Système endomembranaire Flashcards
Quels sont les différents modes de déplacements des protéines ?
- transport avec ouverture contrôlée : pores nucléaires
- transport transmembranaire
- transport vésiculaire
Quels sont les constituants du système endomembranaire ?
- Réticulum endoplasmique : REG et REL
- L’enveloppe nucléaire (du noyau) en continuité avec le RE
- Appareil de Golgi
- Endosomes et Lysosomes
- vésicules, canalicules et tubules spécialisées dans le transit entre les compartiments et transit entre les compartiments et la membrane plasmique
Quelles sont les différentes parties de chacun des compartiments ?
- le contenant : la membrane d’enveloppe
- la lumière : milieu extracellulaire
- face cytosolique de la membrane d’enveloppe
Que contient la lumière, le milieu extracellulaire ?
- Ions, des molécules solubles (enzymes…)
- Domaine luminal des glycoprotéines insérées dans la membrane d’enveloppe
Que contient la face cytosolique de la membrane d’enveloppe ?
Des protéines cytosoliques, transmembranaires
Comment peuvent varier les volumes du REG et du REL ?
Ils peuvent varier en fonction de leur spécialisation fonctionnelle, de leur activité métabolique et de l’état de la cellule : pathologie, intoxication, …
Quelle est la particularité du système endomembranaire ?
Il est dynamique
Décrivez la dynamique du système endomembranaire
Chaque membrane d’enveloppe de chaque constituant du système endomembranaire est traversée et constitue elle-même des vésicules de transport à partir de sa membrane
Quelles sont les fonctions des compartiments du système endomembranaire ?
- synthèse, stockage, tri et transport intracellulaire des molécules
- dégradation des substances potentiellement toxiques
Quel est le déplacement de référence dans le système endomembranaire ?
Le flux vectoriel et permanent
Décrivez le flux vectoriel et permanent
La porte d’entrée se trouve au niveau du réticulum endoplasmique puis la molécule passe dans le Golgi, le carrefour du flux membranaire vectoriel permanent puisqu’il va ensuite être sécrété ou dégradé par les endosomes ou lysosomes
Comment se fait le déplacement entre chaque organite ?
Par vésicule, tubule, canalicule
Quels sont les 2 types de sécrétion ?
- régulée
- constitutive : sécrétion permanente, non régulée
Comment se fait le flux membranaire du Golgi au RE = le flux rétrograde ?
il commence à partir de l’endosome se formant à partir de la membrane plasmique et passe par l’appareil de Golgi pour ensuite passer dans le réticulum endoplasmique par canalicule ou tubule
Que permet le flux membranaire rétrograde ?
- retour de protéines spécifiques du RE, de l’appareil de Golgi au RE
- transport dans le RE des éléments d’origine extracellulaire : virus, toxines bactériennes…
Comment pouvons-nous également considérer l’endosome ?
L’endosome peut être considéré comme le carrefour dans certains flux membranaires
Décrivez les flux dont l’endosome est le carrefour
L’endosomes stocke des molécules par endocytose ou avec échanges avec le Golgi et envoient les molécules dans le cytosol, dans le Golgi, dans les lysosomes, en tant que recyclage par exocytose
Comment se forment les endosomes ?
Par endocytose ou phagocytose à partir de la membrane plasmique
Quels organites sont concernées par la distribution du contenu des endosomes ?
- la membrane plasmique pour recyclage avec le contenu venant du milieu extérieur
- les lysosomes
- l’appareil de Golgi voire jusqu’au réticulum endoplasmique
- le cytosol
Pour quelles raisons, les signaux d’adressage et de rétention spécifiques de chaque compartiment sont-ils nécessaires ?
- pour échapper au flux membranaire et rester dans un compartiment spécifique
- pour revenir dans leur compartiment à contre-courant du flux (système de navette)
- en vert : la voie de l’endocytose
- en bleu : le système de boucle de recyclage des endosomes
- en bleu et en rouge : des systèmes navettes
Qu’est-ce que le trafic vésiculaire ?
C’est le transfert du matériel (macromolécules) d’un compartiment membranaire (compartiment donneur) vers un autre à l’aide des vésicules (compartiment accepteur, cible) du système endomembranaire
Quelles sont les étapes du trafic vésiculaire en très gros ?
1) Bourgeonnement et détachement
2) Exportation et transport de la vésicule
3) Importation (fusion)
Quel est le matériel transporté ?
- des protéines et des lipides dans la membrane
- des ions et molécules solubles (dont des protéines) dans le contenu luminal
Comment se fait le bourgeonnement et le détachement ?
Grâce à des facteurs cytosoliques et protéines spécifiques, formant une vésicule recouverte
De quoi est recouverte la vésicule ?
Elle est recouverte d’un revêtement protéique = manteau, qui aura besoins d’être déshabillé pour pouvoir fusionner avec le compartiment membranaire receveur et pour se déplacer
De quoi nécessite le déshabillage de la molécule ?
Des facteur cytosoliques
De quoi nécessite le transport cytosolique de la vésicule ?
De l’énergie et du cytosquelette
De quoi nécessite la fusion des membranes ?
De facteurs cytosoliques
Quelles sont les grandes étapes du transport par vésicule ?
1) Assemblage du manteau
2) Bourgeonnement de la vésicule
3) Formation de la vésicule (pincement)
4) Désassemblage du manteau
5) Transport de la vésicule
6) Arrimage de la vésicule
7) Fusion membranaire (Désassemblage du
manteau nécessaire pour la fusion)
Combien de types de vésicules recouvertes d’un manteau existe-t-il ? et énoncez en
Au moins 3 types de vésicules :
- vésicules recouvertes de Clathrine
- vésicules recouvertes de coatomères COP (COatin Protein) de type I ou type II
Expliquez la différence entre ces manteaux
Chaque vésicule sert à une étape différente du transport intracellulaire (voie spécifique)
Quelles étapes du transport intracellulaire correspondent à quel manteau ?
- Clathrine : part du Golgi vers la membrane plasmique et endosomes et inversement
- COP I : du Golgi trans au Golgi cis, du Golgi cis au RE
- COP II : du RE au Golgi
Quelles sont les trois fonctions principales du manteau ?
- formation de la vésicule
- empêche les interactions entre les protéines de la membrane d’enveloppe de la vésicule et le
cytosquelette - c’est un marqueur moléculaire sur la surface cytosolique des vésicules => signal de guidage.
Que fait intervenir le transport des vésicules déshabillées dans le cytosol d’un compartiment à l’autre ?
Il fait intervenir le cytosquelette (microtubules, MAP motrices sur de longues distances et microfilaments d’actine et de myosine sur de courtes distances) et consommation d’énergie sous forme ATP
Que contiennent les membranes du RE et de l’appareil de Golgi ?
- protéines G monomériques (GTPases) de recrutement du manteau
- facteurs de contrôle des protéines G : GEF
- GAP
Que permettent les protéines G (GTPases) du recrutement du manteau ?
Ils contrôlent l’assemblage
Quelles sont les protéines G monomériques pour COP I et COP II ?
- protéine ARF pour COP I
- protéines Sar1 pour COP II
Qu’est-ce que GEF ?
C’est un facteur d’échange de nucléotides guanyliques, et facilite l’échange du GDP (état inactif) par le GTP (état actif)
Qu’est-ce que GAP ?
C’est une protéine activant les GTPases qui vont donc inactiver les protéines en déclenchant l’hydrolyse du GTP en GDP
Quelles sont les caractéristiques (comportement dans la cellule) de Sar1-GDP ?
Il est en forte concentration, cytosolique, inactive et soluble
Quelles sont les caractéristiques de Sar1-GTP ?
Active, s’insère dans la membrane du RE par une hélice amphipatique et recrute des sous-unités COPII : protéines adaptatrices spécifiques
Quelles sous-unités COPII forment le manteau ?
- Sec 23 et Sec 24 forment l’intérieur du manteau
- Sec 13 et Sec 31 forment le coque extérieur du manteau
Expliquez le mécanisme de déshabillage du manteau
Le manteau de la vésicule est déshabillée par une GTPase (protéine G) grâce à GAP
Que se passe-t-il à la protéine G monomérique après hydrolyse ?
Il y a recyclage de la protéine G monomérique couplée au GDP et coatomères : retour au compartiment donneur
Quelles sont les caractéristiques des vésicules de transport ?
Toutes les vésicules de transport ne sont pas sphériques : diverses tailles et formes
Qu’est-ce que la structure du réticulum endoplasmique en général ?
Un ensemble de tubules, canalicules et de vésicules
Quelle est la différence entre REG et REL ?
Le REG porte des ribosomes sur sa face cytosolique
Quelle est la particularité du REG et REL comme organite ?
Il est en continuité avec l’enveloppe nucléaire
De quoi dépend la présence ou l’absence de ribosomes ?
- de l’importance quantitative de la synthèse protéique de la cellule
- de l’état de la cellule
Quelle est la structure du REG et REL ?
Sous forme de feuillets avec des tubules
Quelles sont les fonctions du réticulum endoplasmique ?
Comment se fait la synthèse des protéines ?
Grâce à des facteurs cytosoliques (SRP reconnaît le signal d’adressage au RE) qui pourront reconnaître des signaux d’adressage (au RE ou autre) de protéines en cours de synthèse par des ribosomes cytosoliques
Quelles sont les principales destinations des protéines ?
Dans le cytosol sans signal d’adressage au RE, et selon les différents signaux d’adressage spécifiques (hors du système endomembranaire) ou dans le reste du système endomembranaire
Quelles protéines ne passent par le système endomembranaire pour leur synthèse ?
les protéines nucléaires, mitochondriales, peroxysomales et cytosoliques
Quels sont les principaux signaux d’adressage d’importation ?
dans le RE : une batterie hydrophobe
Quels sont les sites de coupure ?
Que se passe-t-il lorsque le peptide signal a émergé du ribosome ?
Il y a blocage du site de fixation du facteur d’élongation à l’interface entre la grande et petite sous-unité du ribosome induisant l’arrêt de la synthèse
Quelles sont les étapes précises de la synthèse et importation des protéines du système endomembranaire ?
1) signal d’adressage au RE synthétisé par le ribosome
2) fixation d’une particule de reconnaissance, SRP (GTPase) avec des chaperons cytosoliques
3) fixation du complexe SRP au récepteur SRP
4) fixation du ribosome sur le translocateur (fermé)
5) Biosynthèse de la protéine au travers du translocateur ouvert
Y a-t-il une différence entre les ribosomes qui synthétiseront des protéines qui resteront dans le cytosol et celles qui seront transportées dans le RE ?
Non, ils viennent d’un pool commun
Quel est le coeur du translocateur ?
C’est le complexe Sec61
De quels autres complexes est formé le translocateur ?
Des complexes Sec 62, 63, 71, 72
Par quoi est le reconnu le début de transfert ?
Il est reconnu par le SRP dans le cytosol
Comment se fait la fin de la biosynthèse des protéines solubles ?
- détachement des ribosomes et fermeture du translocateur
- ouverture latérale du translocateur
- clivage du signal d’adressage de la protéine
- repliement de la protéine dans le RE pour la conformation définitive grâce à l’intervention des protéines chaperonnes du RE
Quelle est l’action du BIP sur le translocon ?
Il ferme le translocon et aide la protéine à acquérir sa conformation normale, c’est un contrôle de qualité avant exportation
Comment se passe-t-il dans le cas d’un domaine transmembranaire avec peptide signal N-terminal ?
- le domaine initial (premier, reconnu par SRP ???) désigne la séquence de début de translocation
- le domaine transmembranaire désigne le signal d’arrêt de transfert
Comment se passe-t-il dans le cas d’un domaine transmembranaire avec peptide signal interne ?
Il y a 2 orientations possibles selon que le petide signal est avant ou après le domaine transmembranaire
Comment se passe-t-il dans le cas de plusieurs domaines transmembranaires ?
- le 1er domaine transmembranaire est un signal de translocation (+/- peptide signal)
- le 2e domaine transmembranaire est un signal d’arrêt de transfert
et si d’autres domaines transmembranaires : le 3e : début du transfert, le 4e : arrêt du transfert
Quelles sont les étapes de la N-glycosylation des protéines solubles et transmembranaires ?
1) construction de l’arborisation sucrée de la face cytosolique puis luminale du RE
2) fixation en face luminale du RE
Décrivez la première étape de la N-glycosylation
- les sucres sont synthétisés dans le cytosol et apportés sous forme activée liés à des nucléotides
- dans le cytosol, 7 résidus sont accrochés au dolichol
- basculement de la molécule de dolichol par flip-flop
- d’autres dolichols apportent des sucres passant à un complexe à 14 résidus de sucres
Que se passe-t-il dans la deuxième étape de la N-glycosylation ?
- fixation par une N-glycosyl-transférase sur l’azote de l’asparagine d’une séquence consensus N-X-S ou N-X-T
- élagage par des glycosidases : passage de 14 à 10 résidus de sucres
Comment se fait la C-glycosylation ?
Fixation par une C-glycosyl-transférase de Mannoses sur le Tryptophane d’une séquence consensus plus rare Trp-X-X-Trp
Comment se fait la synthèse de glycoprotéines liées à la membrane par un groupement GPI ?
- adressage spécifique aux radeaux lipidiques : microdomaines de la membrane plasmique riches en sphingolipides et cholestérol
- protéine extracellulaire, N-glycosylation dans le RE
- Clivage et fixation du côté C-ter par GPI transaminase
- dans le RE : déacylation de l’inositol, perte d’un acide gras, acylation dans le golgi, transport des protéines liées au GPI dans le milieu extracellulaire
Par quoi est réalisé l’établissement de ponts disulfures définitifs dans le RE ?
par l’enzyme protein disulfure isomerase PDI
Comment se fait l’établissement de ponts disulfures définitifs dans le RE ?
La lumière du RE est un milieu plus oxydant que le cytosol, il y a donc formation en continu de pont disulfures au niveau des résidus de cystéine
Comment intervient la PDI ?
La PDI catalyse en présence de Ca++ à la fois le clivage des liaisons incorrectes et la constitution de ponts disulfures correctes
Quelle est la structure tridimensionnelle qu’acquiert la protéine au sein du RE ?
Elle acquiert la conformation définitive de la protéine néosynthétisée grâce à l’action de protéines chaperonnes du RE comme le BIP
Comment se fait le contrôle de qualité des protéines néo-synthétisées avant l’exportation au Golgi ?
Il y a intervention d’enzymes et de protéines chaperonne solubles et membranaires du RE et cytosol
Que se passe-t-il aux protéines mal conformées lors du contrôle de qualité avant exportation de la protéine ?
Elles repassent vers le cytosol et sont dégradées
Dans le cas général comment se passe le contrôle de qualité ?
Si la protéine est mal repliée, mal glycosylée ou mal configurée, elle passe dans le cytosol via le translocon (déglycosylation si besoin) dégradation par le protéasome après ubiquitinylation
Quelles sont les fonctions du REL ?
- Détoxification par hydroxylation et solubilisation de molécules hydrophobes (drogues et médicaments)
- Participation à la synthèse du cholestérol et des stéroïdes
- Synthèse et métabolisme des phospholipides membranaires : Rôle majeur
Comment se fait la détoxification ?
- hydroxylation des molécules hydrophobes par des enzymes cytochromes P450 face cytosolique
- dans le cytosol : hydrosolubilité augmentée par la sulfatation ou translocation dans le REL : couplage d’autres composés hydrosolubles : exportation par exocytose
- élimination dans le sang puis urine
Comment le REL participe-t-il dans la synthèse du cholestérol et des stéroïdes ?
Grâce aux enzymes de synthèse insérées dans la membrane face cytosolique du REL
Quel est le rôle majeur de la synthèse et métabolisme des phospholipides membranaires ?
- synthèse des phospholipides à partir de précurseurs hydrosolubles, enzymes dans la membrane du REL
- impliqué dans l’expansion des membranes de la cellule
Comment se fait le transport des protéines du RE à l’appareil de Golgi puis à la MP ?
Il y a chargement des vésicules recouvertes de COPII dans le RE, accumulation des récepteurs de chargement sous COPII, liaison des protéines aux récepteurs de chargement à condition qu’elles soient correctement assemblées et pliées
Quelle est la charge (pas électrique) d’une vésicule ?
Environ 200 récepteurs membranaires
Comment se fait le transport du réticulum endoplasmique au Golgi ?
Par agrégats vésiculaires formant l’ERGIC (espace entre le RE et le Golgi) : d’abord par fusion homotypique des vésicules, déplacement grâce aux microtubules et enfin fusion hétérotypique du compartiment avec le golgi cis
Que nécessitent les mécanismes d’adressage et de rétention ?
Ils nécessitent pour chaque compartiment des signaux d’adressage qui amènent les protéines au compartiment de destination et de rétention où la protéine reste dans son compartiment
Quels sont les signaux d’adressage et de rétention dans le RE des protéines transmembranaires ?
Domaine cytosolique : séquence Lys-Lys-X-X reconnue par le coatomère lors du trafic vésiculaire : COPI
Quels sont les signaux d’adressage et de rétention dans le RE des protéines solubles ?
séquence peptidique se termine par KDEL alors reconnue pour un récepteur porté par la membrane du Golgi : ERD
Comment fonctionne ERD ?
ERD a lui même une séquence d’adressage de type Lys-Lys-X-X cytosolique qui permettra le retour du récepteur couplé à la protéine KDEL au sein du RE, ERD sera lui-même réadressé au golgi contenant une autre séquence d’adressage au Golgi, il fait donc la navette
Comment se fait le transport rétrograde ?
Par double signal d’adressage au RE :
- recapture des protéines solubles spécifiques du RE (expl : PDI, BIP, …) reconnues par ERD dans le golgi cis, médian et trans
Qu’est-ce que l’appareil de Golgi ?
C’est un ensemble de citernes (saccules) aplaties formant un dictyosome et des vésicules
De quoi est composé un dictyosome ?
- réseau cis-golgien : face d’entrée
- région médiane : saccules médians
- une saccule trans en continuité avec le réseau trans-golgien : face de sortie
Quelles sont les fonctions de l’appareil de
Golgi ?
- O-glycosylation des protéines
- Modifications des chaînes oligosaccharidiques portées par les protéines
- Site cellulaire de stockage des Ca++ : Ca++-ATPase
- Synthèse des sphingolipides sur feuillet luminal de la membrane d’enveloppe du Golgi cis & médian
- tri moléculaire trans-golgien, exportation de molécules
Quels sont les différents trajets des vésicules, canalicules et tubules avec le dictyosome ?
- entre RE et dictyosome
- entre les saccules golgiennes
- à partir du dictyosome vers MP, endosomes et lysosomes
Comment se fait l’O-glycosylation des protéines transmembranaires et solubles dans la lumière du golgi médian et trans ?
- Sucres sont synthétisés dans le cytosol et apportés liées à des nucléotides (formes actives) et entrent grâce au perméases
- O-glycosyl-transférases dans la lumière du golgi : accrochage des sucres aux protéines sur l’oxygène porté par le radical de la sérine ou de la thréonine
- Nucléoside diphosphatase (marqueur du saccule trans) : passage de UDP à UMP
Que concernent les modifications des chaines oligosaccharidiques portées par les protéines au sein du Golgi ?
- les protéines transmembranaires ou solubles déjà modifiées par N- ou C- glycosylation dans le RE
- les protéines transmembranaires ou solubles modifiées par O-glycosylation dans le Golgi
Quelles sont les modifications des chaines oligosaccharidiques ?
- la phosphorylation des résidus mannoses : maturation et adressage des enzymes solubles dans les lysosomes
- l’enlèvement des résidus mannoses par des mannosidases
- la sulfatation dans le golgi trans de protéines et de sucres
- l’addition de nouveaux résidus sucrés en complément ou en remplacement de l’arborisation générée par N-glycosylation dans le RE
Comment se fait la sulfatation dans le golgi trans de protéines et de sucres ?
Donneur de sulfate synthétisé dans le cytosol : phospho- adénosine-phospho- sulfate (PAPS) entre dans la lumière des saccules à l’aide d’une perméase
Comment sont procédées les glycosylations (en oligosaccharides complexes) des glycoprotéines ?
Qu’est-ce que les glycoprotéines ?
C’est la région centrale commune
Quels sont les deux types d’oligosaccharides ?
Quelles sont les modifications des chaines oligosaccharidiques portées par les protéines dans le réseau cis golgien ?
Phosphorylation des résidus mannoses dans pH neutre
Quelles sont les modifications des chaines oligosaccharidiques portées par les protéines dans le golgi cis ?
élimination des mannoses et addition de GlcNac (diminution du pH)
Quelles sont les modifications des chaines oligosaccharidiques portées par les protéines dans le golgi médian ?
Addition de Gal et addition de NANA (diminution du pH)
Quelles sont les modifications des chaines oligosaccharidiques portées par les protéines dans le golgi trans et réseau trans golgien (TGN) ?
élimination de GlcNAc et sulfatation (sucres, tyrosines) en pH acide
Récapitulation :
Quelles sont les caractéristiques du réseau trans-golgien ?
- Proche des endosomes et des lysosomes
- pH acide (ATPase à protons)
- Enzymes: protéases et phosphatase acide actives uniquement à pH acide, nécessaires
pour la maturation des protéines destinées à l’exportation par exocytose
Quelles sont les différentes destinations depuis le réseau trans du golgi ?
Quel est le signal d’adressage et de rétention dans les lysosomes ?
C’est un signal porté par leur arborisation sucrée : mannose-6-phosphate (Mn6P) formée
Comment est formé le signal d’adressage et de rétention ?
Dans le golgi cis, les carbones 6 des mannoses sont phosphorylés en mannose-6-Phosphate
Comment se fait le transport du golgi aux lysosomes avec le signal d’adressage ?
Dans le golgi trans, il y a chargement des récepteurs du Mn6P de protéines Mn6P, puis bourgeonnement des vésicules avec un manteau de clathrine
Pourquoi le récepteur Mn6P permet l’adressage de la vésicule aux lysosomes ?
Parce que le récepteur Mn6P possède un domaine cytosolique qui permet l’adressage de la vésicule aux membranes de l’endosome tardif puis du lysosome
Comment la dégradation est-elle indiquée dans le golgi ?
Grâce à un précurseur de l’hydrolase lysosomiale attaché au composé à dégrader
Que permet l’endosome tardif ?
Il permet le dissociation protéine/récepteur du fait du pH acide, puis déphosphorylation du phosphate attaché dans le golgi cis, le récepteur est ré-adressé au golgi ou à la MP et transfert de l’hydrolase vers le lysosome
Que va faire le récepteur du Mn6P à la membrane plasmique ?
Il va se lier à des enzymes extracellulaires
Quelles sont les fonctions des lysosomes ?
Quels sont les différentes voies d’apport de matériel à dégrader ?
- par endocytose : voie majeure
- par phagocytose
- entrée directe en provenance du cytosol (perméase)
- par autophagie
Décrivez la voie par endocytose
vésicules d’endocytose > compartiment endosomal> lysosomes
Comment se fait l’apport des matériaux à dérader par phagocytose ?
Le phagosome fusionne avec des vésicules de l’appareil de Golgi et se transforme progressivement en lysosome
Quelles protéines peuvent entrer directement en provenance du cytosol et donc participer à l’apport en matériel à dégrader depuis le cytosol ?
- Glycoprotéine spécialisée Lamp2A de la membrane lysosomale
- Molécules de la famille Hsp70 (chaperons) cytosoliques et lysosomiales
- polypeptides ubiquitinylés avec signal d’adressage aux lysosomes
Qu’est-ce que l’autophagie ?
C’est la dégradation de leur propre organite et molécule pour assurer leur renouvellement
Quels sont les deux types de maladies lysosomales ?
Celles congénitales et celles acquises
A quoi sont dues les maladies congénitales ?
- absence d’une ou plusieurs enzymes
- anomalie fonctionnelle d’une enzyme
- anomalie des perméases
Dès la naissance
A quoi sont dues les maladies acquises ?
- Blocage de H+-ATPase (pompe à protons) induisant un pH supérieur à 5
- Matériaux non hydrolysables
Combien de maladies lysosomales sont-elles répertoriées ?
Plus de 40 maladies lysosomales sont répertoriées en catégories selon la nature des métabolites accumulés
De quel côté de la membrane plasmique se trouvent les modifications post traductionnelles des protéines et pourquoi ?
Du côté extracellulaire puisque les modifications sont effectuées dans les lumières des compartiments (RE et golgi)
