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BIOLOGIE CELLULAIRE Partie du Prof ARIFI **Document realisé par une etudiante promo 2018-2019, à partir des supports pédagogiques de la Prof et des notes des cours magistraux Cours...

BIOLOGIE CELLULAIRE Partie du Prof ARIFI **Document realisé par une etudiante promo 2018-2019, à partir des supports pédagogiques de la Prof et des notes des cours magistraux Cours Pages Le cytosquelette 2 La signalisation cellulaire 7 Mitochondrie 12 Peroxysome 15 cytosol 17 ARISA 2018-2019 1  = ensemble des structures filamenteuses ou tubulaires à l interieur du cytoplasme (cytop) ayant pour fonction principale de maintenir la forme de la ç, constitué de polymères de protéines (prot) = fibres La référence terminologiq au squelette des vértébres est cependant trompeuse puisque : La plupart des composants du cytosquelette sont renouvelés par polymérisation Il est a l origine de la plupart des forces exercées par la ç pour se deplacer et nourrir Ses propriétés mécaniques sont tres variables = les plus grosses et les plus rigides, 25 nm de diametre, possedent une structure cylindrique creuse dont la paroi est constituée de polymères de tubuline, les prot associées sont des MAPs (MT associated proteins) Un MT est fait de 13 protofilaments (PF) juxtaposés latéralement (pour former un cylindre), et chaque PF est le résultat de l’association rectiligne d’un hétéro-dimère αβ (unité de base) qui est formé de monomeres de tubuline α et de tubuline β Chaque monomère est capable de fixer une molecule (mol) de GTP, sauf que la sous unité α fixe GTP de façon irréversible alors que β de façon réversible (activité GTPatique donc capable d’ hydrolyser son GTP en GDP) L interaction entre α et β est plus stable lorsq β fixe GTP Le MT a une polarité structurale, une extrémité négative (-) correspond au tubuline α et une extrémité positive (+) correspond au tubuline β Le centre organisateur de MT (MTOC) est le centrosome / site de nucléation qui permet la formation de MT donc favorise la polymerisation et fixe l orientation en se fixant sur l extremité – (proximale, et l ajout de l’heterodimere se fait au niveau de l’extrémité + qui est distale) Le MTOC est formé de plusieurs prot dont la tubuline γ et la péricentrine Assemblage = polymérisation ou démantélement = dépolymérisation par addition ou soustraction des dimeres α β aux extrémiteés qui dependent de la concentration locale en tubuline (concentration elevé -> polymerisation,...) Les 2 extrémitées ne sont pas equivalentes : la cinétique d’elongation est sup du coté + par rapport au coté – Pendant la phase de nucléation, l’ajout des dimeres αβ est concomitant a l hydrolyse de GTP  phase d’elongation : l’hydrolyse de GTP est retardé par rapport a l incorporation de dimeres  phase d’equilibre : la longueur des MT est constante alors que les processus de polymérisation et de dépolymérisation ont des vitesses egales Les PF dont la sous unité β fixe GDP sont tres instables donc les dimeres se detachent de MT (depolymérisation)  Polarisation structurale des MT : extémité +/- ; près de l extrémité + la sous unité β fixe GTP (coiffe) et près de l’extrémité – elle fixe GDP ARISA 2018-2019 2  Polarisat’ fonctionnelle : au niveau de l extrémité – la depolymérisation est rapide et au niveau de l’ extrémité + la polymérisation est rapide : prot de structure car vont associer les MT pour former des faisceaux ou des reseaux de MT ; comme les prot Tau (au niveau de neurones de SNC) : rejoignent l extrémité + : les MAP de stabilisat’ empèchent la dépolymérisation (catastrophe) et/ou favorise la polymérisation  MT longue est moins dynamique les MAP de destabilisat’ (catastrophin) augmentent la frequence de catastrophes  MT court et plus dynamiq : se sont des moteurs moleculaires = prot capable de fournir de l energie mecaniq a partir de l energie chimiq et de bouger sur le MT = deplacement orienté assuré par des cycles répétés d’hydrolyse de ATP, donc se sont des ATPase : Kinésine : moteur moleculaire qui se deplace vers l extrémité + donc assure un transport (des organite, macromolécules, vesicules..) antérograde et exocytose Dynéine : se deplace vers l extrémité - => transport retrograde / endocytose Mais le fonctionnement de ces moteurs est régulé, sont actifs seulement si cargo et adaptateur sont fixés : au niveau des regions centromériq, ces prot s attachent avec l extrémité + des MT kinétochoriens pour la mise en place de fuseau mitotiq (pendant la prophase) permet aussi une dépolymerisat’ active au niveau de l extrémité + entrainant un racourcissement de MT (anaphase) : durée de vie tres courte (il est detruit lorsq la fonction est remplie) et disposition variable dans la ç => dans les axes de prolongement cellulaire, fuseau mitotiq => equilibre dynamiq depend du pool de tubuline dans le cytop et de MAP Les MT astraux sont les plus eloignés de chromosomes (K) (sont pres de centrioles), MT polaires, puis les MT kinetochoriens qui sont de part et d’autre des K : mise en place de façon difinitive, retrouvés au niveau de : Centriole : composé de 9 triplets de MT et entouré par un matériel peri- centriolaire qui contient des molecules (tubuline g et pericentrine) Cils et flagelles : 9 doublets periphériq et 1 doublet central avec les MAP; permettent soit le deplacement de la ç dans son milieu ou le deplacement de milieu si la ç est fixée : forme et organisation des organites, maintien de la forme 3D de la ç : des vesicules et des organites : formation de fuseau mitotique et separation des K Il existe de nombreuses pathologies liées aux MT et aux MAP : : due a une alteration dans l expression de genes codants pour la dyneine, la kinesine.. : : agents anticancereux… ARISA 2018-2019 3 On les appelle aussi les microfilament d’actine, c’est le 2e type de fibre de cytosq et le plus petit, d’un diametre de 7nm, le monomère de base est l actine G (prot globulaire) et les prot associées sont les ABP Les plus abondantes : 5% de la masse protéique totale, 2 protofilaments enroulent l un autour de l autre (formant l actine F) Il existe 7 isoformes (90%) réparties en 3 classes : 4 isoformes, se trouve dans les ç musculaires dans les ç non musculaires 2 isof, une dans le muscle lisse entériq et l autre dans les ç non mus La polymérisation necessite la presence de Mg2+ et de l’ATP et leurs association avec le monomere d’actine G (AG), et la dépolymérisation nessecite l hydrolyse de ATP Le MF est polarisé : extrémité + (ajout de AG / polymérisation rapide) et extrémité – (polymérisation plus lente, perte de AG-ADP) L AG se polymerise en actine F passant par 3 phases : c’est la phase limitante de processus où sont formés majoritairement les trimères Le complexe ARP2-ARP3-autres = nucléateurs : site de nucléation et facteurs de stabilité et de régulation situé a l extrémité – de MF, il s associe pour initier la polymérisation puis dissocie et on va avoir 2 extrémitées libres les monomeres de AG liés a l ATP sont incorporés aux 2 extrémités de filament mais plus rapidement dans l’extrémité + L ATP est progressivement hydrolysé en ADP L extrémité – se depolymerise en premier Le MF va s allonger et il va poursuivre jusq a la concentration critique (Cc) Cc est la concentration de AG donné dans le cytop, a partir de laquelle il n y aura plus d’elongation => stabilisation de la taille de MT, et on a Cc (+) < Cc(-) [AG] > Cc (+) et Cc(-) : polymérisation dans les 2 extrémitées  Cc (+) < [AG] < Cc(-) : polymérisation par le bout (+) (barbé) et depolymérisation par le bout (-) (pointu) => phénomène de tapie roulant Thymosine : inhibe la polymérisat’, se fixe sur l AG qui va s’ajouter a l’extr(+) et empeche l echange de ADP de celle-ci par ATP ; Profiline : stimule et favorise la polymérisat’ en echangeant l ADP de l’AG pour ATP Cap Z se lie a l extrémité + pour empecher la polymérisat’, et tropomoduline se lie a l extrémité – pour empecher la depolymérisat’ la gelsoline permet de passer de l actine en gel a l actine en sol ;coupe le MF en 2 fragments et reste lié a l extrémité + d’un fragment pour bloquer la polymérisation au niveau de celui-ci interagissent avec l un des sillons de l actine F : tropomyosine et H caldesmone permettent de former des *faisceaux de filaments lineaire dans les villosité et contractil dans le tissu musculaire ; et des *reseaux ARISA 2018-2019 4  prot dimérique forme des faisceaux en liant 2 MF entre eux et les maintient parallele (et esparés par 30nm) monomeriq, maintient les faisceaux serrés (MF separé par 14n) prot dimeriq organise les MF en reseau contact focaux (ç-MEC), jonction adherantes (interç) prot motrice, 2 type de myosine : se trouve dans les region contactiles = sarcomère donc permet la contraction musculaire, il est composé de 2 chaines lourdes et des chaines legeres ; couple l hydrolyse de ATP a un mouvementt de bascule de la tete se trouve dans les µvillosités, composé de une chaine lourde et de une tete globulaire, intervient dans le transport intraç permettant le deplacement de la molecule vers l extrémité + Trafic intraç , endocytose (les MF vt expandre la mb autour de la molécule à entrer, l entourer formant des vesicules) et exocytose (les MF poussent la vésicule vers la mb ) Migration ç : quand la ç veut se deplacer, les MF instables poussent la mb ç en avant (grace a leur polimerisat’ a l extrémité +) Armature des villosités (MF stables) Contract’ musculaire Cytodièrèse : division de cytop pendant la mitose, les MF forment avec des prot l anneau contractil Myopathie de Duchene Contraction musculaire et Migration cellulaire C’est le 3e type de fibre, de taille intermediaire, de 10 nm de diametre, le monomere constituf est une prot fibreuse qui differe selon le type de FI et les prot associés sont les IFAP Ce sont des polymeres proteiq non polarisé L element de base est une chaine proteique fibreuse comportant 2 extrémités globulaires separées par une helice α, le super-enroulement de 2 chaines proteiq par leurs helices α donne un dimère, dont 2 donnent un tetramere. 2 tetrameres donnent un protofilament (interaction par les tetes globulaires). 8 protofilament juxtaposés lateralement  FI les monomeres sont specifiq d’un type ç type Prot tissu Ty 1 Cytokératine acide Ç epitheliales Ty 2 Cytokeratine basic Ç epitheliale 3 Vimentine Ç mesenchymateuses Desmine Ç musculaire GFAp Astrocytes Périphérine Neurones 4 Triplet des neurofilament Neurones 5 Lamines A, B, C Ubiquitaires 6 Nestine Ç neuro-epitheliales ARISA 2018-2019 5  donc permet de typer la ç d’apres son profil d’expression, et de determiner par exemple l origine de tumeur  tous les type se trouvent au niveau de cytosq, sauf le type 5 qui est nucleaire et constitue la lamina nucleaire donc supporte les mb nucleaires Ils sont stable mais non statiq : renouvellent leurs constituants, des echanges constants entre des tetrameres libres et les filament constitués, et ils vont se depolymeriser notament au moment de la mitose Ils sont durables (longue duree) et resistants (resistance mécanique, pas de mouvements) Associent les FI entre eux et egalement avec la mb plasmiq les plakines sont les mieux caracterisées, interviennent dans la liaison des FI aux prot d’adherence (desmoplakines) la plectine lie le reseau de FI avec les autres element de cytosq (MT, MF),aussi impliqué dans la connexion entre les lamines nuc et les FI cytopq desmines dans les sarcomeres donne de la régidité Les lamine autre que la rigidité nucleaire, participe a la regulat’ de la transcript’ Les cytokeratines participent a certaines jonction Des irregulat’ dans l expression entrainent une fragilité et des dystrophies ç Epidermolyse bulleuse : maladie genetiq, due a des mutat’ des gene codant pour les cytokeratines  fragilité extreme des epitheliums ARISA 2018-2019 6 La communication est tres importante, car notre organisme est multi-ç (1014), et donc ttes les ç sont capables de communiquer entres elles et avec leur environnement, ainsi une ç peut modifier le fonctionnement de une autre ç, pour permettre la coordinat’ de fonctions des differentes ç au profit de l’organisme  Les principes sont universels mais les sys de transmission de l’information sont tres variés Ç emetrice  signal (inf)  ç receptrice, possede des recep  reponse  Les messagers (msg) sont les signaux et presentent une grande varieté : : les msg sont des molécules de signalisation associées aux mb plasmiq qui diffuse directement a travers les molécule de adherence et les jonction de type gap (cannaux ouverts, un canal est formé par 2 connexons dont chacun vient de une ç et est fait de 6 unités) pour coordonner le renouvellement, la differenciation et le fonctionnement d’un grand nb de ç : secret’ des msg qui passent a la ç cible par : Diffusion grace aux sg  communication endocrine : le msg inter-ç est une hormone secrétée par une ç endocrine et passe a la ç cible par circulation sanguine. Les hormones agissent a distance des ç qui les synthetisent Diffusion locale : limitée, le msg a une demi-vie tres breve, fixat’ a la MEC :  communication paracrine : le message n agit q sur les ç proches de la ç secrétrice communication autocrine : la ç secretrice est capable de repondre a la molécule q elle secrete (possede des recep pour leur propre msg) communication synaptique : diffusion restreinte aux ç cibles, la ç emetrice est une ç neurale qui secrete le msg au niveau de contact interç particulier = synapse Le msg est ciblé, doit etre reconnu de façon spécifiq par la ç receptrice : Msg de nature hydrophile = hydrosoluble : msg protéiq (aa, prot..) necessite un recepteurs (recep) transmb Msg de nature hydrophobe = liposoluble : dérivés stéroidiens…peuvent traverser la mb plasmiq mais necessite des recep cytosoliq ou nucleaires Msg de nature ionique : ouverture et fermeture de canaux ioniques Molecules gaz : comme le NO….diffusion simple  Les msg a l exception des gaz et des ions vont se fixer de façon spécifiq sur des recep = structure moléculaire (prot) et on distingue des recepteurs (recep) transmembranaire (transmb) (a la surface de ç) et des recep intraç  : spécifiq = complémentarité de surface et de charge, reversible = dissociation du complexe ligand-recep, saturable = effet max atteint quand tous les recep sont occupés ARISA 2018-2019 7   : Le ligand ne peut pas traverser la ç , mais peut lier l information a l int en modifiant le recep Modificat’ des propriétés biochimiq du recep, changement de conformation de la partie intra-ç (activation) Transduction des signaux perçu par le recep : transformation des signaux extra-ç en si gnaux intraç Recrutement des prot capables de contracter des interaction avec de autres Format’ des complexes macro-moleculaires au niveau de la partie cytoplasmiq de recep, et l information passe de une prot a une autre => cascade de signalisat’ intraç Les complexes protéiq communiq entre eux par le phenomene de modulation de activité (activat’ ou inhibit’) qui passe soit par interact’ prot-prot, soit par des react’ de phosphorylat’ et de déphosphorylat’ par les kinases (ajout des groupements phosphate) et des phosphatases La product’ de seconds msg intraç qui se fixent a certaines prot dont les propriétes sont alors modifiées et permetent l amplificat’ et la diffusion de signal La concentrat’ des seconds msg est regulé et differe dans un compartiment ç Les principaux sc msg : AMP cycliq (AMPc), GMPc, inositol phosphates IP, Ca, diacyl glycérol DAG Effet a court terme : modificat’ de molecules préformées Effet a long terme : synthese de une nouvelle prot Réversible : disparit’ de l effet par disparit’ du signal Effet durable : boucle de retrocontrole positif (une prot va activer une autre prot précédente)  Exécution de la réponse, ce sont des : Régulateurs transcriptionnel : facteurs de transcription FT = prot qui reconnaissent les sequence de regulat’ de ADN donc vont stimuler la transcript’ du gene en ARNm Régulateurs traductionnels Prot de cytosq ou de la MEC (adhesion ou de motilité)  Reproduire (proliférat’) ou se différencier (se transforme en ç post mitotiq qui ne peut plus se diviser) Demeurer attaché ou migrer Survivre ou mourir Les recep transmb fixent la molecule informative par leur partie extra-ç et transforment les signaux extra-ç en sig intra-ç :   : Leur domaine cytosoliq possede une activité enzymatique tyrosine kinase qui est stimulé apres fixation de la molecule informative Le ligand est un facteur de croissance FC (EGF, insuline,PDGF, FGF) qui declare la proliferat’ et la differenciat’ ç Lorsq ils sont activés par la fixat’ du ligand, les recep transmb se regroupent par 2 = dimerérisation, forment alors des dimeres (sauf le recep a l insuline qui est déjà sous forme de dimere) La dimérisat’ permet l auto-phosphorylat’ de residus tyrosine du domaine intraç (le domaine intraç d’un monomere peut phosphoryler tyrosine de l autre) Les phospho-tyrosines fixent chacun une prot adaptatrice et permettent la mise en œuvre de une voie de transduction conduisant a l activat’ des effecteurs ARISA 2018-2019 8 Les prot adaptatrices (cm Grb-2) possedent des domaines SH2 qui interagissent spécifiquement avec une Phospho-Tyr, cette spécificité est determinée par la nature des derniers 3 aa situés juste en aval de la P-Tyr  La prot G est une prot regulatrice qui active des enzymes, intervient dans plusieurs voies de signalisation, c’est une GTPase ,et on note plusieurs variétés : prot G monomeriq cm pG de la famille de Ras, prot G heterotrimériq qui possede les 3 sous unitées α, β et γ L activité de la prot G monomeriq passe par changement de la GDP par GTP grace a GEF, cette forme interagit avec de autres molécule et va moduler leur activité et cette interact’ s accompagne d’un retour de ras a la forme GDP grace a GAP Grb2 va recruter la prot SOS (GEF) qui va activer Ras (Ras-GDP -> Ras-GTP)  activation de Raf (MAP-k-k- k)  activat’ de MEK (MAPkk) suite a sa phosphorylat’ par Raf  activat’ de ERK (MAPk) apres sa phosphorylat’ par MEK  regulat’ de la prot cible (changemsnt de activité de une prot ou changement de expression genetiq d’un facteur de transcript’)  effet biologiq  : En se fixant sur un P-Tyr, La PLC degrade un phospholipide = inositol PIP2 en DAG et IP3, l’ IP3 entraine l augumentation de [Ca2+]  activation de la calmoduline (Cm) qui active la voie des MAP (active Ras-GRF - > Ras -> les MAP , c’est une activation indirecte)  : Apres etre fixer sur un P-Tyr, PI3K phosphoryle PIP2  PIP3  recrutement de AKT et PDK La PI3K active Ras  : Src est une tyrosine kinase cytoplasmiq interagit avec 1 P-Tyr et peut activer Ras La signalisation via les RTK stimulent la multiplicat’ cellulaire Certaines mutation des RTK ont été identifiés dans des cancers Des mutat’ des prot Ras peuvent perturber la multiplication cellulaire Les genes qui codent pour ces prot sont appelés oncogenes  L activité enzymatiq est portée par une prot qui s’ associe au dommaine (dom) cytoplasmiq du recep Le ligand = cytokines, controlent la differentiat’ et la proliferat’ des ç sanguines et la reaction inflammatoire  : JAK est une prot (non recep) intraç appartient a la famille de tyrosines kinases Apres la fixation de cytokine et dimerisat’, on aura phosphorylat’ et activat’ de JAK qui va phodphoryler STAT, ce dernier dissocie et se dimerise puis migre vers le noyau où il va jouer le role d’un facteur de transcript’ (active la transcript’)  Phosphorylent des prot sur des acides aminés serine ou thréonine Le ligand = TGFβ (FC) Ils sont importants pour les phenomenes de morphogenese Le recep dimérisé recrute et phosphoryle SMAD2 ou SMAD3  SMAD2/3 dissocie du recep et forme un heterodimere avec SMAD4 qui n est pas phosphorylé  le complexe migre dans le noyau (ny), recrute autres prot regulatrices de gene  activat’ de transcription des genes specifiques ARISA 2018-2019 9    Constituent une immense classe de recep membranaires Ligand = hormone, neurotransmetteur et facteurs divers Une gde partie de la pharmacologie cardio-vasculaire et neurologiq repose sur la connaissance de ces recep Les RCPG sont constitués de une chaine polypeptidiq a 7 domaine transmb => serpente de où le nom de recep serpentins , Nt dans le domaine extraç et Ct dans cytop Leur fonctionnement implique l activat’ de complexes hetero-trimeriq = prot G associé au recep transmb, cett prot G est formée par 3 ss unités α , β et γ Il n y a pas de dimérisat’, c est une activat’ directe de la prot G A l etat basal, les prot G fixent GDP (inactives) ; lors du stimulat’ du recep par fixat’ du ligand, le GDP de α est échangé pour du GTP  dissociat’ de la prot G en une sous unité α (porte la GTP) et une sous unité β/γ qui vont interagir avec des cibles (enz, canaux transmb) et changer leur activité Dans la plupart de cas, c’est la sous unitsé α qui interagit avec une cible  hydrolyse de GTP et stimulat’ transitoire des enzyme (enz) mb productrices de second msg (AMPc, Ca, IP3, DAG) **après l hydrolyse de GTP de α, cette derniere devient inactive et se dissocie de l’enzyme pour etre reassembler avec β/γ reformant une inactive PG La sous unité α se deplace et active l adénylate cyclase (prot transmb) qui va produire l AMPc (a partir de l ATP) ce dernier active la prot kinase A (PKA) La PKA est fait de 2 sous unités regulatrices (chacune fixe 2 AMPc) et 2 ss unités catalytiq ; apres l fixat’ de l’APMc on aura une dissociat’ : les 2 ss unités catalytiq sont activés et libérés, penetrent dans le noyau où ils vont phosphoryler et activer une prot regulatrice du gene (CREB) (regulat’ de la sequence de ADN et product’ de une nv prot) Les sous unités catalytiq ont aussi un effet cytoplamiq : active l enzyme de catabolisme de glycogene et inhibe le glycogene synthase augmentation de la concentrat’ intraç de glucose α se deplace et active une phospholipase C qui va degrader un phospholipide inositol en DAG et IP3 IP3 va entrainer l ouverture d’un canal calciq au niveau de RELlibérat’ du Ca2+ Le Ca2+ et le DAG activent une prot kinase C qui va phosphoryler un canal/enz  Complexe multi-protéiq responsable de l’equilibre ionique transmb La fixat’ de la molécule informative entraine l ouverture du canal et le passage des ions selon leur gradient de concentrat’ On a des recep canaux ioniniq ligand dependant dont l ouverture est determiné par la fixat’ d’un ligand qui est le plus svt un neurotransmetteur Ainsi On peut controler l ouverture et la fermeture de ce canal par un RCPG (soit la PG qui va ouvrir le canal soit le second msg) : localisé dans le ny, ce sont des facteurs de transcript’ activés par un signal extra-ç Le ligand = molecule de signalisation liposoluble : stéroides, H thyroidiennes, rétinoides Certains RN avant la fixat’ du ligand sont retrouvés au niveau de cytosol et apres vont migrer vers le noyau alors que d’autre sont déjà en posit’ nucleaire ARISA 2018-2019 10 Ils peuvent etre activer par fixat’ du ligand mais aussi par phosphorylat’ par des kinases des voies de signalisation des recep transmembranaire (transmb) Ont une action sur l expression du genome de la ç cible  effet a long terme  Il existe une cinquantaine de RN, regroupés en 3 classes principales : NR3 : recep des Hormone (H) stéroides NR2 : des H thyroidiennes, vit D, acide rétinoique NR1 : recep accessoires de l acide rétinoique Les RN possedent 2 domaines : DBD : c’est le domaine de liaison a l’ADN, se trouve de coté N et contient les motifs en doigts de zinc reconnaissant les HRE (element de reponse a l H) des genes cibles LBD : domaine de fixation du ligand  Ils peuvent agir selon le cas en tant que monomeres, homo-dimeres ou hetero-dimeres La liaison ligand-recepteur peut se faire dans le cytop  translocat’ du recep activé dans le noyau apres demasquage de une sequence NLS D autres cas de RN en permanence dans le ny, en absence de ligand le LBD est lié a un co-represseur et une fois le ligand entre dans le ny, il va remplacer le co-represseur et le RN sera activer  Les genes transcrits par le RN agissent sur le metabolisme, prolifération et differenciation ç Une meme molécule de signalisation peut avoir des effets différents sur différents types ç car la transcription d’un gene est controlée par un ensemble de facteurs de transcript’ différent, c’est donc l ensemble des facteurs de transcript’ presents et actifs dans la ç qui determine quels genes sont exprimés Le gaz NO est diffusible (diffuse librement a travers la mb plasmiq) et a effet paracrine Agit sur les ç musculaires lisses avec un role physiologiq au niveau vasculaire et neuronale Se fixe directement sur une guanylate cyclase qu’il active Le GMPc est un second msg qui provoque une relaxat’ des ç musculaires lisses (canaux cationiq…) ARISA 2018-2019 11  C’est un organite cytoplasmiq a double membrane (mb), semi autonome car il possede son propre ADN (ADN mitochondrial, independant a l ADN nucléaire) Theorie endosymbiose : l origine des mitochondries (mt) est une bacterie Les mitochondries (mt) => lieu de catabolisme oxydatif en conditions aérobies L activité physiq ↗ le nombre des mt ce qui ↗ la capacité pulmonaire Se trouve dans le cytop des ç de zones de haute activité metaboliq (sarcomeres+++) La forme est variable, ovalaire et allongée, il a des prolongements membranaire = cretes membrane ext membrane int Matrice mitochondriale *Ressemble a la mb cytoplasmiq *sous forme de bicouche lipidiq *Renferme l ADN mt *Sous forme de bicouche lipidiq *80% prot circulaire *50 a 60% des prot *20% lipides (cardiolipine) *Mito-ribosomes qui *50 a 40% de lipides *Forme de cretes mitochondriales ressemblent aux ribosomes *Porines = prot transmb formant des *Riche en transporteurs et complexes bactériens pores de 2-3 nm de diametre et proteiques enzymatiq (complexe de la *ARN de transfert ressemblent aux prot de la mb de chaine respiratoire) *Nombreux systèmes certaines bacteries *Faible fluidité -> passage actif enzymatiques : les enzymes *Permeable aux ions et petites *Transporteurs : navette (AG), co- etablissant une oxydation du molécules hydrosolubles de < 5KDa transporteurs (ions), transporteur de pyruvate, enzyme oxydant les Passage passif echange (ATP/ADP) AG, enzyme appartenant au cycle citrique La mt replique son ADN et s allonge, puis une crete va s allonger plus et divise la mt L’ ADNmt est circulaire, bicaténaire, 16 569 pd 5 a 10 copies par mt , possede un code genetiq different et repressente 1% de l ADN ç total Participe a la synthese de une partie des prot mitochondriales (certaines prot de la chaine respiratoire) , cette contribut’ est inf quantitativement a l ADN nucleaire mais indispensable L ADNmt code 2 des 3 ARNr des mitoribosomes, les ARNt mt, et 13 prot L ADN mt se repliq pendant l interphase independamment de l ADN nuc et il va etre heriter et transmise par la mere Homoplasmie : polulat’ mithochontriale transmise (a l enfant) possede le meme ADN (uniquement mt avec mutation ou uniquement mt sans mutat’) Heteroplasmie : la répartit’ est un melange entre les 2 populat’ (mt avec mutation et mt sans mutat’) Les mutation dans le genome mt est transmise par la mere (1/1800), et les manifestat’ cliniq dependent de nb de mt presentant dans la mutat’  effet seuil dans la pathologie mitochondriale ARISA 2018-2019 12 La majorité des prot mitochondriales proviennent de cytop, il existe un systeme de import proteiq avec un adressage precis : pores de translocat’ et sequence d’adressage : peptide signal au niveau de l’extrémité Nt fait de 15-30 aa : La reconnaissance specifiq se fait grace a des translocons (pores de translo) : dans la membrane ext : le complexe TOM, formé de recep qui reconnaissent la sequence d’adresssage et un canal permettant l’entrée de la prot ou son ancrage dans la mb dans la membrane int : le complexe TIM22, TIM23 (se fixe sur la mb ext permettant la fusion de 2 mb int et ext) et OXA : les prot mitochondriales sont traduites dans le cytop par les ribosomes libres puis se dirigent vers la mt accompagnées des chaperons du cytosol (hsp70 cytosoliq, qui maintient les prot depliées) reconnaissance du peptide signal (pep sig) par le recep de TOM et detachement des chaperons avec hydrolyse de ATP  translocat’ vers la matrice par TIM23  clivage du pep sig par signal peptidase et repliement de la prot grace a hsp70 mitochondrial : la prot destinée a 2 sequences d’adressage, 2 cas de figure : La prot va passer a la matrice  clivage du 1er pep sig (ou la prot est déjà synthetisée a la matrice donc possède un seul pep sig) destinat’ vers la mb int et fixat’ grace au complexe OXA (par son 2e pep sig) La prot va directement se fixer dans la mb int par TIM23 (après clivage de pep sig1) **un cas où la prot a une seule sequence d’adressage et qui n’est pas au bout de la prot, donc on aura l intervent’ de TIM22 : la prot est fixée sur la mb int par le pep sig puis clivage de ce dernier et la prot reste libre dans l’EIM Dans la matrice mitochondriale, le cycle de Krebs s’accompagne de la productions de 3 NADH,H+ et 1 FADH2 et 1 ATP pour chaque tour de cycle L oxydat’ des AG : par ex un AG de 18 carbones conduit a la format’ de 8 NADH,H+ , 8 FADH2 et 9 acetyl CoA , chaque acetyl va entrer dans un cycle de Krebs C’est un ensemble de complexes proteiq localisés dans la mb int et qui vont faire circuler les e- capturés a partir de donneurs (react’ d’oxydo-reduction, ) jusq a O2 = l’accepteur final. En parallele des protons H+ sont exportés de la matrice vers l’EIM  différence de potentiel (ddp) des protons entre la matrice et l’EIM Les e- donnés par NADH,H+ sont capturés par le complexe 1, et des FADH2 par le complexe 2 puis tous les e- passent vers comlexe 3 puis sortent via le complexe 4 vers la matrice où ils vont rencontrer O2 => H2O. En passant par ces complexes les e- perdent de l’energie qui va servir pour pomper les H+ Le NADH,H+ cytosoliq (n’entre pas dans la mt) cède ses e- a la chaine respiratoire via des molecules = navettes Les H+ sont pompés par les complexes 1, 3 et 4 et retournent a la matrice via l ATP synthetase Le gradient de protons constitue une source d’énergie (En) qui sert a : - Synthetiser de l’ATP par l ATP synthase = particule visible en ME a la face int de la mb mitochondriale int - Effectuer des transport a travers la mb int : transport contre le gradient de concentrat’ ,via les co- transporteurs, de pyruvate, ions de phosphate… ARISA 2018-2019 13 - Produire de la chaleur = thermogenese : les protons peuvent transiter vers la matrice grace a des prot decouplantes  En dissipée sous forme de chaleur. Ce phenomene a lieu dans le tissu adipeux brun (nouveau né) et le tissu musculaire Certaines voies metaboliq presentent des etapes qui se deroulent dans la matrice : La synthese des porphyrines comme l heme de l’hemoglobine La synthese des cytochromes La synthese de l uree dans les hepatocytes La synthese des hormones steroides Homeostasie = stabilisation, reglage de certaines caracteristiq physiologiq (T, press’….) Les mt avec le REL sont les principaux reservoirs du calcium  regulation de la concentration intraç du calcium Transport a travers des canaux ioniq Les mt renferment le cytochrome C qui declenche le processus de apoptose La liberation de ces prot est controlée par des prot de la famille de Bcl2 Pathologie rare, etiologie variable. Tous les tissus et les organes peuvent etre atteints : cerveau, muscle squlettique, rein, retine, cœur ARISA 2018-2019 14 C’est un organite ubiquitaire (se trouve dans tous les type cellulaires) de 0,25 a 1 µm N’ a pas de genome donc importat’ des prot cytosoliq Roles importants : oxydation et peroxydation (product’ de peroxyde de oxygene = eau oxygené et pour cela il est appelé peroxysome car c’est le seul organite capable de degrader le H2O2 ) Le SNC et le foie sont des tissus riche en peroxysome C’est un organite intraç de forme ronde ou ovalaire, entouré de une seule mb simple avec bicouche lipidiq (et qui ressemble a la mb de RE), cette mb contient des permeases ABC (pour l entré de metabolites …), peroxines (importation et translocation des prot), cytochrome P450 (impliqué dans la detoxification) La matrice renferme des prot responsables des reaction metaboliq : oxydases (oxydation) et catalases (peroxydat’) Region paracristalline contient chez tous les eucaryotes sauf l homme, l urate-oxydase qui degrade l acide urique Le reseau canaliculaire permet la communication entre les peroxysomes Degradation des purines (A et G) : purines transformés en  hypoxanthine  xanthine  acide urique (excret’ urinaire chez l homme)  allantoine grace a l urate oxydase chez les autres eucaryote La β-oxydat’ des AG a tres longues chaines > 22 C : reduire leur taille jusq a ce qu’ils fassent < 12 C + acetyl CoA (pour etre destinés au mt) Degradation des acides aminés (aa) et des prot par les amino-oxydases R-H2 + O2  R + H2O2 : production de H2O2 qui va etre utilisé ensuite par les catalases pour oxyder de autres molecules 2H2O2  2H2O + O2 : degrader le H2O2 grace aux catalases Ce sont egalement les catalases qui interviennent dans la degradat’ hepatiq de l’alcool, de l ethanol en acétaldéhyde = myéline La taille et le nombre de peroxysome depend du milieu où se trouve la ç : dans un milieu de culture avec l glucose, les peroxysomes sont de petite taille et en faible quantité; dans un milieu riche en methanol les peroxysomes sont plus nombreux et de grande taille La durée de vie est variable (3-5 jrs dans hepatocytes) et le nb dans une ç est regulé Il existe 3 theories expliquant la format’ des nouveau peroxysomes : Division ARISA 2018-2019 15  Theorie endosymbiotique : (moins de arguments) la constitution membrenaire et l absence de genome  bacterie ingérée et dont le materiel genetiq et totalement detruit et transformé vers le noyau Les nouveaxu peroxysomes viennent du RE (la plus defendable) car ressemblance entre leurs mb : bourgeonnement de 2 vesicules contenant des prot (peroxine)  fusion des 2 vesicules et formation de une prot qui permet la translocat’  recrutement des prot mb et matricielles  peroxysome mature : Prot mb : synthetisées dans le cytosol puis incorporées dans la mb Prot de la matrice : necessite 2 sequence d’adressage PTS1 et PTS2 PTS1 : situé a l extrémité Ct d’une prot, c’est un tripeptide de type SKL reconnu par un recep appartient a la famille des peroxines = peroxyne 5 PTS2 : a l extrémité Nt, constitué de 9 aa (principalement basiq ou apolaire) et reconnue par le peroxyne 7 Ces 2 sequence sont mutuellement exclusives: sur une prot on va trouver soit PTS1 soit 2 L adressage fait intervenir des prot chaperonnes (Hsp70) qui permettent l interaction avec des prot de arrimage (PEX 13, 14, 17 membranaire)  dislocat’/liberat’ des prot cytosoliq (peroxyne 5/7) et translocat’ par des prot de importat’ (= permease mb PEX 2, 8, 10, 12) Le renouvellement des peroxysomes est permanent et la destruction est assurée par autophagie via les lysosomes Mutation des prot impliquées dans le transport au travers de la mb (prot PEX) Mutation d’une prot de la matrice peroxysomale Adeno-leuco-dystrophie lié a l X : touche les hommes et due a une accumulat’ des AGTLG au niveau de la SB (mutation d’une enzyme de la β-oxydat’) Sd de Zellweger : accumulat’ des lipiq dans le foie, SNC, rein et surrenale (PEX1) ARISA 2018-2019 16 Plusieurs définitions : Cytosol = la phase liquide du cytop (cytop – organites) Cytosol – cytosquelette (cytosq) = hyaloplasme Cytosol = compartiment principal du cytop a l exclusion des organites et de leur contenu ainsi que de cytosquelette (cytop – organites – cytosquelette) Formé essentiellement de eau (85%) C’est le principal compartiment cellulaire, constitue la moitié du volume cellulaire (54% dans un hepatocyte) Une solution colloidale de prot et de ARNm Des elements en suspension : particules de glycogene, gouttelettes lipidiq Petites molécule en solution vraie : sucre, aa, nucléotides, ions (petites molécule dissoutes) Riche en K+, pauvre en Na+ et Cl-, et Ca2+ est libéré suite a une stimulation mais au repos sa concentrat’ est quasiment nulle Complexes macro-moléculaires : ribosomes (pour la traduct’) et protéasomes (complexes pour la degradat’ proteiq) C’est le carrefoure entre les organites et les voies metaboliques Cette phase aqueuse n a pas de structure stable, constitue un milieu reactionnel important et peut passer entre 2 etats physiq (mouvement) : gel et sol Le cytosol est le lieu de stockage de reserves energetiq : triglycérides/ glycogene Le lieu de premieres etapes du metabolisme des glucides : glycolyse et cycle des pentoses phosphate Cycle des pentose : voie alternative a la glycolyse qui peut se faire en aerobie/ anaerobie permet de produire les riboses 5’ phosphate qui vont etre utiliser dans la fabrication des acides nucleiques Ttes les reaction de synthese, degradation ou de conversion de la plupart de comstituants elementaires : la traduction s’ initie dans le cytosol (ARNm, RE, ARNt) Les prot destinées au cytosol, RE, noyau, mt, peroxysome sont integralement traduites dans le cytosol (avec un adressage specifiq des prot non cytosoliq vers leurs compartiment) Les prot de la mb plasmiq, des lysosomes ou qui seront exportées hors de la ç : adressage du complexe de traduction au RE-G (voie RE-Golgi) Les prot aquierent une structure 3D ou elles sont maintenues denaturées grace a des prot chaperons Modulation de l activité des prot : des prot non fonctionnelles, prot de mauvaise configuration, prot endomagées (defaut lors de la synthèse) selon 2 voies = protéasomes et calpaines : Le proteasome 20s (formé par des sous unités α et β) est le cœur catalytiq qui va degrader les prot apres la formation des complexes : ARISA 2018-2019 17  Proteasome 20s + complexe 19s : pour la degradation des prot ubiquitinilées. En fait, des ubiquitiniles ligases vont taguer une prot a degrader  ajout des groupements ubiquitiles = ubiquitinilation  reconnaissance par le complexe 19s (activité ATPq) et detachement des ubiquitines degradation par proteasome 20s libération des petits fragments peptidiq dans le cytosol Proteasome 20s + complexe 11s : pour la degradation des prot non ubiquitinilées (apres reconnaissance par le complexe 11s) Les calpaines sont des enzymes capables de hydrolyser les prot (protease) en presence de calcium : transduction des signaux  libération du Ca2+ dans le cytosol  activation transitoire des calpaines et localisée dans le cytosol Les recep transmb initient des cascades de reaction biochimiq et de signalisation dans le cytosol  donc le cytosol subit l influence du milieu extra-ç : Modification du metabolisme cellulaire Activation / inactivation de prot Synthese de nouveau prot Differentes reponses biologiq : division, survie, migration, apoptose, differentiation Bon courage et bonne chance ARISA 2018-2019 18