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4.4 : Le système endomembranaire et les protéines - Biologie

4.4 : Le système endomembranaire et les protéines - Biologie



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Compétences à développer

  • Lister les composants du système endomembranaire
  • Reconnaître la relation entre le système endomembranaire et ses fonctions

Le système endomembranaire (endo = "à l'intérieur") est un groupe de membranes et d'organites (Figure (PageIndex{1})) dans les cellules eucaryotes qui travaillent ensemble pour modifier, emballer et transporter les lipides et les protéines. Il comprend l'enveloppe nucléaire, les lysosomes et les vésicules, que nous avons déjà mentionnés, et le réticulum endoplasmique et l'appareil de Golgi, que nous aborderons bientôt. Bien que pas techniquement dans la cellule, la membrane plasmique est incluse dans le système endomembranaire car, comme vous le verrez, elle interagit avec les autres organites endomembranaires. Le système endomembranaire n'inclut pas les membranes des mitochondries ou des chloroplastes.

Connexion artistique

Si une protéine membranaire périphérique était synthétisée dans la lumière (à l'intérieur) du RE, se retrouverait-elle à l'intérieur ou à l'extérieur de la membrane plasmique ?

Le réticulum endoplasmique

Le réticulum endoplasmique (RE) (Figure (PageIndex{1})) est une série de sacs et de tubules membraneux interconnectés qui modifient collectivement les protéines et synthétisent les lipides. Cependant, ces deux fonctions sont exécutées dans des zones distinctes du RE : le RE brut et le RE lisse, respectivement.

La partie creuse des tubules du RE est appelée lumière ou espace cisternal. La membrane du RE, qui est une bicouche phospholipidique enrobée de protéines, est en continuité avec l'enveloppe nucléaire.

Urgence rugueuse

Le réticulum endoplasmique rugueux (RER) est ainsi nommé parce que les ribosomes attachés à sa surface cytoplasmique lui donnent un aspect clouté lorsqu'il est observé au microscope électronique (Figure (PageIndex{2})).

Les ribosomes transfèrent leurs protéines nouvellement synthétisées dans la lumière du RER où ils subissent des modifications structurelles, telles que le repliement ou l'acquisition de chaînes latérales. Ces protéines modifiées seront incorporées dans les membranes cellulaires - la membrane du RE ou celles d'autres organites - ou sécrétées par la cellule (telles que les hormones protéiques, les enzymes). Le RER fabrique également des phospholipides pour les membranes cellulaires.

Si les phospholipides ou les protéines modifiées ne sont pas destinés à rester dans le RER, ils atteindront leur destination via des vésicules de transport qui bourgeonnent à partir de la membrane du RER (Figure (PageIndex{1})).

Puisque le RER est engagé dans la modification de protéines (telles que des enzymes, par exemple) qui seront sécrétées par la cellule, vous auriez raison de supposer que le RER est abondant dans les cellules qui sécrètent des protéines. C'est le cas par exemple des cellules du foie.

RE lisse

Le réticulum endoplasmique lisse (SER) est continu avec le RER mais a peu ou pas de ribosomes sur sa surface cytoplasmique (Figure (PageIndex{1})). Les fonctions du SER comprennent la synthèse des glucides, des lipides et des hormones stéroïdes; désintoxication des médicaments et des poisons; et le stockage des ions calcium.

Dans les cellules musculaires, un SER spécialisé appelé réticulum sarcoplasmique est responsable du stockage des ions calcium nécessaires pour déclencher les contractions coordonnées des cellules musculaires.

Vidéo (PageIndex{1}) : Vous pouvez regarder une excellente animation du système endomembranaire ici. A la fin de l'animation, il y a une courte auto-évaluation.

Connexion carrière : Cardiologue :

Les maladies cardiaques sont la principale cause de décès aux États-Unis. Cela est principalement dû à notre mode de vie sédentaire et à nos régimes alimentaires riches en graisses trans.

L'insuffisance cardiaque n'est qu'une des nombreuses maladies cardiaques invalidantes. L'insuffisance cardiaque ne signifie pas que le cœur a cessé de fonctionner. Cela signifie plutôt que le cœur ne peut pas pomper avec une force suffisante pour transporter le sang oxygéné vers tous les organes vitaux. Si elle n'est pas traitée, l'insuffisance cardiaque peut entraîner une insuffisance rénale et une défaillance d'autres organes.

La paroi du cœur est composée de tissu musculaire cardiaque. L'insuffisance cardiaque survient lorsque le réticule endoplasmique des cellules du muscle cardiaque ne fonctionne pas correctement. En conséquence, un nombre insuffisant d'ions calcium sont disponibles pour déclencher une force contractile suffisante.

Les cardiologues (cardi- = « coeur » ; -ologue = « celui qui étudie ») sont des médecins spécialisés dans le traitement des maladies cardiaques, y compris l'insuffisance cardiaque. Les cardiologues peuvent poser un diagnostic d'insuffisance cardiaque via un examen physique, les résultats d'un électrocardiogramme (ECG, un test qui mesure l'activité électrique du cœur), une radiographie pulmonaire pour voir si le cœur est hypertrophié et d'autres tests. Si une insuffisance cardiaque est diagnostiquée, le cardiologue prescrira généralement des médicaments appropriés et recommandera une réduction de la consommation de sel de table et un programme d'exercice supervisé.

L'appareil de Golgi

Nous avons déjà mentionné que les vésicules peuvent bourgeonner à partir du RE et transporter leur contenu ailleurs, mais où vont les vésicules ? Avant d'atteindre leur destination finale, les lipides ou les protéines contenus dans les vésicules de transport doivent encore être triés, emballés et étiquetés afin qu'ils se retrouvent au bon endroit. Le tri, le marquage, l'emballage et la distribution des lipides et des protéines ont lieu dans l'appareil de Golgi (également appelé corps de Golgi), une série de membranes aplaties (Figure (PageIndex{3})).

Le côté récepteur de l'appareil de Golgi est appelé le cis visage. Le côté opposé est appelé le trans visage. Les vésicules de transport qui se sont formées à partir du RE se rendent au cis visage, fusionner avec lui et vider leur contenu dans la lumière de l'appareil de Golgi. Au fur et à mesure que les protéines et les lipides traversent l'appareil de Golgi, ils subissent d'autres modifications qui leur permettent d'être triés. La modification la plus fréquente est l'ajout de courtes chaînes de molécules de sucre. Ces protéines et lipides nouvellement modifiés sont ensuite marqués avec des groupes phosphate ou d'autres petites molécules afin qu'ils puissent être acheminés vers leurs destinations appropriées.

Enfin, les protéines modifiées et marquées sont emballées dans des vésicules de sécrétion qui bourgeonnent à partir de la trans visage du Golgi. Alors que certaines de ces vésicules déposent leur contenu dans d'autres parties de la cellule où elles seront utilisées, d'autres vésicules de sécrétion fusionnent avec la membrane plasmique et libèrent leur contenu à l'extérieur de la cellule.

Dans un autre exemple de forme suivant la fonction, les cellules qui s'engagent dans une grande activité sécrétoire (telles que les cellules des glandes salivaires qui sécrètent des enzymes digestives ou des cellules du système immunitaire qui sécrètent des anticorps) ont une abondance de Golgi.

Dans les cellules végétales, l'appareil de Golgi a le rôle supplémentaire de synthétiser des polysaccharides, dont certains sont incorporés dans la paroi cellulaire et dont certains sont utilisés dans d'autres parties de la cellule.

Connexion carrière: Généticien

De nombreuses maladies résultent de mutations génétiques qui empêchent la synthèse de protéines critiques. Une de ces maladies est la maladie de Lowe (également appelée syndrome oculo-cérébrorénal, car elle affecte les yeux, le cerveau et les reins). Dans la maladie de Lowe, il existe un déficit en une enzyme localisée dans l'appareil de Golgi. Les enfants atteints de la maladie de Lowe naissent avec des cataractes, développent généralement une maladie rénale après la première année de vie et peuvent avoir des capacités mentales altérées.

La maladie de Lowe est une maladie génétique causée par une mutation sur le chromosome X. Le chromosome X est l'un des deux chromosomes sexuels humains, car ces chromosomes déterminent le sexe d'une personne. Les femelles possèdent deux chromosomes X tandis que les mâles possèdent un chromosome X et un chromosome Y. Chez les femmes, les gènes d'un seul des deux chromosomes X sont exprimés. Par conséquent, les femmes qui portent le gène de la maladie de Lowe sur l'un de leurs chromosomes X ont 50/50 de chance d'avoir la maladie. Cependant, les mâles n'ont qu'un seul chromosome X et les gènes de ce chromosome sont toujours exprimés. Par conséquent, les hommes auront toujours la maladie de Lowe si leur chromosome X porte le gène de la maladie de Lowe. L'emplacement du gène muté, ainsi que les emplacements de nombreuses autres mutations qui causent des maladies génétiques, ont maintenant été identifiés. Grâce aux tests prénatals, une femme peut découvrir si le fœtus qu'elle porte peut être atteint d'une des nombreuses maladies génétiques.

Les généticiens analysent les résultats des tests génétiques prénataux et peuvent conseiller les femmes enceintes sur les options disponibles. Ils peuvent également mener des recherches génétiques qui mènent à de nouveaux médicaments ou aliments, ou effectuer des analyses d'ADN qui sont utilisées dans les enquêtes médico-légales.

Lysosomes

En plus de leur rôle de composant digestif et d'installation de recyclage des organites des cellules animales, les lysosomes sont considérés comme faisant partie du système endomembranaire. Les lysosomes utilisent également leurs enzymes hydrolytiques pour détruire les agents pathogènes (organismes pathogènes) qui pourraient pénétrer dans la cellule. Un bon exemple de cela se produit dans un groupe de globules blancs appelés macrophages, qui font partie du système immunitaire de votre corps. Dans un processus appelé phagocytose ou endocytose, une section de la membrane plasmique du macrophage s'invagine (se replie) et engloutit un agent pathogène. La section invaginée, avec l'agent pathogène à l'intérieur, se pince ensuite de la membrane plasmique et devient une vésicule. La vésicule fusionne avec un lysosome. Les enzymes hydrolytiques du lysosome détruisent alors le pathogène (Figure (PageIndex{4})).

Sommaire

Le système endomembranaire comprend l'enveloppe nucléaire, les lysosomes, les vésicules, le RE et l'appareil de Golgi, ainsi que la membrane plasmique. Ces composants cellulaires travaillent ensemble pour modifier, emballer, étiqueter et transporter les protéines et les lipides qui forment les membranes.

Le RER modifie les protéines et synthétise les phospholipides utilisés dans les membranes cellulaires. Le SER synthétise les glucides, les lipides et les hormones stéroïdes ; s'engage dans la désintoxication des médicaments et des poisons; et stocke les ions calcium. Le tri, le marquage, l'emballage et la distribution des lipides et des protéines ont lieu dans l'appareil de Golgi. Les lysosomes sont créés par le bourgeonnement des membranes du RER et du Golgi. Les lysosomes digèrent les macromolécules, recyclent les organites usés et détruisent les agents pathogènes.

Connexions artistiques

[lien] Si une protéine membranaire périphérique était synthétisée dans la lumière (à l'intérieur) du RE, se retrouverait-elle à l'intérieur ou à l'extérieur de la membrane plasmique ?

[lien] Ça finirait à l'extérieur. Une fois que la vésicule a traversé l'appareil de Golgi et fusionné avec la membrane plasmique, elle se retourne.

système endomembranaire
groupe d'organites et de membranes dans les cellules eucaryotes qui travaillent ensemble pour modifier, emballer et transporter les lipides et les protéines
réticulum endoplasmique (RE)
série de structures membraneuses interconnectées au sein de cellules eucaryotes qui modifient collectivement les protéines et synthétisent les lipides
Appareil de Golgi
organite eucaryote constituée d'une série de membranes empilées qui trie, marque et conditionne les lipides et les protéines pour la distribution
réticulum endoplasmique rugueux (RER)
région du réticulum endoplasmique parsemée de ribosomes et impliquée dans la modification des protéines et la synthèse des phospholipides
réticulum endoplasmique lisse (SER)
région du réticulum endoplasmique qui a peu ou pas de ribosomes sur sa surface cytoplasmique et synthétise des glucides, des lipides et des hormones stéroïdes ; détoxifie certains produits chimiques (comme les pesticides, les conservateurs, les médicaments et les polluants environnementaux) et stocke les ions calcium

4.4 Le système endomembranaire et les protéines

Le système endomembranaire (endo = « à l'intérieur ») est un groupe de membranes et d'organites (Figure) dans les cellules eucaryotes qui travaillent ensemble pour modifier, emballer et transporter les lipides et les protéines. Il comprend l'enveloppe nucléaire, les lysosomes et les vésicules, que nous avons déjà mentionnés, et le réticulum endoplasmique et l'appareil de Golgi, que nous aborderons sous peu. Bien que pas techniquement dans la cellule, la membrane plasmique est incluse dans le système endomembranaire car, comme vous le verrez, elle interagit avec les autres organites endomembranaires. Le système endomembranaire n'inclut pas les membranes des mitochondries ou des chloroplastes.

Les protéines membranaires et sécrétoires sont synthétisées dans le réticulum endoplasmique rugueux (RER). Le RER modifie aussi parfois les protéines. Dans cette illustration, une protéine membranaire intégrale (verte) dans le RE est modifiée par la fixation d'un glucide (violet). Vésicules avec le bourgeon protéique intégral du RE et fusionnant avec la face cis de l'appareil de Golgi. Au fur et à mesure que la protéine passe le long des citernes de Golgi, elle est encore modifiée par l'ajout de plus de glucides. Une fois sa synthèse terminée, elle sort sous forme de protéine membranaire intégrale de la vésicule qui bourgeonne de la face trans du Golgi et lorsque la vésicule fusionne avec la membrane cellulaire, la protéine devient partie intégrante de cette membrane cellulaire. (crédit : modification d'œuvre par Magnus Manske)

Si une protéine membranaire périphérique était synthétisée dans la lumière (à l'intérieur) du RE, finirait-elle à l'intérieur ou à l'extérieur de la membrane plasmique ?


4.4 : Le système endomembranaire et les protéines - Biologie

Une cellule est la plus petite unité de vie. La plupart des cellules sont si petites qu'elles ne peuvent pas être vues à l'œil nu. Par conséquent, les scientifiques utilisent des microscopes pour étudier les cellules. Les microscopes électroniques offrent un grossissement plus élevé, une résolution plus élevée et plus de détails que les microscopes optiques. La théorie de la cellule unifiée stipule que tous les organismes sont composés d'une ou plusieurs cellules, que la cellule est l'unité de base de la vie et que de nouvelles cellules naissent des cellules existantes.

4.2 Cellules procaryotes

Les procaryotes sont des organismes unicellulaires des domaines Bactéries et Archées. Tous les procaryotes ont des membranes plasmiques, un cytoplasme, des ribosomes et un ADN qui n'est pas lié à la membrane. La plupart ont des parois cellulaires de peptidoglycane et beaucoup ont des capsules de polysaccharides. Les cellules procaryotes ont un diamètre de 0,1 à 5,0 µm.

Au fur et à mesure que la taille d'une cellule augmente, son rapport surface/volume diminue. Si la cellule devient trop grande, la membrane plasmique n'aura pas une surface suffisante pour supporter le taux de diffusion requis pour le volume accru.

4.3 Cellules eucaryotes

Comme une cellule procaryote, une cellule eucaryote a une membrane plasmique, un cytoplasme et des ribosomes, mais une cellule eucaryote est généralement plus grande qu'une cellule procaryote, a un véritable noyau (ce qui signifie que son ADN est entouré d'une membrane) et a d'autres membranes. organites liés qui permettent la compartimentation des fonctions. La membrane plasmique est une bicouche phospholipidique enrobée de protéines. Le nucléole du noyau est le site d'assemblage des ribosomes. Les ribosomes se trouvent soit dans le cytoplasme, soit attachés au côté cytoplasmique de la membrane plasmique ou du réticulum endoplasmique. Ils effectuent la synthèse des protéines. Les mitochondries participent à la respiration cellulaire, elles sont responsables de la majorité de l'ATP produit dans la cellule. Les peroxysomes hydrolysent les acides gras, les acides aminés et certaines toxines. Les vésicules et les vacuoles sont des compartiments de stockage et de transport. Dans les cellules végétales, les vacuoles aident également à décomposer les macromolécules.

Les cellules animales ont également un centrosome et des lysosomes. Le centrosome a deux corps perpendiculaires l'un à l'autre, les centrioles, et a un but inconnu dans la division cellulaire. Les lysosomes sont les organites digestifs des cellules animales.

Les cellules végétales et les cellules ressemblant à des plantes ont chacune une paroi cellulaire, des chloroplastes et une vacuole centrale. La paroi cellulaire végétale, dont le composant principal est la cellulose, protège la cellule, fournit un support structurel et donne forme à la cellule. La photosynthèse a lieu dans les chloroplastes. La vacuole centrale peut se dilater sans avoir à produire plus de cytoplasme.

4.4 Le système endomembranaire et les protéines

Le système endomembranaire comprend l'enveloppe nucléaire, les lysosomes, les vésicules, le RE et l'appareil de Golgi, ainsi que la membrane plasmique. Ces composants cellulaires travaillent ensemble pour modifier, emballer, étiqueter et transporter les protéines et les lipides qui forment les membranes.

Le RER modifie les protéines et synthétise les phospholipides utilisés dans les membranes cellulaires. Le SER synthétise les glucides, les lipides et les hormones stéroïdes, participe à la détoxification des médicaments et des poisons et stocke les ions calcium. Le tri, le marquage, l'emballage et la distribution des lipides et des protéines ont lieu dans l'appareil de Golgi. Les lysosomes sont créés par le bourgeonnement des membranes du RER et du Golgi. Les lysosomes digèrent les macromolécules, recyclent les organites usés et détruisent les agents pathogènes.

4.5 Cytosquelette

Le cytosquelette a trois types différents d'éléments protéiques. Du plus étroit au plus large, ce sont les microfilaments (filaments d'actine), les filaments intermédiaires et les microtubules. Les microfilaments sont souvent associés à la myosine. Ils apportent rigidité et forme à la cellule et facilitent les mouvements cellulaires. Les filaments intermédiaires supportent la tension et ancrent le noyau et d'autres organites en place. Les microtubules aident la cellule à résister à la compression, servent de pistes pour les protéines motrices qui déplacent les vésicules à travers la cellule et attirent les chromosomes répliqués aux extrémités opposées d'une cellule en division. Ils sont également l'élément structurel des centrioles, des flagelles et des cils.

4.6 Connexions entre les cellules et les activités cellulaires

Les cellules animales communiquent via leurs matrices extracellulaires et sont connectées les unes aux autres via des jonctions serrées, des desmosomes et des jonctions lacunaires. Les cellules végétales sont connectées et communiquent entre elles via des plasmodesmes.

Lorsque les récepteurs protéiques à la surface de la membrane plasmique d'une cellule animale se lient à une substance de la matrice extracellulaire, une chaîne de réactions commence qui modifie les activités qui se déroulent dans la cellule. Les plasmodesmes sont des canaux entre des cellules végétales adjacentes, tandis que les jonctions communicantes sont des canaux entre des cellules animales adjacentes. Cependant, leurs structures sont assez différentes. Une jonction étanche est un joint étanche entre deux cellules adjacentes, tandis qu'un desmosome agit comme une soudure par points.

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  • Chapitre 4 Structure cellulaire
  • 4.8 Résumé du chapitre

Ce texte est basé sur Openstax Biology for AP Courses, Senior Contributing Authors Julianne Zedalis, The Bishop's School in La Jolla, CA, John Eggebrecht, Cornell University Contributing Authors Yael Avissar, Rhode Island College, Jung Choi, Georgia Institute of Technology, Jean DeSaix , Université de Caroline du Nord à Chapel Hill, Vladimir Jurukovski, Suffolk County Community College, Connie Rye, East Mississippi Community College, Robert Wise, Université du Wisconsin, Oshkosh

Ce travail est sous licence Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 Unported License, sans restrictions supplémentaires


1. Lors de l'observation d'un échantillon au microscope optique, quelle méthode les scientifiques utilisent-ils pour faciliter l'observation des composants individuels des cellules ? un faisceau d'électrons radioactifs à hautes températures.

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Ce texte est basé sur Openstax Biology for AP Courses, Senior Contributing Authors Julianne Zedalis, The Bishop's School in La Jolla, CA, John Eggebrecht, Cornell University Contributing Authors Yael Avissar, Rhode Island College, Jung Choi, Georgia Institute of Technology, Jean DeSaix , Université de Caroline du Nord à Chapel Hill, Vladimir Jurukovski, Suffolk County Community College, Connie Rye, East Mississippi Community College, Robert Wise, Université du Wisconsin, Oshkosh

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Sommaire

Le système endomembranaire comprend le RE et le complexe de Golgi. Le RE a deux domaines distincts : le RE lisse et le RE rugueux (distingué par les ribosomes associés à sa membrane). Les fonctions du RE lisse comprennent la synthèse des lipides, la détoxification des médicaments, le catabolisme du glycogène et le stockage du calcium. La fonction principale du RE rugueux est la synthèse protéique des protéines qui seront insérées dans la membrane plasmique, sécrétées ou associées au système endomembranaire. Le RE rugueux est également le site du repliement et de l'assemblage corrects des protéines nouvellement synthétisées, de la formation de liaisons disulfure et de l'initiation de la glycosylation. Il existe deux types de glycosylation des protéines : N-liée et O-liée, les deux lient les oligosaccharides à différents acides aminés via des mécanismes distincts. La plupart des protéines synthétisées dans le RE brut seront transportées vers le complexe de Golgi, puis triées vers le bon emplacement subcellulaire. Les protéines repliées de manière aberrante sont reconnues comme telles et ne sont pas transportées vers le complexe de Golgi, elles sont plutôt ciblées pour la dégradation par le protéasome.

Le complexe de Golgi est le site de modification des oligosaccharides de base ajoutés dans le RE, y compris l'ajout, l'élimination et la phosphorylation des oligosaccharides. Le complexe de Golgi est également le site de tri des protéines. Les protéines pénètrent dans le complexe de Golgi à partir du RE et peuvent suivre plusieurs voies, notamment la rétention dans le complexe de Golgi, la récupération du complexe de Golgi au RE, le transport du complexe de Golgi à la membrane plasmique ou le transport du complexe de Golgi aux endosomes. Le mouvement des protéines est médié par le transport des vésicules dans les modes antérograde et rétrograde. Il existe plusieurs balises distinctes utilisées pour trier les protéines sur l'organite correct, y compris une étiquette d'acides aminés pour la rétention et la récupération des protéines ER solubles, une caractéristique structurelle du domaine transmembranaire pour la rétention des protéines membranaires du complexe de Golgi et une étiquette oligosaccharidique pour tri des hydrolases lysosomales.


Voir la vidéo: The Endomembrane System (Août 2022).