des membranes par des cascades de ractions enzymatiques (enzyme membranaire sur la face cytosolique). Enzyme assurent synthse des phospholipides. Lipides fabriquer sont sur le coter cytosolique. Rpartition sur la bicouche par des scramblases (non spcifiques, diffrentes flippases qui sont scifiques), immdiatement aprs la synthse. Aboutit a rpartition homogne et symtrique des phospholipides sur les deux coter de la membrane. Trs rapide Autre rles : Production dhormones strodes (liposolubles, lipidiques) la grande partie Dtoxification (+ que dans REG) = hydroxylation des molcules chimiques exognes prsentent dans cytosol par cytochrome p450, dont le site daction est tourn vers le cytosol + association avec un complexe transporteur de- permet davoir nergie pour raction enzymatiques

Echange des lipides avec autres compartiment de la cellules : Assemblage surtout autour dur RE : interaction directe du RE avec golgi, MP, mitochondrie, lysosomes, endosomes, vsicules Ne veut pas dire fusion de membrane ! juste trs proche permet transport des lipides de la membrane du RE membrane dun autre compartiment. Cas du PE (phosphatidyl thanolamine) : fabriquer dans mitochondrie puis introduit dans la membrane du RE et enfin dans la MP. Mise en place de la MP : arrive de lipides directement ou par des vsicules dexocytose. Lipides pas toujours du bon cote de la membrane : prsence de flippases (ATPtransporteur) scifiques. rpartition du feuillet asymtrique +++ Caractristique final de la MP : double feuillet asymtrique deux phospholipide particulire : phosphatidylsrine et thanolamine (feuillet interne) quand PS du coter extrieur qql chose anormal ! 1) Exemple de pathologie : Mucoviscidose : Maladie gntique frquente 1/2500 naissances Gne homozygote Mutation dun gne codant pour la protine transmembranaire CFTR rgulateur de conductance (canal chlore). On a dcouvert le gne avant de dcouvrir la protine. Personne saine : Traduction normal de CFTR : synthse dbut dans cytosol peptide signal hydrophobe reconnu translocation A cause de sa complexit il y a des problmes de repliement 80% de la CFTR ne se replie pas normalement elle est dtruite par les proteasomes . Personne malade : Mutation la plus frquente : delta F508 , au niveau du gne CFTR (70% des mutation) Traduction normale, mais 99% de destruction de la protine au lieu de 80%. Les 1% restant, reste est fonctionnel, mais avec une activit moindre. Possibilit thrapeutique : Il faudrait environ 5% de CFTR pour que activit soit de nouveau normal diminuer la dgradation par le proteasome par un inhibiteur de proteasome, car le canal nest pas inactif beaucoup deffet indsirables ! Dficit en alpha1-antitrypsine : La deuxime maladie gntique la plus mortel, la plus frquente Alpha 1 antitrypsine Glycoprotine abondante du srum secrt/synthtis par les hpatocyte en dehors du foie, pour rejoindre la circulation sanguine va jusquau poumons liaison avec la neutrophile lastase pour linactiver linactive La neutrophile lastase : Protase non spcifique Rle anti-infectieux

peut provoquer une destruction du parenchyme pulmonaire. Csq : emphysme (dtresse respiratoire) peut ncessiter une greffe pulmonaire ! Dficit en alpha 1 antitrypsine : Dficit du a une conformation anormal de la protine dans la lumire du REG provoquant des agrgats qui restent dans le REG. Csq : baisse de la quantit dalpha 1 antitrypsine scrte entrainant : cirrhose hpatique car les agrgats sont toxiques pour les cellules hpatique une atteinte pulmonaire : plus grave que latteinte hpatique ! La conformation anormal de la protine est du a une mutation. La plus frquente : mutation glu342Lys Cours 4 28.09.2011 Maladie neuro-dgnratives : Intervention de protines toxiques. Touche SNC Trois consquences possibles dune mutation : agrgats inhibition gain de fonction Mutation on lieu : Sur le gne de la protine responsable elle mme Sur le gne dune protine partenaire a cette protine causant la pathologie, qui fait que la protine responsable est anormale par la suite. Pathologie peut toucher : Une petite partie du cerveaux atteinte restreinte Une grande partie atteinte plus diffuse Exemple : Parkinson : touche une tt petite partie du cerveau Alzheimer, prion : Atteinte plus diffuse 1) Sortie du REG/transport vsiculaire : Comment sa se passe en gnral : Transport vers le Golgi par des vsicules qui vont bourgeonner du REG pour aller fusionner avec la parois du Golgi = Compartiment accepteur. (REG = compartiment donneur) Reconnaissance et fusion avec le compartiment darrive. Valable pour tout type de vsicules ! Reprsente la majorit du transport. La spcificit des vsicules Dsignation des protines synthtises dans le RE : a. Rester dans le RE (Les N-glycoproteines y sont dj actives donc elles y restent) Comment restent-elles ? Elles ont dans leur partie carboxy terminal 4 aa particulier = signal de rtention qui leur permettent de saccrocher aux protines transmembranaire et dy rester. b. elles sortent du RE La destination des proteines synthtis dans le RE est dtermine par leur degr de glycosylation. Passage dans le golgi puis : Vers des lysosomes grce a des vsicules (2) Ou vers la MP (1) Ou bien elles retournent au REG (lui redonne de la membrane !)

Les vsicules : Les vsicules ont une membrane issue de la membrane du REG. Elles contiennent : Protines luminales (solubles dans le milieu car issus su cytosol a lintrieur du REG : elles ont t enfermer dans la vsicule.) Protines transmembranaire et membranaires (issus de la partie de membrane arrache au REG) Lipides (de la membrane du REG) Le domaine intra-cytosolique des proteines transmembranaire issus de la membrane de REG reste dans un domaine cytosolique au niveau de la membrane des vsicules. Formation de ces vsicules : La membrane du REG se courbe en raison de la prsence de protines qui saccrochent les unes aux autre et tirent sur la membrane (sur versant cytosolique). Puis une vsicule finit par sen dtacher. Transport vsiculaire, reconnaissance et fusion : Formation de la vsicule. Adressage/reconnaissance spcificit de la vsicule : Spcificit +++ : chaque vsicule ne peut fusionner que avec le compartiment auquel elle est destine. Prsence de protines sur le versant externe de chaque compartiment : T-SNARE sur le compartiment receveur V-SNARE sur la vsicule Reconnaissance fusion Face interne reste dans la lumire et la face externe vers le cytosol . Les vsicules peuvent rester et constituer la membrane du compartiment receveur. Ou bien repartir. Dans ce cas, la dissociation se fait grce a des protines non spcifique (SNAP et NSF) permet a vsicule de repartir. Cest rcepteurs NSF, SNAP et diffrent type de t-SNARE sont ports par chaque organites (MP, Golgi, RE).

APPAREIL DE GOLGI1) Gnralits : Caractristiques : = ensemble de vsicules et de saccules aplatis et organiss comme une pile dassiette. Chaque pile constitue un dictyosome (un ou plusieurs par cellule) Des vsicules assurent les transports entre le golgi, le RE, les lysosomes, la MP, les endosomes. Localisation : Autour du noyau a proximit du RE. Vert : anti corps contre prot du Golgi, violet : ny Dictosomes: 3 type de saccules saccules de la face cis saccules de la rgion mdiane saccules de la face trans ou sortie (TGN : Trans Golgi network) Distinction morphologique et fonctionnelle (diffrentes enzymes, car les protines passent dun saccule a lautre et subissent des transformations) Proteines passent de cis mdiane trans Autres lments : On retrouve aussi :

Des constituants du cytosquelette (microtubules permettent aux vsicules de structure de se dplacer) Des protines G la face cytosolique apport dE ncessaire aux react enzymatiques : pour la constitution et la fusion des vsicules.

1) Les fonctions : Modification des oligosaccharides N-li longations (sucre mannose dominant ou glycosilation complexes) et nouvelles constructions (rajout) glycoprotines plus complexes O-glycosilation dans la lumire du saccule construction progressive oses par oses (4 a 6 oses, total souvent < 10) beaucoup moins grands que celle du RE Phosphorylation, sulfatation, aminactylation , etc : se droule de manire squentielle dans les saccules du Golgi (plutt en cis ou en trans). La modification des oses dans le Golgi apporte une spcificit la proteines. Autre fonctions : Stockage dion Ca (