Biologie - Fiche 7 - Système endomembranaire PDF

TUTORAT LAS 2024/2025 Université Paris Cité MODULE 2.2 Biologie Cellulaire FICHE DE COURS n°7 🦠 Chapitre : Système endomembranaire Il s’a...

TUTORAT LAS 2024/2025 Université Paris Cité MODULE 2.2 Biologie Cellulaire FICHE DE COURS n°7 🦠 Chapitre : Système endomembranaire Il s’agit d’une fiche récapitulative non exhaustive des notions essentielles concernant vos cours. Cela ne remplace pas les capsules et vos notes se rapportant aux explications des professeurs. Nous vous invitons à assister aux créneaux hebdomadaires, parfois organisés par l’équipe de professeurs ou par l’A2SUP. N’hésitez pas à consulter régulièrement la catégorie L.AS des Outils Pédagogiques du site internet A2SUP pour avoir accès aux dernières fiches pour les L.AS !  SOMMAIRE Fiche n°7 : Le système endomembranaire 3 I. Généralités du système endomembranaire (SE) 3 A. INTRODUCTION 3 B. LES CONSTITUANTS DU SYSTÈME ENDOMEMBRANAIRE 3 C. LE TRAFIC (FLUX VECTORIEL) MEMBRANAIRE 4 1) Différents types de flux 4 a) Flux vectoriel permanent (= le flux de référence) 4 b) Flux membranaire du glogi au RE 5 c) Flux membranaire centré sur les endosomes : 5 2) Les grandes étapes du transport par vésicule 6 3) Différents types de vésicules 7 II. Les mécanismes moléculaires 8 A. ASSEMBLAGE DU MANTEAU 8 B. DÉSHABILLAGE DU MANTEAU 9 C. FUSION - ARRIMAGE 9 III. Transport des protéines entre le RE et le Golgi 10 IV. Le réticulum endoplasmique 11 A. STRUCTURE ET FONCTION 11 B. LE RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE GRANULEUX (REG) 11 1) Synthèse et importation des protéines dans le REG 11 2) Fin de la biosynthèse des protéines 12 3) La N-glycosylation des protéines solubles et transmembranaires 14 C. LE RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE LISSE (REL) 14 V. L’appareil de Golgi 15 A. STRUCTURE DE L’APPAREIL DE GOLGI 15 B. LES FONCTIONS DE L’APPAREIL DE GOLGI 15 1) O-glycosylation des protéines 15 2) Modifications des chaînes oligosaccharidiques portées par les protéines 16 C. RÉSEAU TRANSGOLGIEN OU TGN (= Trans Golgi Network) 17 VI. Le lysosome 18 QCMs d’entraînement 19 QCMs d’entraînement - Correction 21 2  Fiche n°7 : Le système endomembranaire I. Généralités du système endomembranaire (SE) A. INTRODUCTION Le système endomembranaire ou système de flux membranaire est constitué des éléments suivants : Réticulum endoplasmique Appareil de Golgi Endosomes Lysosomes vésicules, canalicules et tubules spécialisées dans le transit entre les compartiments et transit entre les compartiments et la membrane plasmique Schéma tiré du cours de la professeur Corinne Collet sur le système endomembranaire Il s'agit d'un ensemble de cavités, vésicules, tubules et canalicules délimités par une membrane. Attention, les mitochondries et les peroxysomes n'en font pas partie ! Ce système existe uniquement chez les eucaryotes. Tous ses compartiments jouent un rôle important dans divers processus cellulaires comme la synthèse ou le déplacement de macromolécules. B. LES CONSTITUANTS DU SYSTÈME ENDOMEMBRANAIRE Le réticulum endoplasmique (RE) est divisé en deux parties : réticulum endoplasmique granuleux ou rugueux (du fait des ribosomes à sa surface) = RER ou REG réticulum endoplasmique lisse = REL L’enveloppe nucléaire du noyau en continuité avec le RE L’Appareil de Golgi jouant un rôle dans la maturation des protéines l'adressage des molécules à leur destination 3 Les endosomes pour le transport des molécules Les lysosomes pour la dégradation des molécules Les vésicules, canalicules et tubules dont la fonction est le transit inter-compartimental au sein du SE ou entre les compartiments et la MP. Le contenant de chacun de ces compartiments est séparé du cytosol grâce à une membrane, sur laquelle on trouve des protéines. On retrouve dans la lumière (intérieur du compartiment) : des ions des molécules solubles comme des protéines ou des enzymes le domaine luminal des glycoprotéines insérées dans la membrane d'enveloppe Du côté cytosolique (extérieur du compartiment), on a les protéines cytosoliques, transmembranaires… C. LE TRAFIC (FLUX VECTORIEL) MEMBRANAIRE 1) Différents types de flux On peut déterminer trois grandes catégories de flux du SE différents : a) Flux vectoriel permanent (= le flux de référence) Schéma tiré du cours de la professeur Corinne Collet sur le système endomembranaire Il permet le passage des protéines du RE vers les endosomes, lysosomes ou la membrane plasmique, avec le cytosol comme porte d’entrée. transport transmembranaire entre le cytosol et le RE suivi d’un transport vésiculaire (ou tubulaire/canaliculaire) jusqu’à l’appareil de Golgi puis jusqu’aux endosomes/lysosomes/membrane plasmique... L’appareil de Golgi ⇒ carrefour du flux membranaire vectoriel permanent (en effet, il a pour fonction d’assurer notamment l’adressage de toutes les molécules à leur organite de destination) 4  Les molécules adressées à la membrane plasmique peuvent ensuite suivre deux voies de sécrétion en dehors de la cellule : ○ une voie régulée ○ une voie constitutive pour libérer les molécules dans le milieu extérieur par exocytose. La voie des endosomes appartient également au flux vectoriel permanent. Elle permet : ○ d’apporter des molécules vers d’autres organites ○ d’apporter des molécules pour renouveler la membrane plasmique. Un endosome est un compartiment membranaire à part entière, à la différence des vésicules qui ne sont formées que pour transporter des molécules d’un compartiment à un autre. b) Flux membranaire du glogi au RE Schéma tiré du cours de la professeur Corinne Collet sur le système endomembranaire de sens opposé au flux vectoriel permanent : Des endosomes sont formés à partir de la membrane plasmique grâce à l’endocytose ou la phagocytose et rejoignent l’appareil de Golgi. De là, les éléments sont ensuite adressés au RE. Cela permet : ○ Le retour des protéines spécifiques du RE de l’appareil de Golgi au RE (puisqu’elles y ont été emmenées via le flux vectoriel permanent). ○ Le transport d’éléments d’origine extracellulaire vers le RE (virus qui utilisent la machinerie du RE pour se dupliquer, toxines bactériennes…) c) Flux membranaire centré sur les endosomes : Schéma tiré du cours de la professeur Corinne Collet sur le système endomembranaire 5  Il est en partie opposé au flux vectoriel permanent. Ce type de flux se déroule en plusieurs étapes: ○ Etape 1 : Entrée de molécules à travers la membrane plasmique, par endocytose ou phagocytose ○ Etape 2 : Formation d’endosomes par fusion de vésicules d’endocytose ou venant de l’appareil de Golgi, grâce au flux vectoriel permanent. ○ Etape 3 : le contenu des endosomes et distribué et peut avoir 4 devenirs différents: - Recyclage des protéines spécialisées (récepteurs, transporteurs…) via des endosomes de recyclage - Dégradation par les lysosomes - Transport vers l’appareil de Golgi via des vésicules - Transport vers le cytosol, direct ou indirect après dégradation par les lysosomes Il faut ainsi noter l’existence de signaux d’adressage et de rétention spécifiques de chaque compartiment. Ils permettent aux molécules d’échapper au flux membranaire pour rester dans leur compartiment d’origine, ou de revenir dans un compartiment spécifique via le flux rétrograde. 2) Les grandes étapes du transport par vésicule Le transport entre compartiments du SE comporte sept étapes successives : 1. Assemblage du manteau (revêtement protéique de la vésicule) au niveau de la vésicule (= morceau de membrane d’un compartiment donneur contenant les éléments à transporter) en formation, par des protéines spécifiques 2. Bourgeonnement de la vésicule : formation de plis de la membrane par la force mécanique qu'exerce le manteau 3. Formation de la vésicule (par pincement) et détachement grâce à des facteurs cytosoliques 4. Désassemblage du manteau 5. Transport de la vésicule (le manteau n'entre pas en jeu, il intervient dans le mécanisme de formation pas de transport) via le cytosquelette, nécessitant de l’énergie 6. Arrimage de la vésicule au compartiment récepteur 7. Fusion membranaire et relargage du contenu luminal et membranaire : possible à condition que la vésicule ait perdu son manteau. Ces vésicules transportent : soit du contenu membranaire via leur membrane (protéines + lipides, solubles en milieu lipidique) soit du contenu luminal via leur lumière (ions + molécules solubles en milieu aqueux dont les protéines). 6  3) Différents types de vésicules Il existe plusieurs types de vésicules dans une cellule (au moins trois), qui diffèrent par leur manteau : Schéma tiré du cours de la professeur Corinne Collet sur le système endomembranaire Vésicules recouvertes de clathrine : transport entre le Golgi et la membrane plasmique. Vésicules recouvertes de COP I (coatomère de type I) : transport entre les différentes citernes de l’appareil de Golgi et du Golgi vers le RE (flux membranaire du Golgi au RE ) Vésicules recouvertes de COP II (coatomère de type II) : transport du RE vers le Golgi (flux vectoriel permanent) Moyen mnémotechnique pour ne pas confondre COP I et COP II : I (un) comme "Intérieur" donc flux qui va vers l'intérieur aka le flux rétrograde et II (deux) comme "Dehors" donc flux qui va vers l'extérieur aka flux vectoriel permanent. Le manteau possède trois fonctions principales : Rôle nécessaire à la formation d’une vésicule. Rôle dans l'envoi des vésicules de façon ciblée. ○ Il sert aussi de marqueur moléculaire sur la surface cytosolique des vésicules. Il agit comme signal d’adressage. ⇒ Manteau spécifique = vésicule spécifique = chemin et destination spécifiques. Empêche les interactions entre les protéines de la membrane d’enveloppe de la vésicule et le cytosquelette : ○ empêche le transport pour que la vésicule se forme correctement, d’où la nécessité de son désassemblage avant le transport de la vésicule. Ce transport fait intervenir le cytosquelette (microtubules et MAP motrices sur de longues distances, actine et myosine sur de courtes distances) et consomme de l’énergie sous forme d’ATP. 7 II. Les mécanismes moléculaires A. ASSEMBLAGE DU MANTEAU Les manteaux entourant les vésicules peuvent être composés de différentes molécules. Nous prendrons pour l’exemple, la formation du manteau à partir de COP I et de COP II : Fixation de la molécule à transporter au récepteur de chargement situé au niveau de la membrane plasmique. ○ Le recrutement des protéines du manteau de la vésicule (COP I ou COP II) nécessite l’action de protéines G monomériques qui ont une activité GTPase (transformation d’un GTP en GDP en consommant de l'énergie). ARF (COP I et clathrine) et SAR1 (COP II) sont des protéines G de recrutement du manteau. ○ protéines intermédiaires qui créent le lien entre le manteau et la membrane de la vésicule. Ces protéines G liées à du GDP sont inactives dans le cytosol → Le manteau et la membrane de la vésicule ne sont pas en contact direct. GEF = facteur de contrôle, échangeur de guanine ; ○ permet l'échange du GDP initial en GTP, ce qui permet l’activation des protéines intermédiaires ARF et SAR1 et donc le recrutement des protéines du manteau COP I et COP II. SAR1-GDP : inactive, soluble (libre dans le cytoplasme). SAR1-GTP : active, liée à la membrane (via un changement de conformation qui va exposer un lipide) ○ recrute des sous-unités COP II (COat Protein complex) ce qui permet la formation du manteau de la vésicule et donc son bourgeonnement et sa libération dans le cytoplasme. Schéma tiré du cours de la professeur Corinne Collet sur le système endomembranaire 8  B. DÉSHABILLAGE DU MANTEAU Le mécanisme de déshabillage du manteau est une étape indispensable au transport des vésicules dans le cytosol puis à la fusion avec la membrane du compartiment receveur. Exemple du déshabillage des manteaux de COP I et II : GAP (GTPase activating protein) = protéine activatrice et stimulatrice des GTPases (protéines échangeant un GTP contre un GDP). La protéine GAP transforme le GTP de ARF et SAR1 en GDP, ce qui inactive ARF et SAR1 et donc conduit au désassemblage du manteau. Les coatomères retournent alors vers le compartiment donneur pour y être recyclés, tandis que la vésicule peut être transportée par le cytosquelette vers le compartiment receveur. C. FUSION - ARRIMAGE Après le désassemblage du manteau et le transport de la vésicule via le cytosquelette, cette dernière doit ensuite fusionner avec le compartiment receveur via le processus de fusion ou arrimage, qui fait intervenir la protéine Rab et les protéines t-SNARE et v-SNARE. Rab, tout comme SAR1, est une protéine G monomérique (GTPase) ○ elle permet l'adressage et l'arrimage des vésicules. v-SNARE est une protéine fixée à la vésicule (v pour vésicule) tandis que t-SNARE est une protéine fixée à la membrane du compartiment récepteur (t pour target). SNARE signifie SNAp REceptors Étapes de l’arrimage et de la fusion : 1) Phase d’activation : Rab-GTP (donc activée), et v-SNARE sont fixées à la vésicule. Le complexe d’activation cytosolique vient également se fixer à la vésicule via la protéine Rab. 2) Phase d’approche : Le complexe d’activation cytosolique, lié à la vésicule, vient également se fixer à la membrane du compartiment récepteur, ce qui permet le rapprochement des protéines t-SNARE et v-SNARE. 3) Phase d’arrimage : Rab-GTP est hydrolysée en Rab-GDP ce qui permet l’interaction des protéines t-SNARE et v-SNARE en complexe SNARE ainsi que la libération du complexe d’activation cytosolique. 4) Fusion des membranes : l’interaction entre les protéines SNARE entraîne une entrée massive d’ions calciums via la membrane plasmique de la vésicule, ce qui entraîne la fusion des membranes de la vésicule et du compartiment receveur et donc la libération du contenu de la vésicule dans le compartiment receveur, ou l’intégration des protéines fixées à la membrane de la vésicule à la membrane du compartiment récepteur. 9 Schéma tiré du cours de la professeur Corinne Collet sur le système endomembranaire III. Transport des protéines entre le RE et le Golgi Les protéines sont transférées du RE au Golgi grâce à des vésicules recouvertes de COPII qui forment des agrégats vésiculaires. L’espace situé entre le RE et le Golgi est appelé ERGIC (Endoplasmic Reticulum Golgi Intermediary Compartment). Les vésicules déshabillées y sont prises en charge par le cytosquelette. 1) Les vésicules recouvertes de COPII avec des contenus similaires y fusionnent : c’est une fusion homotypique (même contenu) permise par les protéines SNARE. 2) Formation d’agrégats vésiculaires et tubulaires. 3) Prise en charge par les MAP motrices (dynéine) du cytosquelette. 4) Fusion hétérotypique (contenu différent) entre l’agrégat et le réseau cis-golgien. → La plupart des protéines poursuivent leur trajet via le flux vectoriel permanent mais certaines doivent rester dans le Golgi ou être adressées à d’autres compartiments. Schéma tiré du cours de la professeur Corinne Collet sur le système endomembranaire 10 IV. Le réticulum endoplasmique A. STRUCTURE ET FONCTION Constitué de canalicules et de citernes aplaties interconnectées délimitées par des membranes ou feuillets. REG porte des ribosomes (« granuleux ») sur sa face cytosolique (face externe), contrairement au REL (« lisse »). Le REL est impliqué dans la détoxication des molécules tandis que le REG Structure est impliqué dans la synthèse des protéines, d’où la présence du RE de ribosomes). Le volume du RE différent en fonction des cellules : il dépend de leur spécialisation fonctionnelle et de leur activité métabolique (le nombre de ribosomes dépend lui de l’activité quantitative de synthèses de protéines d’une cellule, ainsi que de son état) Synthèse des protéines solubles N-Glycosylation des protéines Création des ponts disulfure au sein des protéines Fonctions Mise en place de la conformation 3D des protéines avec du RE «contrôle de qualité» avant exportation vers l'appareil de Golgi Transport des protéines vers l’appareil de Golgi Rôle dans la détoxification des molécules (REL) Stockage et libération du calcium B. LE RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE GRANULEUX (REG) 1) Synthèse et importation des protéines dans le REG A noter que les protéines n’ont pas toutes à passer par le RE. La synthèse des protéines débute dans le cytosol à partir d’ARN messager via les ribosomes cytosoliques, il existe alors deux possibilités: Si la protéine présente un signal d’adressage au RE, le complexe ribosome-ARNm-protéine en cours de synthèse se déplace vers le RE ○ c’est le cas de toutes les protéines destinées à la face luminale d’un organite du SE. Sinon, elle finit d’être synthétisée dans le cytosol et peut présenter des signaux d’adressages spécifiques de différents organites (noyau, mitochondries, peroxysomes) ou des membranes (plasmiques ou d’organites du SE) sur leur face cytosolique. 11 Adressage au REG : Schéma tiré du cours de la professeur Corinne Collet sur le système endomembranaire 1. Au cours de la synthèse de la protéine par le ribosome, il peut y avoir synthèse d’un signal d'adressage au REG par le ribosome (petite séquence d'AA hydrophobes) 2. Le complexe SRP (à activité GTPasique) va venir spécifiquement se lier au signal d'adressage, provoquant un arrêt temporaire de la traduction. Le SRP « ramène » le signal d'adressage (et donc la protéine en cours de synthèse) vers le RE. 3. Le complexe SRP va venir se fixer au récepteur transmembranaire du SRP situé sur la face cytosolique de la membrane du REG. 4. Le ribosome vient donc ensuite se fixer sur le translocateur (fermé), qui est une protéine transmembranaire du REG, suite à la libération du SRP par hydrolyse des GTP du SRP et de son récepteur (qui a donc également une activité GTPasique. Le ribosome reprend la synthèse et pousse la partie nouvellement synthétisée à l’intérieur du translocateur. 5. Biosynthèse de la protéine au travers du translocateur, ce qui va entraîner son ouverture. 2) Fin de la biosynthèse des protéines Dans le cas des protéines solubles : Détachement du ribosome et fermeture du translocateur après fixation de la protéine BIP. 12  ○ La protéine présente alors 2 parties : l’une transmembranaire dans la membrane du REG (signal d’adressage au RE) et l’autre dans la lumière du REG. Clivage du signal d’adressage au REG de la protéine → la protéine est libérée dans la lumière du RE, le signal d’adressage demeure transmembranaire. Il est ensuite dégradé, ou clivé plusieurs fois et pris en charge par le CMH dans le cas des peptides antigéniques. Repliement de la protéine dans le RE → conformation définitive grâce à l’intervention de chaperons tels que BIP. Contrôle de qualité avant exportation de la protéine → les protéines mal conformées repassent vers le cytosol et sont dégradées. - BIP aide à fermer le translocon et permet à la protéine d’acquérir sa conformation finale. Dans le cas des protéines avec un seul domaine transmembranaire : Le domaine initial de la protéine est synthétisé au travers du translocon. Le domaine transmembranaire sert de signal d’arrêt de transfert : sa synthèse marque l’arrêt du transfert de la protéine dans la lumière du REG. Il est également reconnu par le complexe SRP. Le domaine terminal est synthétisé à la face cytosolique du REG. Le peptide signal est ensuite clivé comme précédemment. Schéma tiré du cours de la professeur Corinne Collet sur le système endomembranaire Dans le cas des protéines avec plusieurs domaines transmembranaires : Le premier domaine transmembranaire sert de signal de translocation : ○ il joue le rôle de peptide signal (reconnu par SRP). Il reste inséré dans la membrane. Le deuxième domaine transmembranaire sert de signal d’arrêt de transfert. S’il y’a un troisième domaine transmembranaire, il sert de signal de début de transfert : réouverture du translocon et synthèse luminale. S’il y a un quatrième domaine transmembranaire, il sert de signal d’arrêt de transfert. Et ainsi de suite. 13 → La combinaison de ces signaux détermine la topologie des protéines à multi passages transmembranaires. 3) La N-glycosylation des protéines solubles et transmembranaires Il s’agit de l’autre fonction majeure du réticulum endoplasmique. Elle se déroule en deux étapes qui sont : 1. Construction sur la partie cytosolique puis luminale du REG de l’arborisation sucrée Les sucres sont synthétisés sous forme active (liés à des nucléotides sous forme UDP, uridine diphosphate) dans le cytosol et sont apportés au REG. On aura ainsi 7 résidus (5 UDP-acétylglucosamine et 2 UDP-mannoses) qui seront accrochés par liaison diphosphate au dolichol, un acide gras également synthétisé dans le cytosol et qui s’insère dans la membrane du REG. Le dolichol va par la suite basculer dans la lumière du REG via un mécanisme de « flip flop » grâce à une enzyme, la flipase. D’autres dolichols apportent alors des sucres (4 UDP-mannoses et 3 UDP-glucoses), ce qui entraine le passage d’un complexe de 7 résidus de sucres à une arborisation sucrée complexe à 14 résidus de sucres. 2. Construction sur la face luminale du RE de l’arborisation sucrée Ce complexe va être fixé à la protéine en cours de synthèse par une N-glycosyl-transférase sur un azote N d’une asparagine (N, d’où N-glycosylation) d’une séquence consensus : NXS ou NXT (N= asparagine, S= sérine, T=thréonine, X= n’importe quel acide aminé). On aura ensuite un élagage par des glycosidases pour passer d’un complexe de 14 résidus à 10 résidus (élagage de 3 glucoses et 1 mannose). De plus, on peut avoir un ajout d’un mannose sur un carbone du tryptophane d’une séquence consensus Trp-X-X-Trp (plus rare) par une C-gycosyl-transférase : c’est le deuxième type de glycosylation pouvant être réalisée dans le RE, la C-glycosylation. Cet accrochage de sucres a lieu pendant la synthèse de la protéine. C. LE RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE LISSE (REL) Le réticulum endoplasmique lisse présente deux rôles majeurs: 1) Synthèse de lipides 2) Détoxification de l’organisme, assurée spécifiquement par les hépatocytes (cellules du foie) par hydroxylation et donc solubilisation des molécules hydrophobes telles que les drogues et les médicaments exogènes ou les métabolites toxiques endogènes par les enzymes cytochromes P450 localisées sur la face cytosolique du REL. Il y a ensuite deux possibilités: ○ Les molécules restent dans le cytosol : l’hydrosolubilité est augmentée par sulfatation. Elles sont ensuite transportées via des transporteurs vers l’extérieur de la cellule. 14  ○ Les molécules sont transloquées dans le REL : couplage à d’autres composés hydrosolubles, suivi du flux vectoriel permanent et exportation par exocytose. → Enfin il y a une élimination dans le sang, puis dans les urines. V. L’appareil de Golgi A. STRUCTURE DE L’APPAREIL DE GOLGI L’appareil de Golgi est constitué d’un ensemble de citernes (saccules) aplaties et de vésicules. Un empilement de saccules correspond à un dictyosome, lui-même constitué de trois régions : Réseau cis-golgien qui est à la face d’entrée (proche du RE), prolongé par les saccules cis, Région médiane avec des saccules médians, puis des saccules trans en continuité avec le réseau trans golgien Réseau trans-golgien à la face de sortie (vers la membrane plasmique) de l’appareil de Golgi. Les saccules sont indépendants les uns des autres et les vésicules, canalicules et tubules assurent le transport entre elles, avec le RE, et avec les endosomes/lysosomes/membrane plasmique. Schéma tiré du cours de la professeur Corinne Collet sur le système endomembranaire B. LES FONCTIONS DE L’APPAREIL DE GOLGI O-glycosylation des protéines Modifications des chaînes oligosaccharidiques portées par les protéines Site cellulaire de stockage des Ca2+ : contient des Ca2+-ATPase Synthèse des sphingolipides sur feuillet luminal de la membrane d’enveloppe du Golgi cis & médian ; Tri, adressage, exportation de molécules 1) O-glycosylation des protéines Les protéines transmembranaires et solubles sont O-glycosylées dans la lumière du golgi médian et trans : 15  Tout d’abord, les sucres (précurseurs), synthétisés dans le cytosol, sont apportés sous formes actives liés à des nucléotides (UDP). Ils entrent dans la lumière du Golgi grâce à une perméase spécifique et l’UDP(=nucléotide) est clivé. Ensuite l’O-glycosyl-transférase accroche les sucres (galactose principalement) aux protéines, sur l’Oxygène porté par une sérine ou une thréonine. Enfin, grâce à la nucléoside diphosphatase (marqueur du Golgi trans), l’UDP est déphosphorylé en UMP (uridine monophosphate). Le phosphate résultant de cette transformation retourne alors dans le cytosol via un canal, et l’UMP y retourne également via une perméase antiport. 2) Modifications des chaînes oligosaccharidiques portées par les protéines Ce phénomène concerne : Les protéines transmembranaires ou solubles déjà modifiées par N- ou C- glycosylation dans le RE Les protéines transmembranaires ou solubles modifiées par O- glycosylation dans le Golgi Ce phénomène entraîne : L’adressage de certaines enzymes aux lysosomes, via la phosphorylation des résidus mannoses dans le réseau cis-golgien : ○ maturation et adressage des enzymes solubles aux lysosomes où elles pourront exercer leur fonction Le retrait de résidus mannoses par des mannosidases, résidentes du Golgi cis. La sulfatation dans le golgi trans et le réseau transgolgien de protéines et de sucres. ○ Le donneur de sulfates synthétisé dans le cytosol est le PAPS (phospho-adénosine-phospho-sulfate). Il entre dans la lumière des saccules à l’aide d’une perméase. Cette modification concerne en particulier les protéines destinées à être sécrétées hors de la cellule. L’ajout de nouveaux résidus sucrés en complément ou en remplacement de l’arborisation générée par N-glycosylation dans le RE. ○ Ex : Galactose, N-acétyl-glucosamine (GlcNac), acide N-acétyl neuraminique (NANA).... La formation d’oligosaccharides complexes dans le golgi médian : ○ à partir d’une région centrale, commune composée de 2 résidus glucosamine et de 3 mannoses on obtient des oligosaccharides riches en mannose ou complexes (avec des galactoses, des fructoses…). Ces modifications se déroulent de manière séquentielle : chaque citerne contient des enzymes spécifiques qui effectuent des actions spécifiques dans un ordre spécifique sur des protéines spécifiques. Cette spécificité de chacune des citernes de l’appareil de Golgi est en partie due à la modification du pH du réseau cis-golgien au réseau transgolgien (devient de plus en plus acide). 16  Schéma tiré du cours de la professeur Corinne Collet sur le système endomembranaire C. RÉSEAU TRANSGOLGIEN OU TGN (= Trans Golgi Network) Il s’agit du réseau de sortie et de triage du Golgi : proche des endosomes et lysosomes. pH acide via l’action de la pompe à protons ATPase. il possède des enzymes spécifiques telles que des protéases et phosphatases actives uniquement à pH acide, nécessaires pour la maturation des protéines destinées à l’exportation par exocytose. A la sortie du Golgi, deux principaux types de vésicules sont exportées vers différents compartiments selon le flux vectoriel permanent : Vésicules dirigées vers les endosomes, lysosomes ou membrane plasmique : ○ recouvertes de clathrine, elles assurent la sécrétion dite régulée. Vésicules dirigées vers la membrane plasmique : ○ recouvertes de cavéolines elles assurent la sécrétion dite constitutive. Enfin, au cours de leur transport, les vésicules de sécrétion subissent une maturation protéolytique et leur contenu se condense (concentration). La clathrine détachée de la vésicule est recyclée. Dans le cas des lysosomes : les protéines (des enzymes spécifiques, les hydrolases) sont synthétisées dans le REG, transportées au Golgi et adressées aux lysosomes via les endosomes tardifs. ces protéines possèdent donc un signal d’adressage et de rétention dans les lysosomes : le mannose-6-phosphate. Dans le golgi-cis, le carbone 6 du mannose est phosphorylé en mannose-6-phosphate. Les récepteurs du mannose-6-phosphate sont localisés 17 dans le Golgi trans et reconnaissent les protéines M6P ce qui va entraîner un bourgeonnement de vésicules recouvertes d’un manteau de Clathrine (=sécrétion régulée). La vésicule est ensuite adressée vers un endosome tardif. La dissociation M6P de son récepteur a lieu à pH acide dans l’endosome tardif. Les récepteurs sont ensuite réadressés à l’appareil de Golgi ou alors adressés à la membrane plasmique où ils peuvent se lier à des protéines extracellulaires (et ainsi adresser ces dernières aux lysosomes afin qu’elles soient dégradées). Le phosphate sera éliminé. Les protéines comportant un M6P seront ensuite transférées aux lysosomes. VI. Le lysosome Contient des enzymes protéolytiques actives à pH acide ○ maintenu par une pompe à protons = ATPase membranaire Fonction de dégradation des molécules L’apport membranaire des protéines à dégrader se fait par: ○ endocytose ○ phagocytose ○ autophagie pour les éléments extracellulaires ○ via le cytosol pour les éléments intracellulaires. 18  QCMs d’entraînement Question 1 A propos du système endomembranaire : A. Il inclut les lysosomes et les mitochondries B. Le volume du RE est similaire dans toutes les cellules C. L’enveloppe nucléaire est en continuité avec le RE D. Les protéines sont synthétisées dans le REL E. La lumière du RE correspond au milieu extracellulaire Question 2 A propos des flux membranaires : A. Le déplacement entre le Golgi et le RE correspond au flux vectoriel permanent B. Le déplacement entre le Golgi et les endosomes correspond au flux vectoriel permanent C. Le golgi est le carrefour du flux vectoriel permanent D. Il existe un flux dont les endosomes sont le carrefour E. Le déplacement entre les endosomes et les lysosomes correspond au flux vectoriel permanent Question 3 A propos du transport des vésicules : A. Les coatomères de type II sont recrutés par les protéines G trimériques Sar1 B. Les vésicules ayant un manteau de COP I vont du golgi vers le RE C. Le désassemblage du manteau se fait au moment de la fusion des membranes D. L'assemblage du manteau vésiculaire implique la protéine G Rab E. La fusion des membranes implique une entrée d'ions Na+ Question 4 A propos du réticulum endoplasmique et du Golgi : A. La détoxification de la cellule est assurée par le REL B. Le REL synthétise les lipides qui participent au renouvellement de la membrane plasmique C. La protéine acquière sa conformation tridimensionnelle dans le REG D. Les ponts disulfures sont mis en place dans le Golgi E. Le golgi sert uniquement au tri des protéines 19 Question 5 A propos du réticulum endoplasmique et du Golgi : A. Le REL assure la N-glycosylation des protéines B. Les vésicules de sécrétion constitutive dans le Golgi sont recouvertes de cavéolines C. Toutes les protéines passent par le RE lors de leur biosynthèse D. Les sucres de la N-glycosylation sont apportés sous forme active, liée à des nucléotides E. Le pH du golgi cis vers le golgi trans est de plus en plus basique 20  QCMs d’entraînement - Correction Question 1 A propos du système endomembranaire : A. Il inclut les lysosomes et les mitochondries FAUX - Les mitochondries ne font pas partie du système endomembranaire !! Celui-ci contient le RE, le golgi, les endosomes et les lysosomes. B. Le volume du RE est similaire dans toutes les cellules FAUX - Il varie en fonction du type cellulaire. Il dépend de leur spécialisation fonctionnelle et de leur activité métabolique (le nombre de ribosomes dépend lui de l’activité quantitative de synthèses de protéines d’une cellule, ainsi que de son état). C. L’enveloppe nucléaire est en continuité avec le RE VRAI - Toutafé ! D. Les protéines sont synthétisées dans le REL FAUX - Elles sont synthétisées dans le REG, là où se trouvent les ribosomes !! Les lipides quant à eux sont bien synthétisés dans le REL. E. La lumière du RE correspond au milieu extracellulaire VRAI - Yesss :)) Réponses exactes : C et E Question 2 A propos des flux membranaires : A. Le déplacement du le Golgi vers le RE correspond au flux vectoriel permanent FAUX - Il s’agit du flux membranaire du Golgi vers le RE attention ! B. Le déplacement du Golgi aux endosomes correspond au flux vectoriel permanent FAUX - Il s’agit du flux centré sur les endosomes :)) C. Le golgi est le carrefour du flux vectoriel permanent VRAI - Exactement ! Il permet l’adressage de toutes les molécules à leur organite de destination. D. Il existe un flux dont les endosomes sont le carrefour VRAI - Toutafé !! E. Le déplacement entre les endosomes et les lysosomes correspond au flux vectoriel permanent FAUX - Il s’agit du flux membranaire centré sur les endosomes. Réponses exactes : C et D 21 Question 3 A propos du transport des vésicules : A. Les coatomères de type II sont recrutés par les protéines G trimériques Sar1 FAUX - Ils sont recrutés par ARF ! B. Les vésicules ayant un manteau de COP I vont du golgi vers le RE VRAI - Elles effectuent un transport entre les différentes citernes de l’appareil de Golgi et du Golgi vers le RE (flux membranaire du Golgi au RE ). Les vésicules recouvertes de COP II quant à elles, effectuent un transport du RE vers le Golgi (flux vectoriel permanent). C. Le désassemblage du manteau se fait au moment de la fusion des membranes FAUX - Il se fait avant ! D. L'assemblage du manteau vésiculaire implique la protéine G Rab VRAI - Il fait effectivement intervenir la protéine Rab qui est bien une protéine G, ainsi que les protéines t-SNARE et v-SNARE. E. La fusion des membranes implique une entrée d'ions Na+ FAUX - Il s’agit d’une entrée d’ions Ca2+. Réponses exactes : B et D Question 4 A propos du réticulum endoplasmique et du Golgi : A. La détoxification de l’ensemble des cellules est assurée par le REL FAUX - Petit piège ici : la détoxification par le REL n’est assurée que dans les cellules hépatiques par hydroxylation et donc solubilisation des molécules hydrophobes telles que les drogues et les médicaments exogènes ou encore les métabolites toxiques endogènes. Cette fonction est assurée par les enzymes cytochromes P450 localisées sur la face cytosolique du REL. B. Le REL synthétise les lipides qui participent au renouvellement de la membrane plasmique VRAI - C’est extrêmement vrai ! Le REL fabrique les lipides, qui constituent la grande majorité de la membrane plasmique :)). C. La protéine acquiert sa conformation tridimensionnelle dans le REG VRAI - Exactement ! D. Les ponts disulfures sont mis en place dans le Golgi FAUX - Et non, les ponts disulfures sont mis en place dans le RE ! E. Le golgi sert uniquement au tri des protéines FAUX - Attention au mot “uniquement” ! Voici l’ensemble des fonctions du Golgi : O-glycosylation des protéines, modifications des chaînes oligosaccharidiques portées par les protéines, site cellulaire de stockage des Ca2+ : contient des Ca2+-ATPase , synthèse des sphingolipides sur feuillet luminal de la membrane d’enveloppe du Golgi cis & médian ; tri, adressage, exportation de molécules. 22 Réponses exactes : B et C Question 5 A propos du réticulum endoplasmique et du Golgi : A. Le REL assure la N-glycosylation des protéines FAUX - C’est le REG qui possède cette fonction ! B. Les vésicules de sécrétion constitutive dans le Golgi sont recouvertes de cavéolines VRAI - Les vésicules dirigées vers les endosomes, lysosomes ou membrane plasmique sont recouvertes de clathrine, elles assurent la sécrétion dite régulée. Les vésicules dirigées vers la membrane plasmique quant à elles, sont recouvertes de cavéolines, elles assurent la sécrétion dite constitutive. C. Toutes les protéines passent par le RE lors de leur biosynthèse FAUX - Seules les protéines adressées au RE passent par celui-ci :)) D. Les sucres de la N-glycosylation sont apportés sous forme active, liée à des nucléotides FAUX - C’est lors de la O-glycosylation que c’est le cas ! Pour rappel, lors de la O-glycosylation, les sucres (précurseurs), synthétisés dans le cytosol, sont apportés sous formes actives liés à des nucléotides (UDP). E. Le pH du golgi cis vers le golgi trans est de plus en plus basique VRAI - Exactement ! Le pH est le plus acide dans le trans golgi, et devient neutre au niveau du cis golgi. Réponses exactes : B et E Bravo, tu es arrivé.e à la fin de cette superbe fiche 😉 N’hésite pas à la relire si des points ne sont pas très clairs. Voici un tableau récapitulatif pour que tu aies une vue d'ensemble de ce cours. Sur ce, je te laisse en compagnie d’un autre meme. 23 SYSTÈME ENDOMEMBRANAIRE 2 3  Ce polycopié de cours a été réalisé par : Rédacteurs et relecteurs de l’an dernier : Marguerite Couturier (DFASM1), Emma Guillou (SV UE2 20-21), Marie Roy-Châtelain (RM Biologie Cellulaire 18-19, DFASM3), Inès Poulain (DFASM2), Rafin Chowdhury (VPG 20-21, DFASM2), Irène Huang (DFGSM3), Raphaël Dauber-Temem (DFASM1), Myriam Djaoud (DFASM1) Réactualisée par : Evaelle Reithler (RM L.AS Biologie Cellulaire 23-24, DFGSMa3), Jasmine Benabdallah (RM Biologie Cellulaire 21-22, DFASM2) Un grand merci aux VP Tuto L.AS : Iliane BANZEKE-MALIK (DFGSM2) et Mark-Antoine GIRARDOT (DFGSM2) Et enfin un immense merci aux tuteurs et tutrices de la team Bioslayy Ce support est proposé en collaboration avec l'équipe pédagogique de l'université Sous la coordination de Clara Mathieu (RM Biologie Cellulaire 24-25, DFGSM2) L’A2SUP répond à toutes vos questions sur le forum : forum.a2sup.fr ⚠️ Les bases du forum ⚠️ Question de cours : Utiliser la loupe (en haut à droite) Question Exos/Annales : Titre du cours Chercher le bon topic Qxx (mettre les 2 chiffres ex : Q03) Photo/Diapo/Figure/Paragraphe Respecter le modèle de rédaction Énoncé Question pour faciliter la recherche Question L’A2SUP est connectée ! 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