Protéines

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LES R ÉTICULUM 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

LES R ÉTICULUM ENDOPLASMIQUES 1 – L’ERGASTOPLASME EN MICROSCOPIE PHOTONIQUE

Notion d’ergastoplasme Mise en évidence Les cellules concernées Le cycle sécrétoire

2 – RÉTICULUM EN MICROSCOPIE ELECTRONIQUE

Définition Compartiment intracytoplasmique spécifique des Eucaryotes (…), intervenant dans la modification des protéines excrétoires néosynthétisées, de nombreuses chaînes ana ou cataboliques.

Variétés : Réticulum endoplasmique granuleux (REG) Réticulum endoplasmique lisse (REL)

THYR ÉOCYTE : Vésicules apicales : 1 Vésicules de résorption 2 - Lysosomes 3 - Peroxysomes 4 Vésicules d’exocytose Sacs dilatés du REG stockant la thyroglobuline grosse protéine de 1260 A.A.

qq 100 résidus tyrosyl Thyroïde MO

R ÉTICULUM ENDOPLASMIQUE GRANULEUX ERGASTOPLASME : Corps de NISSL dans les neurones, Corps de BERG dans les hépatocytes.

RELATIONS REL REG REL REG Mitochondries

PLASMOCYTE Cellule programmée pour synthétiser UNE immunoglobuline.

Cellule dérivant d’un lymphocyte B retrouvée dans les tissus,

JAMAIS

dans le sang.

Libération des Ig se traduisant par la mort de cellule.

H ÉPATOCYTE PEROXYSOMES GLYCOG ÈNE REG REL MITOCHONDRIES Cellule singulière car 2 fonctions ≠ : - une fonction exocrine : synthèse de la bile - une fonction endocrine synthèses multiples

3 – LES RAPPORTS DU REG

Avec le réticulum lisse Continuités directes mais protéines membranaires différentes fonctions différentes Avec la membrane nucléaire Continuité directe avec membrane externe mais membrane interne spécifique fonctions différentes Avec l’appareil de Golgi Les « vésicules de transition »… en fait, compartiment tubulo vésiculaire faiblement acide (à suivre…) Avec les mitochondries Contacts de proximité Partage d’une même chaîne métabolique : corticosurrénale et synthèse des stéroïdes, cellule hépatique et synthèse de l’urée.

Avec les microtubules Fixation des MT (CLIMP63) CLIMP63 = Cytosquelett LInking Membrane Protein (membre d’une famille existant sur de nombreuses membranes les reliant aux microtubules)

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” petites sphérules de 100 à 200 nm

ATTENTION :

Microsomes rugueux : toujours du REG mais microsomes lisses = mélanges de membranes en provenance de divers organites

A - PRINCIPAUX LIPIDES MEMBRANAIRES :

Bicouche phospholipidique : 40 % de phosphatidyl choline mais aussi phosphatidyléthanolamine et cholestérol

synthèse sur le versant cytoplasmique

Ultracentifugation sur gradient de saccharose +

B - PRINCIPALES PROT ÉINES MEMBRANAIRES :

Ca ++ ATPase Canaux calcium

Métabolisme calcique

Acétyl glucosaminyl transférase Glucosyl & mannosyl transférases Glucose phosphatase Glut 7 (perméase au glucose) Oligosaccharyl transférase Flippase à dolichol-oligosaccharyl

Anabolisme glucidique

Peptidase signal Translocon Docking protein Acyl transférases Phosphatases, Flippase et Scramblase Cyt b5 Phosphatidyl synthétase Les réticulones

Protéines Lipides Structure REL

Liste non limitative …

Ca ++ ATPase Canal calcium Glut7 Glucose phosphatase Glucosyl tranférase Mannosyl transférase Calséquestrine

CALCIUM GLUCIDES

Oligosaccharyl transférase Bip

CAVIT É RÉTICULAIRE LIPIDES

Peptidase signal Translocon (Sec61p) Docking protein

PROTÉINES

Calnexine ATPase AAA (CDC48) Acyl transférase Phosphatidyl synthétase Flippase CLIMP 63

CYTOPLASME

R ÉPARTITION des TRANSPORTEURS au GLUCOSE : ASTROCYTE NEURONE ENT ÉROCYTE Cellule TUBE CONTOURN É R ÉNAL CELLULE ENDOTH ÉLIALE ADIPOCYTE R.E.G.

Cellules ÎLOTS de LANGERHANS CELLULES MUSCULAIRES

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1 VOIE D’EXCRÉTION

1 - Structure du mARN

COIFFE CODON de DEBUT SEQUENCE de CODAGE de la PRO-PROTEINE SEQUENCE NON CODANTE m7 G-p-p-p AUG UAG AAAA...A

OH SEQUENCE NON CODANTE SEQUENCE du PEPTIDE SIGNAL (le segment « Pré ») CODON de FIN SEQUENCE POLY A

2 - Structure du début de la protéine

PEPTIDE SIGNAL (20 à 40 AA) Met + + Acides aminés hydrophobes (10 à 20) Proline Site de coupure

1 VOIE D’EXCRÉTION

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Intervention de la SRP:

Considérée maintenant comme une

protéine G.

* Ribonucléoprotéine (6 protéines + 1 ARN de 7S) Assemblage nucléolaire 2

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 * 3 familles de protéines G : DOCKING PROTEIN Protéines G liées aux récepteurs membranaires G a , G b , G g Petites protéines G cytoplasmiques, Ras, Rab, etc… Protéines G de la protéosynthèse.

3 1 GDP GTP SRP + ARRET de la TRADUCTION 5 TRANSLOCON mARN PEPTIDE SIGNAL 4 GTP GDP

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2 VOIE D’EXCRÉTION : SYNTHÈSE d’une PROTÉINE EXCRÉTOIRE

CYTOPLASME

1 2 3 4 5

Peptide Signal

CAVITE R ÉTICULAIRE

Action de la Peptidase signal Poursuite de la traduction

Au cours même de la traduction, début des phénomènes de glycosylation

Libération de la protéine

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3 VOIE D’EXCRÉTION : SYNTHÈSE d’une PROTÉINE MEMBRANAIRE 4 5 1 2 3 Mise en place du peptide signal initial Clivage du peptide signal Apparition d’un peptide signal intra chaîne

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4 VOIE D’EXCRÉTION : SYNTHÈSE d’une PROTÉINE MEMBRANAIRE

à TRAVERSÉES MEMBRANAIRES MULTIPLES

1 2 3 4 Mise en place du peptide signal initial puis clivage 5 6 7 8

Les GLYCOSYLATIONS

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N acétyl glucosamine

CYTOPLASME

N acétyl glucosaminyl transférase

P P UDP GDP-

Mannosyl transférase

Mannose

Flippase

Glucose Dolichol pyrophosphate

CAVITÉ RÉTICULAIRE

5 cycles de fixation

CORE

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CORE

Mannosyl transférase

4 cycles de fixation Les GLYCOSYLATIONS N acétyl glucosamine Mannose Glucose

Glucosyl transférase

3 cycles de fixation

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GLYCOSYLATIONS & CONTRÔLE de QUALITÉ 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 CALR ÉTICULINE 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 MOL ÉCULES CHAPERON Heat Shock Protein Protéines initialement découvertes chez E. coli Puis dans les cellules eucaryotes : une  de la  ° de culture (vers 42°) synthèse +++ de protéines particulières : les hsp Deux grandes familles : hsp 60 et hsp 70 chacune de ces familles ayant des membres différents dans différents organites : Exemple : mitochondries et

hsp 60 et

hsp 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

Si le repliement demeure incorrect dans les deux cas, intervention de l’ATP distribution de la protéine vers le protéasome

(jusqu’à 1/3 des protéines néosynthétisées…)

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).

Quelle importance ?

existence de pathologies humaines dues à la précipitation intracytoplasmique de protéines mal conformées Alzheimer, Creutzfeldt-Jacob, Huntington, E.S.B.

EXEMPLE d’une MOLÉCULE CHAPERON Glucosidase Repliement incorrect ou protéine mal glycosylée ou… Calnexine Translocon ou CDC 48 Vers le protéasome Glucosyl transférase

LUMI ÈRE R ÉTICULAIRE

si bonne conformation:

vers appareil de Golgi

Glucosidase

CYTOPLASME

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 3 protéines membranaires intégrales Si trop de protéines mal conformées, Bip ne peut plus bloquer ces 3 protéines lesquelles s’activent alors :    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 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)

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GLYCOSYLATIONS & CONTRÔLE de QUALITÉ 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 CALR ÉTICULINE 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

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R ÉTICULUM ENDOPLASMIQUE & CALCIUM 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

Séquence KDEL

Des molécules fixatrices du calcium dans les lumières :

Calséquestrine mais aussi Bip, Calnexine, …

Récepteur ERD2 (ou KDEL-R)

Récepteur membranaire cyclant entre Golgi et REG. Ne fixe KDEL que dans un compartiment acide, relargue KDEL dans un compartiment neutre Calcium contrôlant le cytosquelette dans sa structure même, dans son dynamisme l’exocytose les systèmes d’adhésion entre cellules les communications entre cellules (gap)

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R ÉTICULUM ENDOPLASMIQUE & M ÉTABOLISME LIPIDIQUE A Biosynthèse des acides gras insaturés : Uniquement l’acide oléique (à partir acide stéarique) B Synthèse des phospholipides : sur le versant cytoplasmique intervention de plusieurs enzymes membranaires intégrales (acyltransférases, phosphatases, transférases) phosphatidylcholines phosphatidylsérines C - Devenir de ces produits : 1 - maintien dans les membranes 2 avec ou sans bascule (flip flop et asymétrie membranaire) distribution à d’autres membranes lysosomes, peroxysomes, mitochondries par protéines échangeuses de phospholipides D Formation des protéines membranaires liées à un lipide le lipide = glycosylphosphatidyl inositol reste 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 C - Devenir de ces produits : 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

MOL ÉCULES 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

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Les protéines à « ancre GPI » : COOH NH 2 P P Glycosylphosphatidyl-inositol COOH NH 2 NH 2 P P Protéine transférée vers la membrane plasmique 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 .

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R ÉSUMÉ des PRINCIPALES FONCTIONS du REG 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 ( D F508) Protéine restant fonctionnelle mais mal repliée N’est pas distribuée vers la membrane plasmique Est dégradée dans le cytoplasme

LE RÉTICULUM ENDOPLASMIQUE LISSE LES PRINCIPAUX TYPES CELLULAIRES CONCERN ÉS :

H ÉPATOCYTES CELLULES CORTICOSURR ÉNALIENNES TESTICULE & OVAIRE ENDOCRINE (CORPS JAUNE) CELLULES GLANDES S ÉBACÉES Protéines structurales spécifiques : les réticulones

1 – SYNTHÈSE des STÉROÏDES

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AC ÉTATE CHOLEST ÉROL (C27)

21 hydroxylase

PROGEST ÉRONE

17 hydroxylase

17 OH CS

VACUOLE LIPIDIQUE

CHOLEST ÉROL

Enzyme de clivage

PREGN ÉNOLONE (C21)

11 hydroxylase

CORTISOL DOC CORTICOST ÉRONE

REL

21 hydroxylase

ANDROST ÈNEDIONE

18 hydroxylase 18 déshydrogénase

ŒSTRONE TESTOST ÉRONE ŒSTRADIOL ALDOST ÉRONE

MITOCHONDRIE

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2 – GLYCOGÉNOLYSE 3 - GLYCOG ÉNOGENÈSE 4 – DÉTOXICATIONS DIVERSES : les MONOOXYGÉNASES à Cyt P450 Partie catalytique = Cyt P450 Apoenzyme gouverne la spécificité (relative) au substrat Ajout d’un radical OH à un substrat Puis 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.

CONS ÉQUENCES :

1 Un xénobiotique peut activer la chaîne métabolique l’inactivant : 2 –

Attention

aux associations médicamenteuses : Ne jamais associer barbituriques neuroleptiques avec

ACCOUTUMANCE

contraceptif oral anticoagulant Entre autre… 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)

La majorité des composés protéiques élaborés au niveau du REG va gagner une structure responsable d’affinage - de distribution :

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