tri proteine 2014-15

Les constituants cellulaires sont orientés vers leur destination correcte:

interactions entre signaux de recon- naissance spécifique et récepteurs

migration vers le compartiment auquel ils sont destinés.

Réf 2: ALBERTS (B) ,L’essentiel

(1) Transport à travers les pores nucléaires

(2) Transport par translocation à travers les membranes

(3) Transport par des vésicules

3 mécanismes principaux par lesquels les organites limités par une mb importent des protéines.

Une «Carte routière » simplifiée de la circulation des protéines.

voyage commence par synthèse protéine

à chaque station ,décision: retenir ou transporter plus loin

se termine quand destination finale atteinte 

Comment une protéine peut elle

reconnaitre spécifiquement sa

destination souvent unique parmi les

autres destinations possibles?

I – Compartimentation cellulaire

II- Adressage et repliement protéines

III- Echanges nucléoplasmiques

IV- Ciblage post traductionnel vers

les organites clos

V- Réticulum Endoplasmique

I – Compartimentation

cellulaire

Le maintien de la compartimentation est la clé de la permanence de l’identité cellulaire

Or une cellule vit et interagit avec

un environnement

Il existe en plus des échanges avec l’extérieur dépendant de mb , un trafic mol entre les différents compartiments.

I-1[Avantages de compartimentation]

Les diverses fonctions de biosynthèse, de dégradation et de production d’énergie

compartimentées dans cellules eucaryotes

zones privilégiées dans volume restreint :microenvironnement (enzymes, cofacteurs ,substrats concentrés..)

séquestration des activités à risque-enzymes de dégradation, lysosomes -enzymes oxydatives ,peroxysomes.

Les compartiments de la cellule euc:organites membranaires spécialisés

-Compartiments de traitement protéines(R E , A G, Vésicules de sécrétion )

-Compartiment des acides nucléiques(noyau , nucléole)

-Compartiments clos (mitochondries, chloroplastes , peroxysomes)

-Compartiment cytosolique.

I-2 [Origines des compartiments]

La compartimentation chez les cellules procaryotes a permis aux 1ers eucaryotes

- de taille;

-capter l’énergie plus efficacement;

- réguler l’expression des gènes;

d’une manière plus complexe.

Modèle hypothétique de l’évolution des compartiments intracellulaires.

Système digestif extracellulaire

Système digestif intracellulaire

Elaboration organite mb de biosynthèse

Compartimentation, équipement de biosynthèse et du génome

Acquisition des mitochondries

Réf14:Pollard (T-D)

Canal

Transporteur

A. Système digestif extracellulaire

B. Système digestif intracellulaire

Digestion des protéines de grande taille par les enzymes

Procaryotes ancestraux compartimentés!

Biosynthèse intracellulaireDigestion extracellulaire

Exporter matériel de digestionet

Capter produits de digestion (fig:A)

Internalisation

Enzymes d’hydrolyse sécrétées +

nutriments de l’environnement=

Lysosome primitif (Fig:B)

l’efficacité de la digestion et l’absorption des nutriments

macromoléculaires

Réf14:Pollard (T-D)

C- Elaboration d’un organite mb de biosynthèse

D-Compartimentationde l’équipement de biosynthèse et du génome

Apparition de plusieurs destinationspossibles dans cellule

Signaux d’adressagepour distinguer les ≠ circuits

les uns des autres

Stratégie "diviser et spécialiser" utilisée grand nombre de fois:

voies d’exportation , digestion , machinerie de synthèse.(Fig:C,D)

Chaque étape de séparation:

Mise en place d’un niveau supplé- mentaire de communication réciproque entre les vésicules

Nouveau jeu de signaux d’adressage

Oxygène apparu dans atmosphère

pour exploiter ce puissant oxydant ,apparition peroxysomes (centre

dégradation oxydative)

Apparition mitochondries(Sites d’utilisation d’oxygène ,

de l’extraction d’énergie libre des métabolites, et de sa conversion en ATP)

(Fig:E)

Développement du système vacuolaire comprenant R E , AG et système des endosomes , lysosomes, mitochondries.

Mitochondrie / endosymbiose

Réf14:Pollard (T-D)

E- Acquisition des mitochondries

L’apparition de l’O2 dans l’environnementa permis synthèse du cholestérol

et son intégration mb

Épaissit sans modifier fluidité mb ,en absence de paroi cellulaire,

solide mais flexible

Facteur important pour volume cellulaire au début de l’évolution.

I – Compartimentation cellulaire

II- Adressage et repliement protéines

III- Echanges nucléoplasmiques

IV- Ciblage post traductionnel vers

organites clos

V- Réticulum Endoplasmique

II- Adressage et

repliement protéines

se replier

Structure tridimensionnelle

trouver

destination finale dans cellule

Réf14:Pollard (T-D)

A - Adressage des protéines

provenant de ribosomes libres

Réf14:Pollard (T-D)

B- Adressage des protéines

provenant de ribosomes liés RE

Rôle des séquences de signal dans le tri des protéines.

(A) Normales

(B) Séquences signal échangées

Protéine cytosolique(pas de séquence signal)

Protéine du RE dont la séquence signal a été enlevée

[Rôle des chaperons]

Facilitent le repliement ;

Inhibent l’agrégation des protéines;

ne libèrent polypeptides que si l’état de repliement est favorable ;

2 classes de molécules :- *HSP70 et leurs régulateurs-Chaperonines (cylindriques)

(*HSP:Heat Shock Protein)

Stabilisation des récepteurs des hormones

stéroïdes (RSH) par HSP70 , HSP90 et différents facteurs

accessoires ( HOP, HIP, P23, GA ,

IP).

La fixation de l’hormone libère les chaperons et permet au RSH de migrer vers le noyau.

Récepteur d’hormone

Hormonestéroide

Réf14:Pollard (T-D)Liaison à l’ADN

Liaison 7 ATP à 7 sous unités favorise liaison Gro ES

Liaison et hydrolyse ATP déterminent fréquence de repliement

Le repliement par les chaperones de GroEL et GroESA.Cycle de repliement.B.Structure atomique

Réf14:Pollard (T-D)

I – Compartimentation cellulaire

II- Adressage et repliement protéines

III- Echanges nucléoplasmiques

IV- Ciblage post traductionnel vers

organites clos

V- Réticulum Endoplasmique

III- Echanges

nucléoplasmiques

Circulation bidirectionnelle

Importées vers noyau:Histones, ADN et ARN polymérases,protéines régulatrices ,de maturation , protéines ribosomiques..

Exportées du noyau: ARNm , ARNt ,sous unités ribosomiques..

[Echanges nunléoplasmiques]

NOYAU

PLASTESMITOCHONDRIES

CYTOSOL

Aperçu de l’organisation de l’enveloppe nucléaire

30 nm

Réf14:Pollard (T-D)

L’enveloppe nucléaire:

Barrière sélective entre les compartiments nucléaire et cytoplasmique;

garantit que seuls les ARNm matures sont transportés vers le cytoplasme;

Sa rupture est essentielle pour permettre la libération des chromosomes au moment de la mitose.

A. Modèle tridimensionnel d’un pore nucléaire .- Symétrie avec 1 canal

central et 8 canaux périphériques.

- Les réseaux de filaments permettent d’amarrer au pore les éléments

qui doivent transiter.

B. C.Reconstruction tridimen-tionnelle des pores nucléaires de grenouille Xenopus laevis.D: Levure*AC: anneau cytoplasmique*AN: anneau nucléaire

Réf14:Pollard (T-D)

III-2 [ Trafic noyau cytoplasme]

Les molécules de grande taille (supérieure à 60kDa) ne passent pas de manière passive à travers les pores de diamètre de 9nm.

La taille des pores peut néanmoins évoluer jusqu’à 25-40 nm et certaines protéines plus grandes peuvent rentrer en se déformant

Ex :comment est exportée RNP de 50 nm de diam (ARN de 35 à 40 kB qui s’associe à 500 protéines)?

Déformation d’une volumineuse particule de RNP au cours de son passage à travers l’enveloppe nucléaire.

RNP en25 x135 nm

Réf14:Pollard (T-D)

[La translocation nucléaire]

Le transport d'une protéine nucléaire requiert son interaction avec :

-des protéines cytosoliques: les importines, qui se lient aux signaux de reconnaissance nucléaires « NLS » ou aux exportines qui reconnaissent les signaux d’exportation « NES » des protéines transportées ;

-une protéine G monomérique, la protéine Ran.

Ref 1: Alberts 5° ed

Récepteurs d’importation nucléaire.A)Les cargaisons 1, 2, et 3 ont des signaux de localisation nucléaire différents ,et se lient donc chacune sur un récepteur d’importation différent .

B)La cargaison protéique 4 a besoin d’une protéine adaptatrice pour se lier à son récepteur .

Compartimentalisation de Ran-GDP et de Ran-GTP.

Ref : Alberts 5° ed

La localisation de Ran–GDP dans cytosol

et Ran-GTP dans le noyau résulte de la

localisation de 2 protéines régulatrices :

- (Ran GAP) dans cytosol

-(Ran-GEF) fixé sur chromatine et donc

dans noyau

Ran-GTPase donne à la fois la direction

du transport nucléaire et l’énergie

nécessaire à ce transport.

Complexe ternaire transite dans pore le long de des répétitions FG

de certaines protéines du CPN.

Un complexe protéine NES/Exportine/Ran-GTP uniquement dans le noyau. La dissociation de ce complexe se réalise uniquement dans le cytoplasme lors de l’hydrolyse du GTP en GDP (favorisée par Ran GAP).

Cargaison délivrée

dans le cytosol

Cargaison délivrée au noyau

Ref : Alberts 5° ed

Modèle expliquant comment la liaison Ran-GTP peut provoquer la libération de leur cargaison par les récepteurs d’importation nucléaire.

Récepteur d’importation

Ref : Alberts 5° ed

Signal d’exportation Nucléaire exposé

NF-AT(Facteur Nucléairedes lymphocytes T) Au repos : phosphorylé

Contrôle de l’importation nucléaire pendant l’activation des lymphocytes T

I – Compartimentation cellulaire

II- Adressage et repliement protéines

III- Echanges nucléoplasmiques

IV- Ciblage post traductionnel vers

organites clos

V- Réticulum endoplasmique

IV- Ciblage post traductionnel

vers les organites clos

Transport des protéines

dans mitochondries,

chloroplastes,

Peroxysomes.

1-Fixation de la protéine sur récepteur spécifique

2-Translocation à travers la mb externe

3 -Translocation à travers la mb interne vers la matrice ; - translocation dans la bicouche de la mb interne.

5°C 25°C

+protéase +protéase

Protéines traversent mb mitochondriales interne et externe de façon transitoire pendant leur translocation dans la matrice.

Réf 1: ALBERTS (B) ,

Cette expérience montre que le processus d’importation a lieu en 2 étapes:

1. Pénétration , par l’intermédiaire du gradient électrochimique , du peptide signal et des séquences avoisinantes à travers les 2 mb mito.

2. Déplacement du reste de la chaine polypeptidique vers la matrice qui nécessitel’hydrolyse de l’ATP et T° physiologique.

[Translocation des protéines]

La translocation dans les mitochondries

dépend de:

- séquences signal - protéines de translocation.

Il existe plusieurs voies de transport

protéique dans la mb mitochondriale interne

et dans l’espace intermb.

Séquence signal d’importation des protéines Mitochondriales;(A)Les 18 premiers acides aminés de séquence signal de la cytochrome oxydase.(B) Séquence signal repliée en hélice a .

aa non chargés(bleu)

aa chargés + (rouge) regroupés sur une face

Ref : Alberts 5° ed

Ref : Alberts 5° ed

Les protéines de translocation des mb mitochondriales( Les complexes TOM, TIM, SAM et OXA sont des assemblages de protéines à travers mb mitochondriales.

Ref : Alberts 5° ed

Précurseurs des protéines mitochondriales importées sous forme d’une chaine polypeptidique dépliée.

Importation des protéines par les mitochondries .N-terminal reconnu par récepteur du complexe TOM; Protéine transloquée à travers TIM 23; séquence signal coupé par peptidase.

1.Reconnaissance(liaison au recepteur)

2.Insertion dans membrane par

complexe *TOM

3.Translocation

dans matrice

4.Clivage par signal peptidase

Réf 1: ALBERTS (B) ,

L’importation des protéines dans la matrice mitochondriale nécessite la présence de protéines HSP70 des 2 côtés de la mb mitochondriale.

Ref : Alberts 5° ed

Intégration des porines dans la mb mitochondriale externe.Translocation à travers TOM; liaison à des chaperons; complexe SAM insère chaine dans mb externe.

Les bactéries et les mitochondries utilisent les mêmes mécanismes pour insérer les porines dans leur mb externe.

Ref : Alberts 5° ed

Importation des protéines du cytosol dans la mb mitochondriale interne et dans l’espace intermb.

Libération des HSP70 cytosoliques et mitochondriales de la protéine ATP

Translocation à travers TIM gradient H+

[Aspect énergétique de la translocation]

Deux conditions pour diriger l'import des protéines dans la mitochondrie:

- gradient électrochimique

à travers mb interne

- hydrolyse de l'ATP

Ref : Alberts 5° ed

L’hydrolyse de l’ATP et un potentiel de mb entrainent l’importation des protéines dans l’espace matriciel.

Rôle de l’énergie dans l’importation protéique dans la matrice mitochondriale.

VI-2 [Transport des protéines vers les chloroplastes]

Voie d’importation des protéines du chloroplaste par les complexes TOC et TIC

Réf:18 Pollard (T-D)

Ref : Alberts 5° ed

Translocation de précurseur protéique dans l’espace thylacoïde d’un chloroplaste.

(A) Précurseur protéique :Séquence signal pour chloroplaste suivie de celledu stroma.

(B) 4 voies de translocation à travers thylacoide ou mb thylacoidale.

(bacterien)(Twin arginine Translocation)

(Sans translocateur)

Réf 14: POLLARD (T-D) ,

Images de microscopie fluorescence d’une cellule

Peroxysomes (vert)

Microtubules (rouge)

ADN nucléaire (bleu)

Nature Review .Décembre 2013

Biogénèse des

peroxysomes par

bourgeonnement à

partir du RE et

cycle de division

RE

Vésicule précurseur de peroxysome

Modèle pour la prolifération des peroxysomes et la production de nouveaux peroxysomes

Ref : Alberts 5° ed

M PTS1 /2:Peroxysomal Targeting Signal

Modèle de l’importation d’une protéine avec

PTS1 dans la matrice du peroxysome.

Réf:18 Pollard (T-D)

I – Compartimentation cellulaire

II- Adressage et repliement protéines

III- Echanges nucléoplasmiques

IV- Ciblage post traductionnel vers

organites clos

V- Réticulum Endoplasmique

V- Réticulum endoplasmique

Toutes les protéines destinées à:

la sécrétion RE lui-même AGLysosomesEndosomesMb plasmique

sont initialement importées dans RE à partir du cytosol

Réseau de membranes internes interconnectées issues des membranes nucléaires;

Le plus grand organite de la majorité des cell eucaryotes(50% des mb, 10% du volume )

Se présente de 2 manières : - REL: lisse

- RER: rugueux (dépourvu de ribosomes à certaines endroits à l’origine des vésicules de transitions)

[Réticulum endoplasmique (RE)]

sert d’usine pour reproduire presque tous

les lipides cellulaires.

participe à de nombreux processus

biochimiques vitaux comme la

biosynthèse

et la maturation post traductionnelle

des protéines.

Le réticulum endoplasmique:

Photographies en microscopie à fluorescence de RE

Cellule mammifère en culture qui se fixe sur une protéine retenue dans RE.

Cellule végétale vivante

Ref : Alberts 5° ed

Protéines destinées au RE

pénètrent entièrement dans la lumière RE

lumière RE, sécrétionautres organites

transloquées dans mbdu RE mais pas libérées

protéines transmb du RE ou d’autres mb cellu

V-1[Translocation dans le RE]

Translocation co-traductionnelle et post –traductionnelle d’un protéine.

RibosomeARNm

Protéine

Ref : Alberts 5° ed

Ref : Alberts 5° ed

Mb du RE

Cycle du ribosome libre

Cycle du ribosome lié à la mb

L’ARNm codant une protéine cytosolique reste libre dans cytosol

Ribosomes du cytosol dirigés vers RE

Si protéine en train d’être fabriquée porte séquence signal, reconnue

par *SRP situé dans cytosol

Complexe ribosome –SRP se lie à un récepteur de mb du RE et

processus de translocation

*SRP: Particule de Reconnaissance du Signal

Ref : Alberts 5° ed

ARNm

ARNt

Cytosol

Lumière

La séquence signal du RE et la SRP dirigent les ribosomes vers la mb du RE

*SRP se lie à la séquence signal et au ribosome et dirige le ribosome vers récepteur (RER)

le transfère vers un canal: complexe de translocation

dissociation de SRP et de son récepteur du ribosome , reprise de la synthèse protéique et passage du polypeptide.

Les protéines traversent mb RE par un canal protéique étroitement ajusté :complexe de translocation.

Constituants du pore de translocation: 3 ou 4 copies du complexe Sec61p.

La liaison ribosome séquence signal à un complexe de translocation ouvre un pore transmb.

Ref : Alberts 5° ed

Ribosome lié au translocateur de protéine eucaryote. On pense que le translocateur contient 4 copies du complexe Sec61 qui participent activement à la translocation de la protéin

Ref : Alberts 5° ed

3 modes d’entrainement de la translocation protéique au travers de translocateurs de structure similaire..

Ref : Alberts 5° ed

Intégration dans la mb du RE d’une protéine à un seul passage transmb porteused’une séquence signal interne.

V-2 [Modifications des protéines dans le RE]

Une protéine subit des modifications importantes dans le RE qui conduisent à l’acquisition de conformation tridimentionnelle

Ces modifications peuvent être:

- co-traductionnelles et /ou

- post-traductionnelles.

[Glycosylation]

La principale modification chimique de la majorité des protéines qui deviennent

glycoprotéines

oligosaccharide transféré en bloc

- risque d’agrégation

-rôle dans rôle dans repliement repliement

-rôle dans propriétés fonctionnelles rôle dans propriétés fonctionnelles dans les milieux extracellulaires dans les milieux extracellulaires

Réf 2: ALBERTS (B) ,L’essentiel

Glycosylation d’une protéine dans le RE rugueux

*ASN: asparagine

Copie de l’enzyme associée à chaque protéine de translocation dans mb du RE.

[Les ancres GPI]

Les protéines mb peuvent être ancrées aux bicouches mb par *GPI , cette liaison covalente entre la protéine et ce groupement se fait dans le RE.

(*GPI: Glycosyl-Phosphatidyl –inositol.)

[Formation de ponts disulfure]

Ces liaisons covalentes sont formées par liaisons oxydatives des groupes thiols de 2 résidus cystéine présents dans la même protéine.

La formation de ces ponts dépend de la disulfure isomérase présente dans la lumière du RE de toutes les cellules d’eucaryotes .

Le repliement complet ne se produit qu’après libération de la chaine polypeptidique du ribosome.

Chaque polypeptide a un mécanisme de repliement particulier , dictée par sa séquence.

Néanmoins ,les enzymes qui facilitent ces processus sont généralement les mêmes.

[Repliement des polypeptides nouvellement synthétisées]

[La sortie du RE ]

Etape importante de contrôle de qualité:

protéines repliées incorrectement ou

assemblées à partenaires anormaux

retenues dans le RE

et puis dégradées.

Ref : Alberts 5° ed

Exportation et dégradation protéines du RE mal repliées.( elles sont transloquées dans cytosol ou elles sont déglycosylées , ubiquitinylées et dégradées dans protéasome.

Dégradation dans le protéasome des protéines mal repliées.

[Synthèse lipidique]

La plupart des lipides cellulaires sont synthétisés dans RE et dans l’AG,

Cette synthèse est indispensable aux besoins de la voie d’exocytose et aux fonctions cellu qui dépendent des mb et des molécules de signalisation lipidique.

La plupart des glycérophopspholipides sont synthétisés dans RE ,les sphingolipides essentiellement dans AG.

[Stockage du calcium]

Une autre fonction du RE dans la plupart des cellu euc : séquestration des Ca++ cytosoliques .

Le cycle libération/ récupération des Ca++ du RE dans cytosol est responsable de la médiation d’un grand nombre de réponses rapides à des signaux cellulaires.

Conclusion

L’origine au cours de l’évolution , des

organites entourés d’une mb permet

d’interpréter leurs relations topologiques.

Les protéines de chaque compartiment

lui confèrent :

-ses caractéristiques structurales

-ses propriétés fonctionnelles

les protéines sont modifiées pendant et après leur synthèse : tri, repliement ou protection contre les protéases.

Les protéines catalysent les réactions qui s’y produisent et transportent sélecti- vement les petites molécules en les faisant entrer ou sortir.

Comment conserver les différences entre les compartiment face au transport intracellulaire?

Quelles sont les composants de la

machinerie de fusion vésiculaire?

leur mise en jeu lors du transport?.

leur voies de destination?