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LES RÉTICULUM ENDOPLASMIQUES
1 – L’ERGASTOPLASME EN MICROSCOPIE PHOTONIQUE
2 – RÉTICULUM GRANULEUX EN MICROSCOPIE ELECTRONIQUE
Définition
Variétés
3 – LES RAPPORTS DU REG
4 – COMPOSITION DES MEMBRANES
5 - FONCTIONS
A – Voie d’excrétion
B – Les glycosylations
C – REG et calcium
D – RE et métabolismes lipidiques
E – Contrôle de qualité
6 – LE RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE LISSE
7 – SES FONCTIONS :
A - Synthèse des stéroïdes
B - Glycogénolyse
C - Glycogénogenèse
D - Détoxications
Notion d’ergastoplasmeMise en évidence
Les cellules concernées
Le cycle sécrétoire
Définition
Variétés :
Réticulum endoplasmique granuleux (REG)
Réticulum endoplasmique lisse (REL)
Compartiment intracytoplasmiquespécifique des Eucaryotes (…),intervenant dans
- la modification des protéines excrétoires néosynthétisées,- de nombreuses chaînes ana ou cataboliques.
1 – L’ERGASTOPLASME EN MICROSCOPIE PHOTONIQUE
2 – RÉTICULUM EN MICROSCOPIE ELECTRONIQUE
LES RÉTICULUM ENDOPLASMIQUES
THYRÉOCYTE :
Sacs dilatés du REG stockant la thyroglobuline
Vésicules apicales :1 - Vésicules de résorption2 - Lysosomes3 - Peroxysomes4 - Vésicules d’exocytose
grosse protéine de 1260 A.A.qq 100 résidus tyrosyl
Thyroïde MO
ERGASTOPLASME :
Corps de NISSL dans les neurones,Corps de BERG dans les hépatocytes.
RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE
GRANULEUX
REG
REL
Mitochondries
RELATIONS REL REG
PLASMOCYTE
Cellule programmée poursynthétiser
UNE immunoglobuline.
Cellule dérivant d’un lymphocyte Bretrouvée dans les tissus,
JAMAIS dans le sang.
Libération des Ig se traduisantpar la mort de cellule.
HÉPATOCYTE
REG
REL
MITOCHONDRIES
PEROXYSOMES
GLYCOGÈNE
Cellule singulière car 2 fonctions ≠ : - une fonction exocrine : synthèse de la bile - une fonction endocrine synthèses multiples
Avec le réticulum lisseContinuités directesmais protéines membranaires différentes fonctions différentes
Avec l’appareil de GolgiLes « vésicules de transition »…en fait, compartiment tubulo-vésiculairefaiblement acide (à suivre…)
Avec les mitochondriesContacts de proximitéPartage d’une même chaîne métabolique :
corticosurrénale et synthèse des stéroïdes,cellule hépatique et synthèse de l’urée.
Continuité directe avec membrane externemais membrane interne spécifique fonctions différentes
Avec la membrane nucléaire
Avec les microtubulesFixation des MT (CLIMP63)
CLIMP63 = Cytosquelett LInking Membrane Protein(membre d’une famille existant sur de nombreuses membranes les reliant aux microtubules)
3 – LES RAPPORTS DU REG
4 – COMPOSITION DES MEMBRANES
Études réalisées après isolement des membranes :ultracentrifugation en gradient de densité
les microsomes
Deux variétés de microsomes :- les microsomes lisses,- les microsomes “rugueux”
Ultracentifugationsur gradient de
saccharose
-
+Bicouche phospholipidique :
40 % de phosphatidyl cholinemais aussi phosphatidyléthanolamineet cholestérol
synthèse sur le versant cytoplasmique
petites sphérules de 100 à 200 nm
ATTENTION :Microsomes rugueux : toujours du REGmais microsomes lisses = mélanges demembranes en provenance de divers organites
A - PRINCIPAUX LIPIDES MEMBRANAIRES :
B - PRINCIPALES PROTÉINES MEMBRANAIRES :
Ca++ ATPaseCanaux calcium
Métabolisme calcique
Acétyl glucosaminyl transféraseGlucosyl & mannosyl transférasesGlucose phosphataseGlut 7 (perméase au glucose)Oligosaccharyl transféraseFlippase à dolichol-oligosaccharyl
Anabolisme glucidique
Peptidase signalTransloconDocking protein
Protéines
Acyl transférasesPhosphatases,Flippase et ScramblaseCyt b5Phosphatidyl synthétase
Lipides
Les réticulones Structure REL
Listenon
limitative…
CYTOPLASME
CAVITÉ RÉTICULAIRE
Oligosaccharyltransférase
FlippaseCalnexine CLIMP 63
Peptidase signal
Translocon(Sec61p)
Docking protein
Glucosyltranférase
Mannosyltransférase
Glucose phosphataseGlut7
Canalcalcium
Ca++
ATPase
Phosphatidylsynthétase
Acyltransférase
Bip
Calséquestrine
CALCIUMGLUCIDES
PROTÉINESLIPIDES
ATPaseAAA
(CDC48)
GLUT5 GLUT7GLUT3 GLUT1 GLUT4 GLUT2
RÉPARTITION des TRANSPORTEURS au GLUCOSE :
NEURONE
ASTROCYTE
ENTÉROCYTE
R.E.G.
CellulesÎLOTS de
LANGERHANS
ADIPOCYTE
CELLULESMUSCULAIRES
CelluleTUBE CONTOURNÉ
RÉNALCELLULE
ENDOTHÉLIALE
1 - VOIE D’EXCRÉTION
SEQUENCE duPEPTIDE SIGNAL
SEQUENCE de CODAGEde la PRO-PROTEINE
OHG-p-p-p-
m7
SEQUENCENON CODANTE
CODON deDEBUT
AUG
CODON de FIN
UAG
SEQUENCE
NON CODANTE
SEQUENCEPOLY A
AAAA...A
COIFFE
+ +
PEPTIDE SIGNAL(20 à 40 AA)
Met ProlineAcides aminéshydrophobes
(10 à 20)
Site decoupure
1 - Structure du mARN
2 - Structure du début de la protéine
FONCTIONS
(le segment « Pré »)
1 - VOIE D’EXCRÉTION
Intervention de la SRP:Considérée maintenant commeune protéine G.Ribonucléoprotéine(6 protéines + 1 ARN de 7S)Assemblage nucléolaire
GTPGDPmARN+
SRP
PEPTIDESIGNAL
DOCKINGPROTEIN
TRANSLOCON
1
2
34
5
ARRET de laTRADUCTION
GTP
GDP
*
* 3 familles de protéines G :Protéines G liées aux récepteurs membranaires
G, G, GPetites protéines G cytoplasmiques,
Ras, Rab, etc…Protéines G de la protéosynthèse.
FONCTIONS
Translocon (ou Sec61 complex) : 3 ou 4 complexes protéiques de 3 protéines
insertion du ribosome et transfert de la chaîne protéique
Transfert de protéines du cyto-plasme vers le RE
Transfert de protéines du RE vers le cytoplasme
2 - VOIE D’EXCRÉTION : SYNTHÈSE d’une PROTÉINE EXCRÉTOIRE
CYTOPLASME
CAVITE RÉTICULAIRE
Peptide SignalAction de la
Peptidase signal
FONCTIONS
1 2 3 4 5
Poursuite dela traduction
Libération dela protéine
Au cours même de la traduction,début des phénomènes de glycosylation
1
3 - VOIE D’EXCRÉTION : SYNTHÈSE d’une PROTÉINE MEMBRANAIREFONCTIONS
Mise en place du peptidesignal initial
Clivage du peptidesignal
Apparition d’un peptidesignal intra-chaîne
2 3
4 5
4 - VOIE D’EXCRÉTION : SYNTHÈSE d’une PROTÉINE MEMBRANAIREà TRAVERSÉES MEMBRANAIRES MULTIPLESF
ONCTIONS
1
Mise en place du peptidesignal initial puis clivage
2 3 4
5 6 87
Les GLYCOSYLATIONSFONCTIONS
N acétyl glucosamine Mannose Glucose
N acétyl glucosaminyltransférase
Flippase
Mannosyl transférase
Dolicholpyrophosphate
P
P
UDP- GDP-
CYTOPLASME
CAVITÉ RÉTICULAIRE
5 cycles defixation
CORE
N acétyl glucosamine Mannose Glucose
Glucosyl transférase
Les GLYCOSYLATIONSFONCTIONS
Mannosyltransférase
4 cycles defixation
3 cycles defixation
CORE
GLYCOSYLATIONS & CONTRÔLE de QUALITÉFONCTIONS
Phénomènes suivis de l’ablation de résidus glucoses par des glucosidases
IMPORTANCE :
Ne sont reconnues que les protéines ne portant plus qu’un seul résidu glucose
Reconnaissance se faisant par- la CALNEXINE membranaire,- la CALRÉTICULINE soluble.
Molécules chaperon(famille des HSP)
Si pas de reconnaissance :- Expulsion de la protéine par les translocons
(ou Sec61p : complexe hétérotrimérique)- puis dégradation dans le protéasome après ubiquitinylation
Existence de chaperons - généralistes - spécifiques d’une protéine : HSP47 et collagène
Exemples de chaperons : - La Bip : assemblage des chaînes légères et lourdes des Ig- La PDI (Protein Disulfide Isomerase) : établissement ponts disulfure- La calnexine membranaire- La calréticuline
LES MOLÉCULES CHAPERON
Protéines initialement découvertes chez E. coliPuis dans les cellules eucaryotes : une de la ° de culture (vers 42°) synthèse +++ de protéines particulières : les hsp
HeatShockProtein
Deux grandes familles : hsp 60 et hsp 70 chacune de ces familles ayant des membres différents dans différents organites : Exemple : mitochondries et mthsp 60 et mthsp 70 Bip (ou Grp78) ≈ hsp 70 spécifique au REG Existence de chaperons spécifiques à certaines protéines
Rôles différents pour chacune de ces familles : hsp 70 : repliement d’une protéine en cours d’élaboration hsp 60 : repliement d’une protéine totalement synthétisée
dans les deux cas, intervention de l’ATP
Comment ces protéines reconnaissent-elles un mal repliement ? probablement en reconnaissant des séquences d’acides aminés hydrophobes à la surface de la protéine (séquences normalement retrouvées dans le cœur de la protéine où elles s’associent les unes aux autres).
Si le repliement demeure incorrect distribution de la protéine vers le protéasome(jusqu’à 1/3 des protéines néosynthétisées…)
Quelle importance ? existence de pathologies humaines dues à la précipitation intracytoplasmique de protéines mal conformées Alzheimer, Creutzfeldt-Jacob, Huntington, E.S.B.
Glucosidase
Glucosyltransférase
Translocon ou CDC 48
Glucosidase
Repliementincorrect ouprotéine malglycosylée
ou…
CYTOPLASME
LUMIÈRERÉTICULAIRE
versappareilde Golgi
si m
auva
ise
conf
orm
atio
n
Calnexine
EXEMPLE d’une MOLÉCULE CHAPERON
si bonne conformation:
Vers le protéasome
une est transférée vers le Golgi, y est clivée et sa partie cytoplasmique est transférée vers le noyau activation de la transcription des gènes des protéines chaperon Une autre, transmembranaire, phosphoryle eIF2
blocage des traductions des mARN (sauf protéines choc thermique) Une troisième favorise la rétrotranslocation cytoplasmique des prot. malconformées
Réticulum endoplasmique et apoptose
Le REG est capable d’induire de lui-même une apoptose(UPR pour Unfolding Protein Response)
Molécule clé : la Bip ou Grp78 (glucose regulated protein)
Normalement, en quantité suffisante pour : - « traiter » les protéines mal conformées, - bloquer l’action de 3 protéines « censeurs » du REG
Si trop de protéines mal conformées, - Bip ne peut plus bloquer ces 3 protéines - lesquelles s’activent alors :
Rétrotranslocation se faisant sous l’influence d’une ATPase AAA (CDC48/VCP)entraînant une libération de Ca++ la libération de caspase 12 (intraréticulaire) activant la caspase 9 (voie intracellulaire)
3 protéines membranaires intégrales
GLYCOSYLATIONS & CONTRÔLE de QUALITÉFONCTIONS
Phénomènes suivis de l’ablation de résidus glucose par des glucosidases
IMPORTANCE :
Ne sont reconnues que les protéines ne portant plus qu’un seul résidu glucose
Reconnaissance se faisant par- la CALNEXINE membranaire,- la CALRÉTICULINE soluble.
Molécules chaperon(famille des HSP)
Si pas de reconnaissance :- Expulsion de la protéine par les translocons (ou Sec61p )
par ATPase AAA (CDC48)- puis dégradation dans le protéasome après ubiquitinylation
Existence de chaperons - généralistes - spécifiques d’une protéine : HSP47 et collagène
Exemples de chaperons : - La Bip : assemblage des chaînes légères et lourdes des Ig- La PDI (Protein Disulfide Isomerase) : établissement ponts disulfure- La calnexine membranaire- La calréticuline
RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE & CALCIUMFONCTIONS
LES INTERVENANTS :
Une pompe à Calcium, la Ca++ ATPase
Divers canaux calcium
Plusieurs types en fonction des cellules considérées:- canaux voltage dépendant,- canaux gouvernés par IP3,- canaux liés aux récepteurs à la ryanodine
Libération du calcium non énergie dépendante
Des molécules fixatrices du calcium dans les lumières :Calséquestrinemais aussi Bip, Calnexine, …
Calcium contrôlant le cytosquelette
dans sa structure même,dans son dynamisme
l’exocytoseles systèmes d’adhésion entre cellulesles communications entre cellules (gap)
Séquence KDEL
Récepteur ERD2 (ou KDEL-R)
Récepteur membranaire cyclant entreGolgi et REG. Ne fixe KDEL que dansun compartiment acide, relargue KDEL dans un compartiment neutre
RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE & MÉTABOLISME LIPIDIQUEF
ONCTIONS
A - Biosynthèse des acides gras insaturés :Uniquement l’acide oléique (à partir acide stéarique)
C - Devenir de ces produits :1 - maintien dans les membranes
avec ou sans bascule (flip-flop et asymétrie membranaire)2 - distribution à d’autres membranes
lysosomes, peroxysomes, mitochondriespar protéines échangeuses de phospholipides
B - Synthèse des phospholipides :sur le versant cytoplasmiqueintervention de plusieurs enzymes membranaires intégrales(acyltransférases, phosphatases, transférases)
phosphatidylcholinesphosphatidylsérines
D - Formation des protéines membranaires liées à un lipidele lipide = glycosylphosphatidyl inositolreste fixé dans la membrane mais fixe l’extrémité C terminale d’une protéine néosynthétisée
Nombreuses protéines membranaires extracellulaires de ce type :les protéines liées à une « ancre GPI »
Globalement, le R. E. est le lieu de synthèse des bicouches phospholipidiques
Synthèse se faisant sur le versant cytoplasmique
Une protéine , non spécifique d’un phospholipide, les bascule sur l’autre feuillet : la SCRAMBLASE
non ATP dépendante, les deux feuillets du REG seraient à peu près symétriques.
Cependant, une asymétrie membranaire est rapidement générée
- par des MOLÉCULES ÉCHANGEUSES de PHOSPHOLIPIDES passage de phospholipides spécifiques du RE vers mitochondries, lysosomes, peroxysomes Golgi, etc. - par des FLIPPASES : bascule d’un phospholipide spécifique d’un versant à l’autre ATP dépendantes Membranes plasmique et golgienne principalement
C - Devenir de ces produits :
RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE & MÉTABOLISME LIPIDIQUEF
ONCTIONS
A - Biosynthèse des acides gras insaturés :Uniquement l’acide oléique (à partir acide stéarique)
C - Devenir de ces produits :1 - maintien dans les membranes
avec ou sans bascule (flip-flop et asymétrie membranaire)2 - distribution à d’autres membranes
lysosomes, peroxysomes, mitochondriespar protéines échangeuses de phospholipides
B - Synthèse des phospholipides :sur le versant cytoplasmiqueintervention de plusieurs enzymes membranaires intégrales(acyltransférases, phosphatases, transférases)
phosphatidylcholinesphosphatidylsérines
D - Formation des protéines membranaires liées à un lipidele lipide = glycosylphosphatidyl inositolreste fixé dans la membrane mais fixe l’extrémité C terminale d’une protéine néosynthétisée
Nombreuses protéines membranaires extracellulaires de ce type :les protéines liées à une « ancre GPI »
PP
Glycosylphosphatidyl-inositol
NH2
COOH
PP
NH2
COOH
NH2
Le glycosylphosphatidyl inositol est fixé dans la membrane. Il fixe alors l’extrémité C terminale d’une protéine qui vient d’être clivée. Il existe de nombreuses protéines membranaires extracellulaires de ce type .
Les protéines à « ancre GPI » :
Protéine transférée vers la membrane plasmique
RÉSUMÉ des PRINCIPALES FONCTIONSdu REGF
ONCTIONS
-Voie d’excrétion des produits élaborés- Modifications biochimiques :
- Glycosylations- Scission du peptide signal,- Assemblage des différentes chaînes,- Fixation d’une protéine sur un lipide membranaire
- Synthèse membranaire- Stockage du calcium- Contrôle de qualité
Cas de la mucoviscidose
Maladie génétique la plus fréquente (1 sur 2500 naissances)Mutations touchant la protéine CFTR (canal chlore avec une ATPase)
La plus fréquente des mutations: perte d’un acide aminé (F508)Protéine restant fonctionnelle mais mal repliée
N’est pas distribuée vers la membrane plasmiqueEst dégradée dans le cytoplasme
LE RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE LISSE
LES PRINCIPAUX TYPES CELLULAIRES CONCERNÉS :
HÉPATOCYTES
CELLULES CORTICOSURRÉNALIENNES
TESTICULE & OVAIRE ENDOCRINE (CORPS JAUNE)
CELLULES GLANDES SÉBACÉES
Protéines structurales spécifiques : les réticulones
1 – SYNTHÈSE des STÉROÏDES
FONCTIONS
CHOLESTÉROL
PREGNÉNOLONE (C21)
CORTISOL
CORTICOSTÉRONE
ALDOSTÉRONE
PROGESTÉRONE
17 OH CS
DOC
ANDROSTÈNEDIONE
ŒSTRONE TESTOSTÉRONE
ŒSTRADIOL
CHOLESTÉROL(C27)
11 hydroxylase17 hydroxylase21
hydroxylase
18 hydroxylase
18 déshydrogénase
21 hydroxylase
Enzyme de clivage
ACÉTATE
REL
VACUOLE LIPIDIQUE
MITOCHONDRIE
2 – GLYCOGÉNOLYSE 3 - GLYCOGÉNOGENÈSEFONCTIONS
4 – DÉTOXICATIONS DIVERSES : les MONOOXYGÉNASES à Cyt P450Partie catalytique = Cyt P450Apoenzyme gouverne la spécificité (relative) au substrat
Ajout d’un radical OH à un substratPuis branchement d’un radical sulfate
glutathion sur le radical OH glycuronique
rend la molécule hydrosoluble
Quelques points singuliers :1 – la spécificité de l’apoenzyme pour son substrat est relative…2 – Induction de ces monooxygénases par un xénobiotique du fait
de l’existence de récepteurs nucléaires à divers xénobiotiques,de l’activation des gènes des monooxygénases correspondantes.
CONSÉQUENCES :
1 - Un xénobiotique peut activer la chaîne métabolique l’inactivant : ACCOUTUMANCE
2 – Attention aux associations médicamenteuses :
3 – Arrêt de l’utilisation de certains antibiotiques :
Oléandomycine et TAO bloquent le fonctionnement du Cyt P450…
4 – Effets pervers : « activation » du benzopyrène (inactif) en un époxyde (cancérigène…) de l’acétyl amino fluorène (AAA) en acétoxyAAA (cancérig)
Ne jamais associer barbituriquesneuroleptiques
avec contraceptif oralanticoagulant
Entre autre…
La majorité des composés protéiques élaborés au niveau du REG
va gagner une structure responsable
- d’affinage- de distribution :