Cellules chlorophylliennes d Elodée. Epiderme de Tulipe

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1 Cellules chlorophylliennes d Elodée N Epiderme de Tulipe

2 Un organite original : les vacuoles des plantes supérieures 1. Caractéristiques structurales et composition 1.1. Données de la microscopie : caractéristiques structurales 1.2. Données biochimiques : composition du suc vacuolaire 1.3. Données biochimiques : composition protéique du tonoplaste 2. La vacuole et l équilibre hydrique des cellules végétales 2.1. L équilibre hydrique des cellules végétales 2.2. Le contrôle de l ouverture des stomates 3. Fonctions lytiques et de stockage 3.1. Deux populations de vacuoles dans une même cellule 3.2. Les fonctions de stockage Accumulation des composés du métabolisme primaire Accumulation des proténes de réserve dans les graines Accumulation des composés du métabolisme secondaire 3.3. Les fonctions lytiques 3.4. L adressage des protéines dans les vacuoles 4. Conclusion

3 Vacuole centrale Vacuole unique Volume important (jusqu à 80-90% vol. cellulaire) Peu dense aux électrons vacuus = vide Organite limitée par une membrane simple = le tonoplaste Travées cytoplasmiques

4 Cellule méristématique d apex racinaire

5 Différenciation de cellules du tapis de l anthère (Lin et al. 2001) A B C A B C

6 Biogenèse de l appareil vacuolaire (d après Marty, 1999) PM : membrane plasmique E : endocytose ER : réticulum endoplasmique TGN : réseau trans-golgien PVC : compartiment prévacuolaire AV : vacuoles d autophagie 1. Voie de sécrétion 2. Tri dans le TGN 3. Transport PVC -> vacuole 4. Transport direct du RE 5. Endocytose 6. Autophagie 7. Transport direct à travers le tonoplaste

7 Processus d autophagie 1. Formation de «cages cytoplasmique» par fusion de tubules provacuolaires N N N N Digestion du contenu domaine cytoplasmique ainsi délimité 3. Dissociation d une des membranes et transformation en vacuole

8 Composition du suc vacuolaire ph = 5,0-5,5 (2,5-7,0) Ions : K +, Na +, Ca 2+, Mg 2+, Cl -, SO 4 2-, PO 4 3-, NO 3- Acides : citrique, malique, ascorbique (vit. C), oxalique Glucides : saccharose, inuline, stachyose Acides aminés (peu abondants) Protéines (hydrolases, protéines de réserve ) Composés du métabolisme secondaire : flavonoïdes (pigments), composés cyanogénétiques, tanins, alcaloïdes

9 Analyse protéomique des vacuoles de feuilles de rosette d Arabidopsis thaliana (d après Carter et al., 1999)

10 Plamolyse des cellules végétales Cellules d épiderme de pétale de Tulipe Osmolarité du milieu Cellule de parenchyme cortical de racine d Oignon

11 Equilibre hydrique des cellules végétales Osmomètre : Cellule végétale Yp Pression osmotique : p = R x T x C R = cte gaz parfaits T = température C = concentration en substances dissoutes Potentiel osmotique : Ys = - p plamolyse Pression de turgescence : Yp Potentiel hydrique : Yh = Ys + Yp turgescence

12 Le contrôle de l ouverture des stomates Cellules de garde d un stomate fermé

13 Deux types de vacuoles V1 = Vacuoles de stockage de protéines ph neutre α-tip (Tonoplast Integral Portein) V2 = Vacuoles lytiques ph acide γ-tip Protoplaste de cellules à aleurone (marqueur fluorescent)

14 Accumulation vacuolaire de composés du métabolisme Acides carboxiliques : Acide malique : plantes en C4, maintien du ph intracellulaire par stockage vacuolaire Acide oxalique : photosynthèse, cellules à cristaux d oxalate de Ca 2+ Glucides : Saccharose : Betterave et Canne à sucre Inuline : polymère de fructose Protéines de réserve Composés du métabolisme IIaire: Pigments Protéines de défense et substance délétères pour les animaux : Lectines, inhibiteurs de portéases, alcaloïdes, composés cyanogéniques... Xénobiotiques

15 Vacuoles de stockage de protéines prolamines Corps protéiques issus du Golgi ER Appareil de Golgi globulines Immunodétection de prolamines dans une vacuole de Graminée Pré-vacuole autophagie Vacuole de stockage des protéines Fusion entre une vésicule dense et une vacuole de stockage Bourgeonnement de corps protéiques à partir du réticulum

16 Les hydrolases vacuolaires Protéases : aminopeptidases, carboxypeptidases Glycosidases : invertase, a-mannosidase, saccharose inulase Estérases : phosphatase acide Ribonucléases Glycérol-P + H 2 O PA Glycérol + P + Pb 2+ Précipité Pb 3 (PO 4 ) 2- Détection cytochimique d une activité phosphatase acide

17 La fonction lytique des vacuoles Mobilisation des réserves : fusion avec les vacuoles de stockage Autophagie : accumulation de réserves, dédifférenciation cellulaire Sénescence cellulaire : destruction du tonoplaste et libération des enzymes lytiques dans le cytoplasme Phagocytose d organismes pathogènes, voire symbiotiques

18 Signaux d adressage à la vacuole REG Golgi Provacuole vacuole Peptide signal d adressage au réticulum + Propeptide d adressage vacuolaire clivé N- ou C-terminal (NTPP ou CTPP) pas de concensus net : motif structural? ou Séquence d adressage intramoléculaire

19 Buchanan

20 Introduction Plan du cours 1. Les progéniteurs habituels des chloroplastes 1.1.Les plastes des cellules méristématiques, les proplastes Caractéristiques des proplastes Différenciation des plastes au cours de la différenciation cellulaire : biogenèse des thylakoïdes 1.2. Les étioplastes, précurseurs des chloroplastes dans les cellules à l obscurité Structure des étioplastes Différenciation au cours de la dé-étiolation. 2. Des plastes à caractéristiques biochimiques très différenciées 2.1. Les chromoplastes Caractéristiques structurales et biochimiques Différenciation d un chloroplaste en chromoplaste au cours du mûrissement du fruit 2.2. Les amyloplastes Caractéristiques structurales et biochimiques Perception de la gravité par les amyloplastes Autres leucoplastes Conclusion

21 Diversité des plastes chloroplaste proplaste chromoplaste amyloplaste étioplaste

22 Le chloroplaste Thylacoïde Granum Enveloppe Granule d amidon Plastoglobules (lipides) Qu est-ce qu un plaste? organite cellulaire, limitée par une enveloppe constituée de deux membranes, capable de se diviser, contenant sa propre information génétique (ADN circulaire), capable de différenciation, par ex. en chloroplaste.

23 Schéma d interconversion des plastes étioplaste proplaste chloroplaste gérontoplaste chromoplaste amyloplaste

24 Les proplastes plaste ovoïde, non coloré 0,2-1µm ; 20 / cellule Angiospermes peu ou pas de membranes internes éventuellement grains d amidon Proplaste de méristème apical d Arabidopsis thaliana (Reiter et al., 1994) Proplaste d une cellule de méristème racinaire

25 proplastes chloroplastes 4 (Vothknecht et Westhoff, 2001)

26 Modèle de différenciation des proplastes en chloroplastes proplaste protéines 1 2 chloroplaste formation des thylacoïdes formation des grana 1. Invagination de la membrane interne puis formation de vésicules de la membrane interne vers les thylacoïdes 2. Assemblage nécessitant les complexes photosynthétiques (notamment LHC) ADN préarnm ARNm noyau protéines D après Vothknecht et Westhoff (2001)

27 Les étioplastes CP CP Cotylédon d Arabidopsis thaliana Feuille étiolée d Orge Peu ou pas de membranes internes Corps Prolamellaire (CP) = structure paracristalline constituée de lipides et protéines

28 Dé-étiolation d étioplastes d Arabidopsis thaliana (Reiter et al., 1994) Etioplaste Plaste après 4h de lumière lumière Chloroplaste, après 24h de lumière

29 Les chromoplastes Chromoplastes globulaires Chromoplaste tubulaire Chromoplaste membraneux

30 Les amyloplastes Racine d Arabidopsis thaliana Amyloplaste d un organe de réserve

31 Métabolisme (très) simplifié des plastes : (1) sucres, ATP et pouvoir réducteur CO 2 ADP ATP ATP + NADPH, H + oses + ATP + NAD(P)H, H + pentoses P glycolyse oses amidon ADP ADP-Glu Pi G6P amyloplastes

32 Amyloplastes et perception de la gravité Cellules spécialisées, statocytes, contenant des statolithes (amyloplastes) Gravité sédimentation des amyloplastes C Hypocotyle D modification du cytosquelette d actine Racine C : cytosquelette d actine D : amyloplastes activation de canaux sensible à la tension Signal intracellulaire (Ca 2+, H +, InsP 3 )

33 D autres plastes Elaioplaste (cellule glandulaire de Peuplier) Gérontoplaste