PHYSIQUE CELLULAIRE -I- LA COMPARTIMENTATION CELLULAIRE. Jean-Pierre HENRY 7 Décembre 2007

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1 PHYSIQUE CELLULAIRE -I- LA COMPARTIMENTATION CELLULAIRE Jean-Pierre HENRY 7 Décembre 2007

2 Répartition cellulaire des membranes Cellules acineuses Pancréas Cellules hépatiques Membrane plasmique 600 µ Reticulum endoplas. + app. Golgi Mitochondries M interne + externe

3 Compartiments intracellulaires avec des environnements différents ph: lysosomes : acides cytosol: neutre mitochondries basiques Pouvoir redox: ponts disulfure Composition ionique: cytosol :K + ; vésic. sécrétion:na + ΔΨ : mitochondries: négatives vésicules de sécrétion: positives Substrats: adrénaline: 5 ordres de grandeur Protéines

4 Conséquences de la compartimentation Avantages: Optimisation des réactions Possibilité d opérations incompatibles (ex.:synthèse et dégradation) dans une cellule Difficultés: Communication: passage de composés solubles Equipement protéique: Synthèse locale Passage transmembranaire

5 Autres aspects de la compartimentation Réparation membranaire Biogénèse des compartiments: division cellulaire Régulation de taille: ex.: le noyau

6 OBJET DU COURS Description rapide de la compartimentation et de sa dynamique Etude plus détaillée des différents modes d échange: Transports primaires et secondaires Synthèse protéique et compartimentation Trafic membranaire

7 Description des principaux compartiments cellulaires

8 CELLULE EUCARYOTE ANIMALE Noyau Mitochondrie Reticulum endoplasmique Appareil de Golgi Lysosomes et endosomes Peroxysomes Vésicules

9 NOYAU Cellules quiescentes: Enveloppe nucléaire visible: Double membrane, diamètre : 10 µm Continuité avec le réticulum endoplasmique Chromosomes invisibles Mitose: Condensation de la chromatine: chromosomes visibles Enveloppe disparaît

10 PORE NUCLÉAIRE Structure complexe: Diamètre:120nm,hauteur:50nm Environ 50 protéines, mw Symétrie d ordre 8 Fonction: transport Importation des enzymes de replication, transcription, facteurs de transcription et épissage Exportation d ARNm, ribosomes, tarn

11 MITOCHONDRIE Morphologie classique (microscope électronique): Double membrane (crête et tubules) Particules de 5 à 10 nm sur la face interne de la membrane interne Microscopie de fluorescence: Réseau de tubules avec une dynamique de bourgeonnement et de fusion Double membrane

12 RESPIRATION MITOCHONDRIALE PRODUCTION D ATP Les substrats dégradés dans le cytosol sont importés Transformation en CO2 et NADH Le NADH est oxydé aux dépens de O2, avec expulsion de H+ L entrée de H+ au niveau de l ATP synthase génère de l ATP L ATP est exporté

13 SPÉCIFICITÉS DE LA MITOCHONDRIE La mitochondrie a une origine symbiotique: Présence d ADN Synthèse locale de certaines protéines (10%) Hérédité maternelle Rôle dans l apoptose Changement du potentiel de membrane Libération de cytochrome c Equilibre dynamique du réseau mitochondrial

14 RETICULUM ENDOPLASMIQUE: MORPHOLOGIE Réseau de membranes interconnectées et connectées à la membrane nucléaire Reticulum rugueux: ribosomes sur la face externe (synthèse protéique) Reticulum lisse: synthèse phospholipides Homogénéïsation : microsomes

15 Reticulum : synthèse des protéines membranaires et sécrétées Fixation de SRP sur la séquence signal Arrêt de la traduction Fixation de SRP sur son récepteur Reprise de la traduction Transport cotraductionnel Coupure de la séquence-signal Elongation Mécanisme de passage à travers la membrane?

16 Reticulum : glycosylation des protéines Modification post-traductionnelle N-glycosylation: sur N dans séquence S/T x N Transfert en bloc d un dolichol-saccharide Composition fixe: Rose: N-acet glucosamine Bleu: mannose Vert: glucose

17 APPAREIL DE GOLGI: MORPHOLOGIE Variable selon les cellules Saccules empilés à côté du noyau On distingue: Golgi cis Golgi médian Golgi trans

18 Appareil de Golgi : fonction Modifications post-traductionnelles Les glycoprotéines subissent de nombreuses étapes de maturation après le transfert de l oligosaccharide Les enzymes responsables ont été localisées dans différents compartiments : reticulum et les 3 compartiments du Golgi

19 Transfert entre les compartiments du Golgi Les enzymes agissant séquentiellement sont dans différents compartiments La chaîne en cours de maturation passe d un compartiment à un autre Le transfert s effectue par des vésicules opérant des des bourgeonnements et des fusions

20 Expérience montrant le transfert vésiculaire A) la lignée mutante ne peut pas faire la maturation B) la lignée mutante est infectée par un virus exprimant une glycoprotéine, la protéine G La lignée mutante seule ne mature pas la protéine G La maturation s observe si on incube ensemble la lignée sauvage non infectée et la lignée mutante infectée

21 LA VOIE DE SÉCRÉTION L expérience précédente indique qu il y a une dynamique membranaire Les navettes permettent des transferts d un compartiment vers un autre La sécrétion comporte des transferts: Reticulum vers Golgi Golgi vers membrane L exocytose est la fusion de la vésicule avec la membrane cellulaire

22 Lysosomes et endosomes Morphologie: vésicules (25 à nm) limitées par une membrane simple ph acide : jusqu à ph 5 (lysosomes) Biochimie : Nombreuses hydrolases Phosphatases, phosphodiesterases RNAse, DNAse Protéases Phospholipases Sucrase Double protection: membrane (latence) et optimum de ph à ph acide

23 Lysosomes et endosomes :endocytose Les LDL (Low Density Lipoprotéines associent une protéine, des esters de cholestérol et des PL La protéine est reconnue par un récepteur Le récepteur est internalisé L acidification de la vésicule induit la dissociation du complexe Le récepteur est recyclé Les LDL sont digérées au niveau de lysosomes

24 PEROXYSOMES Morphologie: vésicules (20 à 1 000nm) à membrane simple Colorées par H 2 O 2 et DAB (catalase) Fonction: Dégradation des bases puriques β-oxydation des acides gras Equipement enzymatique spécifique, sans relation avec la voie de sécrétion Protéines avec une séquence SKL en C-terminal Les photosomes de la luciole sont des peroxysomes

25 Noyau Cytosol Peroxysomes Mitochondries Reticulum endoplasmique Lysosomes Endosomes Golgi Surface cellulaire Vésicules de sécrétion