Compartiments intracellulaires Flashcards
Quels sont les principaux compartiment intracellulaire et quelles sont leurs fonctions dans la cellule?
L’appareil de Golgi : pile de compartiments (citerne) qui modifie et distribue les protéines et les lipides provenant du RE.
Réticulum endoplasmique (RE) : contient 50% des membranes
- Rugueux : ribosomes fixés à sa surface (synthèse de protéines solubles et intégrales de la membrane)
- Lisse : une réserve de Ca2+ et produit la plupart des lipides dans la cellule.
Mitochondrie/chloroplaste : produisent une grande quantité d’ATP.
Cytosol : environ 50% du volume cellulaire, lieu principale de synthèse et dégradation des protéines. Il effectue aussi la partie majoritaire du métabolisme intermédiaire de la cellule.
Noyau : contient le génome et est le principal site de synthèse de l’ADN et de l’ARN.
Lysosomes : contient des enzymes digestives qui dégrader les organites morts et le matériel de l’extérieur ingéré par endocytose.
Endosome : contient le matériel ingéré par endocytose en route vers les lysosomes et les exosmoses.
Peroxysome : contient les enzymes utilisées dans les réactions d’oxydation.
Vrai ou faux? Les compartiments entourés de membranes occupent environ 50% du volume total de la cellule.
Vrai.
La membrane plasmique correspond à quel pourcentage de la membrane présente dans une cellule?
De 2 à 5%
Expliquez l’origine des organites au cours de l’évolution.
On pense que les premières cellules eucaryotes étaient des cellules dotées d’une simple membrane plasmique.
Une archaebactérie aurait perdue sa paroi cellulaire. Une cellule eucaryote aurait donc pu ingérer et digérer cet organisme. Il y aurait eu un transfert horizontal des gènes (évolution). Les génomes se seraient regroupés et une membrane nucléaire aurait commencée progressivement à entourer les chromosomes. Une bactérie aérobie absorbée intacte vit en symbiose comme pro-mitochondrie. Le développement de multiples mitochondries apporte de l’énergie pour l’évolution de nouveau systèmes de membrane et de cellules beaucoup plus grosses.
Le processus est celui de l’invagination et séparation par pincement à partir de la membrane plasmique.
Pourquoi les cellules eucaryotes ont-elles besoin d’une enveloppe nucléaire, sans laquelle les procaryotes fonctionnent très bien?
Sûrement à cause du RE.
Quelles sont les relations topologiques entre les compartiments de la voie sécrétoire et de la voie de l’endocytose?
Les organites sont topologiquement équivalent à l’extérieure de la cellule.
Comment les différents organites communiquent avec le reste de la cellule?
Les mitochondries possèdent une double membrane, donc elles restent isolées du transport vésiculaire intense qui relie les autres organites.
Les lumières des autres organites communiquent ensembles de façon extensive et avec l’extérieur de la cellule aussi. Cela se fait par des vésicules de transport qui bourgeonnent d’un organe et fusionnent avec un autre.
Quelles sont les 4 familles de compartiments cellulaires?
- Le noyau et le cytosol qui communiquent entre-eux par les pores nucléaires (gates).
- Les organites de la voie sécrétoire et endocytaire (RE, Golgi, endosomes, lysosomes, vésicules de transport, exosomes, peroxysomes (vésicules))
- Les mitochondries et les peroxysomes (transporteurs)
- Les plastes (plantes)
Quelles sont les caractéristiques du transport des protéines dans la cellule?
Les protéines sont synthétisées dans le cytosol (par des ribosomes libres ou attachés au RE). Leur destin dépend de leur séquence en acides aminés qui peuvent contenir des signaux de tri. Ces protéines sont expédiées aux différents organites ou en dehors du RE selon 3 mécanismes.
Vrai ou faux? La plupart des protéines contiennent des signaux de tri.
Faux. La plupart n’en contient PAS et restent dans le cytosol.
Quels sont les 3 mécanisme selon lesquels les protéines se déplacent entre les compartiments?
- Le transport par systèmes de vannes (gated transport) : se déroule entre le noyau et le cytoplasme grâce aux pores nucléaires. Ces pores permettent l’entrée ainsi que la sorte de certains composés entre 2 environnements topologiquement équivalents.
- Le transport membranaire : par des translocateur protéiques qui se fait du cytosol vers un autre compartiment. C’est un moyen de traverser une membrane et de transporter entre deux environnements topologiquement différents.
- Le transport vésiculaire : se fait par des vésicules de transport membranaires qui sont issues de la lumière d’un premier compartiment pour aller se fusionner à la membrane d’un deuxième. Ce transport se fait entre deux environnements topologiquement équivalents mais qui ne sont pas adjacents.
Comment décrire la route du trafic des protéines dans la cellule?
Le voyage commence au cytosol par la synthèse protéique sur ribosome.
Des signaux de tri dirigent le mouvement d’une protéine à travers les différents systèmes de transport.
À chaque station, une decisions est prise pour savoir si une protéine doit rester la, retourner ou continuer ailleurs. 
Où sont contenus les signaux de tri?
Dans la séquence en AA de chaque protéine.
Quelles sont les stations intermédiaires qui sont des lieux décisionnels lors du transport des protéines?
Ce sont le RE, Golgi, les vésicules sécrétoires et les endosomes tardifs.
Comment fonctionne le transport vésiculaire?
Ce transport s’effectue dans des environnements topologiquement équivalents.
- Les vésicules de transports se chargent d’une cargaison issue de la lumière d’un compartiment.
- Par bourgeonnement elles se détachent par pincement pour aller libérer leur cargaison dans un deuxième compartiment en fusionnant avec la membrane qui entoure ce compartiment.
Dans le transport vésiculaire qu’est-ce qui est conservé?
La membrane est également transférée et l’organisation initiale des protéines et des lipides dans la membrane du compartiment donneur est conservée dans la membrane du compartiment cible.
Quelles sont les fonctions des signaux de tri des séquences de signal, des peptidases de signal et des patchs de signal?
Signaux de tri : La plupart des signaux de tri des protéines se trouve sous forme de séquence signale. Les différents modes de transport de celles-ci sont guidés par leurs signaux de tri.
Séquences signal : ce sont des séquences de 15 à 60 acides aminés qui se retrouvent au niveau N-terminal et qui constituent les signaux de tri d’une protéine.
Peptidiases de signal : reconnaissent souvent les séquences de signal et les éliminent une fois le tri terminé afin que ces séquences ne restent pas dans le système.
Patch de signal : ces lorsque les signaux de tri sont composés de multiples séquences d’acides aminés, réparties sur la protéine de qui impose que la protéine soit en configuration 3D pour pouvoir être reconnus. Ces patchs de signal ne sont pas éliminées après le transport.
Par quoi les signaux de tri sont-ils reconnus durant le transport des protéines?
Par des récepteurs protéiques complémentaires qui sont spécifiques pour chaque signaux de tri.
Qu’est-ce qui varie fortement dans une séquence signal? Qu’est-ce qui est important?
La séquence en acides aminés varie fortement, mais les séquences des protéines de même destination sont fonctionnellement interchangeables. Les acides aminés chargés positivement peuvent être remplacés par d’autres chargés positivement. La charge est très importante mais l’acide aminé en tant que tel non.
Les propriétés physiques (hydrophobicité) est plus importante que la séquence primaire en acides aminés pour conserver le transport.
Comment les récepteurs protéiques complémentaires fonctionnent dans le transport des protéines?
Ils guident les protéines vers leur destination et les déchargent.
Fonctionnent de façon catalytique : retournent au point d’origine et sont réutilisés
Reconnaissent une classe de protéines et non une espèce donnée.
Comment les organites se répliquent-ils?
Quand un cell épile se divise par division cellulaire, elle doit aussi dupliquer ses organites.
Les cellules font cela en incorporant de nouvelles molécules afin d’agrandir les organites déjà existants. Lorsque la cellule se divise, les organites se répartissent entre les 2 cellules filles.
En effet, la cellule ne peut pas produire de nouvelles membrane à partir de rien. Il est nécessaire d’avoir une membrane qui contient spécifiquement les translocateurs nécessaires à l’importation de certaines protéines du cytosol vers l’organite en question.
Expliquez le transport entre le noyau et le cytosol.
C’est un transport bidirectionnel entre ces deux compartiments.
Les protéines du noyau (polymérases, TFs, histones) proviennent du cytosol.
L’ARNt et l’ARNm sont exportés au cytosol pour en faire la traduction.
Le cas des protéines ribosomiques vont du cytosol vers le noyau (assemblées avec ARNt) et sortent pour aller au cytosol (ribosomes).
Comment caractériser la composition en l’enveloppe nucléaire?
Cette enveloppe entoure l’ADN et définit le compartiment nucléaire. Elle est composée de 2 membranes concentriques traversées par des pores.
Une membrane nucléaire interne est composé de protéines qui sont des sites d’encrage pour la chromatine et la lamina nucléaire (réseau protéique = soutien structurel de la membrane).
Une membrane nucléaire externe entoure la membrane interne qui est continue avec le RE. Elle est composée de ribosomes dont les protéines sont transportées dans l’espace périnucléaire
Qu’est-ce que l’espace périnucléaire?
C’est l’espace entre la membrane nucléaire et le RE. Les protéines voyagent librement dans cet espace.
Quelle est la composition du pore nucléaire?
125 millions de Da et 30 protéines différentes ou nucléoporines. Ces protéines sont disposées selon une symétrie octogonale. Dans un seul noyau, il peut y avoir 3000-4000 complexes du pore nucléaire (CPN).
Vrai ou faux? L’enveloppe nucléaire de tous les eucaryotes est perforée de grosses structures CPN.
Vrai.
Quelles sont les différentes structures qui composent le complexe du pore nucléaire (CPN)?
- Anneau transmembranaire : traverse la membrane et ancre les CPN dans la membrane nucléaire.
- Protéines d’échafaudage : des nucléoprotéines qui donnent une structure d’anneau (certaines déforment la bicouche et stabilisent la courbure de la membrane).
- Nucléoporines du canal qui tapissent le pore.
Voir image p. 651.
Comment se passe le transport dans les CPN?
Chaque CPN contient un ou plusieurs canaux ouverts remplis d’eau permettant le passage des petites molécules par diffusion passive entre deux espaces topologiquement équivalents. Les molécules plus petites ou égales à 5kDa peuvent diffuser rapidement tandis que les molécules plus grosses que 60kDa ont une entrée difficile. Ces grosses molécules ont besoin de transport actif pour entrer dans la cellule.
Cette diffusion est possible parce que le centre du CPN possède une structure fibrillaire enchevêtrée qui bloque le passage aux grosses molécules.
Les canaux sont ouverts en tout temps.
Quels sont les différents signaux de localisation nucléaire et leurs fonctions?
La présence de signaux de localisation nucléaire (NLS) sur les protéines assure la sélectivité et d’apporter vers le noyau seulement les protéines qui portent un NLS.
Il existe aussi des NES qui sont des signaux d’exportation nucléaire donc si des protéines portent un NES et qui sont dans le noyau, elles vont être exportées vers le cytosol.
Les grosses molécules nécessitent les signaux de tri tandis que les petites molécules non.
Les plus grosses molécules ont besoin de récepteurs spécifiques.
Où sont situés les NLS? De quoi sont-ils composées?
Dans plusieurs protéines, le signal équivaut à 1 ou 2 courtes séquences d’acides aminés riche en AA chargés positivement (Lys, Arg). Ces signaux peuvent être situés n’importe où dans la séquence ou sur une seule sous-unîtes d’un complexe multimérique.
Vrai ou faux? Une simple mutation peut empêcher le système de transport vers le noyau.
Vrai.
Comment se passe le transport entre le cytosol et le noyau?
Le transport débute quand la molécule lie les fibrilles émanant du CPN ce qui la fait procéder vers le centre du CPN.
Comment le transport des protéines à travers les membranes des autres organites que le noyau diffère du CPN?
Le transport dans les autres organites se fait par l’intermédiaire d’une protéine de transport qui enjambe 1 ou 2 bicouches lipidiques.
Dans le transport par CPN, les protéines sont transportées dans leur conformation repliée tandis que dans les autres organites, les protéines doivent être largement dépliées (sauf peroxysomes).
Comment les récepteurs d’importation nucléaire interagissent avec les NLS?
Pour initier l’importation nucléaire, les NLS doivent d’abord être reconnus par les récepteurs d’importation nucléaire. Chaque protéine réceptrice de la famille est spécialisée envers un groupe de protéines avec des NLS semblables. En effet, des groupes de protéines avec des NLS différents lient des récepteurs différents.
Les récepteurs d’importation nucléaire sont des protéines cytosolique solubles qui lient le NLS de la protéine à transporter ainsi que des protéines du NPC. Les protéines du NPC que les récepteurs lient sont des protéines possédant des répétitions Phe-Gly (FG-repeat). Ces répétitions FG servent de sites de liaison pour les récepteurs d’importation. Les complexes récepteur d’important nucléaire avec leur cargo se déplace at association-dissociation répétitives sur les répétitions FG adjacentes jusqu’à traverser du cytosol vers le noyau. Une fois rendu dans le noyau, les récepteurs relâchent leur cargo et retournent au cytosol.
Comment expliquer les protéines adaptatrices dans les récepteurs d’importation nucléaire?
Les récepteurs utilisent parfois des protéines adaptatrices qui forment un pont entre le récepteur et la NLS de la protéine à transporter. Ce système permet d’augmenter la diversité d’un récepteur pour différents NLS.
Comment fonctionnent les récepteurs d’exportation nucléaire?
Fonctionnent sur le même principe que l’importation mais dépend des NES au lieu des NLS ainsi que de récepteur d’exportation. Ils fonctionnent en sens opposé des récepteurs d’importation.
Les récepteurs d’exportation nucléaire sont codés par quels gènes?
Par la même famille de gènes des récepteurs de transport nucléaire ou caryophérines.
Vrai ou faux? Une protéine peut se lier à un récepteur qui ne reconnaît pas son NLS.
Faux.
Quelle est la source d’énergie utilisée pour l’import-export des protéines au noyau?
C’est la GTPase Ran.
L’énergie pour l’import et l’export des protéines au noyau est fournir par l’hydrolyse du GTP par Ran (une GTPase monomérique).
Cette GTPase est présente dans le noyau et dans le cytosol.
Il existe 2 conformations selon qu’un GTP ou un GDP y soit lié (Ran-GTP ou Ran-GDP).
Quelles sont les 2 protéines régulatrices de la GTPase Ran? Quelles sont leurs fonctions?
Dans le cytosol, GAP (GTPase activating protein) est une protéine régulatrice de Ran. Cette activation permet de passer de Ran-GTP à Ran-GDP, donc hydrolyse d’une GTP et utilisation de l’énergie.
Dans le noyau, GEF (guanine exchanging factor) qui est une protéine régulatrice de Ran permet l’échange de Ran-GDP en Ran-GTP, ce qui redonne de l’énergie au système.
Expliquez la compartimentalisation de Ran-GDP et de Ran-GTP. Qu’est-ce que cela entraîne?
La localisation de Ran-GDP au cytosol et de Ran-GTP au noyau résulte de la localisation de Ran-GAP et de Ran-GEF. Cela impose la direction du transport.
Ran-GDP est transporté au noyau par un récepteur spécifique. Une fois rendu au noyau, le GDP est échangé pour du GTP par Ran-GEF. Une fois Ran-GTP formé, elle s’en va au cytosol où Ran-GAP va hydrolyser le GTP pour du GDP. Il y aura à nouveau la formation de Ran-GDP.
Quelle Ran impose la direction de l’importation des protéines? Comment?
La localisation nucléaire de Ran-GTP impose la direction d’importation.
En effet,
1. Ran-GTP lie les récepteurs d’importation à leur arrivé au noyau causant ainsi le largage du cargo. Le largage s’effectue donc seulement au noyau. Une fois libre, les récepteurs d’importation liés à Ran-GTP sont transportés au cytosol.
2. Ran-GDP dans le cytosol ne lie pas les récepteurs d’importation chargés d’une protéine.
3. Le largage s’effectue donc seulement dans le noyau.
4. Une fois libre, les récepteurs d’importation liés à Ran-GTP sont transportés au cytosol où Ran-GAP hydrolyse Ran-GTP en Ran- GDP, et le cycle peut recommencer.
Voir schéma p.654 livre.
Comment les Ran influencent la direction de l’exportation nucléaire?
- Ran-GTP au noyau favorise la liaison du cargo (NES) au récepteurs d’exportation.
- Une fois dans le cytosol, Ran-GAP hydrolyse le GTP et le récepteur largue le cargo et Ran-GDP.
Comment le transport entre le noyau et le cytosol peut être régulé? Donnez l’exemple des lymphocytes.
Ce transport peut être régulé par le contrôle de l’accès à la machinerie de transport.
Certaines protéines TF (contiennent à la fois des signaux d’importation et d’exportation nucléaire) font continuellement la navette entre le noyau et le cytosol. Ainsi la vitesse d’importation ou d’exportation peut modifier la localisation d’une protéine.
Dans de nombreux cas, les cellules contrôlent le transport vers et hors du noyau en régulant les signaux d’exportation nucléaire (les activants ou les désactivants souvent par phosphorylation).
Le facteur nucléaire des lymphocytes T activés (NF-AT) est un régulateur transcriptionnel qui est phosphorylé au repos. Lorsque son NLS est phosphorylé, il est masqué et en impossibilité d’interagir avec un récepteur tandis que le NES est à découvert. Dans le cas d’un lymphocyte T, lorsqu’ils sont activés par un antigène étranger, la concentration intracellulaire de Ca2+ va augmenter ce qui va activer une protéine phosphatase qui va se fixer au NF-AT et le déphosphoryler ce qui va exposer le NLS et bloquer le NES. Cela va causer sa translocation au noyau et activer la transcription du gène.
Lorsque la concentration en Ca2+ diminue, la phosphatase se détache, cela libère le site. Le site NLS sera rephosphorylé et retransloqué au cytosol.
Donnez l’exemple du rétrocontrôle de la biosynthèse du cholestérol dans la régulation dans le transport entre le noyau et le cytosol.
La SREBP (protéine fixant à l’élément de reponse aux stérols), un régulateur transcriptionnel latent qui contrôle l’expression des enzymes de la biosynthèse du cholestérol, est d’abord synthétisé sous forme d’une protéine de membrane du RE s’il y a suffisamment de cholestérol dans la membrane en interagissant avec une autre proteine de membrane du RE, appelée SCAP (protéine activant la SREBP par coupure), qui fixe le cholestérol. Si le site de fixation du cholestérol sur SCAP est vide (à faibles concentrations de cholestéro), SCAP change de conformation et est intégrée avec la SREBP dans des vésicules de transport, qui livrent leur cargaison à l’appareil de Golgi, où deux protéases résidentes du Golgi clivent la SREBP pour libérer son domaine cytosolique de la membrane. Le domainecytosolique se déplace ensuite vers le noyau où il se fixe aux promoteurs des gènes codant les protéines impliquées dans la biosynthèse du cholestérol et active leur transcription. De cette façon, la synthèse du cholestérol est augmentée lorsque sa concentration tombe au-dessous d’un seuil.
Comment est déclenché la désagrégation de la lamina nucléaire?
Lorsqu’un noyau est démantelé lors de la mitose, les NPC et la lamina nucléaire se dissocient et l’enveloppe nucléaire se fragmente. Ce processus de démantelement est, du moins en partie, une conséquence de la phosphorylation directe des nucléoporines et des lamines nucléaires par la protéine kinase cycline-dépendante Cdk, qui est activée au début de la mitose. Au cours de ce processus, certaines protéines des NPC se fixent aux récepteurs d’importation nucléaire, qui jouent un rôle important dans la reconstitution du NPC à la fin de la mitose. Les protéines de membrane de l’enveloppe nucléaire, qui ne sont plus accrochées par une longe aux NPC, à la lamina et à la chromatine, se dispersent partout dans la membrane du RE. Le moteur protéique dynéine, qui se déplace le long des microtubules participe activement à la dissociation de l’enveloppe nucléaire de la chromatine. L’ensemble de ces événements dégrade la barrière qui sépare normalement le noyau du cytosol, et les protéines nucléaires qui ne sont plus fixées sur les membranes ou les chromosomes se mélangent complètement avec les protéines cytosoliques.
À quoi sert la lamina nucléaire?
Elle donne sa forme et sa stabilité à l’enveloppe nucléaire sur laquelle elle est ancrée, en s’attachant à la fois aux NPC et aux protéines transmembranaires de la membrane nucléaire interne.
La lamina interagit aussi directement avec la chromatine, qui elle-même, interagit aussi avec les protéines transmembranaires de la membrane nucléaire interne. Avec la lamina, ces protéines de la membrane interne fournissent des liens structuraux entre l’ADN et l’enveloppe nucléaire.
Lorsque les NPC se désagrègent et se dispersent dans le cytosol, à quelles protéines se lient certaines protéines du NPC?
Au cours de ce processus, certaines protéines des NPC se fixent aux récepteurs d’importation nucléaire, qui jouent un rôle important dans la reconstitution du NPC à la fin de la mitose.
À partir de quoi la membrane nucléaire se réforme-t-elle?
Ultérieurement au cours de la mitose, l’enveloppe nucléaire se rassemble à la surface des chromosomes fils. En plus de son rôle fondamental dans le transport nucléaire, la Ran-GTPase sert aussi de marqueur de position pour la chromatine au cours de la division cellulaire, quand les compartiments nucléaires et cytosoliques se mélangent. Comme Ran-GEF reste fixé à la chromatine quand l’enveloppe nucléaire se détruit, les molécules de Ran proches de la chromatine sont essentiellement sous forme fixée au GTP. Au contraire, les molécules de Ran qui en sont plus éloignées ont plus de chances de rencontrer Ran-GAP, qui est distribué à travers tout le cytosol; ces molécules de Ran sont essentiellement sous forme fixée au GDP.
En conséquence, les chromosomes dans les cellules en mitose sont entourés d’un nuage de Ran-GTP.
Ran-GTP libère les protéines NPC à proximité des chromosomes à partir des récepteurs d’importation nucléaire. Les protéines NPC libres s’attachent à la surface des chromosomes, où elles s’assemblent en nouveaux NPC. En même temps, les protéines de la membrane nucléaire interne et les lamines déphosphorvlées se fixent à nouveau la chromatine. Les membranes du RE enveloppent des groupes de chromosomes jusqu’à former une enveloppe nucléaire scellée.
Pendant ce processus, les NPC recommencent à importer activement les protéines qui contiennent un signal de localisation nucléaire. Comme l’enveloppe nucléaire est initialement étroitement appliquée à la surface des chromosomes, le noyau nouvellement formé exclut toutes les protéines, sauf celles qui étaient initialement liées aux chromosomes mitotiques et celles qui sont importées de façon sélective par les NPC. De cette manière, toutes les autres grosses protéines et les ribosomes sont maintenus hors du noyau qui vient de s’assembler.
Quelle molécule, qui joue un rôle fondamental dans le transport nucléaire, sert aussi de marqueur de position pour la chromatine quand les compartiments nucléaires et cytosoliques se mélangent lors de la mitose?
La RanGTPase.
Quelle molécule forme un nuage autour de la chromatine des cellules mitotiques ce qui a pour effet de déplacer localement les récepteurs d’importation nucléaire des protéines NPC?
RanGTP
Quelles sont les principales caractéristiques des mitochondries concernant leurs fonctions?
Elles sont entourées par une double membrane.
Spécialisés dans la synthèse d’ATP par la chaîne de transport des électrons et de la phosphorylation oxydative.
Possède son propre ADN et ses ribosomes pour une synthèse protéique autonome, par contre la plupart de leur protéines sont codées dans le noyau et importées dans la mitochondrie.
Comment expliquer la structure des mitochondries?
Il y a deux sous-compartiments : l’espace intermembranaire (en continuité avec les crêtes) et l’espace matriciel interne (à l’intérieur).
Ces compartiments sont formés par deux membranes mitochondriales (la membrane interne qui forme les crêtes et la membrane externe qui est en contact avec le cytosol).
Comment les nouvelles mitochondries sont-elles formées?
Elles sont produites par croissance d’organites pré-existant suivie par une fission.
Cette croissance nécessite une translocation des protéines du cytosol aux mitochondries (la translocation se fait à travers des deux membranes de la mitochondrie).
