SYSTEMES ENDOMEMBRANAIRES ET TRAFIC INTRACELLULAIRE

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1 SYSTEMES ENDOMEMBRANAIRES ET TRAFIC INTRACELLULAIRE PACES ANNEE UNIVERSITAIRE ENSEIGNANT : Pr B. BLOCH

2 Systèmes endomembranaires et trafic intracellulaire Caractéristiques Définitions et généralités générales Les réticulums endoplasmiques L appareil de Golgi et ses dérivés Le système lysosomal (Le protéasome)

3 Vésicules Appareil de Golgi Réticulum endoplasmique lisse 2 compartiments -Intra cellulaire -Extra cellulaire Lysosomes Réticulum endoplasmique granuleux Systèmes endomembranaires : Compartiments membranaires intracellulaires fonctionnant en relation avec la membrane plasmique.

4 Système endomembranaire : Fonctionnement - En perpétuel dynamique (synthèses, échanges entre les compartiments, dégradation ) - Echanges avec la membrane plasmique et le milieu extérieur (vésicules,exocytose, endocytose) Système endomembranaire : Fonctions - Synthèses - Métabolismes - Catabolismes -Transports intracellulaires, sécrétions

5 Systèmes endomembranaires Synthèse de lipides et de stéroïdes Stockage et libération du calcium Autres fonctions Réticulum endoplasmique lisse Appareil de Golgi Réticulum endoplasmique granuleux Synthèse protéïque (traduction) Tri et adressage Modifications moléculaires post-traductionnelle et autres Formation de vésicules Lysosomes Peroxysomes Protéasome Lysosome Hydrolyse Dégradation Grain de Sécrétion Sécrétion régulée Vésicule de transport Sécrétion constitutive

6 Systèmes endomembranaires structure CAVITES : Citernes intercommunicantes délimitées par des endomembranes (Réticulums, Appareil de Golgi ) Bicouche de phospholipides Protéines et sucres associés VESICULES : Systèmes clos. Une endomembrane entourant un contenu (Lysosomes, Endosomes, Grains de sécrétion ) Bicouche de phospholipides Protéines et sucres associés

7 Synthèses, métabolismes et transports intracellulaires dans le cytoplasme (Pancréas exocrine) Exocytose Grains de sécrétion (grains de zymogène) (Stockage et exocytose) Appareil de Golgi (métabolisme et formation de vésicules) Réticulum endoplasmique granuleux (synthèse protéique)

8 Les réticulums Caractéristiques générales Le réticulum endoplasmique lisse Le réticulum endoplasmique granuleux

9 Réticulum endoplasmique lisse (REL) Réticulum endoplasmique Granuleux (REG)

10 Réticulums endoplasmiques Présents dans (tous) les types cellulaires 50% des membranes de la cellule 10 à 30 fois la surface de la membrane plasmique Abondance du REL et du REG très variable selon besoins et types cellulaires et en fonction de l activité de la cellule Citernes intercommunicantes délimitées par une bicouche phospholipidique plus mince que la membrane plasmique (pas de cell coat) Mêmes catégories de lipides Protéines (dont enzymes ++)

11 Les réticulums dans la cellule pancréatique exocrine et le neurone Grains de zymogène Appareil de Golgi Corps cellulaire (réticulum granuleux et lisse) Axone (réticulum lisse) Réticulum endoplasmique granuleux Pancréas exocrine Neurone

12 Les réticulums - microscopie optique Réticulum endoplasmique granuleux (Corps de Nissl; neurone) Réticulum endoplasmique lisse (Corticosurrénale; cellules endocrines productrices d hormones stéroïdes)

13 Organisation du réticulum endoplasmique (microscopie électronique) Réticulum endoplasmique lisse Réticulum endoplasmique granuleux Endomembranes et cavités intercommunicantes Endomembranes, cavités, ribosomes et molécules associées (ARN messager, ARN de transfert) Microscopie électronique Membranes Ribosomes

14 Les réticulums Caractéristiques générales Le réticulum endoplasmique lisse - Localisation et organisation. - Principales fonctions. Le réticulum endoplasmique granuleux

15 Localisation et structure du réticulum endoplasmique lisse Peu développé dans la plupart des cellules sauf besoins spécifiques ; abondance très variable Cellules à sécrétion stéroïde +++ (cortico-surrénale) Hépatocytes (adaptation ++) Localisation intracellulaire spécifique en rapport avec des besoins locaux Neurone : corps cellulaire et prolongements Cellule musculaire striée squelettique : sarcoplasme (Tubules L) entre les myofibrilles

16 Fonctions du réticulum endoplasmique lisse Synthèse des phospholipides membranaires Stockage et libération du calcium (muscles, neurone,..) Hydroxylation de molécules Cytochrome P450 : Détoxification et solubilisation de molécules (éthanol; médicaments; bilirubine) Production des hormones stéroïdes sexuelles et surrénaliennes Participation à la production de glucose (glucose-6-phosphatase) Production d ions H + et Cl - (épithélium gastrique)

17 Cellule productrice d hormones stéroïdes Gouttelettes lipidiques Réticulum lisse Mitochondries à crêtes tubulaires Goutelette lipidique Corticosurrénale (glucocorticoïdes; aldostérone) Réticulum endoplasmique lisse

18 Biosynthèse des hormones stéroïdes D 5_ prégnénolone Mitochondrie Cholestérol Hormones stéroïdes surrénaliennes Gouttelette lipidique Cholestérol Progestérone Hormones stéroïdes sexuelles Oestrone; testostérone Réticulum endoplasmique lisse

19 Les réticulums Caractéristiques générales Le réticulum endoplasmique lisse - Localisation et organisation. - Principales fonctions. Le réticulum endoplasmique granuleux Le réticulum endoplasmique granuleux

20 Localisation et structure du réticulum endoplasmique granuleux Abondance variable selon le besoin de synthèse protéique Neurone Cellule pancréas exocrine Muscle strié squelettique Hépatocyte Disposition ubiquitaire ou restreinte Association de citernes anastomosées et de ribosomes - En continuité avec la citerne de l enveloppe nucléaire

21 Corps de Nissl Neurone et cellule pancréatique exocrine Grains de zymogène Grains de zymogène Appareil de Golgi REG Réticulum endoplasmique granuleux

22 Le ribosome Petite sous-unité ARN messager 5 3 Grande sous-unité Exit Peptidyl Aminoacyl ARN transfert Arg Peptidyl transferase 5 Poly(ribo)somes 1 3

23 Petite sous-unité ARN messager 5 3 Grande sous-unité Exit Peptidyl Aminoacyl NH Peptidyl transferase 3

24 5 3 Exit ARNm Peptidyl Aminoacyl Peptidyl transferase 3

25 ARNm 5 3 Exit Peptidyl Aminoacyl Peptidyl transferase 3

26 5 Protéosynthèse dans le réticulum endoplasmique granuleux 3 ARNm 1) Synthèse du peptide signal (20 à 40 aa) - hydrophobe - N terminal - linéaire 2) Allongement de la protéine 5) Clivages par des ***endopeptidases 3) Clivage du peptide signal et passage dans les citernes du réticulum 4) Repliement (Chaperonnes) 6) Glycosylations/ déglycosylations

27 Passage des protéines dans les citernes du réticulum endoplasmique granuleux 5 Système d ancrage : PRS ( Particule de reconnaissance du signal ) Récepteur de la PRS 3 Protéine chaperonne Translocon Clivage du peptide signal

28 Protéosynthèses Réticulum endoplasmique granuleux Poly(ribo)somes associés à des cytomembranes Protéines sécrétées Poly(ribo)somes libres Polysomes libres Protéines de la chromatine, du cytosquelette, des ribosomes, des mitochondries

29 L appareil de Golgi et ses dérivés Introduction Caractéristiques structurales et métaboliques - Aspect en microscopie optique - Aspect en microscopie électronique - Compartimentation fonctionnelle Fonctionnement et fonctions de l appareil de Golgi - Généralités - Tri et adressage - Fonctions métaboliques

30 Réticulum endoplasmique lisse Réticulum endoplasmique granuleux Synthèse protéïque (traduction) Appareil de Golgi Tri et adressage Modifications moléculaires post-traductionnelle et autres Formation de vésicules Lysosome Hydrolyse Dégradation Grain de Sécrétion Sécrétion régulée Vésicule de transport Sécrétion constitutive

31 Appareil de Golgi Réseau complexe d endomembranes lisses : - Saccules : citernes aplaties, incurvées, empilées, de 1 µm de diamètre - Vésicules nombreuses Position juxtanucléaire ou supranucléaire (cellules polarisées) corrélée à celle des microtubules Dictyosome : association des saccules et des vésicules Orienté morphologiquement et fonctionnellement - Face cis proche du réticulum endoplasmique - Face trans orientée vers les dérivés vésiculaires Variations quantitatives (dictyosomes +/- nombreux) - En fonction de la spécialisation fonctionnelle de la cellule - En fonction de l'activité métabolique

32 Face trans Face cis

33 L appareil de Golgi et la production de protéines dans la cellule pancréatique exocrine 5 minutes 20 minutes 60 minutes Grains de zymogène Appareil de Golgi Réticulum endoplasmique granuleux Leucine radioactive incorporée dans les protéines

34 Sécrétion constitutive Sécrétion régulée Grains de sécrétion Vésicules de transport à coatamères Voie lysosomale Pré-lysosomes Organites cytoplasmiques Trans Golgi Network Vésicule à clathrine Face Trans, de maturation Vésicules latérales Vésicule à coatamères Saccules Face Cis, de formation Réticulum endoplasmique granuleux UE2 - La cellule Transport et les tissus rétrograde Transport antérograde

35 Noyau a Face de maturation (trans) Trans Golgi network Face de formation (cis)

36 Appareil de Golgi. Compartimentation fonctionnelle Golgi face cis Golgi median Golgi face trans

37 Tri, adressage et concentration dans différents compartiments 3 étapes successives 1- Formation d'un bourgeon à la membrane d'un compartiment donneur manteau (clathrine ou COP I ou II) face cytoplasmique protéines transmembranaires protéines à transporter concentrée 2- Formation d'une vésicule par pincement du bourgeon. Cette étape permet d'isoler une fraction du compartiment donneur 3- Arrimage de la vésicule au compartiment qui la reconnait. Fusion membranaire ; La vésicule déverse son contenu dans le compartiment accepteur et sa membrane sera intégrée à ce dernier.

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39 L appareil de Golgi Introduction Caractéristiques structurales et métaboliques - Aspect en microscopie optique - Aspect en microscopie électronique - Compartimentation fonctionnelle Fonctionnement et fonctions de l appareil de Golgi - Généralités - Tri et adressage - Fonctions métaboliques

40 Réticulum endoplasmique lisse Réticulum endoplasmique granuleux Modifications moléculaires post-traductionnelles et autres Appareil de Golgi Tri Concentration Adressage Lysosome Hydrolyse Dégradation Grain de Sécrétion Sécrétion régulée Vésicule de transport Sécrétion constitutive

41 Principales fonctions de l appareil de Golgi Formation de dérivés vésiculaires : prélysosomes; grains de sécrétion; vésicules de transport. Tri et adressage. Concentration. Métabolisme post-traductionnel (des protéines) - Protéolyse des précurseurs (hormones) - Glycosylations, déglycosylations des protéines - Phosphorylations (mannose,.) - Sulfatation et création de ponts disulfures (insuline; mucus; substance fondamentale) - Amidation (activité biologique des hormones) Couplage des glycolipides. Participation à la synthèse des protéoglycanes et des glycosaminoglycanes.

42 Tri et adressage à partir de l appareil de Golgi Hormones peptidiques Sécrétions exocrines Exocytose; sécrétion régulée Protéoglycanes et polysaccharides (membrane plasmique, matrice extracellulaire) Sécrétion constitutive Grains de sécrétion Voie lysosomale Pré-lysosomes Trans Golgi Network Vésicules de transport à coatamères Organites cytoplasmiques Face Trans, de maturation

43 Tri et adressage à partir de l appareil de Golgi Sécrétion régulée - Grains de sécrétions Sécrétion régulée Grains de sécrétion (hormones peptidiques/ sécrétions exocrines) Exocytose par fusion de la membrane des grains de sécrétion et de la membrane plasmique cellbio.utmb.edu/cellbio/end7.jpg

44 Tri et adressage à partir de l appareil de Golgi Sécrétion constitutive Extérieur de la cellule Intérieur de la cellule Microvillosités avec cell coat (flèches)

45 Glycosylations-déglycosylations des protéines dans l appareil de Golgi N-glucosamine Fucose Galactose Acide sialique Trans Glycosylations ( glycosyl-transférases ) Déglycosylations ( mannosidases,. ) Médian Cis (Glucose)3-(Mannose)9-(N-acétylglucosamine)2 Asp / Try Asp / Try REG REG

46 Production des hormones peptidiques à partir de leur précurseur protéique Insuline Ponts disulfures S S S S S S S S Peptide C Grain de sécrétion Protéolyse Amidation Sulfatation Glycosylations Déglycosylations ACTH (39 aa) b-lipotropine (91 aa) a-msh (17 aa) b-endorphine (31 aa) Chaine a Peptide C Chaine b a-msh b-endorphine 30 aa 35aa 21aa Appareil de Golgi ACTH b - lipotropine Proinsuline Pré-proinsuline ( 86 aa ) Réticulum Endoplasmique Granuleux Pro-opio-mélanocortine (185 aa ) Prépro-opio-mélanocortine Pancréas endocrine Adénohypohyse; encéphale Point de clivage protéolytique Systèmes endomembranaires : 2 aa basiques ( Lys; et trafics Arg ) intracellulaires. Pr B.Bloch Site de glycoslylation