Système endo-membranaire PDF

Dr. BENSAADA F. Dept Zoologie, E.N.S.A. 1ère année CPSNV, UEF : Biologie cellulaire Chapitre III– Le Système endo-membranaire Le système endo-membranaire, présent uniquement dans les cellules eucaryotes, est l'ensemble des cavités cytoplasmiques limitées par des m...

Dr. BENSAADA F. Dept Zoologie, E.N.S.A. 1ère année CPSNV, UEF : Biologie cellulaire Chapitre III– Le Système endo-membranaire Le système endo-membranaire, présent uniquement dans les cellules eucaryotes, est l'ensemble des cavités cytoplasmiques limitées par des membranes inter-communicantes entre elles par l'intermédiaire de vésicules ou canalicules. Les différents compartiments de ce système sont: le réticulum endoplasmique, l'appareil de Golgi, les phagosomes et endosomes, les lysosomes et la vacuole végétale. 1. Réticulum endoplasmique C'est un ensemble de membranes délimitant des cavités sous forme de citernes ou de tubules. II peut être dépourvu de ribosomes, c'est le cas du réticulum endoplasmique lisse (REL) ou porteur de ribosomes, c'est le réticulum endoplasmique granulaire (REG) qui est en relation avec l'enveloppe nucléaire. Figure 2– Le Réticulum endoplasmique Dr. BENSAADA F. Dept Zoologie, E.N.S.A. 1ère année CPSNV, UEF : Biologie cellulaire 1.2 - Composition chimique La membrane renferme environ, 70% de protéines (glycosyl-transférase, cytochrome P450, glucose 6phosphatase), 30% de lipides ; les phospholipides forment une bicouche avec un pourcentage important d'acides gras insaturés (fluidité importante). Le cholestérol est présent en faible quantité. Les glucides en faible pourcentage sont attachés aux protéines et aux lipides, ils se trouvent vers la face luminale. L’architecture moléculaire de la membrane est une mosaïque fluide asymétrique. Contenu de la cavité : Il est différent d'une cellule à l'autre, par exemples, la cavité du REG de la cellule du pancréas exocrine contient des protéines enzymatiques, celle du REL de la cellule lutéale contient des hormones stéroïdes, la cavité du réticulum sarcoplasmique de la cellule musculaire contient du Ca++. A) Le réticulum endoplasmique rugueux ou granuleux (RER) Le Réticulum endoplasmique rugueux est un système de cavités plus ou moins dilatées et de canalicule qui communique entre eux, portant des ribosomes attachés sur leurs faces externes représentant 20 à 60 % de la surface des membranes (dépend du type cellulaire). Il est plus abondant dans les cellules de sécrétion protéique importantes d’où le nom d’ergastoplasme. Il est en continuité avec l'enveloppe nucléaire et avec le réticulum endoplasmique lisse (REL). Rôle majeur du RER Synthèse et translocation des protéines membranaires et des protéines sécrétoires ayant des signaux de tri. Production de biomembrane : le REG produit des vésicules (dites de 'transition'), qui engendre l'appareil de Golgi, ce dernier produira des vésicules de sécrétion, à l'origine de l'exocytose. La membrane de ces vésicules sera en fin de compte incorporée à la membrane plasmique, ainsi régénérée en permanence. Glycosylation des protéines : Les protéines synthétisées de manière classique par les cyto- ribosomes ne sont pas glycosylées. Ce phénomène concerne seulement les protéines synthétisées au niveau du RE. Il existe deux types de glycosylation : la O-glycosylation et la N- glycosylation. La N est la plus fréquente et l'asparagine est l'acide aminé de la protéine Dr. BENSAADA F. Dept Zoologie, E.N.S.A. 1ère année CPSNV, UEF : Biologie cellulaire qui sera glycosylée. Ce type de glycosylation débute dans le RE pour se terminer dans le Golgi. B) Le réticulum endoplasmique lisse (REL) Les cellules eucaryotes contiennent peu ou pas de réticulum endoplasmique lisse. On a des régions de transition à partir de laquelle bourgeonnent des vésicules de transport. Cette région de transition constitue par ailleurs un site de synthèse des lipides. Elle est plus abondante dans certaines cellules spécialisées. C’est le cas des cellules qui synthétisent les corticostéroides comme certaines cellules des glandes surrénales, les hépatocytes qui synthétisent les acides biliaires, les lipoprotéines. Rôle majeur du REL Certaines fonctions sont communes à toutes les cellules, tant dis que d’autres sont spécifiques à certains types de cellules. Fonction communes synthèse des phospholipides membranaires à partir de précurseurs hydrosolubles. Sert à l'expansion des membranes de la cellule Rôle de détoxification, qui est l’élimination de substances toxiques dans un organisme avec la transformation de molécules toxiques en molécules atoxiques, comme les médicaments, l’alcool etc …. Cela a surtout lieu dans le rein, le foie, les intestins et les poumons. Le processus de détoxification s’effectue par une série de réactions aboutissant à l’hydroxylation de substances toxiques en dérivés hydrosolubles, Catalysées par les cytochromes P450. Régulation du calcium : le REL, intervient dans le stockage et le relargage du calcium (muscles et neurones). A travers cette régulation du flux calcique, il intervient dans les fonctions majeures de l’organisme comme la contraction musculaire et la libération des neurotransmetteurs. Fonction spécifiques Production hormonale : le réticulum endoplasmique lisse est le site de synthèse d’hormones stéroïdiennes dans les cellules sexuelles, ainsi que certains produits de sécrétion fréquemment rencontrés dans les cellules glandulaires telles les glandes salivaires et sébacées de la peau. Dr. BENSAADA F. Dept Zoologie, E.N.S.A. 1ère année CPSNV, UEF : Biologie cellulaire Production du glucose : le REL, participe à la production du glucose à partir du glycogène hépatique grâce à la glucose-6- phosphatase. L’absence de cette enzyme conduit à la glycogénose. En effet, une accumulation de glycogène dans le foie provoque des troubles importants de la glycémie. Production d’acide chloridrique : dans l’estomac (épithélium gastrique) on trouve un REL très développé, il participe à la production de l’acide chloridrique qui est un élément majeur des premières phases de la digestion. Une anomalie de production en cet acide conduit souvent à des formes d’ulcères. 2. Appareil de Golgi C'est un organite situé au voisinage du noyau, proche du matériel péri-centrosomal. II est constitué par des empilements de saccules aplatis, associés à de nombreuses vésicules. 2.1- Composition chimique La membrane de l’appareil de Golgi contient, Lipides : leur taux, leur longueur des chaînes d'acide gras, leur degré de saturation et leur fluidité sont intermédiaires entre les membranes du RE et plasmique. Protéines : le taux est intermédiaire entre celui des protéines des membranes du RE et plasmique. On distingue des protéines communes aux membranes du réticulum endoplasmique et de l’appareil de Golgi (Glycosyl-transférase, Cytochrome b5-réductase) et des protéines spécifiques aux membranes du Golgi (Sulfo-transférase, Phosphatase). Glucides : la quantité de sucre est négligeable, ils sont situés sur la face luminale. Architecture moléculaire des membranes est mosaïque fluide asymétrique. Contenu des cavités : Mêmes produits que ceux des cavités du RE, à des concentrations différentes. Polarité des dictyosomes Chaque dictyosome est polarisé et possède deux faces: - une face "cis": en relation avec le RER, convexe. - et une face "trans": opposée, tournée vers les grains de sécrétion, concave. Chaque dictyosome est entouré de vésicules qui bourgeonnent à partir des saccules et transportent les substances. Chaque dictyosome est subdivisé en trois régions fonctionnelles différentes : Dr. BENSAADA F. Dept Zoologie, E.N.S.A. 1ère année CPSNV, UEF : Biologie cellulaire Figure 3– L’appareil de Golgi Fonctions Transport, le REG délivre les protéines, glycoprotéines, lipides et glycolipides au Golgi-cis qui sont ensuite transportés vers le Golgi-médian puis vers le Golgi-trans pour atteindre le trans- Golgi network (TGN). Ce transport est effectué par des vésicules issues des différents compartiments. Glycosylation définitive des protéines Modifications des sucres : au cours du transport des protéines des saccules cis vers les saccules médians puis trans, les glycoprotéines subissent des modifications de leurs arbres oligosaccharidiques N-liés (N-Glycosylés). O-Glycosylation : il y a construction d'oligosaccharides O-liés (O-glycosylés) dans les saccules médians et trans, ces oligosaccharides sont bâtis, ose par ose sur la protéine au niveau du groupement hydroxyle libre (OH) de la sérine ou la thréonine (acides aminés à deux groupements OH), grâce aux glycosyl-transférases (enzymes spécifiques du Golgi). La phosphorylation : Modification indispensable à la maturation des glycoprotéines enzymatiques (N glycosylées) solubles des lysosomes et à leur adressage à ce compartiment. Sulfatation Addition d'un groupement SO42- grâce aux sulfo-transférases dans les citernes du Golgi-trans. Modification des lipides, certains lipides assemblés au niveau du REL sont modifiés pour former des glycolipides. Dr. BENSAADA F. Dept Zoologie, E.N.S.A. 1ère année CPSNV, UEF : Biologie cellulaire Stockage et libération du calcium Tri et maturation Ces deux phénomènes s'effectuent en même temps. Le tri se déroule au niveau du réseau transgolgien (TGN). Les vésicules ou les tubules/canalicules en formation sont pourvues d’un manteau cytoplasmique formé par des protéines et sont appelées vésicules recouvertes ou tubules/canalicules recouverts. 3. Compartiment endosomal Le compartiment endosomal, étudié en partie dans les échanges avec déformation, fait partie du système endo-membranaire. Les premiers endosomes formés juste après l'endocytose, proches de la membrane plasmique, sont appelés endosomes précoces. Leur fonction consiste à trier les molécules ingérées et dans le cas de l'endocytose par récepteurs ils jouent aussi un rôle dans le recyclage des récepteurs vers la membrane plasmique (CURL). Les endosomes qui contiennent la molécule triée, rapprochés du noyau, sont appelés endosomes tardifs. Ils évoluent en lysosomes. 4. Compartiment lysosomal Ce sont des compartiments de forme variable, ils renferment des enzymes hydrolytiques (hydrolases acides) permettant la digestion de particules ou molécules extracellulaires ingérées ou intracellulaires de petites tailles solubles et d'organites cellulaires vieillis ou inutiles. 4.1. Composition chimique La membrane lysosoma est une membrane particulière car la plupart de ces protéines sont inhabituellement hautement glycosylées du côté luminale pour la protéger des hydrolases acides contenues dans la cavité. Elles sont de différents types (figure 8): - Protéines enzymatiques (ex. phosphatase acide) et non enzymatiques, perméases, transporteurs de matériaux cytosoliques de petites tailles à dégrader et produits terminaux de la digestion de macromolécules (ex. acides aminés, nucléotides, sucres simples...). - ATPases à protons (H+) qui pompent les H+ vers la cavité et maintiennent un pH très acide dans le lysosome. Contenu de la cavité Elle contient environ 40 types d’hydrolases acides, enzymes hydrolytiques digestives, qui dégradent les protéines, les acides nucléiques, les oligosaccharides et les phospholipides. Leur activité est optimale à pH5. Dr. BENSAADA F. Dept Zoologie, E.N.S.A. 1ère année CPSNV, UEF : Biologie cellulaire 4.2. Fonction des lysosomes Toutes les familles de molécules biologiques sont dégradées en métabolites élémentaires qui repartent vers le cytosol grâce à des protéines transporteurs de la membrane lysosomale. Ainsi les lysosomes jouent un rôle essentiel dans la digestion cellulaire, la destruction des corps étrangers et donc dans la nutrition cellulaire. 4.3 Devenir des lysosomes Les lysosomes âgés, dépourvus d'hydrolases acides fonctionnelles, constituent des corps résiduels. Le plus souvent ces corps résiduels libèrent leur contenu à l'extérieur de la cellule par exocytose : c'est la défécation cellulaire ; mais peuvent aussi persister dans la cellule toute leur vie. Les divers flux membranaires du système endo-membranaire Voie de sécrétion constitutive : elle permet de déverser en permanence des protéines par exocytose dans le milieu extracellulaire (ex. sécrétion des protéines constituant la matrice extra cellulaire). Le matériel de la sécrétion constitutive à destination de la membrane plasmique est transporté dans des tubules/canalicules possédant un revêtement cytosolique constitué de protéines de la famille FAPP (Four Phosphate Adaptator Protein). Voie de sécrétion régulée : le matériel de sécrétion qu’il soit hormonal (ex. insuline) ou de type exocrine (ex. enzymes du pancréas), subit une maturation au cours de son transport dans des vésicules recouvertes d'un manteau de clathrine et de protéines d'adaptation. Les vésicules augmentent de taille et forment des grains de sécrétion mâtures. Ce type de sécrétion s’effectue après un signal, selon le besoin. Voie endosomale, lysosomale Elle concerne les protéines pourvues d'un mannose 6P (M6P), mannose qui a été phosphorylé au niveau du saccule cis. Ces protéines luminales reconnaissent un récepteur membranaire et l'ensemble est adressé aux lysosomes en passant par un compartiment intermédiaire endosomal caractérisé par un pH relativement acide (5 à 6). Les vésicules, déstabilisées par le pH acide perdent leur récepteur mannose 6P qui est recyclé vers le TGN. On obtient une vésicule, dépourvue de récepteur M6P, contenant des hydrolases acides et dont la lumière est à pH acide. Quelle que soit la voie suivie par les vésicules ou tubules/canalicules, ils perdent leur manteau avant d'atteindre leur destination. Dr. BENSAADA F. Dept Zoologie, E.N.S.A. 1ère année CPSNV, UEF : Biologie cellulaire Flux membranaire vectoriel permanent Flux membranaires rétrogrades Dr. BENSAADA F. Dept Zoologie, E.N.S.A. 1ère année CPSNV, UEF : Biologie cellulaire Flux membranaires ayant les endosomes comme carrefour